黄鲁成，郭 鑫，苗 红，林昭颍
（1.哈尔滨工程大学经济管理学院，黑龙江 哈尔滨 150001；
2.北京工业大学经济与管理学院，北京 100124）
2015年，《联合国气候变化框架公约》（UNFCCC）各缔约方一致通过了《巴黎协定》，呼吁采取行动，将全球平均气温较前工业化时期上升幅度限制在2℃以内，并且努力将温度上升幅度限制在1.5℃以内［1］。2020年，中国政府承诺在2030年前实现碳排放达峰，2060年前实现碳中和［2］。《中共中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》提出，坚持系统观念，处理好发展和减排的关系，坚持节约优先等原则。碳中和需要投入大量资源，如何处理好发展与减碳的关系？在低碳约束的条件下，如何避免“运动式”减碳，实现碳中和与经济发展协同共进？对脱碳成本进行科学评估和有效控制是重要抓手。
脱碳成本是碳中和过程中资源投入的货币化、对象化。根据联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）对碳中和的定义，碳中和也被称为净零排放，它是指在特定的时间内，人为的二氧化碳排放量与二氧化碳去除量相等的状态［3］。因此，碳中和包括减少排放量的活动和去除二氧化碳的活动，两个方面的活动都需要投入资源。碳中和这种特性也决定了脱碳成本不能简单地与减排成本画等号，因为脱碳包括减排，但又不限于减排，还包括负碳技术的应用。目前我国对脱碳成本的研究还比较薄弱，主要限于边际减排成本、脱碳路径以及具体脱碳技术的研究。在CNKI数据库中对“脱碳成本”进行关键词检索，仅检索出2篇文献（检索时间：2022年5月23日）。其中，《面向碳中和的脱碳成本控制：优化创新与政策》［4］一文，阐述了依靠科技创新控制脱碳成本的科学性和必要性，提出了依靠科技创新控制脱碳成本的优化路径和政策优化路径；
《碳中和技术经济学的理论与实践研究》［5］一文，研究了关于脱碳成本曲线模型的设定问题。而在Scopus数据库中检索到的文献数量呈显著增长趋势。
因此，系统分析脱碳成本研究态势、研究热点和新兴主题，对于贯彻落实中央提出的“节约优先原则、科学评估和有效控制脱碳成本”部署要求，具有重要的现实意义。由此确立本文主要研究内容（主要围绕成本评估、成本控制展开）：首先，以Scopus数据库为数据来源，对脱碳成本研究进行量化分析，把握脱碳成本研究基本态势。其次，采用聚类分析与文献阅读方法，识别脱碳成本研究的5个热点领域。最后，依据最新研究文献，在“关注度”和“新颖度”基础上进行战略坐标分析，识别脱碳成本研究的新兴主题。在此基础上，为我国开展脱碳成本研究与脱碳成本控制实践提出建议。
1.1 数据采集
首先，以Scopus数据库为数据源，在标题、摘要、关键词中检索含有“脱碳”的文献，检索词见图1，得到文献6 132篇（检索时间：2021年8月16日）。其次，对6 132篇文献进行过滤：一是识别出6 132篇文献的全部关键词，共计158个；
二是从158个关键词中识别出与成本相关的关键词（CostCost AnalysisCostbenefit AnalysisCost EffectivenessCost ReductionCost ReductionCost-benefit Analysis），并以此对6 132篇文献进行过滤，筛选出716篇含有“脱碳成本”关键词的研究文献。最后，“脱碳”中的“碳”是指涉及气候变化或能源系统的“二氧化碳”，不是材料加工中改变材料性能的“碳元素”。据此对选择的716篇文献进行再次筛选，最终剩余648篇文献。
图1 数据集检索及筛选过程
所选文献并未对“脱碳”与“减排（减少二氧化碳排放）”区别定义，在很多情况下是混用的。IPCC术语表也仅对“脱碳（Dicarbonization）”进行了解释，没有对“减排”进行解释。2014年版IPCC报告指出，脱碳是国家或其他实体旨在实现低碳经济的过程，或个人旨在减少碳消费的过程［6］。2018年版IPCC报告指出，脱碳是国家、个人或其他实体旨在实现化石碳零存在的过程，通常指的是与电力、工业和运输相关的二氧化碳排放的减少［2］。还有研究认为，脱碳技术通常包括零碳技术、减碳技术和负碳技术［4］。据此，本文认为，脱碳包括减排，减排（碳）技术是脱碳技术的一部分，减排技术通常不包括负碳技术，而负碳技术是脱碳的重要支撑。故后续脱碳成本研究（评估）论述中包括减排成本内容。
1.2 分析方法及过程
首先，基于文献计量法分析脱碳成本研究态势，主要包括文献发文趋势分析、学科分布分析、发文期刊分布分析、高被引论文分析和脱碳成本研究影响力分析等；
其次，利用Citespace工具基于文献共被引进行聚类分析和阅读梳理，识别脱碳成本研究热点；
最后，采用共词矩阵（Bibcomb）构建脱碳成本研究战略坐标，识别近3年脱碳成本研究的新兴主题。具体研究过程如图2所示。
图2 研究框架
本部分主要从脱碳成本研究的发文趋势、发文学科分布、发文期刊分布以及高被引论文等4个方面把握脱碳成本研究基本态势。
2.1 脱碳成本研究发文趋势
在图3中，统计了脱碳成本研究相关文献的发表趋势。脱碳成本研究始于1995年发表的第一篇脱碳成本研究文献。2015年可以被看作脱碳成本领域研究的转折点，发文量开始呈现显著增长的趋势，这与2015年各国签署《巴黎协定》有关。2020年发文量达到161篇（2021年为不完整数据）。从1995年至今，脱碳成本研究大致可以分为两个阶段：①起步期（1995—2015年），这一阶段发文数量少，尤其是1995—2011年，年发文量在0—1间波动。②发展期（2016年至今），这一阶段发文数量增长迅速。这是因为2015年各国签署的《巴黎协定》开启了全球气候治理的新进程，允许各国基于各自能力，制定符合本国国情和自身发展阶段的“国家自主决定的碳减排贡献”目标（NDC）；
同时也与气候的变化、应对气候变化的成本上升、国家政策重视等密切相关。
图3 脱碳成本研究发文趋势图
2.2 脱碳成本研究发文学科分布
分析某个主题期刊论文的学科分布情况，可以反映出这一主题在某个学科中的研究进展。图4统计了不同学科领域脱碳成本研究的发文量。从图中可以看出，脱碳成本研究的大多数文献属于能源（Energy）、环境科学（Environmental Science）以及工程（Engineering）领域；
除此之外，数学（Mathematics），商业、管理和会计（Business，Management and Accounting），经济学、计量经济学 和 金 融（Economics，Econometrics and Finance），社会科学（Social Sciences）等领域也发表了一定数量的相关文献。其中，数学领域主要关注脱碳成本控制建模层面的问题（如投入产出分析、MCEE模型等），商业、管理和会计领域关注脱碳方法的技术经济评估问题，经济学、计量经济学和金融领域侧重于探索各种线性规划模型在脱碳成本控制中的应用问题，社会科学领域侧重于关注能源、环境层面的可持续性因素问题。
图4 脱碳成本研究的不同学科发文量
2.3 脱碳成本研究发文期刊分布
分析发文期刊分布可以了解脱碳成本相关研究论文主要发表在哪些期刊上，有助于快速了解研究动态。发文总量前五位的期刊以及期刊发文侧重点如表1所示。
表1 脱碳成本研究发文期刊TOP5及期刊发文侧重点
图5绘制了发文量TOP10期刊的发文趋势，可以看到：除了Energy Policy，其余9本期刊发文数量的激增始于2013年，与总趋势保持一致；
Applied Energy在2017年发文数量攀至TOP1，并持续保持到2020年；
大多数期刊在2020年的发文量都达到了峰值（由于2021年是不完整数据，暂时不做分析）。根据各期刊的发文趋势可知，近年来脱碳成本研究的关注度急剧上升。
图5 脱碳成本研究期刊发文趋势
2.4 脱碳成本研究高被引论文分析
利用Histcite工具分析648篇文献的引用关系，在 Histcite的主界面“Tools”中点击“Graph Maker”，即可制作引文编年图。本文首先对648篇文献记录进行LCS数值高低排序，再选择前30条记录绘制引文编年图。图6中每个方框代表一篇文献，方框的大小反映文献的被引频次，方框之间的箭头代表文献间的引用关系，图中连线的密集程度也可以反映该领域研究的热度［7］。
图6中呈现了一条很明显的引证关系链，这条引证关系链由文献节点 60、37、67、163、43、115、36、98等共计8篇文献组成。文献60是Filipa Amorim等于2014年发表的关于葡萄牙2050 年电力脱碳路径的讨论研究［8］；
文献 37、67则讨论了欧盟的电力系统脱碳路径［9-10］；
文献163总结了低碳政策对欧洲电力部门脱碳的重要程度［11］；
文献43基于PRIMES能源系统模型量化了欧盟到2050年的脱碳成本［12］；
文献115探索了碳定价对加拿大某省脱碳减排的影响［13］；
文献36分析了在各种政策和成本情景下北美西部的最低成本发电、存储和输电容量扩展问题［14］；
文献98探索了美国西部电力协调委员会电力系统的运营、平衡要求和成本［15］。从以上引证关系链可以看出，最核心的研究源于欧洲和美国等发达国家或地区，研究重心侧重于对电力部门脱碳成本的控制。
图6 脱碳成本研究核心文献的引文编年图（Histcite导出）
被引次数最多的文献是60、88、98。文献60强调在能源系统建模中开放系统的重要作用，而开放系统中最重要的成本是相对于封闭系统场景的燃料成本和运维成本。这意味着，由于未来的燃料成本更加不确定，因此在集成系统中可以实现更低的成本风险控制［8］。文献88强调了不确定性对实现减排目标的影响，以及足够的价格信号对于确保对低碳能源体系投资的重要性；
还强调了电力系统在转型中的重要性以及关键低碳技术的重要性，这些技术极大影响了转型的成本［16］。文献98重点针对储能技术的成本效益分析模型进行了改进，弥补了以往研究未考虑存储和没有存储的系统之间运营成本的差异这一不足之处［15］。
“影响力”反映了脱碳成本研究的质量和水平，主要包括国别影响力、期刊影响力、作者影响力。关于影响力的测度，在征求专家意见的基础上，选取发文量、被引量、年平均被引量等3个衡量指标，分别赋予其0.3、0.4和0.3的权重。具体计算公式如下所示：
其中，In为影响力综合得分，SA为发文量得分，SC为被引量得分，SAVC为年平均被引量得分（i=1，2，3，4，5）。3个指标的得分根据总量排名确定，总量排名第一位得分为5分，排名第二位得分为4分，然后以此类推。
3.1 国别影响力分析
脱碳成本研究国别影响力分析是在发文与引文基础上，对相关国家发表的有关脱碳成本研究的文献数量和质量进行的综合评价，并用气泡图表示（见图7）。气泡图横坐标为发文量——数量指标，纵坐标为发文被引量——质量指标，气泡半径为年平均被引量。从“气泡”位置看，右上方代表影响力较高，左下方代表影响力较低。从“气泡”大小看，相同位置上“气泡”大代表影响力较高，“气泡”小代表影响力较低。在“气泡位置”和“气泡大小”关系上，前者具有优先性。采用式（1）的综合影响力测度方法，通过测算得到，脱碳成本研究国别影响力由高到低排序依次是（括号内数字是影响力综合得分）：英国（5）、美国（4）、德国（3）、意大利（2）、中国（1）。这表明：英国在脱碳成本研究领域中具有较高的影响力，在该领域内研究成果多且受到了广泛的关注；
美国的发文量仅次于英国，其影响力与英国旗鼓相当；
意大利和中国的综合影响力较弱，德国居中。
图7 脱碳成本研究国别影响力（TOP5）
3.2 期刊影响力分析
分析脱碳成本研究期刊影响力时，本文仍采用式（1）的测度方法以及气泡图示法。发文总量排名前五位期刊的发文量、被引量以及年平均被引量如图8所示。通过测算得到，脱碳成本研究期刊影响力由高到低排序依次是（括号内数字是影响力综合得分）：Applied Energy（5）、Energy Policy（4）、Energy（3）、Journal of Cleaner Production（1.7）、Energies（1.3）。其中，影响力最高的期刊是Applied Energy，发文量和被引量均最高；
Energy Policy次之；
Journal of Cleaner Production的发文量虽然居于第五位，但其被引量远远高于Energies，影响力综合得分位居第四。
图8 脱碳成本研究期刊影响力（TOP5）
3.3 作者影响力分析
分析脱碳成本研究作者影响力时，还是采用前述方法，结果如图9所示。综合影响力排名前五位的作者分别是（括号内数字是影响力综合得分）：Strachan N（3.95）、Gambhir A（3.25）、Shah N（2.55）、Hawkes A（1.95）、Strbac G（1.9）。其中，影响力最高的作者是伦敦大学学院的Neil Strachan，发文量也位列第8名（共计7篇），可以看出，该作者在脱碳成本研究领域的活跃度极高；
研究兴趣围绕能源—环境—经济建模、情景和转换路径的量化以及能源经济学和政策中的跨学科问题展开。影响力第二的作者是伦敦帝国理工学院的Ajay Gambhir，其在该领域发表了7篇文献，使用国家、区域或全球范围内的能源系统模型来绘制潜在的低碳转型路径，特别关注降低低碳技术成本的过程，从而使它们的部署更具成本效益，同时探索低成本太阳能光伏组件生产的制造创新、储能创新以及借助太阳能光伏和电池的农村电气化。影响力第三的作者是Nikhikumar Shah，来自阿尔斯特大学，是发文量最高的作者，在脱碳成本研究领域共计发文12篇；
研究主要围绕热脱碳的方法和技术展开，较为重视碳捕获和储存（CCS）技术的应用，研究领域涉及热泵、供热和制冷、建筑节能成本问题等。影响力第四的作者是伦敦帝国理工学院的Adam Hawkes，该作者与伦敦帝国理工学院的Avinash Vijay在脱碳成本研究领域的合作文献共计4篇，主要通过能源系统建模（优化、模拟、预测）对可持续能源转型成本进行定量评估。影响力第五的作者是伦敦帝国理工学院Goran Strbac等的研究团队，其致力于降低脱碳成本的创新研究，关注电力系统建模、电力系统分析以及分布式发电在脱碳领域的应用。
图9 脱碳成本研究作者影响力（TOP5）
热点主题是指持续不断的研究主题。在对所获取文献的标题、摘要和全文进行筛选的基础上，利用Citespace进行关键词共现分析和聚类分析，整理归纳后识别出下列5个脱碳成本研究热点主题。
4.1 脱碳成本评估方法改进研究
Marginal Abatement Cost（MAC）曲线是脱碳成本评估的重要方法。改进研究是针对MAC曲线存在的问题所展开的研究。有些研究取得了比较好的进展，有些研究需要继续开展深入探索。
4.1.1 如何解决脱碳（减排）措施间、部门间相互作用的问题。一众研究通过分解分析将脱碳选项与碳减排成本进行了关联。Jan［17］在考虑整个能源供应链以及能源系统内的相互联系和相互依赖的情况下，推导出运输部门（混合动力电动汽车）温室气体排放的边际减排成本曲线，该曲线直观地反映了不同边际减排措施之间的替代效应。这种方法可以转移到其他经济部门以及世界其他区域，以制定出具有成本效益的温室气体减排战略。Eory等［18］于2015年在评估英国温室气体减排潜力中采用了“相互作用因子概念”，以解决减排措施的相互作用问题：当实施第一种措施后，用相互作用因子修正其他措施的减排潜力；
然后选择第二种措施，并对所有措施重复上述过程。因此，相互作用因子反映的是一项措施实施后，随之发生的其他各项措施减排潜力的变化，而不是两项措施合并后减排潜力的变化。Dunant等［19］提出了一种新颖的、透明的方法来建立边际减排成本曲线，从而可以比较脱碳（减排）成本和潜力。这一曲线较现有方法有所改进，因为它可以对同时采取的脱碳（减排）措施进行分析，并考虑措施之间的相互作用，探讨成本不确定性问题。该方法被应用于建立第一个自底向上的边际消减成本曲线，以提高英国钢材的材料效率，进而减少排放。但是，新方法相比传统方法需要更多的数据——需要物质流图来评估脱碳（减排）措施之间的相互作用，并且获取这些数据可能很费时间，具有不确定性。Fellmann等［20］以部分均衡模型为基础，构建了一个连贯的框架，以评估独立措施与综合措施、综合措施与区域措施之间的差异，但该研究未考虑市场环境因素的影响。Baccour等［21］针对考虑和不考虑措施之间的相互作用及其交易成本的几种情景，依据MAC曲线研究了脱碳（减排）措施的潜力和成本效益；
在考虑了各项措施之间相互作用的情况下，评估确定了不同措施组合的环境和经济效益；
将此方法应用于农林领域后发现，措施之间相互作用降低了脱碳（减排）潜力并使措施的成本效益恶化。Prina［22］等采用自下而上的能源系统模型，将EnergyPLAN软件和爬坡算法相结合，提出了EPLANoptMAC模型驱动的MAC曲线生成优化方法。该方法解决了模型驱动的MAC曲线无法实现部门耦合与时间的高分辨率问题。然而，该算法也存在一定的局限性：爬坡优化算法存在陷入局部极小值的可能性；
静态或短期模型未考虑整个过渡过程，而是着眼于未来的目标年份，导致很难在研究中讨论时间依赖的现象。Kesicki等［23］通过使用能源系统模型来捕获脱碳（减排）措施间的相互作用，并评估与其他部门并行的住宅部门的脱碳（减排）成本和潜力。
4.1.2 如何解决模型驱动的MAC曲线缺乏技术经济细节的问题。Kesicki［24］将能源系统建模（MARKAL）、分解分析和不确定性分析相结合，提出了一种生成MAC曲线的新方法。它依赖于系统模型与减排措施的单项评估，并反映跨时期、跨部门在能源系统中的交互；
与以前基于模型的减排曲线相比，该方法能够将减排量归因于不同的减排措施。该方法将系统模型考虑交互作用的优点和专家判断的技术细节优点相结合，较好地弥补了模型驱动的MAC曲线和专家驱动的MAC曲线存在的不足。但该分析方法仅被应用于英国交通部门，且局限于能源系统内的直接成本，未能阐述微观经济和宏观经济的相互作用，也未能考虑减少二氧化碳产生的辅助效益对成本的影响；
仅考虑了价格这一不确定性因素，技术学习和市场潜力的因素未考虑。针对上述研究的不足，Yue等［25］从全系统角度研究了MACC（边际减排成本曲线），重点关注所有缓解措施的技术细节，建立了基于TIMES模型的MACC，进而捕获了更多的技术经济细节，并以综合的方式考虑了整个时间范围内所有部门的减排方案，具有高粒度性；
还考虑了脱碳（减排）措施组合中不确定性的影响；
利用分解分析，确定了关键脱碳（减排）技术，将其分为弹性技术（成本效益高）、临界点技术（高边际减排成本）和利基技术（需要进一步降低成本以增强竞争力），并根据其成本效益进行排序，直观地反映了技术渗透与边际减排成本增加之间的关系，也反映了技术之间的相互作用。该研究相比Fabian［24］的研究有新的发展。Fellmann等［26］认为，只关注单项的MAC曲线可能会导致对脱碳（减排）潜力的过高估计。相反，在单项和聚合的MAC中被划分为相对较高成本的措施不应被丢弃，因为它们在某些区域仍然具有成本效益。为此，作者应用了部分均衡模型来表示从自底向上（单项减排措施）和自顶向下（组合减排措施）两种方法衍生出来的能展现技术细节的边际减排曲线，而且所采取的建模方法明确考虑了除盈利能力和利润最大化以外的影响农民采用减排技术的相关因素。Wing等［27］提出了一个整合自下而上边际减排成本曲线、部分均衡技术经济模拟和分析一般均衡模型的理论框架，该框架将能源效率改进方面自下而上的技术细节纳入一个简单且易于校准的经济模型，其模拟结果使技术部署政策的经济机会成本和环境效益一览无余。Weitzel等［28］将高度技术细节嵌入到全球模型中，提出了一个框架，将自下而上的末端减排成本信息集成到CGE模型中。
4.1.3 如何解决共同效应和附带效益的问题。He等［29］计算了24种不同措施的大气污染物综合协同减排指标（ICER），采用共控效应坐标系统、共控交叉弹性、单位减排成本和边际减排成本曲线，考察了不同措施的共控效应。结果表明：大多数节能脱碳（减排）措施都能起到协同减排的作用；
脱碳的最大潜力来自结构调整措施；
提高能效和节能措施的单位成本相对较低，但脱碳（减排）潜力有限。而后，其又分析了钢铁领域共同效应问题。Yang等［30］试图填补碳减排成本与辅助效益之间的研究空白，回答与中国自主贡献碳减排相关的几个关键问题：减排成本中有多少可以被环境效益所抵消？碳减排的盈亏平衡速率是多少？中国的自主贡献减排目标是否具有成本效益？作者通过对MACC和ChinaMAPLE模型的分析，得出相应结论：首先，考虑到环境效益，碳减排的净成本可以大大降低；
其次，如果实施严格的末端控制（EPC）措施，则环境效益会受到严重影响；
最后，在NEPC情景下，中国的自主贡献碳减排目标是可实现的，且具有成本效益。
4.2 市场机制对脱碳成本影响的评估
市场机制是以经济杠杆撬动碳排放单位主动减排，通过市场手段降低社会综合减碳成本，以支持脱碳目标实现的机制［31］。主要工具包括碳（排放）交易市场、碳排放交易价格等。
碳（排放）交易作为碳定价工具，以市场为基础，是一种以最具成本效益的方式实现脱碳的激励机制。碳交易市场的碳定价是根据温室气体排放给社会带来的外部成本进行的市场定价，使其价值在市场中反映出来。如果缺乏市场机制对碳环境容量合理使用的引导，气候变化带来的社会成本将不断侵蚀全社会福利。《京都议定书》签署后，发达国家将构建碳交易市场制度体系作为实现脱碳的重要措施。其中，比较典型的碳交易市场有国际排放交易机制（International Emission Trading，IET）、联合履行机制（Joint Implementation，JI）、清洁发展机制（Clean Development Mechanism，CDM）。Bushnell等［32］研究了欧盟排放交易计划对利润的影响。碳价格变化会影响直接和间接投入成本、产出收入和碳许可证资产价值。由于减排成本、产出价格敏感性和碳配额分配的不同，这些影响在不同行业和企业之间可能会有很大差异。总体而言，碳密集型或电力密集型且不参与国际贸易的公司或行业会因为碳价格下降而承担利益损失。Strbac等［33］认为，由于电力系统脱碳需要对低碳能源以及供热、运输部门进行大量持续的投资，因此，去中心化是一个低成本、高效益的方式。新兴智能技术通过动态定价、本地能源市场、安全市场和点对点（P2P）交易等积极参与电力交易，提供辅助服务，体现了分布式灵活性的作用和价值，能够最大限度地降低未来能源系统脱碳的总成本。
碳排放交易试点中的碳排放价格是影响减排目标实现的关键因素。碳排放价格会随着减排目标的提高而上升；
碳排放价格越高，减排力度就越大。合理的碳排放价格不仅有利于促进碳排放市场的发展，而且可以节省企业的脱碳成本［34］。Calel等［35］揭示了碳市场的价格发现功能，当单位碳价高于或等于企业边际减排成本时，企业会通过绿色创新减少碳排放以适应碳排放约束，这其实是碳排放权交易机制促进企业绿色创新的内在逻辑；
碳排放权交易市场价格上升可以促进企业绿色创新。
清洁发展机制（CDM）同样是处理温室气体排放问题的有用工具。它允许工业化国家在发展中国家实施可持续性减排项目，减少温室气体排放，以较低的成本降低发展中国家承诺的减排量，最终实现工业化国家的法定减排目标［36］。CDM还能促进发展中国家在可再生能源和低碳排放技术方面的创新［37］。
4.3 政策策略对脱碳成本影响的评估
政策策略是指国家层面（政府）在控制成本的基础上为实现各行业、各领域脱碳而制定的法规与战略规划，是脱碳（减排）行动和控制成本的依据。这些法规与战略规划都涉及脱碳（减排）成本，特别强调成本效益，强调可负担性。一般的政策策略包括碳定价、碳税、碳排放交易政策、禁煤令政策等。
4.3.1 碳定价。税收或碳排放交易计划，通常被视为主要的气候政策工具。基于理论预期，这将促进完全脱碳所必需的新技术的创新和传播。使用碳定价作为主要减排工具的理由如下：通过碳定价，污染者有减少碳排放的经济动机。价格信号将催发低排放或零排放技术的开发和部署，如可再生能源或绝缘建筑。通过激励制定成本较低的减排方案，使碳价格与部门的边际减排成本达到动态平衡，从而推动以具有成本效益的方式进行脱碳［38］。
4.3.2 碳税。碳税是一种具有成本效益的脱碳（减排）工具，税率相对稳定，减排成本也具有确定性和可预测性，通常按燃料或类似能源产品的碳排放量来征收［39］。企业可以根据税率调整生产方式，选择最优的减排方式［40］。Yu等［41］比较了碳排放交易计划（ETS）与碳税（CT）的减排量和减排成本，结果证明：短期内ETS减排效果优于CT，但长期来看CT减排潜力更为显著，减排成本也低于ETS。Shi等［42］基于CGE模型探讨了不同碳税税率情景对中国建筑业减排和宏观经济的影响。研究表明，适当的碳排放税率可以实现减排目标，也可以显著减弱对经济的不利影响。Hou等［43］为促进航空客运中生物燃料的可持续消费，抑制碳排放，探索了一种碳税政策，包括定期碳税和惩罚性碳税，以惩罚性碳税为基础设定碳排放上限。通过双层规划模型明确预期的碳排放水平和生物燃料消耗策略。研究结果表明，碳排放的社会成本可以通过适当的比例系数进行部分转移，具体取决于碳税政策参数，包括预期排放水平和碳税价格；
设定适当的预期排放水平和碳税价格可以鼓励航空公司使用生物燃料，促进碳减排并实现可持续的航空客运发展。
4.3.3 碳排放交易政策。碳排放交易政策是脱碳（减排）最具成本效益的工具，能以最低的社会成本实现环境目标。公司通过平衡减排成本与配额成本来调整其排放量［44］。设置排放上限而不是通过税收来控制排放，可以为未来的排放和遵守国际协议提供更多确定性［45］。Ellerman和 Buchner［46］通过分析对比 2005 年和 2006 年的欧盟温室气体排放数据，发现碳排放交易政策对温室气体的控制十分有效，进一步证实了市场化的管理对减排政策的效度。碳排放交易是通过市场经济促进环境保护的重要机制。Li等［47］基于2007—2017年碳交易试点数据，综合评价中国碳交易政策的空间减排效果，结果证明：碳交易政策促进了试点地区的碳减排，也有助于抑制周边地区的碳排放；
碳排放交易的长期减排效果逐渐显著，而短期减排效果相对较弱；
在减少碳排放方面，经济发展发挥了关键作用，抑制了周边地区的碳排放；
从长远来看，技术进步往往成为碳交易政策潜在减排效果实现的关键。Xian等［48］通过参数和非参数组合技术计算减排成本（即降低潜在减排成本和未实现减排成本）和边际减排成本以及对碳排放交易潜在碳减排量进行估计。结果表明：中国的碳排放交易体系试点存在减排成本节约空间；
碳排放交易即使运行效率低下，也具备一定的减排潜力；
如果碳排放交易得到实施并且全面运作，几乎所有地区都将实现边际减排成本节约。
4.3.4 其他政策，如禁煤令、可再生能源投资组合等。例如，实施煤炭开采禁令对捷克能源系统环境的影响研究。为了应对褐煤开采及其在附近发电厂燃烧造成的大规模景观破坏和空气污染，捷克划分了允许露天采矿和不允许露天采矿的区域。该政策在一定程度上缓解了由煤炭产生的碳排放压力，但是同时也产生了供暖不足、社会压力大等新的问题［49］。从这个层面来看，禁煤令无法从根本上解决脱碳问题。可再生能源投资组合标准（RPS）是美国等国家常见的政策工具，但这项政策的脱碳成本效益存在争议。Young等［50］发现，可再生能源投资组合标准的脱碳成本效益受到多方因素的影响，如天然气价格和二氧化碳价格，在大多数情况下其并非成本效益最优的选择。
4.4 技术及创新对脱碳成本的影响研究
目前学者主要围绕零碳技术、减碳技术和负碳技术开展了相关研究。
4.4.1 关于零碳技术对脱碳成本的控制。零碳能源技术即以零碳排放为特征的清洁能源技术，包括可再生能源发电技术（光伏、风能、水力）、生物能利用技术、绿色氢能利用技术等，以彻底取代化石能源［51］。其中，可再生能源的利用：在区域供热系统中利用钻孔热能存储降低热电联产和太阳能集热器的温室气体排放量，从而降低脱碳成本［52］；
提高可再生能源的渗透率和储存能力，进而降低脱碳成本［53-59］。生物能的利用：生物质混烧在实现能源脱碳方面发挥着重要作用，有助于提高生物能源生产效率和降低能源脱碳成本［60］。绿色氢能的利用：氢作为能源载体可以实现零碳排放，并降低运输成本［61］；
电制氢技术在铜生产脱碳方面的技术经济潜力极大，且敏感性分析结果进一步表明，电制氢技术在控制脱碳成本方面具有显著优势［62］；
低碳情境下电制甲烷的成本优化方法拥有高于电制氢的储存容量［63］。
4.4.2 关于减碳技术对脱碳成本的控制。减碳路径包括源头减排、革新技术和工艺流程再造、行业绿色低碳材料开发及末端治理等［64］。在空运方面，改用低碳燃料（大规模采用可持续航空燃料）是实现航空运输脱碳的主要途径之一，但是低碳燃料同样面临着需要降低成本的困境［65］。在陆运方面，通过使用火花点火直喷汽油车技术、压燃柴油车技术或者汽油和乙醇混合燃料，能够提高燃料的燃烧效率，减少碳排放量，从而降低脱碳成本［66］。通用汽车公司构建了一套标准化的全球制造系统（GMS），以管理和提高能源效率，控制脱碳成本［67］。
4.4.3 关于负碳技术对脱碳成本的控制。负碳技术主要包括自然生态碳汇以及碳捕集、封存与利用技术（CCUS）［68］。碳捕集、封存与利用（CCUS）是大多数大型燃烧工业设施为保持现有生产流程的可行性技术选择，但是用于工业用途的成本非常高，因此大规模投入使用还须进一步实现技术创新以优化成本：其一是通过膜分离技术捕获CO2，其二通过是降低氮气含量保证CO2相对纯净［69］。将生物能源发电与碳捕获和储存（BECCS）结合起来可能会产生“负排放”，这对于实现CO2的净零排放至关重要，但其效用受生物能源供应情况，生物技术可用性、成本以及碳预算水平的影响［70］。
4.5 不同行业领域的脱碳成本控制途径研究
该部分研究重点围绕电力、交通运输、工业生产、建筑等领域展开。
4.5.1 关于电力部门的脱碳成本控制途径。①能源模型组合使用将发挥更有价值的效用。与使用长期优化能源模型相比，短期模型可能会导致战略投资延迟和实现脱碳目标成本的显著增加，将长期优化模型与其短期等效模型结合使用可以为政策设计提供有价值的建议［71］；
将Monte Carlo模拟与Modelling-to-Generate Alternatives（MGA）相结合，可产生800种不同的场景路径，这些路径同时考虑了政策、技术和成本的不确定性［72］。②政策对电力部门脱碳成本控制的影响。其包括：CO2定价对电力脱碳的影响［78-79］；
碳定价、褐煤供应和天然气成本对能源系统的影响［75］；
通过对比碳价格等多种不同的情境因素、方法手段，分析最优减排途径［76］。
4.5.2 关于交通运输部门的脱碳成本控制途径。①燃料电池的技术改进。例如：解决高成本支出问题［77］；
解决电池成本、里程问题以及对电池充电网络的依赖问题［78］。②对替代运输途径的探索。如通过公共交通稳定交通需求是经济有效地实现脱碳的关键途径［79］。③替代燃料技术的研发。例如：碳中性合成燃料（CNSF）的替代方案［80］；
使用生物燃料被证明是交通运输部门减排成本最低、最有效的途径之一。生物柴油与石油柴油相比，它可以减少高达99%的温室气体排放量［81］。
4.5.3 关于工业生产部门的脱碳成本控制途径。①技术创新方法对工业部门脱碳成本控制的作用。热电联产（CHP）系统是高效的供电和供热方式，有助于减少工业部门能源使用［82］。②开发替代燃料。使用氢气制钢和生产部分氨，基于氢气的零排放电力为工业减排提供了巨大潜力；
BECCS产生负排放，通过这种方法，工业制造商可以将生物能源作为原料或燃料，然后使用CCS来减少由此产生的二氧化碳排放［83］。③加强终端部门节能提效和电气化替代。电气化是工业部门脱碳的关键战略。Schoeneberger等［84］认为，美国工业锅炉的电气化潜力（电锅炉满足蒸汽所需的电量）和锅炉电气化的排放影响在很大程度上取决于常规锅炉的当前库存及其燃料来源。电锅炉不仅具有高热效率、启动快速、停机时间短并且不产生现场污染、不燃烧附件的特点，还具有其他优势，如更低的维护和管理成本。
4.5.4 关于建筑部门的脱碳成本控制途径。①建筑行业供热系统的热泵区级协调问题。如评估与城市区域供热网络扩展相关的情景［85］；
开发分层协调方法可最大限度地提高热舒适度并最大限度地降低电力成本，从而降低脱碳成本［86］。②建筑节能改造的环境［87］、经济可行性评价［87-88］。Tang等［89］评估不同情景下所需的减排成本，探索中国建筑行业能源消耗和碳排放的主要影响因素。③用净零能源取代建筑中的化石燃料。净零排放包括将燃料转换为电力、生物燃料或氢［90］。在建筑中，电热泵的广泛采用是最优选项之一，采用电热泵替代传统的化石燃料燃烧系统用于建筑空间的供热制冷，有助于降低碳排放；
天然气发电厂使用混合氢来生产更清洁的电力。
新兴主题是指近期出现的并日益受到关注的研究主题，其有助于把握领域研究走向，占领研究制高点。本文基于检索得到了近几年的相关数据（2018—2021年，2021年为不完整数据），在“关注度”和“新颖度”基础上进行战略坐标分析，识别得到了5个新兴主题。
5.1 主题关注度与新颖度战略坐标构建
利用Bicomb软件提取2018—2021年文献关键词矩阵，进行数据的转换与准备，然后将准备的共词矩阵置于SPSS软件中进行聚类，将166个关键词聚成25类，剔除与脱碳成本研究无关且不能反映研究主题的聚类，最后形成23个有效聚类。
得到新兴主题聚类之后，利用Law等［91］于1988年提出的战略坐标（Strategic Diagram）方法，以聚类的关注度指标为横轴，新颖度指标为纵轴，建立战略坐标。
其中，新颖度的计算公式为：
式中，n表示共现的关键词个数，l表示聚类个数，m表示每个聚类中关键词个数，Yij表示第i个聚类第j个关键词的共现年份，NWi表示第i个聚类的新颖度。
关注度的计算公式为：
式中，Fij表示第i个聚类第j个关键词的共现频次，Ci表示第i个聚类的关注度。
经过计算，得到战略坐标图如图10所示。其中，共有7个聚类位于第一象限，2个聚类位于第二象限，10个聚类位于第三象限，4个聚类位于第四象限。
图10 脱碳成本研究新兴主题战略坐标图
5.2 脱碳成本研究新兴主题分析
由图10可知：聚类1、聚类2、聚类3、聚类4、聚类7位于第一象限，其关注度和新颖度指标均较高，尤其是新颖度指标。下面对这5个新兴主题进行详细解读。
新兴主题一（聚类4）：强调跨部门耦合（Cross-departmental Coupling）以降低能源系统脱碳成本。能源系统各部门存在密切的交互关系，电气化水平的提高、以电力系统为基础的各系统的不断整合，会颠覆能源系统的规划和运营方式。要想实现能源系统的净零排放，就不能将能源系统分割开来，须遵循系统化的思想，关注各个系统之间的耦合程度和相互关系。这通过两个方向来实现：第一，注重先进技术的应用，集成式系统和数字化技术的发展将为能源系统带来机会。例如，通过寻找电力、加热/冷却、天然气/氢气、运输部门之间的关联关系以及相互作用，可以在一定程度上减少能源系统成本投入［92］，同时提高能源系统的运行效率。第二，注重先进系统的应用。例如，考虑如何将能源存储、需求侧响应、灵活/可调度的发电技术、电网间的互连传输等以一种具有成本效益的方式进行灵活且安全的耦合设计［93］。
新兴主题二（聚类2）：探索储能技术（Energy Storage Technology）的多元互补策略。储能技术可以缓解可再生能源发电的间歇和波动问题，改善电力在时空方面的平衡困境。因此，对储能技术进行大规模部署为取代价格高昂的低碳电力提供了可能性，也进一步降低了成本［94］。但是目前储能技术的发展仍然处于一个较低的水平，无法提供足够的电力以满足所有的电网需求。因此，当前的问题在于如何构建一个多元化且功能互补的储能系统。这一方面需要加速科技创新，另一方面则需要考虑这种储能系统实现后带来的后果，如公众是否认可，以及技术经济性和可扩展性、安全性是否存在问题等。
新兴主题三（聚类1）：强调数字化（Digitization）对脱碳成本控制的重要作用。数字化是指利用传感器收集更多、更高质量的物理数据，用算法或人工智能（AI）分析数据，并将由此产生的信息转化为有助于提高生产力和效率的行动。数字技术已经应用于电网、交通网络、工业设施、建筑等领域，随着部署的增加，其发展经济和加速脱碳的潜力也在提升［95］。工业数字化促成了“智能制造”，如增材（3D）打印、机器人技术以及人工智能和自动化技术等，可以优化能源和资源的使用、维护、生产和供应链管理。再如，“明日工厂”计划利用机器人技术、人工智能和自动化技术、预测性维护和数字孪生（即用于模拟的物理对象或系统的虚拟复制品）使水泥生产更安全，提高生产力并减少能源使用和成本，有望将工厂运营效率提高15%～20%，且有助于降低水泥的碳强度［95］。能源存储和分配新技术以及智能信息和通信技术对于优化能源组合与弹性运行至关重要。在未来的能源系统中，能源流将不再是“单行道”，数据将不得不进行大规模交换。这是识别何时、何地以及在何种程度上存在剩余和需求的唯一方法。为了实现这一点并能够模拟、优化、设计、监控和安全运行电网，IT和数字化是必不可少的组成部分。没有任何一项技术可以单独解决世界气候问题，但是通过针对特定地点的气候、工业和社会条件调整多种技术组合可以取得进展。这种方法能提高能源效率，促进能源系统的发展，并具备弥补可再生能源发电波动的灵活性。克服这种复杂性需要能源基础设施与物联网相连接、边缘设备与云计算相结合。首先需要更多的数据来映射网络的运行状态以及整个能源系统的运行状态。传感器或测量系统确定这些数据并将其提供给本地、区域或超区域系统。然后运用这些数据来确保能源供应和能源需求之间最具成本效益的平衡。这种平衡是在可以打开或关闭发电机的情况下或者在消费者的帮助下实现的。数据是当今模拟系统和建模图像的基础。在系统建模的帮助下，可以制定正确且合理的路径规划，以构建未来的脱碳能源系统。同时，数字化可以通过减少信息不对称和降低交易成本来提高能源系统监管的成本效益［96］。
新兴主题四（聚类7）：重视对脱碳软成本（Soft Cost）的研究。软成本包括能源升级业务、客户获取、项目管理、工作范围开发、程序遵从性测试/调试等开销。这些通常占项目总预算的一半［97］。Chan等［98］提出，简化项目管理、规划/设计和交付可能具有很高的节约潜力，而诊断、测试和许可由于成本较低，其潜力可能也相对较低。海上风电的软成本占总安装成本的很大一部分，再加之互联的特性，其是实现可持续发展成本目标的关键挑战［99］。但是软成本因其隐蔽性和积累性的特征常常被忽略，直到出现了严重问题，也只会通过人工费等醒目的会计账目的方式表现出来，所以建造阶段存在隐性增量成本。因此，在对脱碳成本进行控制的过程中，要注重提高对软成本的关注度，优化管理体制机制。
新兴主题五（聚类3）：重视探索氢气（Hydrogen）、氨气（Ammonia）等能源载体的规模化应用。氢能是化学储能方式之一，具有能量密度高、储存时间足够长等优点。绿色氢由可再生能源生产，碳排放几乎为零，对环境的危害很小。因此，氢是最理想的化学储能介质之一。从存储周期或空间的角度来看，氢储能具有明显的优势，特别是对于大型储能设施［100］。氢气有望减少电气化难以实现的排放，可以用于重工业和长途运输，或作为化学原料［101］。氢气是提供低碳电力、热力的重要原料，同时也是直接还原铁矿石的重要原料。氢气在部分区域已经得到了应用，并在一定程度上替代了天然气。作为一种关键的可再生电力能源，氢气弥补了电力系统的间歇性［102］。然而目前氢气的大规模应用仍然存在瓶颈，仅仅在甲醇、氨气生产和炼油方面得到了应用［103］。尽管如此，氢气作为一种潜力极高的能源，未来可能在能源系统中展示更为巨大的作用。同时，氨气作为一种可扩展的、具有成本效益的清洁能源载体，密度高于液态氢，且易于冷凝，因此便于长距离运输和存储，具有经济便利性［104］。综上所述，要想实现氢气和氨气在电力系统中的大规模应用，需要进一步攻破技术安全性和经济性的难关。
本文以Scopus数据库收录的脱碳成本研究文献为依据，基于文献计量学，结合Histcite、Bicomb、Spss、Citespace工具以及战略坐标等方法，对脱碳成本的研究态势、研究热点以及近三年的新兴主题进行了详细梳理与分析。通过分析可以发现：自2015年起，脱碳成本相关研究的数量开始激增，共有5个研究热点，几乎每个主题都涉及脱碳成本的评估问题，而脱碳成本控制需要以脱碳成本评估为工具。市场因素和政策因素作为脱碳成本研究的驱动因素，分别通过碳交易市场等市场工具和碳税等政策工具影响脱碳成本；
同时，市场工具的诞生又受到政府政策的驱动。不同行业的脱碳成本控制基本符合“电气化、可再生能源、创新和发展零碳及负碳技术”的主要途径，同时又具备各自行业的特点。通过绘制战略坐标图，获得近年来的脱碳成本研究新兴主题，包括：强调跨部门耦合以降低能源系统脱碳成本；
探索储能技术的多元互补策略；
强调数字化对脱碳成本控制的重要作用；
重视对脱碳软成本的研究；
重视探索氢气、氨气等能源载体的规模化应用。
厘清研究态势、研究热点与新兴主题，对我国开展脱碳成本研究具有重要意义，主要理论研究与实践建议如下。
①完善脱碳成本评估方面的研究。碳减排成本评估是碳达峰、碳中和政策的重要内容，目前涉及工业分行业详细措施核算的研究较少，在碳达峰路径方面也缺乏对各相关行业之间的统筹考虑。未来研究可以考虑纳入路径依赖、跨部门的相互作用、边际措施的收益递减，考虑在其他措施大规模部署时具有成本效益的措施，将能源系统脱碳的复杂动态内化到与气候目标相兼容的水平上；
致力于解决减排措施间、部门间相互作用问题，模型驱动的MAC曲线缺乏技术经济细节的问题以及共同效应和附带效益的问题。
②脱碳成本控制需要依靠脱碳技术及创新。实现碳中和目标需要高质量的脱碳，即依靠科技创新控制脱碳成本，实现碳中和与经济的协调发展。科技创新是控制脱碳成本、实现碳中和的关键，要重点研究以科技创新控制脱碳成本的具体路径和政策举措。从实践上看，科技创新能够显著降低脱碳成本，有效减缓脱碳压力，尤其是低碳零碳负碳技术的创新及应用。2022年5月，财政部印发的《财政支持做好碳达峰碳中和工作的意见》提出，“加强对低碳零碳负碳、节能环保等绿色技术研发和推广应用的支持”。虽然我国特别重视技术创新，但相关研究仍然不足。目前，中国的能源结构仍然以煤为主，煤炭仍将在较长时间内起到保障能源安全的作用。因而必须通过技术创新提升煤炭的利用效率和清洁利用水平，或者通过技术创新利用可再生能源及清洁能源逐步取代煤炭。因此，脱碳技术研发及其创新是今后研究的重要方向之一。
③进一步加强政策工具和市场工具的协同作用。如果说技术及创新是评估和控制脱碳成本的一只重要轮子，那么政策和市场机制则是另一只轮子，只有双轮驱动才能更好发挥作用。2021年3月15日，习近平总书记在主持中央财经委员会第九次会议时强调，“要坚持政府和市场两手发力，强化科技和制度创新，深化能源和相关领域改革，形成有效的激励约束机制”。碳定价政策作为纠正碳排放负外部性的有效手段，无疑是推动“双碳”目标顺利实现的重要市场激励型政策工具。但不容忽视的是，我国碳交易机制仍然存在一些亟待解决的问题：一方面，碳市场的覆盖范围有限，交易规模较小；
另一方面，碳市场的交易价格明显低于社会福利最大化目标下的最优价格水平。另一种代表性的市场激励型政策工具——碳税，因其能够弥补现实中碳交易政策的不足而有被适时引入的必要。因此，积极探索构建碳交易和碳税协同互补机制，有助于我国“双碳”目标如期实现。
④构建数字化与脱碳成本的系统化框架。数字技术在提升脱碳管理效率进而降低脱碳成本方面发挥着重要作用。2021年12月30日，工业和信息化部办公厅《关于印发制造业质量管理数字化实施指南（试行）的通知》提出，强化数字化思维，持续深化数字技术在制造业质量管理中的应用，创新开展质量管理活动。因此，脱碳也离不开数字创新。数字化的蓬勃发展为“双碳”战略赋予了极大的动能。传统产业包括工业、能源、交通等，通过开展数字技术创新改变低效率、高耗能、高排放的生产方式，已成为实现绿色低碳转型的最有效方式，并有助于加强数字技术设施的互联互通和绿色发展的信息共享，为实现碳中和目标提供硬件和软件基础。
⑤推动储能系统多元化、创新组合。储能在降低脱碳成本方面具有重要作用。财政部印发的《财政支持做好碳达峰碳中和工作的意见》提出，“因地制宜发展新型储能、抽水蓄能等，加快形成以储能和调峰能力为基础支撑的电力发展机制”。随着分布式可再生能源的快速发展，储能系统在保障电力系统高效运行方面的作用越来越突出。目前，抽水蓄能（PHS）系统占据全球总储能容量的最大份额。然而，高昂的投资成本和较长的投资回收期阻碍了储能系统的构建。诸如共享储能系统、储能系统优化组合、热能存储系统在一定程度上解决了成本高、转换效率低的问题，但在规模化应用方面还存在一定距离。因此，应予以研发投入和资金支持，以进一步促进储能产品落地和市场化应用。
猜你喜欢脱碳能源成本5种沸石分子筛的吸附脱碳对比实验煤气与热力(2021年9期)2021-11-062021年最新酒驾成本清单河南电力(2021年5期)2021-05-29第六章意外的收获小学科学(2020年5期)2020-05-25碳素工具钢T8表面脱碳规律研究山东冶金(2019年3期)2019-07-10————不可再生能源">用完就没有的能源————不可再生能源家教世界(2019年4期)2019-02-26温子仁，你还是适合拍小成本电影(2018年12期)2018-12-23福能源 缓慢直销路知识经济·中国直销(2017年3期)2017-04-16加热和旋锻过程对弹簧钢表面脱碳层厚度的影响研究锻造与冲压(2016年21期)2016-07-18微波加热内配碳酸钙高碳锰铁粉固相脱碳试验研究太原理工大学学报(2014年2期)2014-08-10独联体各国的劳动力成本俄罗斯问题研究(2012年1期)2012-03-25