廣州市碳排放達峰值分析*

孫 維，余卓君，廖翠萍

（1. 中國科學(xué)院廣州能源研究所，廣州 510640；2. 中國科學(xué)院可再生能源重點實驗室，廣州 510640；3. 廣東省新能源和可再生能源研究開發(fā)與應(yīng)用重點實驗室，廣州 510640；4. 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049）

廣州市碳排放達峰值分析*

孫 維1，2，3，4，余卓君1，2，3，4，廖翠萍1，2，3?

（1. 中國科學(xué)院廣州能源研究所，廣州 510640；2. 中國科學(xué)院可再生能源重點實驗室，廣州 510640；3. 廣東省新能源和可再生能源研究開發(fā)與應(yīng)用重點實驗室，廣州 510640；4. 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049）

本文對城市達峰值的規(guī)律以及峰值研究方法進行了梳理，研究廣州市碳排放峰值時先對廣州市碳排放影響因素進行分解分析，隨后基于相關(guān)規(guī)劃對廣州市的碳排放峰值進行了情景分析。結(jié)果表明，經(jīng)濟增長和人口規(guī)模是促進廣州市碳排放的兩個主要因素。經(jīng)濟增長是最重要的影響因素，未來人口增長將不會是碳排放增長的主要影響因素。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源強度和碳排放系數(shù)都是減緩廣州市碳排放的影響因素，其中能源強度的減排貢獻度最大。未來廣州市能源消費總量將持續(xù)增加，在高經(jīng)濟增速的情況下，廣州市至2030年仍未達到碳排放峰值；在較低經(jīng)濟增速的情況下，廣州市在2020年左右便可實現(xiàn)碳排放峰值。要實現(xiàn)碳排放達峰，必須引導(dǎo)合理的能源消費需求，加大節(jié)能力度；加快產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，大力發(fā)展低碳技術(shù)；大力發(fā)展天然氣和新能源。

能源消費量；碳排放；峰值目標；廣州市

0　 前 言

確定積極合理可實現(xiàn)的碳排放峰值目標是應(yīng)對氣候變化的戰(zhàn)略選擇，也有利于促進經(jīng)濟發(fā)展方式向綠色低碳轉(zhuǎn)型，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。近期我國承諾在2030年左右達到峰值并爭取盡早達峰，為努力實現(xiàn)這個目標，全國不同地區(qū)根據(jù)自己的實際情況提出了相應(yīng)的峰值目標，為全國碳排放達峰奠定基礎(chǔ)。廣州市作為低碳試點城市之一，試點建設(shè)涉及經(jīng)濟社會、資源環(huán)境等多個領(lǐng)域，目前廣州雖進入工業(yè)化后期（三產(chǎn)比重為65%［1］），但投資項目驅(qū)動、外貿(mào)加工依賴、資源環(huán)境破壞的經(jīng)濟發(fā)展模式仍未改變。制定合理的峰值目標，可倒逼廣州探索建立適合自己發(fā)展階段的低碳發(fā)展模式，通過低碳對接國際經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移與創(chuàng)新提升。此外，廣州市一次能源資源匱乏，煤炭、石油、燃氣全部依賴外調(diào)?？刂铺寂欧欧逯悼梢缘贡颇茉唇Y(jié)構(gòu)調(diào)整、減少能源對外部調(diào)入的依賴，同時有助于緩解廣州脆弱的生態(tài)環(huán)境壓力。

1　 碳排放達峰值的一般規(guī)律

碳排放問題是一個新的經(jīng)濟現(xiàn)象和地學(xué)現(xiàn)象，影響其達峰的因素眾多?？傮w上來說，一個區(qū)域何時達到碳排放峰值與當(dāng)?shù)厣鐣l(fā)展階段、經(jīng)濟發(fā)展模式和用能方式緊密相關(guān)。但新增一個高耗能項目，公民節(jié)能環(huán)保意識的轉(zhuǎn)變甚至對一個節(jié)能低碳產(chǎn)品的支持都會對整個碳排放峰值產(chǎn)生影響。世界上部分發(fā)達國家已跨越碳排放峰值，路徑不同，各國碳排放達峰值時的主要參數(shù)見表 1?？梢钥闯?，一般而言一國的碳排放強度峰值、人均CO2排放峰值和碳排放總量峰值會先后依次出現(xiàn)，碳排放強度峰值可能出現(xiàn)反復(fù)現(xiàn)象（如日本），當(dāng)人口增速很低（德國當(dāng)時為0.7%），人均CO2排放峰值和碳排放總量峰值可能同時出現(xiàn)。碳排放峰值可早于能源消費峰值提前達到（如英國）。

碳排放峰值一般出現(xiàn)在經(jīng)濟增長速度較低、人均GDP較高時。一個國家碳排放量增長率可以近似表示為該國GDP年增長率與碳強度年下降率之差，當(dāng)GDP年增長率大于碳強度年下降率時，一個國家的碳排放總量處于增加階段。發(fā)達國家碳排放達峰時GDP年增長率不超過3%，而此時人均GDP也相對較高。此外，由于城市化工業(yè)化階段的能源消費特征是增長快和能源需求剛性，經(jīng)濟快速增長會推動城市化進程，城市化進程會提高整體能源消費水平，由于城市化與工業(yè)化基本同步，城市化進程中的工業(yè)化特征體現(xiàn)為高耗能產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，也意味著能源消費較快。所以，社會發(fā)展階段到達工業(yè)化后期是碳排放達峰的一個前提。

表1　各國碳排放達峰值時的主要參數(shù)比較［1］Table 1 Comparison of main parameters of national carbon emission peak

2　 現(xiàn)有碳排放峰值研究方法

碳排放峰值模型是對碳排放趨勢進行模擬預(yù)測，屬于能源經(jīng)濟環(huán)境系統(tǒng)模型?，F(xiàn)有的碳排放峰值模型主要有：EKC模型、STIRPAT模型、最優(yōu)經(jīng)濟增長模型、CGE模型、LEAP模型、MARKAL-MACRO模型和IPAC模型等［3-9］。此外，有關(guān)能源強度、能源需求、能源結(jié)構(gòu)模擬預(yù)測的模型都可被應(yīng)用到碳排放峰值建模當(dāng)中。

在選擇模型或建模過程中，需要注意：（1）盡量避免使用統(tǒng)計模型。因為統(tǒng)計模型是對歷史統(tǒng)計規(guī)律的總結(jié)，而碳排放預(yù)測是一個新的經(jīng)濟現(xiàn)象和地學(xué)現(xiàn)象，過去的數(shù)據(jù)無法完整反映這一特征，依靠統(tǒng)計模型很可能導(dǎo)致局部經(jīng)驗規(guī)律抹殺事物發(fā)展的本來真相，導(dǎo)致錯誤。（2）建模過程中保證經(jīng)濟增長是重要的前提。這是因為碳排放趨勢最大決定因素是經(jīng)濟增長需求，經(jīng)濟增長決定了碳排放的需要。僅僅從技術(shù)進步可能性預(yù)測未來碳排放趨勢以及考慮減排可能性是不科學(xué)的［10］。（3）模型中的彈性、參數(shù)需要根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r進行校準，取值會對結(jié)果造成很大影響，地方在研究各自碳排放峰值時需要把更多的精力放在這些模型之外的實際調(diào)研工作當(dāng)中。總結(jié)來說，構(gòu)建模型來預(yù)測碳排放峰值是必要的。但即使采用復(fù)雜的能源、環(huán)境和經(jīng)濟耦合模型，也只是對未來各種政策下的發(fā)展趨勢和情景進行模擬，難以進行準確的預(yù)判。我們研究碳排放峰值目標，是為了探究一個可行的緊迫的減排目標，并以此為導(dǎo)向，“倒逼”現(xiàn)有的經(jīng)濟社會發(fā)展方式向綠色低碳發(fā)展［2］。

3　 廣州市碳排放現(xiàn)狀及驅(qū)動因素

廣州市終端能源消費主要由煤炭、油品和電力構(gòu)成，由于資源貧乏，本地區(qū)能源消費需求主要靠能源的外省調(diào)入和國外進口來滿足。根據(jù)歷年《廣州統(tǒng)計年鑒》各類能源消費數(shù)據(jù)，參考《廣東省企業(yè)二氧化碳排放信息報告指南（試行）》中的排放因子，廣州市2013年碳排放為15 123萬t。由此，2013年碳排放強度為1.13 t/萬元，人均碳排放達11.7 t，詳見表2。

為評估廣州市碳排放主要驅(qū)動因素，利用對數(shù)平均Divisia因素分解法（LMDI）分解技術(shù)［11］對廣州市產(chǎn)業(yè)碳排放進行分解，結(jié)果如表3和表4所示。根據(jù)乘法分解方法，2005年到2013年，廣州市三次產(chǎn)業(yè)碳排放增長1.46倍。其中，經(jīng)濟增長導(dǎo)致碳排放增長1.88倍。其次是人口規(guī)模，其導(dǎo)致碳排放增長1.35倍。這兩個因素促進了碳排放的增加。能源強度下降使碳排放保持在原來的 0.67倍的水平上。廣州市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)及能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整也減緩了碳排放的增加，分別使碳排放保持在原先的 0.922倍和0.926倍水平。根據(jù)加法分解方法，2005年到2013年，廣州市三次產(chǎn)業(yè)碳排放量增加了4 768萬t。由經(jīng)濟增長因素增加碳排放 7 953萬 t，貢獻率為166.7%。由人口增長因素增加碳排放 3814萬 t，貢獻率為79.9%。由產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和能源結(jié)構(gòu)因素分別減少碳排放1 021萬t和963萬t，貢獻率分別為-21.4%和 -20.2%。由能源強度下降因素減少碳排放5 014萬t CO2，貢獻率為 -105%。

表2　廣州市碳排放現(xiàn)狀Table 2 Carbon emissions in Guangzhou

表3　2005-2013年廣州市產(chǎn)業(yè)碳排放因素分解（乘法）Table 3 Decomposition of Guangzhou’s industrial carbon emissions from 2005 to 2013 （multiplication）

表4　2005-2013年廣州市產(chǎn)業(yè)碳排放因素分解（加法）Table 4 Decomposition of Guangzhou’s industrial carbon emissions from 2005 to 2013 （addition）

因此，經(jīng)濟增長和人口規(guī)模是促進廣州市碳排放的兩個主要因素。經(jīng)濟增長是最重要的影響因素，“十一五”和“十二五”期間貢獻率分別為 151.6% 和216.6%?！笆濉币詠韽V州市人口增長趨緩，年均增速為0.6%，因此貢獻率下降為11.8%，未來人口增長將不會是碳排放增長的主要影響因素。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源強度和單位能耗的碳排放強度都是減緩廣州市碳排放的影響因素，其中能源強度的減排貢獻度最大?？紤]到經(jīng)濟增長對廣州市碳排放的重要影響作用，下面分高、低兩個經(jīng)濟增速情景對廣州市未來的碳排放趨勢進行預(yù)測。

4　 廣州市碳排放達峰的情景分析

“十一五”期間，廣州市地區(qū)生產(chǎn)總值年平均增長13.5%，而“十二五”前半期平均為11.1%，2014年和2015年降為8.6%和8.3%，由此“十二五”廣州市地區(qū)生產(chǎn)總值年均增速為10%，與“十一五”相比下降了3.5個百分點。近年我國經(jīng)濟增速放緩，步入新常態(tài)，廣州市經(jīng)濟發(fā)展也過渡到中速發(fā)展階段，考慮到經(jīng)濟增長的不確定因素，設(shè)置高、低兩個增速情景，如表5所示。

本文認為，能源強度下降是技術(shù)進步和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整共同作用的結(jié)果。如果經(jīng)濟產(chǎn)出因技術(shù)進步存在隨時間增加的指數(shù)增長，那么能源強度也存在隨時間增加的指數(shù)下降趨勢。廣州市一產(chǎn)和三產(chǎn)能源強度下降速率較小，2013年分別保持在0.54 t標煤/萬元和0.35 t標煤/萬元左右。二產(chǎn)能源強度由1.15 t標煤/萬元下降到0.64 t標煤/萬元，呈指數(shù)遞減趨勢，擬合結(jié)果為：，式中t指時間，以2005年為第一年，即t = 1，以此類推?？傮w上看，廣州市能源強度下降明顯，由2005年的0.76 t標煤/萬元降到2013年的0.52 t標煤/萬元，呈指數(shù)遞減趨勢，擬合結(jié)果為據(jù)此趨勢，2020年和2030年將分別達到0.4 t標煤/萬元和0.28 t標煤/萬元左右，如表6所示。由此，廣州市未來能源需求量如表7所示。

表5　廣州市社會經(jīng)濟發(fā)展現(xiàn)狀及預(yù)測Table 5 Social economic development in Guangzhou and forecast in future

表6　廣州市產(chǎn)業(yè)能源強度現(xiàn)狀及預(yù)測（單位：t/ 萬元）Table 6 Industrial energy intensity in Guangzhou and forecast in future （unit: t / 104yuan）

表 7 廣州市能源消費現(xiàn)狀及未來能源需求量（單位：萬 t標煤）Table 7 Energy demand in Guangzhou and forecast in future （unit: 104tce）

不同能源品種的碳排放系數(shù)存在很大的差異，根據(jù)《廣東省企業(yè)二氧化碳排放信息報告指南（2014版）》提供的排放因子，單位低位發(fā)熱量的油品和天然氣的碳排放分別是煤炭的76.2%和58%，外購電排放是本地燃煤發(fā)電的84.85%。還有廣州市本地發(fā)展的新能源對廣州市碳排放達峰值有重要作用。在能源需求持續(xù)增長的情況下調(diào)整能源結(jié)構(gòu)是實現(xiàn)碳排放峰值的重要途徑。因此，需要考慮各品種能源消費量在總能源消費中所占的比例，即考慮能源結(jié)構(gòu)對最終碳排放的影響。廣州市主要品種能源消費現(xiàn)狀如下。

煤，廣州市煤炭消費總量已經(jīng)達到峰值。2010年煤炭消耗2 134萬t，2013年降低至1 989萬t，年均下降50萬t。其中發(fā)電用煤基本保持不變，在1 000萬t左右。2013年廣州市燃煤電廠平均發(fā)電煤耗約為306 g標煤/（kW·h），根據(jù)《廣州燃煤電廠超潔凈排放改造工作方案》，隨著燃煤電廠升級改造的推進， 2020年可達到300 g標煤/（kW·h）。到2020年廣州電力自給率將從40%提高到50%左右，燃煤發(fā)電占本地裝機比例從78%下降到60%。

天然氣，廣州市天然氣消費量正快速增加。其中，發(fā)電用天然氣約12億m3，根據(jù)《廣州市熱電聯(lián)產(chǎn)及分布式能源發(fā)展規(guī)劃》，2020年將完成熱電聯(lián)產(chǎn)項目78 MW，分布式能源項目1 281 MW，新增天然氣耗量25億m3。生活用氣從2010年的6億m3增長到2013年的12億m3左右，年均增長率為30%左右。

油，油品消費量也在緩慢增加。2011年到2013年廣州市油品消費年均增長率為5.8%左右，2013年消費總量達到2 500萬t標煤左右。按此增速， “十三五”期間將突破3 000萬t標煤。

水能，廣州市有非統(tǒng)調(diào)地方水電廠上百座，裝機容量167 MW，2013年發(fā)電量為5.23億kW·h。未來廣州市水電發(fā)展?jié)摿Σ淮蟆?/p>

太陽能，廣州市現(xiàn)有10 kV上網(wǎng)光伏電站一座，裝機容量1.41 MW。根據(jù)《廣州市分布式光伏發(fā)電發(fā)展規(guī)劃》，2015年前規(guī)劃裝機容量約800 MW，2020年前規(guī)劃裝機容量約1 200 MW。根據(jù)廣州市全年平均日照時數(shù)為1 581.3 h，2 000 MW光伏發(fā)電裝機完成后，年上網(wǎng)電量為19.2億kW·h。

電力，廣州市2013年用電總量為710.7億kW·h，“十二五”以來年均增速為 3.5%。當(dāng)前電力自給率為40%左右，“十三五”期間自給率是進一步提高還是降低，將對廣州市的碳排放總量產(chǎn)生很大影響，后文將分情景分析。

考慮設(shè)置三個情景：

（1）基準情景。保持煤炭當(dāng)前消費總量不變，新能源發(fā)展規(guī)模也保持不變；油品、天然氣、外購電消費按當(dāng)前增速增長。

（2）政策情景。減少煤炭消費總量；控制油品消費增速，在2020年左右達峰隨后緩慢下降；大力發(fā)展天然氣，努力提高天然氣占比；提高外購電占比；依規(guī)劃發(fā)展本地新能源裝機容量（主要是光伏），提高占比。

（3）強化政策情景。進一步減少煤炭和油品兩種化石能源消費總量；加快天然氣發(fā)展步伐；進一步提高外購電占比和本地新能源裝機容量。

不同經(jīng)濟增速下分情景的能源結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)置值見表8和表 9，相應(yīng)的碳排放總量變化趨勢如圖1和圖2。

表8　高經(jīng)濟增速下的能源結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)定表（單位：萬t標煤）Table 8 Energy structure parameter under high speed economic growth （unit: 104tce）

表9　低經(jīng)濟增速下的能源結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)定表（單位：萬t標煤）Table 9 Energy structure parameter under low speed economic growth （unit: 104tce）

在高經(jīng)濟增速下，廣州市能源需求總量大，并且在快速增加。由于廣州市資源匱乏，本地可發(fā)展新能源規(guī)模有限，因此只有通過加大煤、油、氣、電的外購量來滿足未來的能源需求增量。要盡早實現(xiàn)碳排放峰值，原則是減少煤、油兩種化石能源的消費量，增大天然氣和外購電的消費比例。但從圖1的結(jié)果來看，三種情景下廣州市的碳排放總量至2030年都未達到峰值，基準情景下 2030年的碳排放總量約為2.2億t CO2當(dāng)量，即使在強化政策情景下，如此大規(guī)模地購入天然氣和電力也只是將總量降低至2億t左右，而無法實現(xiàn)峰值。

圖1　高經(jīng)濟增速下分情景碳排放總量趨勢Fig. 1 The trend of carbon emissions under high speed economic growth in Guangzhou

圖2　低經(jīng)濟增速下分情景碳排放總量趨勢Fig. 2 The trend of carbon emissions under low speed economic growth in Guangzhou

而在低經(jīng)濟增速情景下，雖然廣州市能源消費總量仍在增加，但增量很小。適當(dāng)進行能源消費結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，便可在2020年左右基本保持碳排放總量不變甚至下降?；鶞是榫跋?，廣州市到2030年仍未達碳排放峰值，2030年碳排放總量約達到1.81億t；政策情景下，廣州市在 2020年左右實現(xiàn)碳排放峰值，峰值量為1.76億t左右；強化政策情景下，峰值量進一步降低至1.74億t。

5　 結(jié) 論

（1）一個城市的碳排放何時能達峰值與當(dāng)時的經(jīng)濟增速緊密相關(guān)。發(fā)達國家達峰時經(jīng)濟增長緩慢（＜3%），能源消費量基本趨于穩(wěn)定。就廣州而言，未來通過技術(shù)進步和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整等手段，可實現(xiàn)的能源強度年下降率大約為3% ～ 4%，當(dāng)經(jīng)濟增速超過4%時，能源消費總量將持續(xù)增加，此時要實現(xiàn)碳排放達峰，需要付出更大的努力，也面臨更大困難。從上文的分析結(jié)果來看，高經(jīng)濟增速下廣州市至2030年仍未達到碳排放峰值。

（2）能源結(jié)構(gòu)的低碳化是實現(xiàn)碳排放達峰值的重要保障。主要為控制煤炭和油品兩種化石能源的消費總量，努力增加天然氣和電力消費占比，大力發(fā)展新能源。但廣州市本地可發(fā)展的新能源十分有限，主要是分布式光伏，根據(jù)規(guī)劃到2020年能替代60萬t標準煤左右，體量很小。廣東省正在擴大西電購入量，新增核電裝機容量，未來廣州市外購電排放因子將逐步降低，通過提高外購電占比是廣州市滿足未來新增電力需求和降低碳排放總量的一個重要手段。

（3）進行上述討論的重要前提是，到2020年廣州市能源強度達0.4 t/萬元，2030年達到0.28 t/萬元。這是兩個很合理的取值，分別比2005年的能源強度下降了47.4%和63%。為保證這個能源強度下降幅度，需要：①引導(dǎo)合理的能源消費需求，加大節(jié)能力度，抑制能源服務(wù)的極速擴張；②優(yōu)化調(diào)整經(jīng)濟結(jié)構(gòu)和工業(yè)結(jié)構(gòu)，選擇節(jié)能型的消費結(jié)構(gòu)；③加快技術(shù)研發(fā)和創(chuàng)新，推進終端用能部門能源效率水平的提高。

（4）總體而言，在經(jīng)濟增速趨緩的形勢下，若積極引導(dǎo)合理的能源消費需求，加大節(jié)能力度；加快產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，大力發(fā)展低碳技術(shù)；大力發(fā)展天然氣和新能源，廣州市便可在2020年左右達到碳排放峰值。廣州市實現(xiàn)碳排放峰值的重點和難點在于能源需求總量在持續(xù)增長，而作為一個大都市，自身可發(fā)展的新能源體量十分有限，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)的方式只能依靠提高天然氣和外購電量。未來廣州市能否實現(xiàn)碳排放盡早達峰可能還得看居民生活方式的轉(zhuǎn)變情況，以及其轉(zhuǎn)型升級的步伐。

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［11］ 郭朝先. 中國碳排放因素分解: 基于 LMDI分解技術(shù)［J］. 中國人口·資源與環(huán)境， 2010， 20（12）: 4-9. DOI: 10.3969/j.issn.1002-2104.2010.12.002.

Analysis of Carbon Emission Peak in Guangzhou

SUN Wei1，2，3，4， YU Zhuo-jun1，2，3，4， LIAO Cui-ping1，2，3
（1. Guangzhou Institute of Energy Conversion， Chinese Academy of Sciences， Guangzhou 510640， China；2. Key Laboratory of Renewable Energy， Chinese Academy of Sciences， Guangzhou 510640， China；3. Guangdong Provincial Key Laboratory of New and Renewable Energy Research and Development， Guangzhou 510640， China；4. University of Chinese Academy of Sciences， Beijing 100049， China）

This paper summarizes the regular characteristics of the regional carbon emission peak and related models. Guangzhou’s carbon emissions are decomposed by Logistics Mean Division Index （LMDI） method and analyzed under different scenarios based on the relevant planning. The results show that economic growth and population are two main factors affecting the increase of carbon emission in Guangzhou. Economic growth is the most important factor， but the population will not be a major factor in future anymore.Industrial structure， energy intensity and carbon intensity are the major factors to mitigate carbon emission， in which energy intensity makes the maximum contribution. Energy consumption in Guangzhou will continue to increase in future. In the case of high economic growth， Guangzhou will not reach the peak of carbon emission by 2030； in the case of low economic growth， Guangzhou’s carbon emission will peak in 2020. The carbon emission will probably peak only when certain aspects are improved such as guiding reasonable energy needs， enhancing energy saving intensity， accelerating industrial restructuring， developing low-carbon technologies and more natural gas and new energy utilization.

energy consumption； carbon emission； peak goal； Guangzhou

廖翠萍（1966-），女，博士，研究員，碩士生導(dǎo)師，主要從事能源經(jīng)濟與政策方面的研究。

TK-9；X321

A

10.3969/j.issn.2095-560X.2016.03.013

2095-560X（2016）03-0246-07

2015-09-29

2015-12-15

中國清潔發(fā)展機制基金贈款項目

孫 維（1991-），男，碩士研究生，主要從事低碳技術(shù)與政策方面的研究。

余卓君（1993-），女，碩士研究生，主要從事低碳技術(shù)與政策相關(guān)模型研究。