中國(guó)CCUS技術(shù)與高碳產(chǎn)業(yè)的融合度測(cè)算

摘 要：科學(xué)測(cè)算中國(guó)CCUS技術(shù)與高碳產(chǎn)業(yè)融合度并分析中國(guó)各地域融合發(fā)展趨勢(shì)，有利于直觀了解中國(guó)CCUS技術(shù)與高碳產(chǎn)業(yè)融合度現(xiàn)狀及在發(fā)展過(guò)程中所面臨的困難，在此基礎(chǔ)上總結(jié)所需的支持政策?；?013—2019年我國(guó)碳排放數(shù)據(jù)和CCUS技術(shù)發(fā)展綜合得分，采用耦合協(xié)調(diào)模型，運(yùn)用中國(guó)各地域高碳產(chǎn)業(yè)綜合指數(shù)與CCUS技術(shù)發(fā)展水平指標(biāo)，對(duì)中國(guó)各地域CCUS技術(shù)與高碳產(chǎn)業(yè)的融合度進(jìn)行定量測(cè)算。2013—2019年中國(guó)CCUS技術(shù)與高碳產(chǎn)業(yè)融合度呈上升的趨勢(shì)；各地域CCUS技術(shù)與高碳產(chǎn)業(yè)融合水平不平衡，東部地區(qū)融合水平較高，西北部地區(qū)融合水平較低。影響CCUS技術(shù)與高碳產(chǎn)業(yè)融合度的關(guān)鍵因素是政府政策、技術(shù)創(chuàng)新、行業(yè)發(fā)展、國(guó)際環(huán)境。

關(guān)鍵詞：CCUS；高碳產(chǎn)業(yè)；耦合協(xié)調(diào)模型

中圖分類(lèi)號(hào)：X 701 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

在“雙碳”戰(zhàn)略大背景下，社會(huì)全面提倡綠色、環(huán)保、高碳的生產(chǎn)生活方式，因此，推動(dòng)新興技術(shù)發(fā)展是必然的。CCUS（Carbon Capture，Utilization and Storage，碳捕獲、利用與封存技術(shù)）是應(yīng)對(duì)全球氣候變化的關(guān)鍵技術(shù)之一。

國(guó)內(nèi)早期關(guān)于CCUS技術(shù)的探討較少，主要根據(jù)發(fā)達(dá)國(guó)家CCUS技術(shù)的研發(fā)應(yīng)用制定方針政策，但各個(gè)環(huán)節(jié)仍然存在政策、技術(shù)以及國(guó)際關(guān)系等方面亟待解決的問(wèn)題[1]。楊文潔[2]就CCUS技術(shù)的研發(fā)及應(yīng)用成本進(jìn)行研究并提出應(yīng)建立相關(guān)的管制體系。政府層面出臺(tái)政策，以制定發(fā)展規(guī)劃等，也能推進(jìn)我國(guó)CCUS技術(shù)應(yīng)用的全面落實(shí)[3]。在政策和商業(yè)化方面，馬永生[4]強(qiáng)調(diào)將CCUS技術(shù)列入自愿減排市場(chǎng)，參考發(fā)達(dá)國(guó)家先進(jìn)的CCUS技術(shù)，汲取國(guó)際經(jīng)驗(yàn)。

“雙碳”背景下的社會(huì)大格局已經(jīng)形成，高碳產(chǎn)業(yè)也具有強(qiáng)烈的技術(shù)融合意愿，CCUS技術(shù)作為發(fā)展?jié)摿薮蟮男屡d技術(shù)，其與高碳產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展是重要的解決方法之一。從統(tǒng)計(jì)學(xué)視角研究CCUS技術(shù)與高碳產(chǎn)業(yè)的融合度測(cè)算體系及發(fā)展路徑，厘清CCUS技術(shù)和高碳產(chǎn)業(yè)融合特征與內(nèi)涵機(jī)理，找出我國(guó)融合度欠缺地域并給出對(duì)策建議對(duì)我國(guó)科研事業(yè)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展都具有重大積極意義。

1 CCUS技術(shù)及高碳產(chǎn)業(yè)描述性統(tǒng)計(jì)分析

CCUS技術(shù)專(zhuān)利描述性統(tǒng)計(jì)分析，主要對(duì)全球與中國(guó)的CCUS專(zhuān)利技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行客觀性描述，數(shù)據(jù)來(lái)源為國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局。高碳產(chǎn)業(yè)描述性統(tǒng)計(jì)分析主要對(duì)我國(guó)各省份化石燃料燃燒、總表現(xiàn)量二氧化碳進(jìn)行客觀性描述，能源消費(fèi)數(shù)據(jù)來(lái)源為國(guó)家統(tǒng)計(jì)年鑒，原煤、原油和天然氣具體燃料燃燒數(shù)據(jù)及總表現(xiàn)量二氧化碳來(lái)源中國(guó)碳核算數(shù)據(jù)庫(kù)（由于山西、重慶以及貴州原油燃燒數(shù)據(jù)缺失嚴(yán)重，因此剔除）。

1.1 中國(guó)CCUS技術(shù)專(zhuān)利統(tǒng)計(jì)分析

對(duì)2013—2022年我國(guó)各省份碳捕集、利用、封存以及CCUS技術(shù)專(zhuān)利授權(quán)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，從國(guó)際視角出發(fā)，中國(guó)在CCUS技術(shù)方面創(chuàng)新活力仍有較大提升空間。我國(guó)部分省份搜集數(shù)據(jù)時(shí)未尋得相關(guān)數(shù)據(jù)，因此后續(xù)探究CCUS技術(shù)與高碳行業(yè)融合度測(cè)算及CCUS技術(shù)與高碳行業(yè)的融合對(duì)生態(tài)環(huán)境影響時(shí)，以CCUS技術(shù)領(lǐng)先省份為代表（即北京、江蘇、浙江、廣東、天津等13個(gè)省份）進(jìn)行分析。

1.2 高碳產(chǎn)業(yè)化石燃料消費(fèi)與利用現(xiàn)狀

根據(jù)中國(guó)2000—2021年能源消耗與占比情況可知，我國(guó)能源消費(fèi)量呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，2021年能源消費(fèi)總量比上年增長(zhǎng)5.15%，其增速相對(duì)2020年翻倍。從整體來(lái)看，自2008年起，我國(guó)煤炭占比呈下降趨勢(shì)；天然氣、一次電力及其他能源占比逐漸增多，而石油消費(fèi)占比穩(wěn)定未見(jiàn)明顯變化。

2 CCUS技術(shù)與高碳行業(yè)融合度測(cè)算

2.1 指標(biāo)體系構(gòu)建

為科學(xué)分析中國(guó)CCUS技術(shù)與高碳產(chǎn)業(yè)之間的耦合協(xié)調(diào)度，現(xiàn)構(gòu)建CCUS技術(shù)與高排放產(chǎn)業(yè)融合度測(cè)算評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。指標(biāo)體系考慮耦合機(jī)理和指標(biāo)的可獲得性、合理性、層次性以及可操作性原則，具有一定的科學(xué)性。

指標(biāo)的類(lèi)型有碳捕獲、利用、封存發(fā)展水平指標(biāo)和碳抑制水平指標(biāo)。碳抑制水平主要用源頭碳產(chǎn)水平和碳排水平表示。碳捕獲、利用、封存發(fā)展水平指標(biāo)用CCUS技術(shù)發(fā)展水平指標(biāo)來(lái)表示，CCUS技術(shù)發(fā)展水平指標(biāo)用CCUS技術(shù)相關(guān)專(zhuān)利授權(quán)數(shù)表示。由于難以獲得CCUS技術(shù)成本投入的權(quán)威數(shù)據(jù)，因此該指標(biāo)體系未涉及成本等經(jīng)濟(jì)方面的耦合分析，指標(biāo)體系情況見(jiàn)表1。

2.2 耦合協(xié)調(diào)模型建立與估計(jì)

2.2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

基于CCUS技術(shù)的發(fā)展歷程及對(duì)應(yīng)年份數(shù)據(jù)指標(biāo)的準(zhǔn)確性和可獲取性。同時(shí)也為更全面地測(cè)算CCUS技術(shù)與高排放產(chǎn)業(yè)融合度，選取我國(guó)2013—2019年北京市、江蘇等14個(gè)省份耦合分析。數(shù)據(jù)來(lái)源于2013—2019年《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》《中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒》國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局以及中國(guó)碳排放核算數(shù)據(jù)庫(kù)（CEADs）。

為實(shí)現(xiàn)實(shí)證分析的客觀性，首先對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗，采用線(xiàn)性插值法對(duì)部分省份的少數(shù)缺失數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)填充。其次，為了使指標(biāo)數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間具有可比性，對(duì)填充后的數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)量綱化處理，即對(duì)二級(jí)指標(biāo)對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)歸一化。

正向指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化處理如公式（1）所示。

（1）

負(fù)向指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化處理如公式（2）所示。

（2）

式中：i為對(duì)應(yīng)的第i個(gè)省份；j為指標(biāo)體系中第j個(gè)三級(jí)指標(biāo)；X'ij和Xij分別為第i個(gè)省份第j項(xiàng)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化后的值和原始值。

另外，為避免數(shù)據(jù)預(yù)處理結(jié)果出現(xiàn)偏差，即標(biāo)準(zhǔn)化處理結(jié)果出現(xiàn)1或0的極端情況，分別取第j項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)最大值的1.01倍和最小值的0.99倍為max（Xij）和min（Xij）。

數(shù)據(jù)預(yù)處理完成后，為直觀觀察13個(gè)省份兩類(lèi)指標(biāo)在2013—2019年的發(fā)展變化，通過(guò)CCUS技術(shù)與高排放產(chǎn)業(yè)融合度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系確定指標(biāo)權(quán)重。熵權(quán)法是一種適用于多指標(biāo)的綜合評(píng)價(jià)方法，指標(biāo)信息熵值越小，離散程度越大，其對(duì)綜合評(píng)價(jià)影響（即權(quán)重）就越大，不同于層次分析法的主觀性，其評(píng)價(jià)結(jié)果主要根據(jù)客觀資料，可以很大程度地避免人為因素干擾。因此采用熵權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重。

指標(biāo)熵值計(jì)算，即熵值法的運(yùn)用步驟如下。

計(jì)算第i個(gè)省份第j項(xiàng)指標(biāo)值的比重Yij如公式（3）所示。

（3）

第j指標(biāo)信息熵ej如公式（4）所示。

（4）

當(dāng)Yij=0時(shí)，令Yij×lnYij=0。

第j個(gè)指標(biāo)的差異性系數(shù)dj，即信息熵冗余度如公式（5）所示。

dj=1-ej （5）

某項(xiàng)指標(biāo)的信息效用值取決于該指標(biāo)的信息熵與1之間的差值，該值直接影響權(quán)重的大小。信息效用值越大，對(duì)評(píng)價(jià)的重要性就越大，權(quán)重越大。

第j個(gè)指標(biāo)指標(biāo)權(quán)重wj如公式（6）所示。

（6）

利用熵值法估算各指標(biāo)的權(quán)重，本質(zhì)是利用該指標(biāo)信息的差異系數(shù)來(lái)計(jì)算權(quán)重，其差異系數(shù)越高，對(duì)評(píng)價(jià)的重要性就越大，即權(quán)重越大，對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的貢獻(xiàn)就越大。

據(jù)此計(jì)算的各指標(biāo)權(quán)重結(jié)果見(jiàn)表1。

計(jì)算各省份綜合得分zi，如公式（7）所示。

（7）

2.2.2 省份CCUS技術(shù)發(fā)展水平時(shí)序演變分析

從2013—2022年代表省份碳捕獲、利用與封存發(fā)展水平的變化宏觀視角來(lái)看，13個(gè)代表省份CCUS技術(shù)發(fā)展水平考察期間整體呈上升的趨勢(shì)，綜合得分翻多倍。這表明代表省份CCUS發(fā)展水平呈增強(qiáng)態(tài)勢(shì)，碳捕獲、封存發(fā)展趨勢(shì)顯著。2013—2022年我國(guó)CCUS技術(shù)發(fā)展綜合得分如圖1所示。

從各省份的微觀視角來(lái)看，2013—2022年大部分代表省份CCUS技術(shù)水平呈猛增態(tài)勢(shì)。

2.2.3 碳抑制水平時(shí)序演變分析

對(duì)各省份碳抑制水平綜合指標(biāo)得分進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，碳抑制水平影響綜合指標(biāo)得分的主要因素為源頭資源利用水平，占比為0.747。說(shuō)明控制源頭資源利用水平是碳抑制的基礎(chǔ)，直接影響省份的碳抑制水平的整體質(zhì)量。2013—2019年我國(guó)碳抑制水平綜合得分如圖2所示。

2013—2019年，代表省份碳抑制水平平均值逐年增長(zhǎng)。整體來(lái)看，14省份的碳抑制排序名次基本未發(fā)生太大變化，證明代表省份的發(fā)展幅度都相對(duì)穩(wěn)定，未出現(xiàn)突增或突減的情況。

2.2.4 耦合協(xié)調(diào)模型實(shí)證分析

分析前先對(duì)數(shù)據(jù)的年份使用進(jìn)行說(shuō)明：碳抑制水平指標(biāo)數(shù)據(jù)僅搜集至2019年，而大多代表省份的CCUS水平在2021年和2022年卻出現(xiàn)多倍數(shù)增長(zhǎng)發(fā)展，因此在單獨(dú)評(píng)估CCUS技術(shù)發(fā)展水平時(shí)，有必要分析至2022年。因此，為配合碳抑制水平指標(biāo)數(shù)據(jù)的可獲取性，當(dāng)研究CCUS技術(shù)發(fā)展與高碳產(chǎn)業(yè)之間的耦合協(xié)調(diào)度時(shí)，僅選取2013—2019年的指標(biāo)數(shù)據(jù)。

根據(jù)采集的相關(guān)數(shù)據(jù)，用CCUS技術(shù)與高碳行業(yè)直接的耦合協(xié)調(diào)度表示二者直接的融合程度，模型如公式（8）所示。

（8）

T=αf（x）+βg（x）

式中：D為耦合協(xié)調(diào)度；T為協(xié)調(diào)指數(shù)；α、β為待定系數(shù)（α+β）=1，反映CCUS技術(shù)與能耗強(qiáng)度的影響系數(shù)，本研究認(rèn)為CCUS技術(shù)發(fā)展水平和能耗強(qiáng)度同等重要，因此令α=β=0.5；f（x）、g（x）分別為CCUS技術(shù)發(fā)展水平與能耗強(qiáng)度的綜合指數(shù)；C為系統(tǒng)耦合度，取值為0～1，如果C越大，那么說(shuō)明兩者之間相互作用程度越大。

將耦合度與耦合協(xié)調(diào)度劃分為不同階段，劃分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。

根據(jù)分析看出，碳捕獲、利用、封存發(fā)展與碳抑制發(fā)展均向好發(fā)展，但由于省份地區(qū)內(nèi)部情況復(fù)雜，差異明顯，因此使部分省份未實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)發(fā)展，需要從省份地區(qū)差異視角研究各地區(qū)的差距與不足。根據(jù)數(shù)據(jù)的可獲性，研究年份為2013—2019年，探究14個(gè)省份地區(qū)耦合協(xié)調(diào)水平。整體來(lái)看，CCUS技術(shù)與碳抑制發(fā)展耦合協(xié)調(diào)水平得到提升，但仍未達(dá)到協(xié)調(diào)發(fā)展的省份占1/3，說(shuō)明CCUS技術(shù)發(fā)展水平與碳抑制耦合協(xié)調(diào)水平仍然較低。

從時(shí)序視角來(lái)看，CCUS技術(shù)與碳抑制耦合協(xié)調(diào)大致可分為2個(gè)階段，2013—2015年為耦合協(xié)調(diào)失調(diào)階段；2016—2019年為耦合協(xié)調(diào)磨合階段。

整體來(lái)看，CCUS技術(shù)與碳抑制的耦合協(xié)調(diào)水平的空間層次結(jié)構(gòu)明顯，可以直觀看出耦合協(xié)調(diào)水平呈上升趨勢(shì)；耦合協(xié)調(diào)度高水平主要集中于華北地區(qū)和華中地區(qū)，分別以北京和湖南為核心；協(xié)調(diào)水平以2個(gè)核心代表省份向外過(guò)渡擴(kuò)延，因此同水平省份空間集中性較差，而區(qū)域協(xié)調(diào)水平過(guò)渡比較突出。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)分析我國(guó)各地域當(dāng)前CCUS技術(shù)與高碳產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，得出主要結(jié)論如下：我國(guó)高碳產(chǎn)業(yè)，即原煤、原油、天然氣產(chǎn)業(yè)能源消耗量自2013年起逐年增加，由于減排工作的落實(shí)，二氧化碳排放量反而呈負(fù)增長(zhǎng)，并向零排放甚至負(fù)排放方向發(fā)展，效果逐年顯著。

基于耦合協(xié)調(diào)模型分析新興技術(shù)CCUS技術(shù)與高碳產(chǎn)業(yè)之間的協(xié)調(diào)發(fā)展程度的結(jié)果來(lái)看，我國(guó)CCUS技術(shù)與高碳產(chǎn)業(yè)融合度還具有很大上升空間。根據(jù)耦合協(xié)調(diào)空間分布圖可知，我國(guó)各個(gè)省份、各個(gè)區(qū)域融合度發(fā)展不平衡，東部地區(qū)產(chǎn)業(yè)間融合度高，西北部地區(qū)融合度有待提升，例如陜西、新疆等地CCUS技術(shù)應(yīng)用與貫徹落實(shí)不夠完善、不夠全面，導(dǎo)致無(wú)法與當(dāng)?shù)馗咛籍a(chǎn)業(yè)高度融合，直接導(dǎo)致該部分地區(qū)碳排放量降低趨勢(shì)小。

基于以上研究發(fā)現(xiàn)，CCUS技術(shù)與高碳產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展過(guò)程中仍然存在問(wèn)題。因此，給出以下建議。1）政府層面上，政府應(yīng)優(yōu)化產(chǎn)業(yè)鏈布局，錨定高碳產(chǎn)業(yè)核心應(yīng)用點(diǎn)。技術(shù)方面重獎(jiǎng)關(guān)鍵技術(shù)突破及示范項(xiàng)目先鋒，強(qiáng)力推動(dòng)企業(yè)與科研深度聯(lián)合。2）企業(yè)層面上，深度強(qiáng)化產(chǎn)學(xué)研無(wú)縫融合，攜手共建高端研發(fā)中心，形成社會(huì)信息資源網(wǎng)，建立有效的科技成果轉(zhuǎn)化機(jī)制，培養(yǎng)復(fù)合型人才。3）國(guó)際層面上，通過(guò)建立國(guó)際技術(shù)交流中心等方式與CCUS技術(shù)發(fā)展前列國(guó)家實(shí)現(xiàn)知識(shí)共享，同時(shí)加強(qiáng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)。

參考文獻(xiàn)

[1]吳江，任思源，孫一景，等.基于“雙碳”背景的CCUS技術(shù)研究與應(yīng)用[J].華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2022，50（7）：89-100.

[2]楊文潔.碳捕獲使用與埋存（CCUS）技術(shù)路徑的成本分析研究[D].天津：天津科技大學(xué)，2020.

[3]米劍鋒，馬曉芳.中國(guó)CCUS技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)分析[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2019（9）：2537-2544.

[4]馬永生.加強(qiáng)CCUS技術(shù)發(fā)展，打造全國(guó)統(tǒng)一的自愿減排市場(chǎng)[J].科技創(chuàng)新與品牌，2023（3）：16.