濟南市工業化石能源消費碳排放與經濟增長脫鉤水平及驅動因素分析*

謝玉慧 郭鳳佳 張 倩 姜 雨 陳 偉,2#

(1.山東師范大學地理與環境學院,山東 濟南 250358;2.山東師范大學碳中和研究院,山東 濟南 250014)

溫室效應引起的全球變暖已成為社會關注的焦點,因此減少溫室氣體排放,推進經濟綠色低碳轉型刻不容緩。工業生產消耗大量化石能源,由此產生的碳排放在碳排放總量中占比達70%[1]。濟南市作為老工業城市,產業結構偏重,能源結構偏煤[2],產業結構和能源消費都尚未實現與碳排放完全脫鉤。目前,濟南市是山東省唯一入選國家低碳城市、氣候適應型城市的“雙試點城市”[3],因此厘清其工業化石能源碳排放與經濟增長脫鉤水平演變趨勢,甄別造成碳排放的關鍵驅動因素對于科學制定碳減排戰略、有效降低工業活動碳排放具有重要意義。

現有研究主要采用Tapio脫鉤模型研究工業與碳排放的依賴關系[4-6],并運用對數平均迪氏指數分解模型(LMDI)分析碳排放的驅動因素[7-8],通常考慮人口規模[9]、經濟產出[10]81、產業結構[11]、能源強度[12]、能源結構[10]79、碳排放因子[13]等。濟南市工業能源碳排放測算和驅動因素分析已有一些研究[14-15],但缺乏專門針對濟南市工業化石能源碳排放與經濟增長的脫鉤關系及驅動因素的研究。

本研究采用政府間氣候變化專門委員會(IPCC)的《2006年IPCC國家溫室氣體排放清單指南》測算濟南市工業化石能源消費碳排放量,運用Tapio脫鉤模型分析碳排放與經濟增長的脫鉤關系,并利用LMDI探究濟南市工業化石能源消費碳排放的關鍵驅動因素,進而提出促進濟南市工業低碳發展的對策建議。

1 研究方法與數據來源

1.1 碳排放核算方法

根據濟南市工業化石能源消耗的實際情況,選擇原煤、汽油、煤油、柴油、燃料油5種化石能源進行直接碳排放核算。不同工業行業的各種化石能源消費碳排放量計算公式見式(1):

(1)

式中:Ei,j為i行業j化石能源消費碳排放量,t;Ai,j為i行業j化石能源的消費量,t,折算成標準煤計;Fj為j化石能源的碳排放因子,t/t,以CO2計;Nj為j化石能源的平均低位熱值,J/t;Cj為j化石能源的含碳量,t/J;Oj為j化石能源的碳氧化率。

1.2 LMDI分解

考慮工業人口規模、經濟產出、產業結構、能源強度、能源結構、碳排放因子6個驅動因素進行LMDI分解,計算公式見式(2)。

(2)

式中:P為工業從業人口;G為工業生產總值,億元;Gi為i行業的工業生產總值,億元;Ai為i行業的化石能源消費量,t。

(3)

1.3 脫鉤分析

采用Tapio脫鉤模型探究濟南市工業生產總值增長與碳排放量之間的關系,公式見式(4):

(4)

式中:ε為工業經濟增長與碳排放量之間的脫鉤指數;Et0為t0時的相應碳排放量,t;ΔG為t1、t0間的工業生產總值變化量,億元;Gt0為t0時的工業生產總值,億元。Tapio脫鉤模型可分為3大狀態和8種具體類型,詳見表1。

表1 脫鉤類型劃分

1.4 數據來源

以2011—2020年為研究區間,參照2012—2021年濟南市統計年鑒,將工業行業劃分為采礦業,制造業,電力、燃氣及水的生產和供應業3大類。各行業的工業生產總值、化石能源的消費量、從業人口等數據來源于濟南市統計年鑒,2019年萊蕪市并入濟南市,因此2019—2020年各項數據為包括了萊蕪市并入后的合并數據。各類化石能源的平均低位熱值來源于中國能源統計年鑒,碳排放核算所需的各類化石能源的碳排放因子、含碳量、碳氧化率等數據參考LIU等[16]的研究結果。為剔除價格變動因素的影響,采用工業生產者出廠價格指數[17]將歷年工業生產總值折算為2011年不變價格。

2 結果分析與討論

2.1 濟南市工業碳排放特征分析

濟南市2011—2020年工業不同化石燃料的碳排放量如圖1所示。工業總碳排放量由2011年的29.30 Mt增長到了2020年的43.17 Mt,年均增長率為4.40%。2011—2018年,濟南市工業總碳排放量在22.98～29.30 Mt波動,比較穩定。2019年由于萊蕪市的并入使濟南市工業總碳排放量達到49.80 Mt。又隨著《濟南市低碳發展工作方案(2018—2020年)》的實施,2020年濟南市工業總碳排放量較2019年減少6.63 Mt。其中,采礦業對濟南市工業總碳排放量貢獻較小,2011—2020年的平均貢獻只有3.42%,2011—2013年在0.01 Mt以下,2014—2019年在1.13～2.02 Mt波動,2020年又降至0.18 Mt。制造業對濟南市工業碳排放量貢獻達到41.29%,2011—2018年呈下降趨勢,由14.03 Mt下降至9.25 Mt,2018—2019年因萊蕪市的并入增加了8.68 Mt,2020年又降低至15.87 Mt。可見,濟南市制造業快速發展,如何實現其減污降碳已成為濟南市的關鍵問題。電力、燃氣及水的生產和供應業對濟南市工業碳排放量貢獻最大,達55.29%,碳排放量2011年為15.25 Mt,2020年升高至27.13 Mt,演變趨勢與濟南市工業總碳排放量基本一致,這是因為濟南市電力結構以煤電為主[18]。綜上來看,制造業,電力、燃氣及水的生產和供應業是造成濟南市工業化石能源消費碳排放的主要行業,應成為節能減排的重點管控行業。

圖1 2011—2020年濟南市工業碳排放量

碳排放強度常被用來衡量經濟發展與碳排放量之間的關系。2011—2020年濟南市工業總碳排放強度變化如圖2所示。2011—2017年為第一階段,工業總碳排放強度逐年降低;2017—2019年為第二階段,工業總碳排放強度呈上升態勢;2019—2020年為第三階段,工業總碳排放強度又呈降低態勢。2019年之前,即萊蕪市并入之前,濟南市工業總碳排放強度整體呈下降趨勢,與工業總碳排放量變化趨勢大體一致,說明工業碳排放強度降低可能是導致工業碳排放量下降的重要原因。2019—2020年,3大行業碳排放強度均有下降,以采礦業最為突出(降幅為89.66%),其次是制造業(降幅為33.33%),電力、燃氣及水的生產和供應業降幅為18.51%。馬艷梅等[19]研究發現,2011—2016年山東省工業碳排放強度呈下降趨勢,與本研究中濟南市的結果一致。山東省和濟南市的工業結構和工業發展方式相似,是兩者工業碳排放強度演變趨勢相似的原因之一。未來在改變能源結構的同時應注重能源效率的提升及清潔能源的開發利用,以降低工業化石能源消費的碳排放強度,實現經濟與環境的協同增效。

圖2 2011—2020年濟南市工業碳排放強度

2.2 濟南市工業經濟增長與碳排放脫鉤分析

考慮到2019年萊蕪市并入等短期外部沖擊的影響,對2011—2020年濟南市工業經濟增長與碳排放關系進行逐年脫鉤分析,結果見表2。由表2可見,不同行業的碳排放脫鉤狀態演化趨勢存在共性與差異。3大行業的強脫鉤年份集中于2011—2013年,工業生產總值增長的同時工業化石能源消費碳排放量下降。2017—2018年,濟南市工業生產總值下降但工業化石能源消費碳排放量增加,使3大行業都出現極不理想的強負脫鉤狀態。采礦業多呈強負脫鉤、弱脫鉤、衰退脫鉤的欠佳狀態,至2020年未能實現經濟增長與碳排放脫鉤的理想狀態。制造業在2011—2015年都處于強脫鉤狀態,后經歷了弱脫鉤、衰退脫鉤、強負脫鉤、擴張負脫鉤等不理想狀態,但到2020年再次實現了強脫鉤。電力、燃氣及水的生產和供應業的脫鉤狀態極不穩定,經歷了強脫鉤、擴張負脫鉤、強負脫鉤、弱負脫鉤4種狀態,最終于2020年達到強脫鉤。濟南市工業大部分時間處于較為理想的強脫鉤與弱脫鉤交替狀態。2019年萊蕪市并入濟南市,在提高濟南市工業生產總值的同時增加了濟南市的工業化石能源消費碳排放量,這可能是導致2018—2019年濟南市工業呈擴張負脫鉤狀態的主要原因。在“雙試點城市”有關政策推動下,濟南市積極推進工業經濟結構向低碳轉型,使得工業經濟增長與碳排放在2020年達到了比較理想的強脫鉤狀態。魏營等[20]同樣發現,鎮江市被確定為國家低碳城市試點后,工業碳排放與經濟增長也實現了強脫鉤。不過,濟南市2020年的強脫鉤狀態并不穩定,還需進一步發展低碳經濟,推進低碳高效能源體系建設,實現穩定脫鉤。

表2 濟南市工業經濟增長與碳排放脫鉤狀態

2.3 濟南市工業碳排放驅動因素分析

表3反映了2011—2020年各驅動因素對工業化石能源消費碳排放量變化的影響。

表3 工業碳排放驅動因素分解

人口規模對濟南市工業化石能源消費碳排放量總體呈正向驅動,2011—2020年累計貢獻量為1.10×106t。其中,人口規模對采礦業,制造業,電力、燃氣及水的生產和供應業分別貢獻1.90×103、4.59×105、6.40×105t。韓媛媛等[21]對北京市的工業碳排放驅動因素分析結果同樣表明,人口規模具有促進作用。

經濟產出是濟南市工業化石能源消費碳排放的重要正向驅動因素,2011—2020年累計貢獻量為1.89×107t。其中,經濟產出對采礦業,制造業,電力、燃氣及水的生產和供應業分別貢獻3.26×104、7.88×106、1.10×107t。由此可見,濟南市仍存在高耗能高碳排的生產方式,低碳改造工作需要進一步推進。

產業結構是濟南市工業化石能源消費碳排放的重要負向驅動因素,2011—2020年累計貢獻量為-1.03×107t,主要是對電力、燃氣及水的生產和供應業負向驅動,貢獻量達-1.10×107t。LIN等[22]對上海市的研究同樣發現,產業結構對工業碳排放呈負向驅動作用。原因可能是鋼鐵等污染密集型產業的搬遷降低了濟南市與上海市的能源消耗與碳排放[23-24]。因此,產業結構調整對濟南市工業碳減排具有積極作用。

能源強度對濟南市工業化石能源消費碳排放總體呈正向驅動,2011—2020年累計貢獻量為3.63×106t,但對制造業的貢獻量為-7.78×106t,而且在有些年份,對采礦業和電力、燃氣及水的生產和供應業的貢獻也為負。因此,降低能源強度也是實現濟南市工業低碳化的重要途徑。

能源結構是濟南市工業化石能源消費碳排放的正向驅動因素,2011—2020年累計貢獻量為5.61×105t。其中,能源結構對采礦業,制造業,電力、燃氣及水的生產和供應業分別貢獻1.45×103、5.46×105、1.31×104t。然而,2011—2012、2012—2013、2014—2015、2019—2020年,能源結構對濟南市工業化石能源消費碳排放的貢獻為負。濟南市應繼續實施一系列能源結構調整措施,以促進工業碳減排。

碳排放因子是濟南市工業化石能源消費碳排放的正向驅動因素,2011—2020年累計貢獻量為4.88×103t,采礦業,制造業,電力、燃氣及水的生產和供應業分別貢獻4.59×10、4.83×103、2.82 t。原因可能與濟南市的電力結構以煤電為主有關。2011—2012、2012—2013、2015—2016年,碳排放因子對濟南市工業化石能源消費碳排放的貢獻為負。

3 結論與建議

3.1 結 論

(1) 濟南市工業總碳排放量由2011年的29.30 Mt增長到了2020年的43.17 Mt,年均增長率為4.40%。電力、燃氣及水的生產和供應業對工業總碳排放量貢獻最大,采礦業貢獻最小。

(2) 2011—2020年濟南市工業經濟增長與碳排放整體上大部分時間處于較為理想的強脫鉤與弱脫鉤交替狀態,至2020年基本實現了強脫鉤,但不同工業行業碳排放與經濟增長的脫鉤狀態具有差異,2020年制造業,電力、燃氣及水的生產和供應業均為強脫鉤,而采礦業為衰退脫鉤。

(3) 濟南市工業碳排放驅動因素分析結果表明,總體上,只有產業結構對碳排放起負向驅動,工業人口規模、經濟產出、能源強度、能源結構和碳排放因子都起正向驅動。

3.2 建 議

(1) 為應對以煤電為主的電力結構導致的電力、燃氣及水的生產和供應業碳排放高的現狀,建議充分利用濟南市資源稟賦條件,加強對太陽能、風能等清潔能源的使用,降低煤電在濟南市電力結構中的比例,可考慮建設智能電網。此外,建議充分利用黃河沿線的區位優勢,合理布局輸水管道及水處理站點,降低水運輸過程中的碳排放,也將有利于濟南市工業碳減排。

(2) 未來應推進傳統產業低碳改造。一方面嚴格限制“雙高”產業發展,堅決淘汰低效落后產業,加快東部老工業區“雙高”產業搬遷改造,促進水泥行業等的整合提升;另一方面,加快發展戰略性新興產業及高新技術產業,加強創新技術投資,引進節能減碳的生產技術,加大對低碳行業的扶持,促進工業產業結構進一步優化升級。

(3) 針對萊蕪市并入后濟南市脫鉤狀態欠佳的情況,未來應結合萊蕪區和鋼城區的產業基礎,延長“雙高”行業產業鏈,以實現工業碳排放與經濟發展脫鉤的穩定化和常態化。