多情景模擬下資源枯竭型城市能源消費碳達峰預測研究
——以銅陵市為例

楊桂才 張 峰

1. 銅陵學院建筑工程學院 安徽 銅陵 244000

2. 祥源文化旅游研究院有限公司 上海 201100

當前控碳、減碳成為世界關注的焦點。習近平總書記在第七十五屆聯合國大會上提出，中國將于2030年二氧化碳排放力爭達到峰值這一莊嚴承諾。資源枯竭型城市相對于普通城市，具有能源結構單一、利用率低等特點，在“碳達峰”背景下面臨能源結構調整和能源消費制約等問題，如不能正確處理，將會嚴重限制資源枯竭型城市經濟和社會發展。

1 文獻綜述

我國學者對國家尺度和省域尺度碳排放測算和能源消費進行了深入研究。方琦等從我國能源消費總量與結構出發，對我國“2030年實現碳達峰，2060年實現碳中和”目標下的碳排放量進行了預測[1]。王少劍等結合多情景分析等方法，動態模擬2021～2035年珠江三角洲城市群的碳排放量并分析了2006～2035年碳排放的演化路徑、碳達峰與碳減排潛力，豐富了后新冠肺炎疫情時期城市碳排放的相關情景研究[2]。朱法華等通過對比中國與主要發達國家的能源消費、經濟發展、碳排放情況，預測中國碳達峰時的能源消費量及能源結構，提出減碳路徑，探討碳達峰、碳中和目標下能源與經濟發展對策[3]。

朱琳以土地資源為載體，多角度探討資源枯竭城市轉型發展的可持續性。通過多角度多方位對資源枯竭城市轉型做出了一系列客觀評價[4]。李憲海等研究了銅陵市轉型的主要路徑，即資源型產業多元化延伸、非資源型產業發展升級、深化循環經濟，以及不同轉型路徑產生的效果；提出了協調穩固替代產業、提升工業產品層次、拓展原材料供應渠道等鞏固區域經濟轉型成果的建議[5]。

綜上所述，目前碳排放測算和能源消費的研究主要聚焦于國家和省域尺度，對于資源枯竭型城市能源消耗碳達峰預測研究大多數都處于起步階段，且多為資源枯竭型城市的轉型問題與能源消耗對碳排放量影響因素的研究，資源枯竭型城市的能源消耗對碳達峰預測研究尚有一定空缺。

2 數據來源與研究方法

2.1 數據來源

研究所涉及的不同類型能源消費數據來自于2006—2017年《銅陵市統計年鑒》、《中國統計年鑒》和《中國能源統計年鑒》。

2.2 碳排放核算方法

社會活動產生的二氧化碳90%以上是由于含碳能源消費導致[6]，所以本文將采用區域能源消費碳排放總量替代區域碳排放總量的核算方法。城市能源消費碳排放總量等于城市各類型能源消費總量乘以不同類型能源的碳排放系數之和。城市各類型能源主要包括煤炭、石油、天然氣及電力。

計算公式如下：

公式中，P表示能源發熱量，Cj表示電力二氧化碳排放量，C表示二氧化碳排放量，θ表示能源所占百分比，δ表示能源消費量，φ表示碳排放系數(φ4表示電力的碳排放系數），ω表示能源平均地位發熱量（ω1表示煤炭的平均低位發熱量）。其中5.83是指1kg煤炭產生的二氧化碳量約等于5.83kw·h電力產生的二氧化碳排放量。

煤炭、石油、天然氣及電力的碳排放系數，其中煤炭和石油以原煤和汽油作為取值依據，其中參數參考張保留等[7-9]研究中的數值（表1）。由于不同年份發電的能源結構有差異，導致每年的電力碳排放系數不同，本文在計算電力碳排放時，從2006年到2017年按照個年份的碳排放系數來逐年計算電力的碳排放量，其中參數參考王燁等[9-10]研究中的數值（表1）。（表2）。

表1 化石能源碳排放/［104t/104t(以CO2計)］[7-9]

表2 不同年份電力碳排放系數/［kg/(kW·h)］[9-10]

3 銅陵市能源消費總量及結構

研究表明，銅陵市能源消費總量呈上升趨勢，2006-2017年，能源消費總量由2006年的587.2×104t(以標煤計)增至2017年的1643.6×104t(以標煤計)，增長了3倍左右。其中，煤炭作為主要消費能源，且每年的消費量逐年上升，電力、天然氣的消費量同樣呈上升趨勢，石油的消費量呈下降趨勢（圖1）。

在能源消費組成中，煤炭消費量在2006-2017年呈上升狀態，占比一直在90%左右，石油消費呈下降狀態；電力消費逐漸上升，且占比也越來越高；天然氣消費總體也是呈上升狀態，但總體占比很小，到2017年也僅僅只有0.6%左右。

4 銅陵市碳排放及碳達峰分析

4.1 銅陵市碳排放核算

通過核算，銅陵市碳排放情況如下（圖2），在2006-2017年碳排量整體呈上升狀態，由2006年的441.0×104t上升至2017年的1217.1×104t，總體上翻了1.5倍左右。在碳排放來源構成中，90%都由煤炭和電力碳排放作為主要來源，石油的碳排放占比一直在減少，2006-2017年天然氣碳排放量逐漸上升，但在2017年其占比也僅為0.2%左右。

4.2 銅陵市碳達峰預測分析

2006-2017年，銅陵市碳排放總量主要呈上升趨勢（圖3）。以2006-2017年銅陵市碳排放量進行預測，在此期間銅陵市二氧化碳年均排放增長率為14%左右，若未來仍以此增速計算，銅陵市在2030年碳達峰值約為6163.9×104t；

本文模擬基準情景、政策規劃情景、優化政策情景三種情景對其進行分析。

（1）基準情景。這里根據銅陵市206-2017年能源消費結構的各能源消耗變量的年平均增長率計算平均值，其中煤炭年均增幅約0.01%，石油年均降幅約0.08%，天然氣年均增幅約0.05%，電力年均增幅約0.02%，煤炭、石油、天然氣及電力以2017年為基準對未來能源結構進行預測。

（2）政策規劃情景。在基準情景的基礎上，結合銅陵市能源發展“十四五”規劃以及國家能源發展長期規劃，鑒于國家提出非化石能源占比在2030年占比在25%以上，所以對于電力年均增幅設為1.36%；同時對煤炭消費做出限制，煤炭占比年均降幅為1%～2%；石油占比年均降幅為0.02%；天然氣消費占比年均增幅為0.5%～0.7%。以此幅度進行計算。

（3）優化政策情景。在政策規劃情景的基礎上，積極落實全民低碳經濟意識，使銅陵市的能源消費結構進一步優化，假設電力消費不變，石油消費不變，進一步降低煤炭消費占比，提升天然氣消費占比，預設煤炭消費占比年均降幅為2%～3%；天然氣消費占比年均增幅為1%～1.5%。

模擬結果為：

基準情景：在此情境下，銅陵市碳排放量處于上升趨勢，到2030年其峰值量為4119.7×104t；其中化石能源的碳排放量降低，非化石能源（電力）的碳排放量上升。

政策規劃情景：相對于基準情景，在政策規劃的影響下，碳排放量將在2029年達到最大，其峰值約為3913.7×104t；而在2030年其碳排放量下降至3910.1×104t。此時煤炭占比下降至65.99%，而電力占比上升至25.04%。

優化政策情景：對比政策規劃情景，優化后的碳達峰時間有所提前，在2027年達到最大峰值3832.3×104t；而在2030年其碳排放量下降至3809.7×104t，此時煤炭占比為58.71%、天然氣占比為16.22%（見圖4）。

4.3 結果討論

綜上所述，在三種能源消費結構情景模擬下，其中在基準情景下，從2018-2030年其碳排放量都是處于上升的趨勢，而政策和優化情景下，都是在2030年之前達到峰值。

5 結論與對策

5.1 研究結論

（1）銅陵市在2006-2017年能源費量整體呈上升狀態。其中，碳排放量由2006年的1345.4×104t，上升到2017年的3653.5×104t。從2006-2017年的能源消費數據中，煤炭消費一直占主要地位，由于近些年對于化石能源消費的控制，電力消費結構占比呈上升趨勢，由2006年的7.15%，上升至2017年的7.36%。而石油消費則呈下降趨勢；天然氣消費雖有所上升但占比依舊很少，由2006年不到0.1%，到2017年的0.62%。

（2）從情景模擬的結果來看，若以2006-2017年的基本數據進行達碳峰預測，那么直至2030年也不會出現峰值；要想提前實現“碳達峰”，還需要繼續優化能源消費結構，對各類能源進行合理使用和消費，同時為實現“碳中和”這一目標與要求做鋪墊。

5.2 對策建議

（1）擁有明確目標，發掘潛能。由于銅陵市屬于資源枯竭型城市，許多能源不可再生，因此需對能源的利用達到最大化，提高其利用效率，避免不必要的損失與能耗；可積極推進新能源建設如氫能、氨能等發電可減少二氧化碳的排放。

（2）推動產業轉型，定位清晰。隨著能源的不斷消費，資源枯竭型城市終將面臨轉型。銅陵市經濟發展相較于之前是有所下降的，面臨社會經濟的高度發展，不得不做出改變，現階段在綠色節能、低碳環保的前提下，可大力發展戰略性新興產業、數字經濟產業和新能源產業，并不斷優化和改進其產業結構，走可持續發展道路。

（3）加大政策改革，構建體系。盡管銅陵市近幾年頒布落實了許多減排政策，但僅僅對于不可再生資源的限制使用，是遠遠不夠的，需要加大對可再生能源的開發和使用，在政策改革上多多扶持，逐漸構建出一個全新的能源消費結構體系。

（4）普及低碳生活，節能減排。將綠色節能、低碳環保的思想融入到群眾生活里，例如從日常的出行活動、住宅的節能改造及能源的循環利用等，一點一滴，養成低碳生活的好習慣，為實現“碳達峰”這一目標做出貢獻。