電動汽車助力我國能源安全與“碳達峰、碳中和”協同推進

郭劍鋒 張雪美 曹琪 顧復

1 中國科學院科技戰略咨詢研究院 北京 100190

2 中國科學院大學 公共政策與管理學院 北京 100049

3 南京理工大學 經濟管理學院 南京 210014

4 浙江大學 工程師學院 杭州 310015

5 浙江大學 機械工程學院 杭州 310027

在全球資源與環境的制約下，能源形勢逐漸嚴峻，能源格局亟須變革，能源安全也深受波及。為了解決經濟快速發展帶來的能源與環境問題，近年來，我國多次制定國家性、區域性和部門性的能源戰略與環保戰略，如“四個革命、一個合作”能源安全新戰略①堅定不移貫徹落實能源安全新戰略（聲音）. (2020-04-20)[2022-10-09]. http://opinion.people.com.cn/n1/2022/0420/c1003-32403234.html.與“碳達峰、碳中和”②在第七十五屆聯合國大會一般性辯論上的講話. (2020-09-22)[2024-01-24]. https://www.gov.cn/gongbao/content/2020/content_5549875.htm.（以下簡稱“雙碳”）目標。然而，在能源安全與“雙碳”目標共同推進的過程中，快速減排策略也帶來了一定能源安全風險。二十大報告進一步指出，立足我國能源資源稟賦，堅持先立后破，有計劃分步驟實施碳達峰行動③習近平：高舉中國特色社會主義偉大旗幟 為全面建設社會主義現代化國家而團結奮斗——在中國共產黨第二十次全國代表大會上的報告. (2022-10-25)[2022-11-08]. https://www.gov.cn/xinwen/2022-10/25/content_5721685.htm.。這些重大戰略決策與部署都體現出我國在積極尋找于不同步調中保障能源安全與實現“雙碳”目標的最大同步。

汽車行業作為高污染、高耗能產業，不斷壯大的產業規模導致石油需求量與尾氣排放量迅速增加，成為限制能源安全和增大碳排放的主要因素之一。隨著電動汽車取代燃油汽車的變革大規模開展，在未來較長一段時間內，汽車行業必將經歷巨大轉變，這對保障我國能源安全、降低碳排放量具有積極作用。電動汽車能夠推動能源多樣化發展，減少交通行業對傳統化石能源的依賴，降低國家能源風險；同時，電動汽車零排放特性有助于減少溫室氣體排放，助力實現“雙碳”目標。各國政府出臺的支持政策為電動汽車市場注入活力，全球范圍內電動汽車銷售量呈指數增長趨勢。2022年，全球純電動汽車銷量達到780萬輛，同比增長68%；中國純電動汽車銷量536.5萬輛，同比增長81.6%，電動汽車的市場占有率持續增長[1]。因此，關注電動汽車的發展歷程對保障能源安全與實現“雙碳”目標協同發展具有重要意義。

當前研究側重于描述能源安全保障工作與實現“雙碳”目標工作的現狀、發展方向和兩者之間的矛盾，缺少電動汽車等產品對兩者協同發展的影響機制與實證分析研究。本文在厘清我國能源安全與“雙碳”目標關系的基礎上，以電動汽車的高效能、零排放特征為核心，構建雙三角理論，解析其對保障能源安全和實現“雙碳”目標協同發展的影響機制。從穩定性和協調性角度，分析電動汽車對能源安全與“雙碳”目標的推動作用，該推動作用涵蓋政策協同、技術協同和整合協同3方面。為持續放大這些推動作用，未來需構建以政策網絡為保障、儲能技術為立足點的雙邊整合協調系統，以提升電動汽車在助力保障能源安全與實現“雙碳”目標過程中的同步性、協調性，指引電動汽車產業未來發展的重心與方向。

1 能源安全與“雙碳”目標的關系

現階段我國能源安全保障工作已不再是簡單地保障能源供應安全，同時還關注生態環境、可持續發展等問題。隨著新型能源安全觀深入人心，節能減排、低碳經濟、“雙碳”目標等可持續性發展戰略也逐漸被納入能源安全保障工作中。在保障能源安全與實現“雙碳”目標協同推進過程中，由于兩者的目標、定位等方面不盡相同，無法做到完全協同并進，因此，理順兩者之間復雜的關系顯得尤為重要。

1.1 能源安全是“雙碳”目標的重要基石

聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）發布的《全球升溫1.5℃特別報告》④IPCC. IPCC 發布全球升溫1.5℃特別報告.(2020-06-29)[2023-02-13]. http://www.casearth.com/index.php/home/data-service/67-ipcc-1-5.分析指出，全球到2050年左右將實現碳中和，實現綠色低碳已經成為全球發展不可阻擋的趨勢和共識。碳排放主要來源于化石能源的燃燒，為達成“雙碳”目標，我國勢必要走由化石能源轉向可再生能源的能源轉型之路。我國資源稟賦決定了當前階段我國的能源供給與消費均以煤炭為主（表1），為了保證社會穩定與國家長治久安，以煤炭為主的能源結構暫時難以改變，“雙碳”目標也不是摒棄煤炭，而是不斷開創高效技術，推動煤炭的高效、科學、綠色使用，鞏固煤炭的兜底地位。

表1 2019—2021年我國能源生產與消費構成Table 1 Composition of energy production and consumption in China from 2019 to 2021

為保障煤炭兜底、能源供應安全，實現“雙碳”目標仍需以能源安全為基石，以妥善利用煤炭為主要途徑。煤炭清潔高效利用模式有2種：① 煤炭清潔化利用。煤炭高效清潔利用貫穿“雙碳”目標的整個實現途徑——碳替代、碳減排、碳封存、碳循環，涉及煤炭的安全、高效、綠色開采利用。預計到2050 年，煤炭替代碳減排貢獻率占全球碳中和的47%，碳減排、碳封存和碳循環貢獻率分別占21%、15%和17%[2]。② 煤炭替代化應用。大力發展電動汽車等使用清潔能源的產品，降低化石能源使用比例，提高清潔能源使用比例。這充分表明綠色低碳與煤炭兜底并不相悖，能源安全保障工作同時也是推動“雙碳”目標穩定前行的基石。

1.2 “雙碳”目標下保障能源安全工作面臨風險挑戰

保障能源安全與實現“雙碳”目標之間關系復雜，我國在實現“雙碳”目標道路上面臨起步晚、任務重、窗口期短等諸多問題，進一步加大了我國能源安全保障工作的預期目標與供給穩定壓力。① 預期目標無法兼顧最優。實現“雙碳”目標工作側重環境可持續發展，而能源安全保障工作側重為國家穩定提供能源供給支撐。在資源有限性條件的制約下，兩者很難同時達到最優目標。② 能源供給的穩定性。若要如期完成“雙碳”目標，需要立即改變以煤炭為主的能源消費結構。然而，對煤炭的清潔與替代使用也需要大量資金、技術與時間才能完成，這些都會給能源供給穩定性帶來威脅。

通過對現有資料的梳理歸納，本研究發現不同階段我國能源安全保障工作與“雙碳”目標實現路徑的側重點并不相同（表2），快速推動“雙碳”目標實現加劇了能源安全保障的風險挑戰。① 傳統能源安全風險。政府強調減排政策，化石能源生產和投資需求受影響、被抑制，化石能源產品產能下降、價格激增，導致我國傳統能源供應安全風險。② 電力系統安全風險。能源低碳轉型使能源安全保障工作的重心轉向電力系統，以化石能源為底色的能源安全問題將演化為電力系統的安全保障問題。我國擁有全球60%—70%的光伏產業鏈資源發電系統和40%的風電產業鏈資源⑤王默玲. 中國新能源“風”“光”走出去. (2020-08-17)[2022-12-07]. http://dz.jjckb.cn/www/pages/webpage2009/html/2020-08/17/content_66810.htm.，但當前可再生能源在發電過程中自身的波動性與不可調度性等缺點未能合理解決，大規模應用與并網增加了當前電力系統運行出現不穩定性情況的幾率，提高了能源供應安全風險。

表2 我國實現能源安全與“雙碳”目標的主要路徑Table 2 Main path for China to achieve energy security and dual carbon goals

傳統的燃油汽車依賴于石油資源，而石油資源的采集、運輸和使用會產生大量的碳排放和環境污染，因此燃油汽車難以同時兼顧保障能源安全和實現“雙碳”目標。為了解決這道難題，我國政府推動電動汽車代替燃油汽車的變革。一方面，電動汽車作為清潔產品，使用電能代替化石能源燃燒，因此具有較低的碳排放量。另一方面，電動汽車使用電池儲存能量，不需要燃料，減少對石油的依賴，從而提高能源供給的安全性。因此，電動汽車有望成為實現“雙碳”目標和保障能源安全的重要手段之一。

2 電動汽車助力保障能源安全與實現“雙碳”目標協同發展的理論機制

電動汽車的未來市場空間巨大，深入分析其對保障能源安全與實現“雙碳”目標協同發展的理論機制，對規劃電動汽車市場擴散重心、技術提升、降低風險具有重大意義。雙三角理論由“可持續發展三角”和“能源不可能三角”共同組成，分別從“能源—經濟—環境”3 個維度[3]（以下簡稱“‘3E’系統”）和“能源價格—能源供應—能源生態”3 個維度[4]（以下簡稱“能源子系統”）描述可持續發展。電動汽車對能源安全和“雙碳”目標協同發展的影響貫穿“3E”系統與能源子系統，涉及實現路徑、短期現狀與長期目標3 個層次?；诖?，本文構建了“兩系統三層次”的理論機制分析框架（圖1）。

圖1 電動汽車助力保障能源安全與實現“雙碳”目標協同發展的理論機制Figure 1 Theoretical mechanism for coordinated development of ensuring energy security and achieving dual carbon goals by electric vehicles

2.1 “3E”系統下：電動汽車的穩定性推力

在社會與經濟發展速率調整的過程中，能源系統與環境系統的動態關聯變化被稱為“3E”系統的內部穩定性挑戰?！翱沙掷m發展三角”理論認為在經濟快速發展的當下，能源消耗與環境污染等問題的出現是不可避免的。為了緩解環境問題，政府應推行“雙碳”政策，這類減排策略主要從能源領域切入，把握機遇轉型，也就是說，環境問題與能源問題往往息息相關。盡管如此，能源轉型也理應以維護能源安全為主要前提。然而，“雙碳”目標的實現需要技術、資金與時間成本來高效清潔化利用煤炭，且基于能源安全保障考慮，短期內能源結構調整難以完成，這些都使得能源供給與電力系統的穩定性受到威脅。

“3E”系統下的電動汽車對保障能源安全與實現“雙碳”目標協同發展具有推力作用，其主要表現為電動汽車行業能跨越短期現狀和路徑層次的缺陷，維持能源供給與電力系統穩定。① 就能源供給穩定性而言，電動汽車使用電能替代燃料作為動力驅動，而電能由化石燃料、水電、風電、核電和太陽能發電等多種不同動力來源供應，保障了能源供應的多元化，減少對單一能源的依賴，降低了能源系統的風險，提高了能源系統的可持續性和穩定性。② 就電力系統穩定性而言，實現“雙碳”目標要求社會整體廣泛使用清潔產品與清潔能源，進一步將能源消耗壓力聚焦到電力系統上。而電動汽車由于自身具備儲能裝置，因此其充電時間和充電方式也較為多樣化，充電樁等配套基礎設施可以在電網壓力大時提供儲能支持，為電網穩定運行提供保障。

2.2 能源子系統下：電動汽車的協調性推力

實現供應安全、清潔低碳、價格可及的能源供應是全球能源轉型的終極目標，在現有技術條件下，三大目標的協調發展被業界稱為“能源不可能三角”難題，即能源子系統下的不可能三角矛盾。在能源價格低廉可及的前提下，能源供應與能源生態無法同時達到最優，國家或政府必須對能源系統上述目標進行綜合平衡和協調。保障國家能源供應穩定是能源安全的主要目標，而維持能源生態穩定也勢必需要推行“雙碳”政策。因此在技術與資源條件限制下，保障能源安全與實現“雙碳”目標也面臨同種不可能難題。

能源子系統下的電動汽車對能源安全與“雙碳”目標協同發展的推力主要表現為長期來看兩者在預期目標上的同步調發展。電動汽車作為一種以清潔能源驅動的交通工具，可以減少傳統燃油汽車對化石燃料的依賴，從而降低我國能源對國際原油市場的依賴，保障能源安全。同時，電動汽車的推廣可以促進清潔能源的使用，電動汽車的電能來源可以是太陽能、風能等清潔能源，進一步促進了清潔能源的市場化、產業化和技術創新，減少車輛行駛帶來的尾氣排放量，為實現“雙碳”目標提供了巨大潛力。

3 電動汽車是助力保障能源安全與實現“雙碳”目標協同發展的有效路徑

電動汽車是保障能源安全與實現“雙碳”目標的重要推手?；谏鲜鲭妱悠噷烧邊f同發展的理論機制分析可知，要明確電動汽車助力兩者協同發展的實現路徑，則需要準確判別分析電動汽車協同作用的落腳點，這些協同作用可歸結為政策協同、技術協同和整合協同3個方面。

3.1 政策協同

政策協同指的是電動汽車推廣下的政策靈活協同與政策宏觀調控協同。我國“雙碳”目標的推進工作會影響能源供應安全的穩定性，電動汽車的發展從源頭上為緩和兩者沖突提供了可能（圖2）。① 政策靈活協同。電動汽車的推廣可以直接減少不可再生能源損耗，為政策制定提供更廣闊的選擇空間。電動汽車使交通運輸動力從高污染的化石能源轉向以電能為主的清潔能源，進而降低石油等化石能源的消耗，延長能源儲量的可開采年限。在能源儲備充足、能源供應穩定的基礎上，政府工作重心可以偏移至能源安全保障工作中的氣候變化或環境安全等其他領域，以此推動“雙碳”目標進程。② 政策宏觀調控協同。電動汽車的大規模應用可以間接影響能源價格，充分發揮政府宏觀調控作用?！半p碳”政策下，減排策略提高了化石能源成本，傳統能源生產和投資需求受到抑制，供給彈性降低，能源價格飆升，加劇了能源供應風險。電動汽車的大規模應用降低了對傳統能源的需求，根據市場供求定理可知，需求變動導致均衡價格與數量同方向變化，市場均衡價格和均衡數量將下降，弱化了能源安全的風險。

圖2 電動汽車對保障能源安全與實現“雙碳”目標的政策協同路徑Figure 2 Policy synergy paths for electric vehicles to ensure energy security and achieve dual carbon goals

在推廣電動汽車過程中，不同地方政府之間的政策協同一致性較低。各地政府制定和實施的電動汽車激勵政策標準不一，不同地區的電動汽車產業規模不同，可能造成市場失衡和資源浪費，導致協同發展的效果不理想。此外，不同政策之間的協同作用不強。在政策調整過程中，政府很難根據管轄區域的能源安全保障工作和實現“雙碳”目標工作之間的矛盾級別制定相適宜的政策，這也可能對電動汽車的推廣和能源結構轉型產生不利影響。

3.2 技術協同

技術協同指的是電動汽車與電網系統協同運行下的儲能技術升級、充放電技術優化。電動汽車與電網系統協同運行的“車輛到電網”（V2G）模式允許電動汽車將其電池存儲的電能釋放到電網中，以便于穩定電力系統的供需平衡、響應電力市場的需求變化。本文在按照電動汽車在V2G模式下參與電網服務的“成本—收益測算方法”[5]，根據峰谷電價差構建了峰谷電價差（Pgap）為0.3 元、0.4 元、0.5 元、0.6 元、0.7元和0.8元共6種情景分析V2G模式下的單車用電調節總收益與凈收益情況（表3）。結果表明，V2G模式下蓄能—儲能總收益與凈收益均隨著峰谷電價差增大而增大，即在峰谷電價差距較大的地區投入電動汽車往往能調節電網用電波峰波谷，且能帶來更高的收益。數據支撐下的實證表明引入V2G模式的電動汽車對于電網來說具有正效應。

表3 電動汽車V2G模式下單車“蓄能—儲能”總收益與凈收益情景分析結果Table 3 Gross revenue and net income analysis for energy accumulation-storge per single electric vehicle in V2G mode of EVs

電動汽車與電網系統協同發展主要依賴V2G模式下儲能技術與充放電技術的緊密聯合，已實現能量高效利用和電網優化調度。① 實現能量的雙向流動。在電動汽車停車充電時，電池可以作為電網的儲能設備，將多余的電能儲存起來；而在電動汽車需要行駛時，電池可以作為移動式儲能設備，將儲存的電能釋放出來供電動汽車使用。儲能技術可以將電動汽車的電池作為移動式儲能設備，放置在發電側、電網側和用戶側，與電網系統進行互動，這種基于儲能技術的雙向能量流動可以實現電動汽車與電網系統的協同發展。② 優化電網負荷管理。通過充放電技術，可以實現電動汽車充電智能化控制，避免電動汽車集中充電對電網帶來的沖擊；同時，電網可以通過充放電技術，對峰谷電量進行平衡，實現負荷的優化調度。

3.3 整合協同

整合協同指的是電動汽車對能源安全與“雙碳”目標達成最優的有效推力，具體表現為依托政策與技術推動的電動汽車節能減排雙效用協同發展。電動汽車兼具良好的節能和減排效益，有利于保障能源安全與實現“雙碳”目標的同步調發展。本文通過能源消耗與碳減排測算模型[6]，并按照電動汽車（EV）與燃油汽車（FV）市場占有率比例構建了道路上行駛的汽車中電動汽車與燃油汽車不同占比的情況，即電動汽車占比0%、20%、40%、60%、80%和100%對應燃油汽車占比100%、80%、60%、40%、20%和0%共6種情景，分析了2015—2022年，電動汽車的能源消耗與碳排放情況（圖3）。結果表明隨著電動汽車市場占有率比例上升，道路汽車能源消耗與碳排放均有所下降，電動汽車節能減排雙效應明顯。隨著電動汽車的技術升級，能源消耗在2018 年達到高峰后漸趨下降；隨著時間推移，提高電動汽車市場占有率對減排的邊際效果逐漸減弱，但汽車碳排放總體上仍然呈現逐年下降的趨勢。實證表明電動汽車兼具良好的節能和減排效益，隨著技術的不斷進步和政策的不斷優化，電動汽車將會在未來成為推動能源可持續發展和保護生態環境的重要力量。

圖3 2015—2022年道路汽車單車年度能源總消耗費用（a）與總碳排放量（b）情景分析Figure 3 Scenario analysis of road vehicle energy consumption (a) and carbon emissions (b)per single electric vehicle from 2015 to 2022

電動汽車可以依托政策與技術推動節能減排雙效用協同發展。① 政策層面。政府可以制定購車補貼、減免車輛購置稅、制定排放標準等政策，刺激市場需求和企業技術升級，擴大電動汽車市場占有率，提高電動汽車的能源利用效率和減排效益。② 技術層面。節能減排技術具有多階段、多樣性等特點，貫穿電動汽車的生產至回收階段。節能減排技術包括車身輕量化技術、高效驅動系統技術、智能充電和管理技術、能量回收技術等。例如，采用輕量化鋁合金車身和碳纖維增強材料可以降低車身自重，提高能源利用效率和行駛里程；采用永磁同步電機、變速器無級變速技術等可以提高電動汽車的動力性能。這些技術手段均可避免能源浪費、降低碳排放，為電動汽車節能減排雙效用協同發展提供支持。然而，電動汽車在推廣過程中也存在技術瓶頸難以突破、安全事故頻發、配套設施不足等問題，這影響了電動汽車的發展，為保障能源安全與實現“雙碳”目標工作的協同發展帶來了一定的阻礙，還需要進一步研究和解決。

4 政策建議

當前，我國政府應建立以政策網絡為保障儲能技術為立足點的雙邊整合協調系統，以緩和能源安全保障工作與實現“雙碳”目標工作之間的潛在矛盾?；诖?，提出以下3點建議。

4.1 充分發揮電動汽車產業在構建兼容性政策網絡中的保障作用

電動汽車規?；l展對能源安全政策和“雙碳”政策間的沖突有緩和作用，但從政策制定源頭解決兩者間的矛盾則更為重要。

（1）預防政策沖突。應有針對性地制定以電動汽車行業發展為抓手的政策，分時、分段優化政策目標，融合能源與環境政策沖突點，充實頂層規劃的政策儲備工具箱。

（2）構建層級網絡。以電動汽車產業為橋梁，優先制定能源安全與“雙碳”目標兼容發展的政策，如加快電動汽車產業規?；?、電氣化、儲能化進程等。通過健全電動汽車產業內自上而下的政策體系，從供應端、技術段、回收端共同建立政策網絡機制，從政府側、企業側等外部協同發展構建政策網絡結構，擴大政策可選擇空間。

（3）地方因地制宜。地方政府應當針對當地環境與能源系統的實際情況，把發展電動汽車產業作為政策工具之一，在目標制定、政策執行和施行反饋中吸取經驗、因地制宜、動態調整政策方向。

4.2 通過技術手段強化電動汽車在當前階段的儲能作用

電網系統的穩定性不高是能源安全保障工作和實現“雙碳”目標工作的共同痛點，但負載V2G模式的電動汽車作為儲能的重要工具引起了政府的高度重視，因此需從電動汽車設計至回收各階段綜合策劃以降低電動汽車儲能裝置成本、提高儲能能力與水平，擴大電動汽車儲能布局面。

（1）電動汽車設計階段。通過完善電池、電機、控制系統等部件，設計不同的高效儲能系統，以實際應用場景訴求為參考標準，針對具體場景、電池充放電能力、儲能機的最大功率、負載的用電時段等因素詳細分析、設計、挑選合適的儲能系統，提高電動汽車儲能能力。

（2）電動汽車生產階段。重點利用輕量化技術制造電動汽車車身部件，選擇不同方式產生的能源裝備電動汽車的儲能系統，縮減裝備各環節的割裂式管理，通過協同優化整合降低儲能系統裝備成本，避免能源浪費。

（3）電動汽車使用階段。采用高效電機、變速器、電子控制系統等高效驅動系統技術，提高能源利用效率，將剩余的能源存儲起來以保證后續行駛時能源自給自足，同時可以使用先進的電池管理系統，監測電池的狀態和性能，減少電池的壽命損失，提高儲能效果。

（4）電動汽車回收階段。運用環保的回收技術系統化、梯次化地利用退役動力電池，提高電池全生命周期的利用價值，降低儲能裝置成本，為下一階段儲能技術的升級節余資本。

4.3 聯合政策—技術建立雙邊整合協調系統

電動汽車節能減排的雙效益效果使其成為能源安全保障工作與實現“雙碳”目標工作間協同發展的重要推力之一，政策與技術是其最主要的途徑，構建政策—技術雙邊整合協同體系有利于并行推進能源系統與環境系統的保障工作。

（1）政策聯合。與各國政府聯合制定統一減排目標、統一充電標準的車輛等，從而促進國際市場互通，擴大電動汽車市場規模。

（2）技術聯合。企業和科研機構聯合開展電動汽車技術研發工作，共同解決電動汽車的技術難題，尤其是電池技術、充電技術、智能交通系統等與節能減排息息相關的技術，從而提高電動汽車的節能效用和競爭力。

（3）資源共享。建議各級政府共享電動汽車相關資源和人才交流庫，鼓勵企業公開電池材料、電動汽車零部件、充電設施等制造細節與方法，降低電動汽車的制造成本；互派專家和工程師進行技術交流和培訓，從而促進電動汽車技術的共同進步，以期在合作中共同解決安全隱患問題，共建共用配套設施。