河北省碳源碳匯測算及碳減排壓力分析

胡 歡,章 錦 河,熊 杰,周 珺,孫 晉 坤

(南京大學國土資源與旅游學系/南京大學人文地理研究中心，江蘇 南京 210023)

河北省碳源碳匯測算及碳減排壓力分析

胡 歡,章 錦 河*,熊 杰,周 珺,孫 晉 坤

(南京大學國土資源與旅游學系/南京大學人文地理研究中心，江蘇 南京 210023)

低碳經濟發展模式得到世界各國的重視，全球經濟發展面臨巨大的節能減排壓力，碳排放已成為國內外學者的研究熱點之一。在經濟新常態下如何保證在經濟穩健快速發展的基礎上降低碳排放量，是河北省當前亟待解決的重要課題。該文基于IPCC溫室氣體清單的測算方法，首先，建立河北省碳源碳匯的科學核算體系，從碳源、碳匯、凈碳源三方面測算了2000-2013年河北省的碳排放量，研究其歷時性變化特征；其次，運用GM(1，1)灰色預測模型對河北省2014-2030年的碳排放強度進行預測；最后，分析了不同碳減排目標情景下其碳減排潛力與壓力，提出碳減排管理措施，為該地區制定碳減排計劃，發展低碳經濟提供決策支持。研究表明:1)河北省碳源總量從2000年的32 959.21萬t逐年增加到2013年的151 765.12萬t，增加了360.46%，年均增長率為12.46%，能源消費是最主要碳源，工業過程碳排放增幅最大。2)同期，人均碳源、碳匯和單位面積碳源、碳匯也逐年增加，凈碳源持續增加，但碳排放強度降低。3)2014-2030年，河北省碳減排壓力系數均大于1，其中2016-2020年是關鍵的碳減排期，碳減排任務艱巨。

碳排放清單；碳源碳匯；碳減排潛力；碳減排壓力；河北省

0 引言

近年來，氣候變化問題成為全球關注的焦點。人類生產與生活排放的以二氧化碳為主的溫室氣體是影響全球氣候變化的重要因素。同時，氣候變化也給自然、經濟、社會系統的可持續發展造成了巨大壓力。隨著碳排放量的不斷增加,全球經濟發展面臨巨大的節能減排壓力，碳排放已成為國內外學者的研究熱點之一。在經濟新常態、生態文明建設的背景下，研究區域碳源碳匯的變化特征及規律，厘清區域碳排放與經濟增長的關系，是摸清區域碳減排潛力、確定碳減排目標、制定有效碳減排措施的前提，是區域經濟社會可持續發展及其環境倫理要求所亟待解決的理論與實踐問題。

目前，國內外學者對碳排放研究重點包括以下四方面。一是碳排放的測算和分解方法。學術界重點關注的測算方法是排放系數法，分解方法包括Kaya恒等式、LMDI、STIRPAT模型等。Kawase采用改進的Kaya恒等式研究不同國家的碳排放影響因素，并采用情景分析法對各國的碳減排目標進行預測[1]。黃菁采用迪氏指數分解法從規模效應、技術效應和結構效應三方面定量分析了我國環境污染與工業結構的關系，得出規模效應是工業污染增加的主要原因[2]。二是碳排放的影響因素及影響程度研究。Diakoulakid等采用拉氏指數模型選取人口規模、能源結構和能源效率3個因素研究了希臘1990-2002年碳排放影響因素，得出人類活動是碳排放量增加的最主要影響因素，占150%[3]。Guo認為經濟總量的增長是導致中國碳排放增加的最主要因素[4]；張曉平等研究認為，能源效率的提高對中國碳排放具有抑制作用[5]；高彩玲等根據LMDI因素分解法選取經濟發展、能源效率和能源結構對河南省人均碳排放進行因素分解，研究表明改變能源結構對河南省人均碳排放有抑制作用[6]。三是分行業的碳排放研究。工業碳排放是學術界重點研究對象，但對農業、交通運輸業、建筑業、居民消費等領域的研究較少。劉新宇研究表明工業碳排放強度大約是服務業的2.5～5倍，工業是最主要碳排放來源之一，因此調整產業結構、提高服務業比重對降低國家和區域的碳排放強度至關重要[7]；潘雄鋒等將1996-2007年中國制造業的碳排放強度變化因素分解為結構份額和效率份額，研究結果表明，效率份額是中國制造業碳排放強度下降的原因，而碳排放強度增大是由結構份額導致[8]。四是碳減排策略研究。主要包括深化產業結構調整、改善生產結構和方式、調整能源消費結構、提高能源利用效率、改善土地利用結構、出臺政策法規等方法促進低碳經濟模式的發展[9-13]。

但是，目前區域碳排放研究主要存在以下兩個問題。一是由于碳源碳匯核算類別繁多，數據要求高，大多數學者重點關注碳源的測算，對區域碳源碳匯進行全面核算的研究還不多見；二是對于碳源碳匯的歷時性變化特征研究不足。因此，本研究擬以河北省為例，采用IPCC的碳排放清單研究方法，從能源消費、工業過程、秸稈燃燒、牲畜的腸道發酵和糞便管理、人口呼吸、生活及工業廢水、生活垃圾七方面綜合分析河北省2000-2013年的碳源碳匯及凈碳源的動態發展變化特征，測算了人均和單位面積碳源碳匯以及凈碳源、萬元GDP的碳排放的歷時性變化。利用GM(1，1)灰色預測模型對2014-2030年的碳排放強度進行預測、碳減排壓力進行分析，最后從減碳源、增碳匯兩方面提出了河北省的碳排放管理措施，以期對制定區域碳減排、碳增匯的目標和管理對策提供借鑒意義。

1 研究區域和數據來源

1.1 研究區域背景

河北省位于華北平原，總面積18.85萬km2，2014年全省常住人口達到7 383.75萬人，全省GDP達到2 9421.2億元，與北京和天津一起構成了經濟相互輻射的京津冀經濟區，京津冀協同發展已經上升為國家戰略。河北省作為中國的工業大省，鋼鐵、水泥和平板玻璃產業是其傳統的主導產業，面臨著巨大的節能減排壓力，新常態下如何保證在經濟穩健快速發展的基礎上降低碳排放量，是河北省當前亟待解決的重要課題。建立河北省碳源碳匯的科學核算體系，研究其歷時性變化特征和碳減排潛力，為該地區制定碳減排計劃、發展低碳經濟提供決策支持。

1.2 數據來源

能源消耗數據來自于2001-2014年《中國能源統計年鑒》；主要工業產品生產數據、農作物和牲畜產量、生活和工業廢水、廢棄物、土地利用情況等數據來自于《河北經濟年鑒》(2001-2014)、《河北農村統計年鑒》(2001-2014)、《中國環境年鑒》(2001-2014)等；能源的標準煤折算系數，各種能源、工業產品、農業作物、廢水、廢棄物等的CO2排放系數，農作物的秸稈產量比、秸稈燃燒效率，牲畜的腸道發酵和糞便管理甲烷排放系數等，這些數據來自于IPCC2006報告及相關的研究文獻(表1、表2)。

表1 河北省碳源碳匯測算主要參數及來源Table 1 The main parameters and source of carbon sources and sinks in Hebei Province

表2 中國主要農作物碳吸收率與經濟系數、籽粒秸稈比[21-23]Table 2 Main crops carbon absorption rate and economic coefficient,grain straw ratio in China

2 研究方法

2.1 碳源的測算模型

碳源包括自然和人為兩種碳源，本研究主要計算人為碳源。碳源的測算參照《IPCC國家溫室氣體排放清單(2006)》[24]中的核算方法，以及中國《城市溫室氣體清單研究》[25]，核算內容包括：能源消費、工業過程、秸稈燃燒、牲畜的腸道發酵和糞便管理、人口呼吸、生活及工業廢水、生活垃圾等方面(表3)。

2.2 碳匯的測算模型

表3 碳源核算公式Table 3 The formula of carbon source accounting

碳匯主要包括陸地碳匯和海洋碳匯。本文所計算的碳匯量主要是陸地碳匯量，包括森林、草地、城市綠地、耕地等綠色植被光合作用固定的CO2量。其中森林、草地、城市綠地的碳匯量計算公式為:

Bi=Si×Ci

(1)

式中:Bi指第i類植物的碳匯量，Si和Ci分別表示第i類植被的面積和碳匯系數。

耕地的碳匯主要指農作物生長過程中光合作用固定的CO2量，主要為小麥、稻谷、玉米、豆類、薯類、棉花、花生、煙草、甜菜，計算公式為[23]：

(2)

式中:Pi和Ei為第i種作物的經濟產量和經濟系數(經濟產量與生物產量之比)；Ci為i種農作物的碳吸收率，44/12是C與CO2的轉化系數。

2.3 凈碳源

凈碳源是指碳源與碳匯的差額，表示區域的碳收支平衡狀況。如果區域碳源量大于碳匯量，表示區域內的生產生活等各類活動對外表現為碳源，給生態環境造成了壓力； 如果區域碳源量等于碳匯量，表示區域碳收支平衡；如果區域碳源量小于碳匯量，表示區域對外表現為碳匯，具有固碳的作用。

3 結果與分析

3.1 碳源分析

從河北省碳源測算結果(表4)可以看出：1)總量規模大，增速快。河北省碳源總量從2000年的32 959.21萬t增加到2013年的151 765.12萬t，增加了360.46%，年均增長率為12.46%。2000-2013年各碳源的增幅為：能源消費258.74%，工業過程856.17%，秸稈燃燒28.26%，牲畜的腸道發酵和糞便管理15.73%，人口呼吸7.69%，生活、工業廢水127.02%，生活垃圾191.63%。其中，工業過程增幅最大，其次為能源消費。2)碳源構成中以能源消費、工業過程碳排放為主。2000-2013年能源消費碳源占13年來碳源總量的59.16%，工業過程碳源占碳源總量的37.83%，秸稈燃燒、牲畜的腸道發酵和糞便管理、人口呼吸、生活及工業廢水、生活垃圾共占碳源總量的3.01%。其中，能源消費碳源所占比重最大，但是歷年所占比重呈下降趨勢，由2000年的72.32%下降到2013年的56.34%；而主要工業產品的生產過程的碳排放量所占比例由2000年的20.09%上升到2013年的41.71%，歷年所占比重呈增大趨勢。3)碳源的區際環境影響不容忽視。煤炭所占比例過高的能源消費結構和高污染、高排放的工業結構，是碳排放不斷增加的主要原因，也是造成河北大氣污染嚴重的根本原因，同時也對周邊區域產生生態環境影響。為了迎接2008年北京奧運會，河北省開始大規模承接以首鋼為代表的工業產業轉移，以及目前的“京津冀一體化”戰略，為河北省增添經濟活力的同時，也帶來了污染，碳排放量不斷增加。河北省的煤炭、石油、天然氣等能源大部分來自區外但在區內消耗，而鋼鐵等工業產品區內生產又大量出口，把污染留在了區內，這導致了碳排放生態環境責任的區際轉移和生態環境影響的區際擴散[30]。4)人均碳源和單位面積碳源逐年增加，但萬元GDP的碳排放量下降(表5)。2000-2013年，人均碳源由4.94t增加到20.55t，單位面積碳源由17.48t/hm2增加到80.51t/hm2。但是同期萬元GDP的碳排放量由6.53t下降到5.34t，降幅為18%。能源利用效率提高、能源利用結構和產業結構的調整，使河北省能源經濟效益不斷提高，但與東部地區平均水平相比仍存在差距。2010年，我國東部地區的人均碳排放量為7.14t，萬元GDP的碳排放量為2.34t[31]，而河北省同期的人均碳排放量和萬元GDP的碳排放量分別為16.96t、5.98t，分別是東部地區的2.38倍和2.56倍。

表4 2000-2013年河北省主要碳源情況Table 4 Main CO2sources in Hebei Province(2000-2013)

表5 2000-2013年河北省人均、單位面積、萬元GDP碳源碳匯變化Table 5 The trend of CO2sources and sinks per capita,unit area,per ten thousand Yuan GDP in Hebei Province(2000-2013)

3.2 碳匯分析

2000-2013年間河北省的碳匯總量呈增加趨勢，由2000年的14 564.67萬t增加到2013年的18 323.36萬t，增加了25.81%。從各碳匯的增幅來看，城市綠地的碳匯增幅最大，2000-2013年間增加了209.63%，其他碳匯增幅不大，而草地的碳匯同期下降了1.97%。從各碳匯的構成來看，每年耕地碳匯所占比重最大，其次為森林、草地和城市綠地。以2013年為例，在碳匯總量中，耕地占60.75%，森林37.17%，草地占1.57%，城市綠地占0.51%。2000-2013年人均碳匯和單位面積碳匯也逐年增加(表6),人均碳匯由2.18 t增加到2.48 t，單位面積碳匯由7.73 t/hm2增加到9.72 t/hm2。

3.3 凈碳源

表6 2000-2013年河北省主要碳匯情況Table 6 Main CO2sinks in Hebei Province(2000-2013)

2000-2013年間河北省碳匯的增加速度遠小于碳源的增加速度，凈碳源從2000年的108 394.54萬t增長到2013年的133 441.76萬t，13年增加了625.44%。同期河北省的凈碳源也逐年增加(圖1)，人均凈碳源由2.76 t增到18.07 t，單位面積凈碳源由9.76 t/hm2增到70.79 t/hm2。而應對全球氣候變化單位面積碳排放的目標值為1.12 t/hm2,年人均碳排放的目標值為2 t[24]。2013年全球人均碳排放量為5 t，美國人均排放量為16.5 t，中國為7.2 t，歐盟為6.8 t，而2013年河北省的人均凈碳源為18.07 t，是全球氣候變化目標值的9倍，不僅遠遠高于中國平均水平，也高于美國。2013年單位面積凈碳源值高于全球氣候變化目標值的63倍。與相鄰的山東省相比，2010年山東省人均凈碳源值和單位面積凈碳源值已分別高于全球目標值的7倍和80倍[32]。

4 碳減排潛力與壓力分析

4.1 基于GM(1,1)模型的碳排放強度預測

圖1 河北省2000-2013年各類凈碳源變化趨勢Fig.1 The variation trend of net CO2sources in Hebei Province(2000-2013)

碳排放強度即單位GDP的二氧化碳排放量，是衡量一個國家或地區經濟發展同碳排量之間關系的主要指標。碳排放強度受能源碳排放系數、能源消耗總量、能源利用效率、產業結構、技術水平等多種因素的影響。總體上，隨著經濟社會發展和技術改良，碳排放強度呈不斷降低的趨勢，同時降低碳排放強度也是實現碳減排目標的現實要求。根據2000-2013年河北省人均、單位面積、萬元GDP碳源碳匯變化計算結果(表5)，利用GM(1，1)模型及殘差GM(1，1)模型修正并檢驗通過，得到河北省碳排放強度預測模型：

EQD=-4 905.55e0.02059(t-2000)+366.1934

(3)

式中：t為年份，EQD為t年河北省碳排放強度(t/萬元GDP)。

碳排放強度灰色預測結果顯示(表7)，2030年的碳排放強度將由2013年的5.34t/萬元GDP下降到2030年的4.03t/萬元GDP，降低24.53%。

4.2 不同情景下減排潛力與壓力分析

中國在全球碳減排中承擔著重大的責任。同樣，河北省作為全國重要的工業基地，在全國的碳減排中也承擔著重要的責任。2009年7月意大利峰會，“八國集團”提出2050年全球溫室氣體排放削減50%。但在一定時期內，由于不同的國家和地區經濟和社會發展條件及階段不同，要求所有的國家和地區碳減排總量都減少不合理，而要求所有國家和地區的碳排放強度降低是合理的，并且可以實現。

2009年，在哥本哈根聯合國氣候大會上，中國單位GDP二氧化碳減排目標是2020年比2005年降低40%～45%。2015年6月30日，中國向聯合國氣候變化框架公約秘書處提交了中國二氧化碳排放2030年左右達到峰值并爭取盡早達峰的碳減排目標，單位GDP二氧化碳排放比2005年下降60%～65%。據此計算河北省2014-2030年不同碳排放強度情景下的高低目標值，并用碳減排壓力系數(碳排放強度預測值與目標值的比值)來衡量碳減排壓力。若系數大于1，則表示存在碳減排壓力，系數越大，碳減排任務越重；若系數小于1，則表示不存在碳減排壓力，實現了碳減排目標，系數越小，實現程度越高。2014-2030年河北省的碳排放預測值及不同情景下碳減排壓力指數如表7所示。高目標是指2020年碳排放強度比2005年降低45%，同時2030年比2005年降低65%，低目標是指2020年碳排放強度比2005年降低40%，同時2030年比2005年降低60%。

表7 2014-2030年河北省碳排放預測值和碳減排壓力指數的情景分析Table 7 CO2emissions forecast and scenario analysis of emission reduction pressure index in Hebei Province(2014-2030)

2014-2030年，河北省碳減排壓力系數均大于1。2014-2020年呈不斷增加的趨勢，2021-2030年呈不斷下降的趨勢。說明河北省完成2020年比2005年碳排放強度降低40%～45%的目標壓力很大。如果2020年實現這一目標，到2030年比2005年降低60%～65%的目標相對容易實現，表明河北省碳減排的壓力主要集中在2014-2020年間，是能否順利實現2030年中國碳減排目標的關鍵階段。

5 結論與討論

本文通過IPCC溫室氣體清單的測算方法，對2000-2013年河北省碳源碳匯進行了測算分析，運用GM(1，1)的灰色預測模型，預測了2014-2030年河北省的碳排放情況，分析了碳減排高目標和低目標不同情景下的碳減排壓力與潛力，得出以下結論：

從碳源碳匯來看，河北省的碳源主要來自于能源消費和工業產品生產過程，2013年能源消費碳排放量和工業產品生產過程碳排放量分別占河北省碳源的56.34%和41.74%。碳匯主要來自于耕地和森林。在碳匯總量中，2013年耕地占60.75%，森林占37.17%。2000-2013年，河北省的碳源、碳匯總量都呈增長的趨勢，但是碳源的增長速度快于碳匯，導致凈碳源不斷增加。從碳排放強度來看，河北省的碳排放強度在全國處于高水平。以2010年為例，河北省單位GDP排放強度(4.090 kg/美元)高于全國平均水平(2.449 kg/美元)。從碳減排潛力與壓力來看，河北省2020年和2030年的碳減排目標的碳減排壓力系數均大于1，并且2014-2020年碳減排的壓力系數均大于2021-2030年，說明河北省的碳減排壓力主要集中在2014-2020年間，是能否順利實現碳減排目標的關鍵階段。

作為我國的碳排放大省之一，河北省的碳減排任務非常艱巨。河北省內環京津、外環渤海，地理位置特殊，其減排增匯會對京津冀地區的低碳發展產生重要作用。因此在減少碳源方面，一要大力改善能源結構，提高能源利用效率，加強新能源開發。煤炭是河北省最主要的能源消耗，短期內這種能源消費結構很難改變，但是要不斷減少煤炭能源消費的占比，提高煤炭的綜合利用效率。要加強可再生、新能源的利用。以風電為例，要充分利用張家口、承德地區的陸上風能資源和秦唐滄沿海及海上風能資源，進一步突出新能源在優化能源結構、促進節能減排、保障經濟社會發展等方面的作用。二要加快產業提質增效。河北省的產業結構是資源依托型工業為主，要加快對“三高”產業的整改，培育高新技術產業，實施科技節能戰略。在增加碳匯方面，一要實施清潔發展機制(CDM)，加強碳匯林建設，可以通過造林、恢復退化生態系統、加強森林可持續管理等措施，增加森林碳匯;二要合理利用土地，嚴格保護耕地，發展高效低碳農業，增加農業碳匯;三要積極推行市場化節能減排機制，創建跨區域的碳交易市場機制。把握京津冀協同發展的戰略機遇，加快京津冀碳交易市場的發展，河北省各市要盡快融入京津冀碳交易體系。

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Carbon Emission Estimation and Reduction Pressure Analysis in Hebei Province

HU Huan，ZHANG Jin-he，XIONG Jie，ZHOU Jun，SUN Jin-kun

(DepartmentofLandandTourismResources,ResearchCenterofHumanGeography,NanjingUniversity,Nanjing210023，China)

Low carbon economic development model has been paid attention to by all countries in the world.The global economic development is facing a great pressure of energy saving and emission reduction.In the background of the economic new normal,it is an important issue to reduce the carbon emissions based on the steady and rapid economic development in Hebei Province.The paper established the scientific accounting system of carbon sources and sinks in Hebei Province,based on the IPCC greenhouse gas inventory calculation method.First,it estimated the carbon emissions and researched the diachronic variation characteristics from three aspects of carbon sources,carbon sinks,net carbon sources during 2000-2013 in Hebei Province.Then it used GM (1,1) grey prediction model to forecast the carbon emission intensity in Hebei Province from 2014 to 2030.Finally,it analysed the carbon emission reduction potential and pressure in the different reducing carbon emission targets.It proposed carbon management measures to support the region to make carbon reduction scheme and develop low carbon economy.The results were as follows:1)The total amount of carbon sources in Hebei Province increased from 32 959.21×104t to 151 765.12×104t during 2000-2013,with an increase of 360.46% and an average annual growth rate of 12.46%.Energy consumption was the main carbon sources,the industrial carbon emissions increased fastly.2) In the same period,carbon sources and carbon sinks of per capita and per unit area increased year by year,net carbon sources continued to increase,but carbon emission intensity decreased.3) In the future of 2014-2030,the carbon emission reduction pressure coefficient is greater than 1,the time of 2016-2020 is the key time of carbon emission reduction,facing a difficult carbon emission reduction task in Hebei Province.

carbon emission inventory;carbon sources and sinks;carbon emission reduction potential;carbon emission reduction pressure;Hebei Province

2016-03-09；

2016-05-11

國家自然科學基金項目“旅游地生態效率評價模型及測度研究”(41271161)

胡歡(1992-)，女，碩士研究生，研究方向為旅游規劃、區域旅游環境影響。*通訊作者E-mail:zhangjinhe@nju.edu.cn

10.3969/j.issn.1672-0504.2016.03.012

F062.2

A

1672-0504(2016)03-0061-07