北京市某區(qū)碳排放總量核算及達峰判定

文_楊濤 方莉 王海林 北京市生態(tài)環(huán)境保護科學研究院

2020年9月22日，習近平總書記在第七十五屆聯合國大會一般性辯論會上鄭重提出：“中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和。”在這一目標約束下，2021年北京市將碳減排工作列入生態(tài)環(huán)境保護主要工作目標，并要求各區(qū)二氧化碳排放持續(xù)下降。提出各區(qū)應該根據自身特點，展開具體工作，進行碳排放總量達峰評估的要求。本文以北京市某區(qū)為例，對其過去5年的碳排放總量做了核算，并建立模型對其碳達峰情況進行了判定及分析。

1 年度碳排放量核算

經調查，該區(qū)碳排放以能源活動為主，因此核算范圍為該區(qū)內由于化石燃料燃燒所產生的直接二氧化碳排放量，以及電力和熱力消耗產生的間接二氧化碳排放量。

二氧化碳排放總量等于核算邊界內化石燃料使用、消耗電力和消耗熱力產生的排放量之和，按照公式1計算：

1.1 核算結果

核算該區(qū)2015～2019年因化石能源燃燒、熱力消耗和電力消耗所產生的二氧化碳排放量，并根據計算結果分析其逐年變化趨勢，詳見圖1和圖2。

圖1 2015～2019年碳排放量及排放組成

圖2 2015～2019年二氧化碳三種來源的變化率

從圖1可知，二氧化碳總排放量2016年達到峰值，峰值排放量為126.92萬t。2019年為核算期最低，年總排放量為118.24萬t，比峰值下降了6.8%。分析變化趨勢，化石能源燃燒和熱力消耗產生的排放逐年降低，2019年達到最低值。電力消耗產生的排放逐年升高，2019年達到最高。

1.2 碳排放結構分析

從貢獻比例來看，5年平均占比化石能源消耗最大，為62.7%，電力消耗其次，為24.1%，熱力消耗最低，為13.2%。電力消耗排放在近幾年提升較大。對比峰值年份2016年與2019年得數據，可以明顯看出電力消耗對能源燃燒的替代效應，詳見圖3。

圖3 峰值年份和最近年份的二氧化碳排放比例

近年來北京地區(qū)實施了煤改電、煤改氣等一系列的政策，同時，綠色能源的開發(fā)及使用，使該地區(qū)的能源結構得到了改善，單位能耗下碳排放量減少。因此，化石燃料燃燒帶來的排放總量有了明顯下降。區(qū)域內用電總量逐年遞增，電氣化替代效果明顯，產生二氧化碳排放比例也從21%增至32%，增幅較大。主要基于3個原因：

①煤改電工程，使用電力替代一部分煤炭，產生用電增量；

②區(qū)域內數個大型項目新建，建筑用電量提高；

③城鎮(zhèn)化建設速度加快，人民生活水平提高，用電設施增多。

據中國工程院院士、國家能源咨詢專家委員會副主任杜祥琬的研究，我國碳排放中，電力行業(yè)（主要是火電）占41%，該區(qū)電力排放數據正在逐漸接近這個水平。可見，對電力排放的控制，加強綠電的使用率，將是未來碳減排工作中的重點。

2 碳達峰的判定及路徑分析

2.1 碳達峰的判定方法構建

碳達峰是指二氧化碳排放量達到歷史最高值，然后經歷平臺期進入持續(xù)下降的過程，是二氧化碳排放量的歷史拐點，意味著碳排放與經濟發(fā)展實現脫鉤，碳達峰目標包括達峰年份和峰值。

通常的判定及路徑規(guī)劃方法包括以下幾種：

（1）目標設定法

目標設定法即通過設定碳達峰期限來倒推碳達峰路徑、倒逼碳達峰實現的方法。目標設定法的基本步驟包括：第一步，碳達峰期限設定。第二步，設定碳達峰定量化目標。第三步，達峰路徑選擇。在明確了達峰期限和定量化達峰峰值目標后，各城市還需要制定并公開提出城市達峰路徑圖。

(2) 情景分析法

常見的有三種情景分析法。第一種，STIRPAT模型法。用拓展的STIRPAT模型對工業(yè)及其細分行業(yè)的碳排放達峰進行了情景預測，將其與門檻模型進行結合，預測城市碳排放達峰。第二種，IPAC模型法。結合中國能源環(huán)境政策綜合評估（IPAC）模型，并對其關鍵因素進行研究,得到實現這些情景的可行性。第三種，系統(tǒng)模型預測法。以能源系統(tǒng)優(yōu)化模型（如ChinaTIMES）為內核，建立多部門局部均衡模型 。

(3)標尺法

通過對發(fā)達國家碳達峰的特征進行研究，設定達峰參數，結合歷史數據判定達峰，進而推演碳達峰目標的期限、路徑和策略。

本文選取北京市某區(qū)，考慮到北京市整體的工業(yè)化和城市化進程高于全國，本文主要采用標尺法，結合 “歷史的達峰判斷”和“未來的達峰判斷”雙重標準，判斷該區(qū)的達峰現狀。在“歷史達峰判斷”標準中，要求某地區(qū)的碳排放峰值在最新一期(在5年以內建立的)排放清單中，已經達到最高水平，并形成了一個長期的趨勢。從上一節(jié)的數據可知，該區(qū)在2016年已經完成碳達峰，此結果受益于能源結構的優(yōu)化，并已經形成不可逆趨勢，因此在“歷史達峰判定”中，可以確定其已經完成碳達峰。

在“未來達峰判斷”中，需要結合標尺法的基本定義，構建具體的達峰模型。碳達峰與經濟社會發(fā)展水平高度相關，是較高經濟發(fā)展水平、較高城鎮(zhèn)化條件下 ，能源消費總量、能源消耗強度與人口增長、經濟增長的“自然”脫鉤。地區(qū)碳排放峰值一般出現在實現工業(yè)化、城市化發(fā)展階段之后，經濟呈內涵式發(fā)展，GDP增速趨緩，能源消費彈性下降，能源消費增長平穩(wěn)，且主要依靠發(fā)展新能源和可再生能源滿足消費，化石能源消費不再增加。

據此，構建碳達峰的6個判定條件。經濟社會發(fā)展到一定水平（人均GDP達到2萬美元以上；城市化率75%，第三產業(yè)比重65%），進而帶來GDP碳強度下降率＞GDP增長率、單位能耗強度下降率＞能源增長率，人均碳排放下降率＞人口增長率，實現經濟增長和人口增漲與碳排放的雙脫鉤。并且在一個核算期內（通常為5年）碳排放總量出現峰值。詳見圖4。上述判斷條件的指標容易獲得、直觀，具備較強的可操作性，有利于該區(qū)碳達峰判定，及目標分解和路徑擬定。

圖4 碳達峰的判定條件

2.2 區(qū)縣碳達峰判定

聚焦于該區(qū)的碳達峰數據情況，見表1。整體來看，該區(qū)基本達到判定條件（6個判定條件有4個符合，1個部分符合，1個不符合）。

①2015～2019年碳強度平均下降8.6%，GDP增長率7.5%，滿足碳達峰GDP碳強度下降率大于GDP增長率的要求。同時，基于彈性系數的Topia模型，其碳脫鉤彈性系數為-0.29，處于強脫鉤狀態(tài)。

②2019年，單位能耗下降率為5.63%，大于當年的能源增長率1.10。

③人均碳排放下降率為1.41%，戶籍人口增長率為0.73%，人均碳排放下降率大于人口增長率。

④在一個核算期內（2015～2019年），2016年該區(qū)的碳排放總量為126.4萬t，到達峰值。

⑤第三產業(yè)比重為70.1%，高于65%。城市化率水平較低，僅為59.7%，低于75%的城市化率標準。

⑥2019年該區(qū)的人均地區(qū)生產總值僅為0.85萬美元，尚未達到2萬美元的碳達峰條件。

從以上數據及分析可以基本判定，該區(qū)在2016年完成了碳達峰。但其達峰情形存在一定的不確定性，有可能會出現反復，主要原因是經濟社會發(fā)展水平不高，還處于爬坡、追趕階段，發(fā)展中對能源的總體需求量有可能激增，需平衡好經濟發(fā)展與能源使用之間的關系。

3 結語

碳排放總量核算及達峰判定是實現我國“3060”目標的重要內容之一。以往的研究大多數以省市為主要對象，但是省市的范圍過大，各個區(qū)域的產業(yè)結構和能源結構也不盡相同，對其排放的特點和減排手段無法做到精細化處理。將尺度范圍鎖定為某區(qū)，將更加精確地把握其排放特點、能源結構組成，對其碳達峰的判斷和減排政策的制定也更加精準有效。

本文選取了北京市某區(qū)，對其近5年的碳排放總量做了核算，并利用標尺法對其碳達峰進行了研判。主要得出以下結論：

① 隨著該區(qū)能源結構的轉型，對原有化石燃料（特別是煤炭）的替代，化石能源燃燒產生的二氧化碳量明顯降低，但仍是最大的排放源。從產生部門來看，工業(yè)和居民生活是最主要的碳排放部門。

②電力消耗產生的碳排放逐漸升高，且增長趨勢不變。因此，應重點關注電力、工業(yè)和生活源三個部門的排放問題。

③通過標尺法進行達峰研判，該區(qū)2016年完成碳達峰，但由于城市化水平和人均GDP較低，經濟還處于高增長階段，應該處理好經濟發(fā)展和能源使用的關系，做到經濟增長與能源的脫鉤。