能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化對廣東省碳強度目標(biāo)的貢獻(xiàn)潛力

王 平 劉致秀 朱幫助，2，3 李 軍 肖健華

(1.五邑大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，廣東 江門 529020;2.北京理工大學(xué)管理與經(jīng)濟(jì)學(xué)院，北京 100081;3.北京理工大學(xué)能源與環(huán)境政策研究中心，北京 100081)

氣候變化是全球可持續(xù)發(fā)展面臨的最嚴(yán)峻挑戰(zhàn)之一。2009年11月中國政府宣布，到2020年單位國內(nèi)生產(chǎn)總值CO2排放(碳強度)比2005年下降40% －45%，并作為硬性約束指標(biāo)納入國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展中長期規(guī)劃。2012年1月《中國“十二五”控制溫室氣體排放工作方案》規(guī)定，廣東省在“十二五”期間要實現(xiàn)碳強度比2010年降低19.5%的目標(biāo)。優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)能源產(chǎn)業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展、保障國家能源安全，而且能夠直接和有效地降低碳強度，自然成為實現(xiàn)碳強度目標(biāo)可采取的一系列對策之一［1］。如何通過能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化實現(xiàn)碳強度目標(biāo)，需要從理論上回答兩個問題:能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化能多大幅度降低碳強度?能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化能多大程度實現(xiàn)碳強度目標(biāo)?深入研究這兩個問題，必將有助于廣東省乃至我國碳強度目標(biāo)的順利實現(xiàn)。

近年來，越來越多的國內(nèi)外學(xué)者陸續(xù)展開了中國碳強度的相關(guān)研究工作。Shrestha和 Timilsina［2］、何建坤和劉濱［3］、Zhang 等［4］、Fan 等［5］、Zhang［6］先后從不同角度研究了中國碳強度相關(guān)問題。2009年11月我國提出碳強度目標(biāo)之后，陸續(xù)涌現(xiàn)出了大量文獻(xiàn)。岳超等［7］通過分析我國各省市碳強度，提出從調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、改革能源政策、發(fā)展可再生能源等方面來實現(xiàn)碳強度目標(biāo)。李陶等［8］基于我國碳強度目標(biāo)，采用非線性規(guī)劃的減排配額分配模型考察了各省市最優(yōu)分配方案。張友國［9］采用投入產(chǎn)出結(jié)構(gòu)分解法考察了經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式變化對我國碳強度的影響。林伯強等［10］考察了如何在保障中國經(jīng)濟(jì)增長前提下實現(xiàn)碳強度目標(biāo)。王鋒等［11］、潘任飛等［12］、徐盈之等［13］先后從能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化角度探索了如何實現(xiàn)我國碳強度目標(biāo)。張雷等［14］從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整角度研究了我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)節(jié)能減排的潛力。而陳詩一［15］則從因素分解角度考察了我國碳強度波動下降模式及其形成原因。這些研究均顯示出優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)是降低碳強度的有效途徑之一，然而，現(xiàn)有研究多集中于國家層面，由于沒有考慮各省市在資源稟賦、工業(yè)基礎(chǔ)等方面存在較大差異性，導(dǎo)致得到的結(jié)論和相關(guān)政策建議不具有較強的可信性和可行性，難以對各省市起到指導(dǎo)實踐的目的。就我們所知，目前尚未發(fā)現(xiàn)有文獻(xiàn)評估能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化對實現(xiàn)廣東省碳強度目標(biāo)的貢獻(xiàn)潛力。為了彌補這個空白，本文將綜合應(yīng)用成分?jǐn)?shù)據(jù)預(yù)測、情景模擬、GM(1，1)模型等多學(xué)科方法開展能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化對實現(xiàn)廣東省碳強度目標(biāo)的貢獻(xiàn)潛力評估研究，試圖在回答上述的理論問題、提出政策建議的同時，特別為廣東省有關(guān)部門的相關(guān)決策提供理論支撐。

1 廣東省一次能源消費量與GDP預(yù)測

1.1 廣東省一次能源消費量預(yù)測

能源消費是CO2的最主要排放源，中國能源消費CO2排放占全國總排放的90%以上［16］。因此，本文僅研究廣東省能源消費CO2排放。本節(jié)將綜合考慮“十二五”國家能源消費總量約束條件下，利用2000－2010年廣東省一次能源消費量建立情景預(yù)測模型，預(yù)測2011－2015年廣東省一次能源消費量。

如圖1所示，廣東省一次能源消費量從2000年的7983.46萬t標(biāo)準(zhǔn)煤快速增長至2010年的21880.05萬t標(biāo)準(zhǔn)煤，2006年增長率最高，達(dá)16.77%，2001年增長率最低，只有2.3%，而整個期間年均增長率高達(dá)10.61%。2010年，我國一次能源消費總量高達(dá)32.5億t標(biāo)準(zhǔn)煤。國家能源局要求2015年我國一次能源消費總量應(yīng)控制在40億－42億t標(biāo)準(zhǔn)煤，即“十二五”期間我國能源消費總量年均增長率在4.24% －5.26%之間。

廣東省一次能源消費量情景預(yù)測模型:

其中，Energy為一次能源消費量，r為一次能源消費量年均增長率。

對于一次能源消費總量未來變動趨勢的設(shè)定，根據(jù)一次能源消費總量的歷史變化趨勢，設(shè)定廣東省一次能源消費總量增長的三種情景:I維持不變:年增長率10.61%;II適度控制:年增長率8%;III強化控制:年增長率5%。據(jù)此，2015年廣東省一次能源消費總量將達(dá)到:36225.99(情景 I)、32148.97(情景 II)和 27925.10(情景 III)萬 t標(biāo)準(zhǔn)煤。

1.2 廣東省GDP預(yù)測

如圖1所示，廣東省GDP從2000年的10741.25億元快速增長至2010年的45472.83億元，2005年的增長率最高，達(dá)19.58%，2009年的增長率最低，只有7.30%，而整個期間年均增長率高達(dá)15.52%。廣東省“十二五”規(guī)劃明確要求，整個期間年均增長率在8%以上。

廣東省GDP情景預(yù)測模型:

其中，rr為GDP年均增長率。

借鑒王鋒等［11］和中國科學(xué)院可持續(xù)發(fā)展研究組［17］的研究成果與思路，本文把廣東省未來經(jīng)濟(jì)增長設(shè)定為高速、中速和低速三種情景:I高速:年增長率9%;II中速:年增長率8%;III低速:年增長率7%。據(jù)此，2015年廣東省 GDP 將達(dá)到:69965.59(情景 I)、66814.51(情景 II)和63778(情景III)億元。

圖1 廣東省能源消費量和GDP(2000－2010)Fig.1 Energy consumption and GDP of Guangdong Province(2000－2010)

2 廣東省一次能源消費結(jié)構(gòu)預(yù)測

2.1 基于成分?jǐn)?shù)據(jù)的能源消費結(jié)構(gòu)預(yù)測建模方法

能源消費結(jié)構(gòu)的演進(jìn)有其內(nèi)在的驅(qū)動因素和變動規(guī)律，這種演變規(guī)律可以為預(yù)測未來的能源消費結(jié)構(gòu)提供依據(jù)［11］。現(xiàn)有文獻(xiàn)基本上采用馬爾可夫鏈模型進(jìn)行能源消費結(jié)構(gòu)預(yù)測［11－12］，其計算過程比較繁雜，限制了該方法的應(yīng)用范圍。本文將引入一種成分?jǐn)?shù)據(jù)的預(yù)測建模方法，用于廣東省2011－2015年期間的一次能源消費結(jié)構(gòu)預(yù)測。

廣東省2000－2010年一次能源消費結(jié)構(gòu)的成分?jǐn)?shù)據(jù)序列，如圖2所示。

圖2 廣東省能源消費結(jié)構(gòu)(2000－2010)Fig.2 Energy structure of Guangdong Province(2000－2010)

本節(jié)要討論的問題是，如何根據(jù)廣東省2000－2010年一次能源消費結(jié)構(gòu)成分?jǐn)?shù)據(jù)序列建立成分?jǐn)?shù)據(jù)預(yù)測模型，并預(yù)測第2010+l，l=1，2，…，5 年一次能源消費結(jié)構(gòu)X2010+l。廣東省能源消費結(jié)構(gòu)成分?jǐn)?shù)據(jù)預(yù)測建模的算法步驟如下［18］:

2.2 無規(guī)劃約束的能源消費結(jié)構(gòu)預(yù)測

如果不考慮廣東省“十二五”規(guī)劃對能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，而僅基于歷史能源結(jié)構(gòu)的演變規(guī)律來預(yù)測其未來的自然演變趨勢，本文把這一情景稱為“小幅調(diào)整”。按照上述七個步驟，可預(yù)測出“小幅調(diào)整”情景下2015年的能源消費結(jié)構(gòu):煤炭(45.33%)、石油(24.80%)、天然氣(9.95%)和非化石能源(19.92%)。

2.3 有規(guī)劃約束的能源消費結(jié)構(gòu)預(yù)測

廣東省“十二五”規(guī)劃明確要求，到2015年非化石能源在一次能源消費結(jié)構(gòu)中的比重要達(dá)到20%以上(本文取20%)。本文把這一情景稱為“中幅調(diào)整”。在“小幅調(diào)整”情景下的預(yù)測結(jié)果表明，到2015年非化石能源占一次能源消費總量的比例上升到19.92%，這與規(guī)劃目標(biāo)20%以上有一定差距。因此，本文將以廣東省“十二五”規(guī)劃所設(shè)定的目標(biāo)作為約束條件，來修正預(yù)測結(jié)果。

廣東省調(diào)整能源結(jié)構(gòu)的主要措施是降低煤炭在能源消費中的比例，提高水電、核電、風(fēng)電等非化石能源的比例，而對石油和天然氣消費的比例并沒有明確的規(guī)劃目標(biāo)。因此本文借鑒王鋒等［11］的處理方法，假設(shè)在2011－2015年期間石油和天然氣消費比例的變動依然保持歷史演變趨勢，而非化石能源比例的增加將通過減少煤炭比例來實現(xiàn)。因此，可計算出“中幅調(diào)整”情景下2015年的能源消費結(jié)構(gòu):煤炭(45.25%)、石油(24.80%)、天然氣(9.95%)和非化石能源(20%)。

2.4 既有規(guī)劃約束又有天然氣消費比例目標(biāo)引導(dǎo)的能源消費結(jié)構(gòu)預(yù)測

廣東省能源政策對天然氣消費比例的變動并沒有特定的追求目標(biāo)，但近年來廣東省天然氣消費比例不斷上升。由于天然氣是一種清潔能源，天然氣消費量的不斷增加在一定程度上能緩解CO2減排壓力，因此，政府應(yīng)努力提高天然氣占能源消費總量的比例。若能用政策促進(jìn)天然氣消費比例不斷上升，逐步增加以天然氣替代煤炭的比例，則能源消費結(jié)構(gòu)中的天然氣比例將會逐漸增加，這必能對廣東省CO2排放增長起到一定的抑制作用。

若將廣東省2015年天然氣在一次能源結(jié)構(gòu)中的比例設(shè)定為10%，并假定非化石能源比例的增加是替代煤炭結(jié)果，則可預(yù)測出新的既有規(guī)劃約束又有天然氣消費比例目標(biāo)引導(dǎo)的能源結(jié)構(gòu)，本文把這一情景稱為“大幅調(diào)整”。據(jù)此，可預(yù)測出“大幅調(diào)整”情景下2015年的能源消費結(jié)構(gòu):煤炭(45.20%)、石油(24.80%)、天然氣(10%)和非化石能源(20%)。

3 能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化對實現(xiàn)廣東省碳強度目標(biāo)的貢獻(xiàn)潛力

3.1 廣東省能源消費碳排放量測算

本文采用聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)《國家溫室氣體排放清單指南(2006)》推薦的參考方法來測算廣東省能源消費碳排放量［19］:

其中，CO2為能源消費碳排放量;Ki為第i種一次能源碳排放系數(shù)。本文采用中國國家發(fā)展和改革委員會能源研究所推薦的各種一次能源的碳排放系數(shù)(煤炭、石油、天然氣、非化石能源依次為0.7476、0.5825、0.4435、0，單位:t碳/t標(biāo)準(zhǔn)煤)［11］;Ei為i種一次能源的消費量;i為一次能源種類。

基于1.1節(jié)的預(yù)測結(jié)果，三種不同情景下2015年廣東省碳排放量:70067.08(情景 I)、62181.45(情景 II)和54011.78(情景 III)萬 t。

3.2 各種情景下廣東省碳強度預(yù)測

2010年廣東省碳排放量 43478.07萬 t，GDP 45472.83億元，則碳強度為0.9561 t/萬元。2015年各種情景下廣東省碳強度預(yù)測結(jié)果見表1。以經(jīng)濟(jì)高速增長和能源消費量強化控制為例，在“小幅調(diào)整”情景下碳強度將從2010年的0.9561 t/萬元下降到2015年的0.7720 t/萬元，下降幅度達(dá)19.26%;在“中幅調(diào)整”情景下碳強度將從2010年的0.9561 t/萬元下降到2015年的0.7712 t/萬元，下降幅度達(dá)19.34%;在“大幅調(diào)整”情景下碳強度將從2010年的0.9561 t/萬元下降到2015年的0.7709 t/萬元，下降幅度達(dá)19.37%。

3.3 能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化對實現(xiàn)廣東省碳強度目標(biāo)的貢獻(xiàn)潛力

廣東省制定的碳強度下降目標(biāo)是以2010年為基準(zhǔn)，2015年廣東省碳強度下降19.5%，從2010年的0.9561 t/萬元下降到2015年的0.7697 t/萬元。

本文設(shè)定了三個經(jīng)濟(jì)增長情景、三個能源消費量增長前景和三個能源消費結(jié)構(gòu)調(diào)整情景，若每三種情景進(jìn)行組合，則可以組成27種組合情景。根據(jù)表1中各種情景下2015年廣東省碳強度，可以計算出2015年在27種組合情景下能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化促使碳強度相比2010年的下降幅度及其對實現(xiàn)廣東省碳強度目標(biāo)的貢獻(xiàn)潛力，具體結(jié)果見表2。其中，貢獻(xiàn)潛力是指每種組合情景下碳強度的“下降幅度”相對于碳強度下降目標(biāo)(下降19.5%)的百分比。在經(jīng)濟(jì)高速增長、能源消費量強化控制且能源結(jié)構(gòu)“大幅調(diào)整”情景下，2015年的碳強度下降到0.7709 t/萬元，相對于2010年碳強度下降了19.37%，其對實現(xiàn)碳強度目標(biāo)貢獻(xiàn)潛力達(dá)到了99.33%;在經(jīng)濟(jì)中速增長和能源消費量強化控制情景下，能源結(jié)構(gòu)若能實現(xiàn)“小幅調(diào)整”，則2015年的碳強度相對于2010年下降15.45%，其對實現(xiàn)碳強度目標(biāo)的貢獻(xiàn)潛力為79.23%;能源結(jié)構(gòu)若能實現(xiàn)“中幅調(diào)整”，則2015年的碳強度相對于2010年下降15.54%，其對實現(xiàn)碳強度目標(biāo)的貢獻(xiàn)潛力為79.69%;能源結(jié)構(gòu)若能實現(xiàn)“大幅調(diào)整”，則2015年的碳強度相對于2010年下降15.57%，其對實現(xiàn)碳強度目標(biāo)的貢獻(xiàn)潛力為79.83%。

表1 各種情景下碳強度預(yù)測結(jié)果Tab.1 Forecasting results of various scenarios t/萬元

表2 能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化實現(xiàn)的碳強度下降幅度及貢獻(xiàn)潛力Tab.2 Decreasing amplitude and potential contribution of optimizing energy structure to carbon intensity target in Guangdong Province %

依據(jù)表2，可以發(fā)現(xiàn)兩點:①從表格的縱向看，在相同的經(jīng)濟(jì)增長和能源消費總量控制情景下，能源消費結(jié)構(gòu)“大幅調(diào)整”所實現(xiàn)的碳強度“下降幅度”和“貢獻(xiàn)潛力”最大，其次是“中幅調(diào)整”，“小幅調(diào)整”最小;②從表格的橫向看，在相同的能源消費結(jié)構(gòu)調(diào)整情景下，經(jīng)濟(jì)增長“高速”所實現(xiàn)的碳強度“下降幅度”和“貢獻(xiàn)潛力”最大，其次是“中速”，“低速”最小;能源消費總量“強化控制”所實現(xiàn)的碳強度“下降幅度”和“貢獻(xiàn)潛力”最大，“適度控制”次之，“維持不變”最小。

4 結(jié)論

本文根據(jù)IPCC《國家溫室氣體排放清單指南(2006)》推薦的參考方法測算了2000－2010年廣東省能源消費碳排放量，發(fā)現(xiàn)碳排放量呈逐年增長趨勢;運用情景預(yù)測、成分?jǐn)?shù)據(jù)模型、GM(1，1)模型等多學(xué)科方法預(yù)測了2011－2015年廣東省一次能源消費總量、GDP和碳強度變化趨勢;分27種組合情景評估了能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化對實現(xiàn)廣東省“十二五”碳強度目標(biāo)的貢獻(xiàn)潛力，得出以下結(jié)論:

(1)能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化是驅(qū)動碳強度下降的有效措施。在同一種經(jīng)濟(jì)增速和能源消費總量控制情景下，能源結(jié)構(gòu)調(diào)整幅度越大，碳強度下降幅度越大;在同一種能源結(jié)構(gòu)調(diào)整情景下，經(jīng)濟(jì)增速越高，能源消費總量控制越強，能源結(jié)構(gòu)調(diào)整對實現(xiàn)碳強度目標(biāo)的貢獻(xiàn)潛力越大。

(2)27個組合情景下的碳強度“下降幅度”和“貢獻(xiàn)潛力”比較表明，在理想情景(經(jīng)濟(jì)高速增長、能源消費量強化控制且能源結(jié)構(gòu)大幅調(diào)整)下，2015年碳強度相對2010年下降19.37%，能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化對實現(xiàn)廣東省碳強度目標(biāo)的貢獻(xiàn)潛力最大，達(dá)到99.33%;如果實現(xiàn)不了這種理想情景，即使在保守情景(經(jīng)濟(jì)中速增長、能源消費量適度控制且能源結(jié)構(gòu)小幅調(diào)整)下，2015年碳強度相對2010年也將下降2.66%，能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化對實現(xiàn)廣東省碳強度目標(biāo)的貢獻(xiàn)潛力也會達(dá)到13.65%。

(3)即使在理想情景下，僅依靠能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化仍無法實現(xiàn)廣東省“十二五”碳強度目標(biāo)。由于能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化僅是實現(xiàn)碳強度目標(biāo)的有效措施之一，若能系統(tǒng)性采取一系列對策，則順利實現(xiàn)廣東省“十二五”碳強度目標(biāo)是完全可能的。

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