“雙碳”目標視域下甘肅省碳排放特征分析

張巨峰,王睿云,余 嵐,楊峰峰,楊日麗,王斯揚

(1.隴東學院新能源學院,甘肅 慶陽 745000;2.隴東學院招生就業處,甘肅 慶陽 745000)

碳元素是地球陸地系統孕育演化過程中最為活躍的因子之一,在全球氣候變化過程中扮演著重要角色,隨著人類生產生活規模的快速擴大,碳元素出現了排放多、吸收少的不平衡現象,給全球氣候及環境變化帶來了巨大威脅,異常天氣頻發、冰川融化、永久凍土層消融、水土流失、土地沙漠化等,嚴重影響了人類生存和可持續發展。為此,為了應對碳排放對氣候的影響,世界各國于2015年共同簽署了《巴黎協議》,制定了全球溫度控制在1 850～1 900溫度基線的2 ℃以內,力爭1.5 ℃以內的奮斗目標,旨在督促各盟約國遵守協議規定,減排溫室氣體,實現碳排放峰值[1]。我國作為世界最大的發展中國家,在碳減排方面采取了積極行動。2020年9月22日,習近平總書記在第七十五屆聯合國大會上發表了重要演講,向全世界發出了“中國爭取在2030年前實現碳達峰,力爭在2060年前實現碳中和”的莊重承諾[2],充分體現了我國的大國擔當和作為。我國的“十四五”規劃也明確將“碳達峰”行動列為重點工作,積極推進綠色轉型發展行動。同年,習近平總書記在中央財經委員會第九次會議上再次強調將“雙碳”目標納入生態文明建設的整體布局。由此可見,低碳發展是推進我國特色社會主義建設的重要任務。

長期以來,我國的碳減排問題備受關注,尤其是“雙碳”目標提出之后,許多學者就雙碳目標能否如期實現,以及實現的難點及挑戰進行了大量研究。魯傳一等[3]應用一般均衡模型(CGE)和情景分析法對強化碳達峰目標影響我國宏觀經濟進行了研究,得出我國于2030年可以如期實現碳達峰,而且在一定的前提下可以提前實現碳達峰,將2030年作為一個標準,如若碳達峰時間越提前,則需要的碳稅價格越高。何建坤[4]認為雙碳目標的實現需要政策、法制、技術創新、體系保障等多方面的協同運作,共同發揮減污降碳效應,尤其是在零碳、負碳技術方面,技術創新在雙碳目標實現過程是不可或缺的因素。碳減排的關鍵是通過清潔能源或綠色技術取代傳統高污染、高耗能的材料或技術,不能因為碳減排而降低生產能力,影響生產效率,更不能打亂正常生產、生活秩序,要更加關注綠色供給能力,安全平穩過渡[5]。楊莉莎等[6]基于生產理論和指數分解相結合的框架,研究了我國二氧化碳排放變化的驅動因素,并對其碳排放的變動效應進行了計算,進一步明確了技術創新在二氧化碳減排中的關鍵地位,既要加強低碳技術的研發,也要注重能源結構優化和效率提升。張巨峰等[7-10]針對煤礦生產過程中的溫室氣體排放和治理進行了研究,并借助大數據手段監測溫室氣體排放。這些研究成果主要集中在如何實現碳減排、零碳負碳技術和行業溫室氣體的減排等方面,為全國實現“雙碳”目標提供了較為豐富的理論參考,但是,碳減排技術和實施方案的實施是以碳排放特征為前提的,只有掌握區域或者行業的碳排放特征狀況才能有的放矢,精準執行。

甘肅省位于我國黃河流域的上游區,是西部重要的生態安全屏障,產業以重工業、重化工為主要結構,碳排放問題仍相對突出,生態環境脆弱,區域碳匯能力不強。如何實現經濟健康發展而又不以犧牲環境為代價成為值得甘肅省思考的問題,而碳排放特征分析又是碳減排、實現“雙碳”目標的前提和基礎,因此,本文結合甘肅省的能源消費實際,開展碳排放特征分析,為甘肅省如期實現“雙碳”目標,推動經濟高質量發展提供理論依據。

1 甘肅省能源消費情況及數據采集

1.1 能源消費狀況

甘肅省屬于我國西北內陸省份,是黃河流域沿線的重要區域之一,作為西北重要的生態安全屏障,是我國“一帶一路”戰略中重要的成員,與陜西、寧夏、青海共同組成了絲綢之路經濟帶,對全國經濟、社會的發展具有重要作用。經過西部大開發戰略多年的實施和推進,甘肅已經形成了以有色冶金、石油化工、煤炭生產運輸為主的重工業產業特色,表現出高耗能、高污染和資源型的“兩高一資”的產業結構形態,區域內白銀公司、酒鋼集團、長慶油田、甘肅能化等公司為區域經濟發展做出巨大貢獻的同時,碳排放問題也非常突出。但是,有色冶金、石油化工、煤炭產運等是甘肅省經濟、社會發展的支柱產業,以煤炭、石油、天然氣等化石原料作為主要燃料的高耗能、高排放粗放式產業結構暫時還無法改變,致使各種化石燃料的消費總量逐年攀升。如按標準煤折算,根據《甘肅省統計年鑒》的統計數據,2021年的能源消耗量達8 434.23萬噸標準煤,給甘肅省碳減排工作造成了巨大壓力。2010年—2021年,甘肅省能源消耗情況具體見表1.

表1 甘肅省能源消費情況

由表1可知,2010年—2021年,甘肅省的能源消耗總量從5 829.85萬噸標準煤增長至8 434.23萬噸標準煤,增長了45%,但是,煤炭的消耗量卻由2010年的64.08萬噸標準煤下降至2021年的55.45萬噸標準煤,整體呈下降趨勢,這與甘肅省的產業結構調整優化相關。石油的消耗量在這11年間出現了小幅度波動,消耗量由2010年的16.99萬噸標準煤下降至2015年的16.15萬噸標準煤,之后,2016年又上升至17.25萬噸標準煤,2021年又降至14.58萬噸標準煤,這主要與長慶油田主產區的石油產量和煉油工藝相關。天然氣消耗量整體呈現緩慢增長趨勢,由2010年的3.39萬噸標準煤上升至2021年的5.25萬噸標準煤,主要是與國家及地方政府的倡導和人們生產生活方式的改變相關。電力及其他能源的消耗呈現出波動上升的趨勢,這主要是與地方產業結構調整及政策有關。

1.2 碳排放測算基礎數據采集

目前,因受技術、地域、政策等條件的限制,我國的碳排放數據仍以估算為主,還不能直接通過監測技術獲取全域數據。本文基于聯合國政府氣候變化委員會(IPCC)發布的碳排放計算指南,結合甘肅省能源消費結構特點,通過對煤炭、石油、天然氣、汽油、柴油等化石能源消費量換算估測碳排放量。為此,根據《甘肅省統計年鑒》對甘肅省2009年—2021年期間的工業、制造業、建筑業、交通運輸業、批發餐飲業、日常生活等行業的能源消耗以及年度能效消耗總量進行統計,具體見表2.

表2 甘肅省行業能源消費量萬噸標準煤

2 碳排放估算

碳排放估算包括碳排放量、碳排放強度、人均碳排放量等參數的估算,具體碳排放量估算公式為[11]:

(1)

式中:Q為碳排放量,萬噸標準煤;φi為能源的碳排放系數;Ei為能源消費量,萬噸標準煤。具體各種能源的碳排放系數見表3.

表3 能源消耗碳排放系數

根據甘肅省的能源消耗特點,本文主要選擇煤炭、石油和天然氣進行碳排放估算。碳排放總量為:

(2)

式中:φm為煤炭的碳排放系數;Em為煤炭的消費量;φs為石油的碳排放系數;Es為石油的消費量;φt為天然氣的碳排放系數;Et為天然氣的消費量。

煤炭、石油、天然氣等不同類別的能源發熱量不同,很難對其進行比較分析。為了便于計算,方便人們對不同類別能源的消費量和利用效果進行比較,尋求一種用標準能源表示的方法,國內一般公認將其折算為標準煤去衡量。標準煤是指熱值為7 000千卡/千克(公斤)的煤炭,中國標準煤二氧化碳的排放系數為2.836噸二氧化碳/噸標準煤。這樣就可以將甘肅省所有能源消費全部折算成標準煤消費,則二氧化碳的總排放量就可以表示為:

Q總=2.836×Eb

(3)

式中:Eb為標準煤消費量。

碳排放量是溫室效應的關鍵體現參數,但是,衡量某一地區碳排放的效應僅用碳排放量一個指標還不夠全面,比如,A地區的國民生產總值為100億元,碳排放量為2 000萬噸標準煤,而B地區的國民生產總值為200億元,碳排放量為2 800萬噸標準煤,這不能僅依靠碳排放量這一個指標比較就得出A地區的碳治理效果比B地區好,還要根據碳排放的噸煤經濟貢獻進行衡量,即引入碳排放強度,具體指國民生產總值每增加一單位導致二氧化碳排放量的增加值以衡量某區域經濟發展與碳排放的關系,具體計算公式為[12]:

(4)

式中:Sn為第n年的碳排放強度;Qn為第n年的碳排放量;Gn為第n年的國民生產總值。

二氧化碳是人類生產、生活活動中排放的廢氣,怎樣才能合理衡量人類生產、生活活動引起的碳排放量,需要引入人均碳排放量指標以表示人類生產生活活動對碳排放的貢獻大小,具體的計算公式為:

(5)

式中:An為第n年人均碳排放量;Qn為第n年碳排放總量;Pn為第n年的人口總數。

3 甘肅省碳排放變化特征

3.1 甘肅省碳排放總量的時間序列

碳排放總量是人類在改造自然的過程中產生的溫室氣體排放總量,長期直接導致溫室效應不斷累積,地氣系統能量發射和吸收不平衡,氣溫上升,全球變暖。根據《甘肅省年鑒統計》對2009年—2021年相關能源消耗數據的統計,按標準煤折算估算出碳排放量的年度時間序列情況,見圖1.

圖1 甘肅省整體碳排放量

由圖1可知,2009年—2021年,甘肅省碳排放量整體呈波動上升趨勢,由2009年的15 545.82萬噸標準煤一直上升至2015年的21 334.80萬噸標準煤,達到了一個小高峰,2016年又出現了一個小幅下降,此后再次呈現了直線上升的趨勢,一直增長至2021年的23 919.48萬噸標準煤,這與甘肅省經濟發展以重工業為主的產業結構特點相符。

3.2 碳排放強度變化特征

過去相當長時期內,世界許多國家和地區經濟發展均會對環境產生諸多影響,個別地區甚至曾出現了以犧牲環境為代價的經濟發展。為了實現低碳綠色發展的環境友好型經濟發展模式,即區域國民生產總值增長而碳排放未增長的低碳綠色發展模式,用碳排放強度研究區域國民生產總值與碳排放量的關系。根據《甘肅省統計年鑒》2009年—2021年的相關統計數據,分析國民生產總值與碳排放的關系,以期探索碳排放對區域經濟的貢獻,具體見圖2.

圖2 甘肅省碳排放強度

由圖2可知,甘肅省碳排放強度由2009年的4.59萬噸標準煤/億元一直下降至2021年的2.34萬噸標準煤/億元,呈現直線下降的趨勢,而國民生產總值由2009年的3 387.56億元上升至2014年的6 836.82億元,之后一直到2017年基本趨于穩定狀態,從2018年之后又出現了直線上升的趨勢,一直增長至2021年的10 243.31億元,發展態勢良好。縱觀甘肅省2009年—2021年期間的國民生產總值與碳排放強度,整體呈現出國民生產總值穩中有增,碳排放強度逐年下降的良好態勢,說明區域碳排放對經濟增長的貢獻率逐年加大,揭示了甘肅省經濟高質量發展的良好態勢。

3.3 人均碳排放量變化特征

甘肅省處于我國地廣人稀區域,衡量區域的碳排放強度不能僅依靠碳排放總量和碳排放強度這兩個指標,還應該考慮人均碳排放量。根據《甘肅省統計年鑒》對2009年—2021年常住人口和碳排放量的統計分析,得出甘肅省2009年—2021年的人均碳排放量如圖3所示。

圖3 甘肅省人均碳排放量

由圖3可知,甘肅省人均碳排放量在2009年—2013年期間出現了明顯的上升,在2014年—2016年期間出現了小幅下降,之后,2017年—2021年又有小幅上升的趨勢,人均碳排放量基本穩定,變化不大,最小為2009年的6.08噸煤/人,最大為2021年的9.61噸煤/人,11年期間人均碳排放量增幅為3.5噸煤/人。

3.4 各行業碳排放情況

區域產業結構的調整和優化主要由各產業對區域經濟發展的貢獻力度和碳排放大小來決定。為了給甘肅省實現“雙碳”目標、優化產業結構、促進區域高質量發展提供理論依據,對甘肅省2009年—2021年期間各行業的碳排放量進行分析,本文按照碳排放的大類將其歸納為工業、制造業、建筑業、交通運輸業、餐飲業和日常生活消費類等6個大類,具體這6大類行業的碳排放量變化情況見圖4.

圖4 甘肅省行業碳排放量

由圖4可知,2009年—2021年,甘肅省工業和制造業的碳排放量一直處于高位,從側面也反映了甘肅省的產業結構是以工業和制造業為主,而且工業和制造業碳排放量從2009年到2013年出現了1個高峰點,至2016年又回落至1個最低點,自此之后制造業基本趨于穩定,而工業的碳排放量又出現了小幅度反彈,餐飲業和交通運輸業基本處于緩慢增長的階段,生活消費產生的碳排放量也隨時間緩慢增長,建筑業的碳排放量一直為這6大類的最小值,說明甘肅省建筑業發展較其他行業慢。

4 甘肅省產業碳排放特征

4.1 產業碳排放量特征

根據《甘肅省統計年鑒》對各行業能源消費數據統計分析,通過將第一、第二、第三產業消耗的能源消耗量折算為標準煤,并估算出2009年—2021年期間3次產業的碳排放量,具體見圖5.

圖5 甘肅省3次產業碳排放量

由圖5可知,2009年—2021年期間,甘肅省第一產業每年的碳排放量基本穩定在600萬噸;而第三產業的碳排放量呈現出逐年增長的趨勢,由2009年的2 880.53萬噸增加到2021年的5 382.90萬噸;第二產業碳排放量卻出現了波動上升的趨勢,在2013年出現了1個高峰,碳排放量達到了29 378.01萬噸,之后,在2016年出現了低谷,碳排放量為26 793.71萬噸,直至增長到2021年的29 521.40萬噸。第二產業的碳排放量一直遠遠高于第一產業和第二產業,第二產業包括工業、制造業和建筑業等,由此也可以推斷出甘肅省以重工業為主的產業結構。第二產業的碳排放量比重最大,因此,未來甘肅省應在第二產業方面優化調整產業結構,方能減小碳排放能力,如期實現雙碳目標。

4.2 產業碳排放強度特征

基于碳排放強度計算公式,對甘肅省2009年—2021年期間3次產業的碳排放強度進行計算和統計,并繪制變化規律圖,見圖6.

圖6 甘肅省3次產業碳排放強度

由圖6可知,2009年—2021年期間,甘肅省第一和第三產業的碳排放強度呈現出平緩地逐年下降的趨勢;第二產業的碳排放強度出現漲跌,由2009年的1.89萬噸標準煤/億元下降到2011年的1.39萬噸標準煤/億元,之后3年期間基本保持穩定,2015年又出現了上漲,小幅波動,基本穩定在1.8萬噸標準煤/億元,2021年又下降至1.55萬噸標準煤/億元。第一產業的碳排放強度由2009年的1.27萬噸標準煤/億元下降至2021年的0.43萬噸標準煤/億元,下降的幅度達到66%;第三產業的碳排放強度由2009年的2.11萬噸標準煤/億元下降至2021年的0.99萬噸標準煤/億元,整體下降幅度約為53%.2009年—2013年期間,第三產業的碳排放強度大于第一、第二產業;2014年—2021年期間,第二產業碳排放強度大于第一、第三產業,說明近些年來第二產業的碳排放對甘肅省的碳排放變化起著關鍵作用,在實現“雙碳”目標進程中,更應該關注第二產業的碳排放強度。

5 結 語

1) 甘肅省國民生產總值隨年度呈上升趨勢,碳排放量與之同步上升,但是碳排放強度卻呈下降趨勢,經濟高質量發展態勢良好。

2) 甘肅省工業和制造業的碳排放量遠遠高于其他行業,第二產業的碳排放量和碳排放強度明顯高于第一產業和第三產業,產業碳排放強度在2013年出現了一個分水嶺,2013年之前,第三產業的碳排放強度大于第一和第二產業,2013年之后,第二產業的碳排放強度大于第一和第三產業,第二產業的碳排放強度變化為區域低碳可持續發展和產業結構調整優化提供了依據。

3) 甘肅省以第二產業為主的產業結構特征仍很明顯,目前及未來相當長時期內仍將以重工業為支柱產業,在降耗減碳方面,應關注第二產業的產業結構優化調整,以期如期實現雙碳目標。