北京市碳排放達峰的思考

王繼龍 左曉利 劉覓穎

溫室氣體大量排放導致的全球氣候變暖問題已經成為人類社會健康可持續發展面臨的巨大挑戰。確定積極合理可實現的碳排放峰值目標是應對氣候變化的戰略選擇，也有利于倒逼經濟發展方式向綠色低碳轉型。我國明確提出到2030年左右碳排放達到峰值，并要求低碳試點城市盡快明確碳排放達峰時間，推動一部分城市率先達峰，北京、上海、蘇州及寧波等低碳試點城市公布的碳排放達峰預期時間均在“十三五”末。從已跨越碳排放峰值的發達國家實踐來看，一個地區何時達到碳排放峰值，與當地的人口、經濟、社會、能源消費等多重因素密切相關。北京是全國能源消費和碳排放大市，已提出力爭2020年實現碳排放達峰的目標，本研究立足發達國家碳排放達峰先行經驗規律和北京市未來幾年發展總體形勢，深入分析影響碳排放達峰的關鍵因素，為全國其他省市“十三五”乃至更長一段時期內做好碳減排工作和推動碳排放盡早達峰提供有益參考。

一、碳排放峰值研究綜述

（一）碳排放達峰時間

1.主要發達國家已經實現碳排放達峰

從相關統計數據來看，主要發達國家已經實現了碳排放達峰，如表1所示，德國、法國、英國及丹麥等國在21世紀之前就已達到碳排放峰值，美國、日本、挪威等國在2000—2010年期間達到碳排放峰值。美國、日本和丹麥三個國家分別在2007年、2004年和1996年實現了碳排放和能源消費同時達峰。德國、法國、英國三個國家的碳排放和能源消費峰值實現時間出現了交錯，碳排放先于能源消費達峰：德國碳排放達峰時間是1980年，比能源消費達峰時間早了5年；法國碳排放達峰時間是1979年，比能源消費達峰時間早了26年；英國碳排放達峰時間是1971年，比能源消費達峰時間早了25年。法國、丹麥、英國、德國等國主要是通過迅速提高非化石能源消費比重，經濟長期持續低速增長，從而實現了碳排放和能源消費較早達峰[1]。

表1 主要發達國家碳排放和能源消費達峰時間

2.對中國碳排放達峰時間的預測

自從中國在2014年11月《中美氣候變化聯合聲明》中宣布CO2排放在2030年左右達到峰值并爭取盡早達峰的目標以來，國內很多研究機構及相關專家開始圍繞中國碳排放和能源消費達峰問題展開了大量的積極研究。研究結果可歸納為兩類：一是認為中國在2030年左右實現碳排放峰值。國網能源研究院的研究分析表明，到2030年，我國一次能源消費總量將控制在51億噸—59億噸標煤，非化石能源占比23%—25%，2030年碳排放達到峰值時，排放總量在100—110億噸[2]。中國石油經濟技術研究院發布的《2050年世界與中國能源展望》報告指出，我國能源消費將在2035年前后達到峰值，化石能源消費將在2030年達到峰值，二氧化碳排放可在2030年左右達到峰值[3]。二是認為中國碳排放峰值實現時間可提前至2025年或更早。中國能源研究會2016年發布的《中國能源展望2030》報告預測，未來我國能源需求總量增長放緩，2016—2030年年均增長1.4%，能源生產結構持續優化，2030年非化石能源產量比重有望達到27%，碳排放峰值可能提前至2025年[4]。北京理工大學能源與環境政策研究中心發布的《“十三五”及2030年能源經濟展望》報告提出，中國煤炭消費量將在2019年左右達到峰值，之后逐年下降；預計在“十三五”期間，中國石油需求量溫和增長，年均增長率約為1.7%；非化石能源需求占比將超過石油，碳排放峰值有望在2025年出現，非化石能源占比20%的目標也能提前出現。國家發展改革委能源研究所姜克雋研究團隊公布的研究結果顯示，中國在2020—2022年有實現碳排放達峰的可能，碳排放實現提早達峰不是通過對經濟發展進行限制，而是主要依靠調整經濟結構、強化節能、發展可再生能源和核電、利用碳捕捉和存儲技術，倡導低碳生活方式和消費等[5]。

（二）碳排放達峰的基本規律

1.國外基本情況

一個地區何時達到碳排放和能源消費峰值，與當地的經濟社會發展階段和發展方式密切相關，從對已跨越碳排放峰值的發達國家的相關研究來看，碳排放達峰和能源消費峰值的實現有其自身的客觀規律，并非刻意或隨意設定時間，基本統計規律涉及五個主要經濟社會發展指標[1][6][7]：

一是城市化和工業化水平。城市化和工業化水平達到一定程度是一個地區碳排放達峰的基本前提，進入工業化后期，城市化率達到75%以上時，城市不再需要大量的鋼筋水泥進行住房和基礎設施建設，相應的重工業產品和能源消費需求也大大縮減，高端制造業和現代服務業快速發展，碳排放開始下降，峰值才可能出現。

二是經濟增速（GDP年增長率）。碳排放峰值一般出現在地區經濟增長速度較低時，不超過3%，此時經濟增長所需的能源消耗增速也大大減弱。

三是人均GDP。碳排放峰值一般出現在人均收入水平較高時，大多在2萬美元以上，此時人們對能耗較高的產品消費所占比例已經很小，甚至隨著節能措施的實施，人均能耗開始下降。實現碳排放峰值時，美國人均碳排放量為22噸左右，對應的人均GDP為2.5萬美元；德國人均碳排放量為14噸左右，對應的人均GDP為2.4萬美元；法國人均碳排放量為10噸左右，對應的人均GDP為2.3美元。

四是第三產業占比。碳排放峰值一般出現在第三產業占比達到65%以上之后，能耗較高的第二產業比重逐漸下降，地區經濟增長主要依賴第三產業。

五是人口總數。碳排放峰值一般出現在人口總數達到峰值以后，總人口不再增加。

2.對中國碳排放形勢的判斷

參照發達國家實現碳排放峰值的一般規律，結合當前我國經濟社會發展現狀，我國碳排放達峰尚有一段艱難的路要走。綜合專家學者的研究成果來看，對中國碳排放形勢的判斷有五方面[1][5][8][9]：

工業化是排放峰值能否盡早達到的首要因素。我國目前整體已經進入工業化后期，工業化水平已達到60%以上，距離完成工業化（80%以上）還有20個百分點的空間。從工業化國家和我國歷史數據比較來看，工業化水平每增長1個百分點，二氧化碳則相應增加0.6億噸，意味著我國在2020年基本完成工業化時工業部門至少還要增加約10億—12億噸排放量，2025年以前工業部門總體達到峰值有難度。

城市將是中國未來排放的主要增長來源。中國城鎮人均生活能耗是農村人均水平的1.5倍，城鎮單位建筑面積能耗是農村地區的4.5倍，相應的總能耗和排放約為農村水平的3倍。部分研究機構預測結果顯示，到2030年，中國城市化率還有約20個百分點的上升空間。中國當前的城鎮化速度是每年約1個百分點，這1個百分點意味著每年新增建筑面積近20億平方米、機動車近2000萬輛。從發達國家和中國歷史數據比較來看，城市化水平每增長1個百分點，交通和建筑等部門新增能源需求約8000萬噸標煤，二氧化碳排放將相應增加約2億噸。

能源結構調整將對峰值目標的實現起到決定性作用。當前我國能源消費品種結構仍以煤炭、石油等高碳能源為主，相比于國際平均水平，能源結構清潔化和低碳化的空間至少有20個百分點，也就意味著同等消費總量下可以減排10%—25%左右。

中國盡早實現碳排放達峰，并與能源消費實現錯峰面臨較大挑戰。為確保我國2030年二氧化碳排放達峰，2035年左右實現能源消費峰值，錯開二氧化碳排放和能源消費峰值，一方面及早達到二氧化碳排放峰值，實現我國的承諾；另一方面又要通過非化石能源的增長確保我國經濟增長不因為二氧化碳排放峰值的承諾而使經濟陷入停滯。但是，碳排放和能源消費要實現錯峰也并非易事，只有經濟增長早就進入低速徘徊階段、非化石能源比重較大且發展較快的國家才實現了錯峰。

技術因素將是我國碳減排及實現碳排放達峰的重要因素。有學者預測，到2030年之前，我國可達到目前發達國家生活水平，同時比發達國家的人均能耗低很多，這些都源于新能源、節能與低碳技術的快速發展。自“十一五”期間我國大規模推進節能以來，節能技術與應用在我國取得了突飛猛進的進展。技術節能指標大大提高，不少產品的單耗已經接近發達國家?！笆濉敝痢笆濉逼陂g，持續性、強有力的節能政策還在進行，可以預計我國在未來一段時間內，節能對能源消費增長的控制效果還會很明顯。碳捕獲和封存（carbon capture and storage，CCS）作為負排放技術，也必將成為我國進一步減排的重要技術。

二、北京市碳排放來源及核算方法

碳排放量是指一定區域內人類活動排放的溫室氣體的全面匯總。碳排放源是指向大氣中排放溫室氣體的任何過程或活動，一般包括：能源活動、工業生產過程、農業活動、土地利用變化和林業、城市廢棄物處理五大領域。另外，對于一個地區來說，外調電力（不含綠電）雖然不在本地消耗一次能源，但也間接產生溫室氣體，應計入調入地溫室氣體排放核算中。

碳排放計算一般基于碳排放源的活動水平數據和排放因子等參數，其中活動水平數據是指特定時期內（一年）以及在界定地區內，產生溫室氣體排放的人為活動量，如化石燃料消費量等；排放因子是與活動水平數據相對應的系數，用于量化單位活動水平的溫室氣體排放量，如單位化石燃料燃燒的二氧化碳排放量等。本研究中對北京市碳排放量的核算方法和排放因子均參照2011年國家發改委組織編寫的《省級溫室氣體清單編制指南》和2013—2015年國家發改委發布的24行業企業溫室氣體排放核算方法與報告指南；能源活動水平數據均來源于北京市統計局官方網站，由于能源統計口徑的變化，僅采用了2013年新口徑調整后的數據。

三、北京市碳排放基本情況

（一）全市碳凈排放總量超過1.5億噸，人均碳排放量7噸左右

2013—2015年，北京市碳排放總量超過1.5億噸，總體呈現逐年下降趨勢。全市人均碳排放量7噸左右，遠低于發達國家碳排放峰值時的人均水平，且呈逐年下降趨勢。

（二）全市能源活動與外調電力是碳排放主要來源，占比超過90%

北京市境內的能源活動是全市碳排放的第一大來源，年排放量在1億噸左右，近三年占全市碳排放總量的比重有所增加，從2013年的62.8%上升至2015年的64.9%。北京是典型的資源依賴型城市，2013—2015年外調電力達到500多億千瓦時，在全市能源消費中所占比重達30%左右?？鄢稍偕茉春托履茉串a生的綠色電力（以下簡稱“綠電”）部分，由外調電產生的間接碳排放量在4000萬噸以上，占全市碳排放總量的比重接近1/3，成為全市不可忽視的重要碳排放來源。

（三）石油取代煤炭成為主要碳排放源，占比超過40%

北京市境內能源活動產生碳排放，主要源于煤炭、石油和天然氣三大化石能源燃燒。從碳排放的能源品種構成來看（見表2），2013年，煤炭使用產生的碳排放量最大，占化石能源燃燒碳排放總量的42.0%；其次是石油，所占比重為38.2%；天然氣使用產生的碳排放量最小，所占比重僅為19.8%。隨著北京市“清潔空氣行動計劃”和“壓減燃煤”工作的強力推進，煤炭消費大幅減少，2014年開始石油取代煤炭成為主要碳排放源，石油使用產生的碳排放量所占比重超過40%，煤炭使用產生的碳排放量所占比重大幅下降，至2015年下降了約17個百分點。

表2 北京市碳排放的化石能源來源構成（2013—2015）

（四）碳排放部門構成以能源加工轉換行業和第三產業為主，占比超過2/3

從北京市碳排放的部門構成來看（見圖1），發電、供熱等能源加工轉換行業和第三產業貢獻最大，2013～2015年，這兩大部門所占比重之和在2/3以上；近1/5的碳排放來自居民生活部門；第二產業碳排放所占比重較小，僅為11%左右。

圖1 北京市碳排放部門構成（2013—2015）

（五）綜合能源碳排放系數逐年降低，能源結構調整對碳減排作用顯著

為綜合反映一個地區一段時期（一年）內能源結構變化對碳排放的影響，并實現周期可比性，本研究采用綜合能源碳排放系數進行表征，該系數是指一個地區在一年內，平均每消耗1噸標準煤能源燃料所產生的二氧化碳排放數量。北京市近幾年化石能源的綜合能源碳排放系數情況（見表3）。三大化石燃料中，煤炭的綜合碳排放系數最高，石油次之，天然氣系數最低。1噸標準煤當量的煤炭燃燒產生的CO2量最多，約為2.60噸；1噸標準煤當量的天然氣燃燒產生的CO2量較少，約為1.63噸；1噸標準煤當量的石油燃燒產生的CO2量約為2.03噸。

“十二五”以來，北京市加快推進能源發展方式轉變和結構優化轉型，實現了煤炭消費總量大幅削減。2013—2015年，通過能源結構優化調整，煤炭在化石能源消費中的比重從34.2%下降到了19.2%，下降了15個百分點，天然氣比重從25.8%上升到39.8%，上升了14個百分點，如表3所示。碳排放系數最高的煤炭消費減少了約800萬噸，直接帶動綜合能源碳排放系數從2.13下降到1.98，即平均消費1噸標準煤當量的化石燃料產生的CO2量從2.13噸下降到1.98噸，下降了7.0%，年均下降3.4%。能源結構調整對碳減排作用顯著，每燃燒一噸標煤當量的化石能源，碳排放量減少了0.15噸，年均可實現碳減排量300多萬噸。

表3 北京市化石能源的綜合能源碳排放系數

四、北京市碳排放達峰形勢預測

北京是全國能源消費大市，“十三五”期間，交通運輸業、居民生活等領域的能源消費剛性需求仍然強勁，全市規劃新增能源消費總量約800萬噸標準煤。執行本市“十三五”規劃和北京城市總體規劃（2016—2035年）目標，即到2020年北京市能源消費總量達到7650萬噸標準煤，煤炭消費量削減至500萬噸，屆時優質能源所占比重將由2015年的86.3%提高到95.3%，新能源和可再生能源利用占比也將由2015年的6.6%提高到2020年的8.0%，外調電中綠電所占比重將由2015年的8.5%提高到13.0%（見表4）。預計2020年全市碳排放總量約為1.66億噸，人均碳排放量7.2噸左右。

表4 北京市能源消費總量控制及結構調整規劃目標

根據京津冀協同發展要求，結合2022年雄安核心區基本建成的進度安排，預計“十四五”時期內，北京市非首都功能疏解任務基本完成，人口規模控制在2300萬內。到2025年，北京市“高精尖”產業結構漸趨穩定，第三產業比重將超過85%。交通運輸業繼續推動全市能源消費總量逐年增長，大興新機場將于2019年建成投運，初期3至5年內全市航空運輸業能源消費會有較大幅度攀升，隨著電動汽車、生物燃料汽車等新能源汽車的逐步推廣以及機動車擁有量的飽和，預計2025年左右北京市交通運輸能耗增速將逐步放緩。隨著能源利用效率的大幅提升，2026年以后全市能耗總量增速將明顯放緩，2030年之前服務業和居民生活領域能源消費總量可出現小幅下降趨勢，交通運輸體系逐步完善，預計在2030年左右北京市將迎來能源消費總量峰值，約為8800萬噸標準煤。2031-2035年，北京市能源消費將處于動態調整過渡期，總量基本維持在8800萬噸標準煤左右，如表4所示，能源結構繼續優化調整，但空間逐漸收窄。

根據著力改善大氣環境質量以及努力構建以電力和天然氣為主，地熱能、太陽能和風能等為輔的優質能源體系的要求與目標，進入“十四五”時期以后，北京市將持續推進壓減燃煤工作，因地制宜開發本地新能源和可再生能源，積極引進外埠清潔優質電力，化石能源利用增速將大大放緩，全市能源消費增量將由新能源和可再生能源（包括外調綠電）支撐。同時，在京津冀大氣污染聯防聯控和舉辦綠色冬奧會的嚴格要求下，北京市周邊地區不僅一次綠色電力比重會大大提升，且二次化石能源電力也會更加清潔化，碳排放因子也隨之下降（華北、東北、華東、華中、西北和南方六大區域電網中，華北電網的二氧化碳排放因子最高）。

綜合以上分析，北京市能源消費總量增速將在“十四五”到“十五五”期間實現明顯下降，并有望在2030年達到峰值，境內能源消費結構將得到明顯優化，高碳能源逐步由零碳的新能源和可再生能源替代，計入全市碳排放的外調電力碳排放因子也將有所削減，預計2020年碳排放達峰目標可以實現，碳排放峰值約為1.66億噸，碳排放趨勢如圖2所示。

圖2 北京市碳排放趨勢預測

五、北京市碳排放達峰的關鍵因素分析

（一）能耗增量較大是北京市碳排放達峰的首要制約因素

根據發達國家先行經驗，要實現碳排放達到峰值，城市化和工業化水平、經濟增速、人均GDP、第三產業占比及人口總數這五類與能源消費和碳排放密切相關的指標要達到一定水平（如表5所示）。以北京市“十三五”時期發展形勢判斷，到2020年，僅有經濟增速不能滿足低速（不超過3%）要求，其他四類指標均符合碳排放達峰的經濟社會發展特征：進一步提高工業化和城市化水平，城市化率可達87%；在GDP增速為6.5%的預期水平下，人均GDP水平將超過2萬美元；隨著非首都功能疏解加快進行，“高精尖”經濟結構初顯雛形，第三產業比重有望高達85%；全市常住人口規?？刂圃?300萬人以內，2020年以后長期穩定在這一水平。一般來說，經濟增速超過4%時，能源消費總量將持續增加，如果沒有新能源和可再生能源的支撐，要實現碳排放達峰，就需要付出更多的努力。

雖然北京市從“十二五”時期進入了經濟增速換擋期，從先前年均兩位數的高速增長下降至“十二五”期間年均7.5%的增速，且在“十三五”期間仍持續下降至6.5%左右?！笆濉睍r期，換擋后的經濟增速仍需要消耗大量能源來支撐，而且石油、天然氣等化石能源消費仍占據絕對主導地位，全市新增800萬噸標準煤的能耗總量中，零碳的新能源和可再生能源增量所占比重僅為21%左右。因此，短期內北京市碳排放總量剛性增長趨勢強勁，為保證順利實現2020年碳排放達峰的目標，應持續加強能耗總量控制，特別是高碳能源消費總量的控制。

從測算結果來看，進入“十四五”時期以后，隨著燃氣發電和供熱項目完成以及第三產業發展規模和人口總量逐步得到穩定控制，北京市燃氣消費增量和外調非綠電增量將得到有效控制，預計全市新增能耗總量650萬噸標準煤，其中高碳化石能源消費增量比重大幅下降，僅為12%左右。“十五五”期間，北京市清潔高效的交通運輸體系將逐步完善，油品消費新增量也將得到有效控制，預計全市新增能耗總量500萬噸標準煤，其中高碳化石能源消費增量比重下降至6%左右。因此，未來5-15年內，新能源和可再生能源利用量的大幅增加將成為支撐全市經濟增長的主要動力，高碳化石能源消費的大幅削減直接推動全市碳排放在2020年實現達峰目標。

表5 碳排放達峰時主要經濟社會發展指標比較（北京VS發達國家）

（二）大幅提高非化石能源和外調綠電比重是北京市盡早實現碳排放達峰的主要途徑

煤炭、石油等高碳能源品種大量消耗是碳排放快速增長的主要驅動力，德國、法國、英國等發達國家在20世紀七八十年代就實現了碳排放達峰，且先于國家能源消費總量達峰，主要是通過迅速提高非化石能源消費比重，以非化石能源消費總量的快速擴張來支撐經濟的持續增長。

北京市境內的化石能源消耗和京外的外調非綠電來源占據了全市碳排放核算量的90%以上。隨著壓減燃煤工作空間的逐漸壓縮，“十三五”后半期優化能源品種結構的方式將主要靠提高天然氣和外調電比重。“煤改氣”雖然使用了相對清潔的化石能源，但仍會帶動碳排放量的剛性增長。因此，在能源消費總量剛性增長需求下，只有通過大幅提高非化石能源比重，包括加快開發利用新能源和可再生能源以及加大外調綠電比重，北京市才能在“十三五”末期順利實現碳排放達峰的目標。

北京市新能源和可再生能源開發利用量仍然較小，2015年為400多萬噸標準煤，占全市能耗總量的比重約為6.6%；預計“十三五”時期全市新能源和可再生能源利用量可新增170萬噸標準煤左右，占全市能耗總量的比重可提升至8%，相當于實現碳減排300多萬噸。北京市未來幾年仍依賴大量的外調電力供給全市用電需求，外調電力在全市能源消費中所占比重將超過30%，借助舉辦綠色冬奧會的契機，北京市應加強與周邊城市開發和使用綠色電力的合作，快速提升一次綠電調入比重，同時調入更多、更加清潔化的二次能源電力。從測算結果來看，“十三五”時期，外調綠電比重從2015年的8.5%提升至2020年的13.0%，可實現碳減排約300萬噸；“十四五”末期，將外調綠電比重從13.0%提升至30.0%，且電力碳排放因子從8.843萬噸CO2/億千萬時下降到8.5萬噸CO2/億千萬時，可實現碳減排約1600萬噸，對推動北京市碳減排及在2020年實現碳排放達峰起到顯著作用。

（三）加快推進政策與技術節能減碳成為北京市實現碳排放達峰的重要保障

北京作為一個大都市，自身可開發利用的新能源和可再生能源體量十分有限，這就使得以上提及的碳減排主要途徑“大幅提高非化石能源比重”面臨較大挑戰。事實上，節能減碳政策及技術在生產和消費領域的應用，可大大提升能源利用效率，即在保持同樣經濟增速的情況下，可實現能源消費量和碳排放量的顯著縮減?！笆濉逼陂g，北京市以年均1.5%的能耗增長支撐了年均7.5%的經濟增長，萬元地區生產總值能耗和碳排放分別累計下降25%和30%，能源利用效率位居全國首位。“十三五”期間，持續性、強有力的節能減排政策還在進行，萬元地區生產總值能耗和碳排放至少累計下降17%和20.5%，節能目標考核、合同能源管理、碳核查、能效領跑等節能減碳政策對能源消費和碳排放增長的控制效果仍然較為明顯。另外，碳捕獲和封存負排放技術，也正在探索成為地區進一步減排的重要技術。

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