基于能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的省級(jí)區(qū)域碳排放預(yù)測(cè)研究

雷貴祥

摘? 要：本文通過貴州省2015—2020年經(jīng)濟(jì)、能源統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析，構(gòu)建二氧化碳排放量計(jì)算模型，計(jì)算及分析了2025—2060年的碳排放量。結(jié)果表明，貴州省未來能源消費(fèi)需求逐年增加，但在化石能源比重下降的影響下，二氧化碳排放總量在2030年將實(shí)現(xiàn)達(dá)峰，2045年后快速下降。

關(guān)鍵詞：碳排放;能源消費(fèi);貴州省;能源結(jié)構(gòu)

1 引言

2022年3月1日碳達(dá)峰碳中和工作領(lǐng)導(dǎo)小組全體會(huì)議提出，實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和，是以習(xí)近平同志為核心的黨中央統(tǒng)籌國(guó)內(nèi)國(guó)際兩個(gè)大局作出的重大戰(zhàn)略決策，是中國(guó)生態(tài)文明建設(shè)與綠色發(fā)展的重要路徑，也是中國(guó)應(yīng)對(duì)全球氣候變化的莊嚴(yán)承諾與責(zé)任擔(dān)當(dāng)[1]。隨著《中共中央 國(guó)務(wù)院關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見》頂層文件的發(fā)布，各省級(jí)區(qū)域均進(jìn)行了相應(yīng)的“雙碳”目標(biāo)達(dá)峰研究，吳唯等人[2]對(duì)浙江省低碳發(fā)展路徑進(jìn)行研究，分析了基準(zhǔn)情景、低碳情景和強(qiáng)化低碳情景下的能源需求和碳排放，提高終端能源利用效率短期內(nèi)是降低能源需求總量的最好方式，而產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整長(zhǎng)期內(nèi)優(yōu)勢(shì)更為明顯，而提高非化石能源占比是二氧化碳減排的最有效選擇。熊斌等人[3]針對(duì)火電占比高的黑龍江省分析重碳電源結(jié)構(gòu)的碳減排問題，采用兩階段優(yōu)化模型分析計(jì)算了電源結(jié)構(gòu)調(diào)整方向和污染治理模式。宋鵬等人[4]以重慶市為案例分析了影響碳達(dá)峰目標(biāo)的關(guān)鍵因素，發(fā)現(xiàn)控制工業(yè)能耗和調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)是效果較好的措施。重點(diǎn)區(qū)域碳達(dá)峰碳中和問題也受到學(xué)者們的關(guān)注，如粵港澳大灣區(qū)[1]引領(lǐng)示范區(qū)建設(shè)、東北三省[5]的交通運(yùn)輸碳達(dá)峰問題、西北五省[6]的碳排放峰值預(yù)測(cè)等。

在“雙碳”目標(biāo)完成預(yù)測(cè)研究中，基于情景預(yù)測(cè)模型模擬對(duì)碳達(dá)峰時(shí)間及峰值測(cè)算是主要手段，燕東等人對(duì)碳達(dá)峰情況預(yù)測(cè)的主要方法及模型進(jìn)行了綜合對(duì)比分析，指出“自上而下”模擬方法可以有效測(cè)算峰值及達(dá)峰時(shí)間的大概范圍。“自下而上”模擬方法可以具體測(cè)算峰值和達(dá)峰路徑，可以覆蓋技術(shù)進(jìn)步對(duì)碳排放、能源需求和成本的影響。“混合/綜合評(píng)估模型”可以兼顧前兩種方法的優(yōu)點(diǎn)，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要充分考慮經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、資源、環(huán)境和消費(fèi)等多方面因素。在眾多模型[7-9]中，“自下而上”模擬方法中LEAP模型因其可對(duì)一個(gè)城市或一個(gè)省級(jí)乃至全球的能源環(huán)境進(jìn)行分析、預(yù)測(cè)與評(píng)估等而廣泛應(yīng)用[10-13]。

貴州是全國(guó)重要的能源基地，能源產(chǎn)業(yè)也是貴州省重要支柱產(chǎn)業(yè)，長(zhǎng)期以來形成了以煤為主、水電等新能源為補(bǔ)充的能源格局，以煤電為核心的能源消費(fèi)格局短期內(nèi)無法動(dòng)搖。能源結(jié)構(gòu)偏煤、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)偏重的特征將形成“高碳鎖定”效應(yīng)，經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展與碳排放增長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)“脫鉤”任重道遠(yuǎn)。在雙碳目標(biāo)、生態(tài)文明建設(shè)、圍繞四新主攻四化、工業(yè)倍增計(jì)劃等多維約束下，尋找一條適合貴州省節(jié)能減排的低碳發(fā)展之路至關(guān)重要。

本文基于2015-2020年貴州省統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)，分析能源平衡表、能源結(jié)構(gòu)、終端活動(dòng)水平、能源強(qiáng)度等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，重點(diǎn)分析能源活動(dòng)排放量，忽略工業(yè)生產(chǎn)過程碳排放量波動(dòng)對(duì)排放總量的影響。在綜合考慮經(jīng)濟(jì)增速、能源消費(fèi)強(qiáng)度降低率、化石能源比重等因素影響的基礎(chǔ)上，模擬預(yù)測(cè)貴州省2025—2060年的碳排放量，為本地區(qū)碳排峰值目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供一定參考。

2 研究方法與計(jì)算模型

2.1 歷史數(shù)據(jù)分析

2015-2020年貴州省主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如圖1所示，年經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)速度逐年變緩，由2015年的10.7%降至2020年的4.5%，年均增速保持在8.5%左右;第三產(chǎn)業(yè)比重高于第二產(chǎn)業(yè)、第一產(chǎn)業(yè)，從2015年46.2%逐年上升，增加到2020年50.9%;第一產(chǎn)業(yè)和第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定且呈下降趨勢(shì)，下降趨勢(shì)較為平緩;人均地區(qū)生產(chǎn)總值逐年上升，由2015年的29956元增加到2020年46267元。

2015—2020年貴州省一次能源生產(chǎn)情況如圖2所示，一次能源原煤生產(chǎn)量從2015年81.1%下降到2020年72.2%，下降8.9個(gè)百分點(diǎn);水電、風(fēng)電和光伏等新能源電力從2015年18.6%提升到2020年26.5%，上升7.9個(gè)百分點(diǎn)。一次能源生產(chǎn)量從14322.94萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤下降到11171.06萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，生產(chǎn)量呈下降趨勢(shì)，年均下降率為5%。

2020年貴州省能源消費(fèi)總量10621.44萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，較2015年增加1277.23萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，上升13個(gè)百分點(diǎn)，能源消費(fèi)量年均增速為3%。2015—2020年煤炭、汽油、煤油、柴油、天然氣和電力等能源品種整體呈增加趨勢(shì)，增速如圖3所示。能耗總用量5年間增長(zhǎng)幅度為13%，年均增速2.6%;煤炭消費(fèi)量增長(zhǎng)趨于平緩，總增長(zhǎng)幅度為3%，年均增速0.5%;焦炭呈下降趨勢(shì)年均下降3.6%;汽油和柴油年均增速均為10.6%;柴油和電力增速基本一致，分別為5.9%、6.2%;天然氣呈井噴式增長(zhǎng)，2020年較2015年增長(zhǎng)131個(gè)百分點(diǎn)，年均增速26.2%。各能源品種及消費(fèi)增速見圖4所示。

能源利用效率從2015年的91%提升到2020年95%，其中2019年能源利用效率最高為97%。每萬元地區(qū)生產(chǎn)總值能源消費(fèi)量由2015年的0.887噸標(biāo)準(zhǔn)煤/萬元下降至2020年的0.671噸標(biāo)準(zhǔn)煤/萬元;萬元地區(qū)生產(chǎn)總值能耗5年間累計(jì)下降24.4%。

貴州省能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)主要由原煤（含火電用煤）、電力（水電、風(fēng)電和光伏等）、燃油制品（燃料油、汽柴油）和天然氣組成，其中電力（水電、風(fēng)電和光伏等）不產(chǎn)生二氧化碳排放。依據(jù)《貴州統(tǒng)計(jì)年鑒》中數(shù)據(jù)進(jìn)行化石燃料燃燒排放估算，其中火力發(fā)電用煤根據(jù)火電占總用電量中比例進(jìn)行分?jǐn)偤筮M(jìn)行估算。由表1可知， 2015—2020年二氧化碳排放量分別為16796萬噸二氧化碳、18416萬噸二氧化碳、20582萬噸二氧化碳、20967萬噸二氧化碳、22177萬噸二氧化碳和21197萬噸二氧化碳，2020年較2015年增加4401萬噸二氧化碳，累計(jì)增加26個(gè)百分點(diǎn)。二氧化碳排放量是以煤為主、油品為輔、天然氣次之的結(jié)構(gòu)，其中煤炭排放比重最高，為80%以上，排放量呈下降趨勢(shì);油品和天然氣排放呈上升趨勢(shì)，趨勢(shì)較緩。

2015—2020年貴州省二氧化碳排放強(qiáng)度如圖5所示，每萬元地區(qū)生產(chǎn)總值二氧化碳排放量由2015年的1.59噸二氧化碳/萬元降至2020年的1.34噸二氧化碳/萬元，累計(jì)下降16.5%。人均二氧化碳排放量由2015年的4.77噸二氧化碳/人上升至2020年的5.87噸二氧化碳/人，累計(jì)增長(zhǎng)21.9%。

2.2 計(jì)算模型

根據(jù)《省級(jí)溫室氣體清單編制指南（試行）》，結(jié)合《關(guān)于開展省級(jí)地區(qū)碳排放核算試算研究工作的通知》相關(guān)要求，現(xiàn)階段碳排放量邊界以能源活動(dòng)及工業(yè)生產(chǎn)過程的二氧化碳排放為主，其中能源活動(dòng)碳排放主要包括區(qū)域內(nèi)化石燃料燃燒和非能源利用產(chǎn)生的二氧化碳直接排放，并考慮區(qū)域化石能源電力凈調(diào)出蘊(yùn)含的二氧化碳間接排放;工業(yè)生產(chǎn)過程碳排放主要考慮水泥、石灰、玻璃、氨、電石、純堿、金屬冶煉等原料、還原劑、電極等產(chǎn)生的碳排放量。由于工業(yè)活動(dòng)碳排放相對(duì)占比較少，且計(jì)算較為復(fù)雜，本文計(jì)算模型按基準(zhǔn)年在總排放中的占比設(shè)為常量，忽略其波動(dòng)帶來的影響。

二氧化碳排放量計(jì)算方法參照《省級(jí)溫室氣體清單編制指南（試行）》中化石燃料燃燒方法進(jìn)行估算，計(jì)算公式如式1—3。

式中：E燃燒為化石燃料燃燒二氧化碳排放量，噸;i為燃料類型;ADi：燃料消費(fèi)量，太焦;EFi：排放因子（千克/太焦）

式中：FCi燃料消耗量，固體、液體單位為噸，氣體單位為千標(biāo)準(zhǔn)立方米;NCVi燃料低位發(fā)熱量，檢測(cè)值或缺省值，單位為千焦/千克或千焦/標(biāo)準(zhǔn)立方米。

式中：CCi化石燃料的單位熱值含碳量，噸碳/太焦;OFi碳氧化率，%。

2.3 計(jì)算方法

基準(zhǔn)年2020年化石燃料燃燒二氧化碳排放量按《貴州省統(tǒng)計(jì)年鑒》中平均每天能源消費(fèi)量數(shù)據(jù)基準(zhǔn)，估算出貴州省年油品和天然氣消耗量;電力消費(fèi)量分為煤電和新能源電力，新能源電力不產(chǎn)生二氧化碳排放，煤電生產(chǎn)過程中的排放由原煤產(chǎn)生，本文根據(jù)能源生產(chǎn)、消費(fèi)總量及構(gòu)成和電力平衡表中數(shù)據(jù)進(jìn)行估算出發(fā)電煤耗量。

2020年以后化石燃料燃燒二氧化碳排放預(yù)測(cè)值是結(jié)合最新政策和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)需求計(jì)算，能源消費(fèi)總量=化石能源消費(fèi)量總量+新能源消費(fèi)總量。根據(jù)相關(guān)政策精神，化石能源消費(fèi)量總量呈逐漸上升穩(wěn)定會(huì)后下降趨勢(shì)，為了簡(jiǎn)化計(jì)算假設(shè)化石能源消費(fèi)量總量中能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)、熱值和效率等不變，即綜合化石能源燃燒排放因子不變，為2.2678噸二氧化碳/噸標(biāo)準(zhǔn)煤，而新能源消費(fèi)總量呈不斷上升趨勢(shì)，以此估算二氧化碳排放總量。其中，二氧化碳排放量=預(yù)測(cè)能源消費(fèi)總量×化石能源比重×2.2678。

3 計(jì)算結(jié)果及討論

3.1 計(jì)算邊界設(shè)置原則

根據(jù)《貴州省國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和二〇三五年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》，地區(qū)生產(chǎn)總值年均增長(zhǎng)7%左右，到2025年達(dá)到2.6萬億元左右，人均達(dá)到7萬元左右，其中一二三產(chǎn)增加值分別年均增長(zhǎng)5%左右、8%左右和7.5%左右。預(yù)測(cè)2035年貴州省省GDP總量約5萬億元，人均GDP與全國(guó)平均水平基本持平;2060年GDP總量約12萬億元，人均GDP約為全國(guó)平均水平的1.1倍。

能耗強(qiáng)度按國(guó)家發(fā)展改革委關(guān)于印發(fā)《完善能源消費(fèi)強(qiáng)度和總量雙控制度方案》的通知（發(fā)改環(huán)資〔2021〕1310號(hào)）相關(guān)精神，“對(duì)能耗強(qiáng)度降低達(dá)到國(guó)家下達(dá)激勵(lì)目標(biāo)的省（自治區(qū)、直轄市），其能源消費(fèi)總量在五年規(guī)劃當(dāng)期能耗雙控考核中免予考核。”綜合考慮隨著能源利用效率的提高，節(jié)能減排技術(shù)措施的推廣，越到后期節(jié)能減排難度越大，本文按每個(gè)規(guī)劃期降低2個(gè)百分點(diǎn)作為激勵(lì)目標(biāo)，從而達(dá)到對(duì)能源消費(fèi)總量在五年規(guī)劃當(dāng)期能耗雙控考核中免予考核。

預(yù)測(cè)能源消費(fèi)總量由化石能源、非化石能源組成，化石能源包括煤炭、汽油、柴油、天然氣等;非化石能源包括水電、風(fēng)電、光電、核電、生物質(zhì)燃料等。本文預(yù)測(cè)所需能源消費(fèi)總量按現(xiàn)有統(tǒng)計(jì)口徑進(jìn)行預(yù)測(cè)，未考慮新增可再生能源和原料用能進(jìn)行抵扣，若考慮抵扣，同樣多能源消費(fèi)量將支撐較多的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，或在同樣的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展水平下，較容易完成能耗強(qiáng)度激勵(lì)目標(biāo)。

3.2 結(jié)果與討論

依據(jù)如上邊界設(shè)置原則進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果匯總?cè)绫?所示。

如表2可知，貴州省未來能源消費(fèi)總量逐年增加，2030年、2045年、2060年能源消費(fèi)總量分別為16037萬噸、25709萬噸和33614萬噸，這與貴州省圍繞四新主攻四化，工業(yè)倍增計(jì)劃密切相關(guān)。貴州省2030年將與全國(guó)同步二氧化碳達(dá)峰，達(dá)峰量約25458萬噸二氧化碳，至2040年為達(dá)峰平臺(tái)整理期，2045年后進(jìn)入快速下降期。

四、結(jié)論

本研究在綜述國(guó)內(nèi)外有關(guān)碳排放預(yù)測(cè)模型研究的基礎(chǔ)上，通過貴州省2015—2020年歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析，分析影響能源消費(fèi)需求和二氧化碳排放的因素，建立二氧化碳排放量計(jì)算模型，并制定了邊界條件設(shè)置原則，模擬計(jì)算了2025—2060年的碳排放量。未來貴州省能源消費(fèi)總量將逐年增加，但受益于化石能源比重的持續(xù)下降，二氧化碳排放量在2030年實(shí)現(xiàn)達(dá)峰后將持續(xù)下降。

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