基于LMDI法和Tapio脫鉤模型的天津市碳排放分析*

劉茂輝 鄧小文 劉勝楠 李 婧 孫 猛#

(1.天津市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心,天津 300191;2.天津天濱瑞成環(huán)境技術(shù)工程有限公司,天津 300190)

在我國提出碳排放力爭在2030年前達峰、努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和的“雙碳”目標背景下,天津市作為環(huán)渤海地區(qū)的重要經(jīng)濟中心,在經(jīng)濟發(fā)展的同時有必要摸清碳排放現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。天津市的碳排放影響因素分析、碳排放情景預(yù)測和碳減排潛力已有一些研究[1-3]。主要用到的研究工具有LMDI法和Tapio脫鉤模型等[4]。LMDI法是在Kaya恒等式的基礎(chǔ)上發(fā)展來的[5-6],具有分解結(jié)果直觀的特點,已廣泛應(yīng)用于能源研究領(lǐng)域[7-8]。Tapio脫鉤模型將總量和相對量的變化綜合考慮,提高了脫鉤分析的客觀性與準確性[9-12]。情景分析是碳排放發(fā)展趨勢研究的常用方法。孫鈺等[13]基于天津市2000—2009年碳排放情況分3種情景對天津市2010—2050年的碳排放進行了預(yù)測。李雪梅等[14]基于天津市2000—2016年碳排放情況分6種情景對天津市2017—2040年的碳排放進行了預(yù)測。但當時沒有考慮到“雙碳”目標,同時也沒有把碳排放強度考慮進去。因此,在“雙碳”目標背景下需對天津市的碳排放進行重新分析。

本研究緊跟“雙碳”目標,根據(jù)天津市2000—2019年的碳排放現(xiàn)狀,采用LMDI法分析天津市碳排放的影響因素,利用Tapio脫鉤模型分析天津市經(jīng)濟增長和碳排放之間的脫鉤狀態(tài),依據(jù)天津市“十四五”規(guī)劃中的經(jīng)濟社會發(fā)展指標分情景預(yù)測天津市碳達峰情況和碳中和路徑,以期為我國“雙碳”目標的完成貢獻天津市的力量。

1 研究方法

1.1 碳排放量核算

依據(jù)《省級溫室氣體清單編制指南(試行)》(發(fā)改辦氣候〔2011〕1041號)開展碳排放量(以二氧化碳計)核算,其中能源活動化石燃料燃燒溫室氣體清單編制采用以詳細技術(shù)為基礎(chǔ)的部門方法。

1.2 LMDI法

Kaya恒等式如式(1)所示。

(1)

式中:E為碳排放量,萬t;PE為能源消費量,萬t(以標煤計);GDP為地區(qū)生產(chǎn)總值,億元;POP為人口總數(shù),萬人。

E=A×B×C×P

(2)

將能源結(jié)構(gòu)、能源強度、經(jīng)濟增長、人口規(guī)模各影響因素引起的碳排放變化量除以碳排放總變化量可以得到各影響因素的貢獻率。通常,貢獻率大于0,表明該影響因素對碳排放具有拉動作用;貢獻率小于0,表明該影響因素對碳排放具有減緩作用[15]。

1.3 Tapio脫鉤模型

經(jīng)濟增長與碳排放的脫鉤彈性用Tapio脫鉤模型(見式(3))進行分析。

(3)

式中:ε為經(jīng)濟增長與碳排放的脫鉤彈性;ΔE為當年碳排放量相對基準年的變化量,萬t;E0為基準年碳排放量,萬t;ΔGDP為當年地區(qū)生產(chǎn)總值相對基準年的變化量,億元;GDP0為基準年地區(qū)生產(chǎn)總值,億元。

Tapio脫鉤模型的脫鉤狀態(tài)通?？梢詣澐譃?類,如表1所示。

1.4 數(shù)據(jù)來源

2000—2019年碳排放核算所需的煤炭、焦炭、原油、燃料油、汽油、煤油、柴油、天然氣、電力等能源消費量以及主要工業(yè)產(chǎn)品產(chǎn)量和碳排放預(yù)測分析所需的人口總數(shù)、城鎮(zhèn)化率、能源強度和高技術(shù)比重數(shù)據(jù)均來源于歷年的天津市統(tǒng)計年鑒;碳排放預(yù)測分析所需的地區(qū)生產(chǎn)總值、第三產(chǎn)業(yè)比重來源于歷年的天津市國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報。為排除通貨膨脹的影響,地區(qū)生產(chǎn)總值以2000年不變價進行折算。

1.5 情景設(shè)置

參考文獻[13]和[14]的情景設(shè)置,面向“雙碳”目標,把天津市“十四五”規(guī)劃的地區(qū)生產(chǎn)總值、能源強度作為基準情景,由于天津市“十四五”規(guī)劃沒有具體提及人口變化和碳排放強度內(nèi)容,因此以天津市“十三五”末的碳排放強度(單位地區(qū)生產(chǎn)總值的碳排放量)以及2017—2019年人口總數(shù)變化率作為基準情景。在基準情景的基礎(chǔ)上,以低碳發(fā)展加嚴40%作為低碳情景,即能源強度和碳排放強度的下降幅度增加40%,而地區(qū)生產(chǎn)總值和人口總數(shù)增長幅度下降40%,本研究同時考慮了近期的2021—2025年和遠期的2026—2060年,近期的2021—2025年天津市“十四五”規(guī)劃已明確的全部按規(guī)劃設(shè)定,人口總數(shù)根據(jù)天津市“十四五”規(guī)劃保持穩(wěn)定的目標與基準情景保持不變;在基準情景的基礎(chǔ)上,低碳發(fā)展加嚴80%作為超低碳情景。各情景下各參數(shù)具體設(shè)置如表2所示。

表1 脫鉤狀態(tài)的劃分Table 1 Division of the decoupling states

表2 情景設(shè)置Table 2 Scenario setting

2 結(jié)果與討論

2.1 LMDI法分解結(jié)果

LMDI法分解可以得到各影響因素引起的碳排放變化量和貢獻率。從圖1可以看出,在以2000年作為基準年的前提下,2001—2019年,天津市能源強度對碳排放一直起到減緩作用,而經(jīng)濟增長對碳排放一直起到拉動作用,能源結(jié)構(gòu)和人口規(guī)模對碳排放的影響相對較小。這說明,天津市的能源結(jié)構(gòu)和能源強度逐年改善,減緩了天津市的碳排放;而天津市的經(jīng)濟和人口逐年增加,拉動了天津市的碳排放。相對于2000年,2019年天津市的能源結(jié)構(gòu)、能源強度、經(jīng)濟增長和人口規(guī)模的貢獻率依次為-19%、-152%、222%、50%,總體而言,能源結(jié)構(gòu)和能源強度對天津市碳排放起減緩作用,而經(jīng)濟增長和人口規(guī)模對天津市碳排放起拉動作用,這一結(jié)論與王媛等[16]對天津市碳排放影響因素的分析一致,也與董瑩等[17]對甘肅省碳排放影響因素分析一致。

2.2 脫鉤狀態(tài)分析

天津市經(jīng)濟增長與碳排放的脫鉤彈性計算結(jié)果如圖2所示。2001—2013年(第一階段),天津市碳排放量增加,地區(qū)生產(chǎn)總值也增加,經(jīng)濟增長與碳排放之間呈現(xiàn)弱脫鉤狀態(tài);2014—2017年(第二階段),天津市碳排放量減少,而地區(qū)生產(chǎn)總值增加,經(jīng)濟增長與碳排放呈現(xiàn)強脫鉤狀態(tài);2018—2019年(第三階段),天津市碳排放量增加,地區(qū)生產(chǎn)總值增加,經(jīng)濟增長與碳排放呈現(xiàn)弱脫鉤狀態(tài)?？傮w而言,天津市碳排放量隨經(jīng)濟增長而增加,但是碳排放量的增長速率低于經(jīng)濟增長速率,這一結(jié)論與文獻[10]的結(jié)論相一致;2014—2017年,天津市經(jīng)濟增長與碳排放的脫鉤狀態(tài)由弱脫鉤變?yōu)閺娒撱^,這一結(jié)論與王鳳婷等[18]對天津市脫鉤分析的結(jié)論相一致。第一階段,脫鉤彈性波動變化,特別是2008年波動較大,這主要是受美國金融危機的影響,天津市經(jīng)濟發(fā)展受阻,為推動經(jīng)濟發(fā)展,各部門嘗試調(diào)整能源和資源結(jié)構(gòu)來緩解經(jīng)濟的衰退,但碳排放量增長速率仍跟不上經(jīng)濟增長速率,從而造成天津市脫鉤狀態(tài)波動。第二階段,在《大氣污染防治行動計劃》實施的帶動下,天津市大力調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源結(jié)構(gòu)、交通運輸結(jié)構(gòu),深入治理燃煤、工業(yè)、機動車污染,為綠色發(fā)展打下了堅實的基礎(chǔ),從而天津市經(jīng)濟增長與碳排放呈現(xiàn)強脫鉤狀態(tài)。第三階段,受國際形勢變化,尤其是中美貿(mào)易戰(zhàn)的影響,天津市為減緩經(jīng)濟增長乏力,能源和資源的消耗增加,同樣因碳排放量增長速率仍跟不上經(jīng)濟增長速率,天津市的脫鉤狀態(tài)又回到了弱脫鉤狀態(tài)。

2.3 碳達峰碳中和分析

目前中國對于城市碳達峰還沒有明確的定義。張立等[19]認為,城市碳達峰是指城市的碳排放在一段時間內(nèi)達到峰值,之后進入平臺期,即穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)波動,然后進入平穩(wěn)下降階段。本研究將碳達峰定義為碳排放出現(xiàn)峰值隨后經(jīng)歷平臺期,而后進入顯著下降階段(P<0.01)。由圖3可知,在基準情景下,天津市2013年“碳達峰”之后逐步下降,但2019年之后又回升,因此基準情景下天津市碳達峰存在困難;而低碳情景和超低碳情景趨勢相同,只是超低碳情景碳排放量下降幅度更大,在低碳情景和超低碳情景下,天津市2013年碳達峰后,2014—2019年碳排放處于平臺期,之后穩(wěn)定下降,并于2023年顯著下降(P<0.01),說明低碳情景和超低碳情景下,天津市可以在2025年前實現(xiàn)碳達峰。綜合而言,天津市要想在2025年之前實現(xiàn)碳達峰,需要確保碳排放強度下降,至少要進入低碳情景。預(yù)測2021—2025年3種情景下經(jīng)濟增長與碳排放的脫鉤彈性,結(jié)果見表3。2021—2025年,基準情景下,天津市將延續(xù)第三階段保持弱脫鉤狀態(tài);而低碳情景和超低碳情景下,天津市將處于強脫鉤狀態(tài)。經(jīng)濟增長與碳排放的強脫鉤將有助于天津市碳達峰的實現(xiàn)。由于根據(jù)的碳達峰定義不同,對于碳達峰的年份預(yù)判也會有差別。文獻[14]的研究顯示,經(jīng)濟中增長能源強減排情景是天津市最佳發(fā)展模式,不過在此情景下天津市也將于2025年碳達峰。

表3 不同情景下經(jīng)濟增長與碳排放的脫鉤彈性預(yù)測Table 3 The prediction of economic growth and carbon emission decoupling elasticity under different scenarios

碳中和一般是指進入大氣的碳排放和碳匯吸收之間達到平衡[20]。進一步分析圖3,基準情景下,天津市碳排放量在2019年后不斷上升,天津市將很難實現(xiàn)碳中和;低碳情景下,天津市碳排放在2013年達峰后逐步下降,到2060年,天津市的碳排放量為7 100萬t,實現(xiàn)碳中和也有較大難度;超低碳情景下,天津市碳排放在2013年達峰后大幅下降,下降幅度是低碳情景下的1.4倍,到2060年,天津市碳排放量只剩1 100萬t,有望在碳匯工程的輔助下實現(xiàn)碳中和。從2026—2060年的經(jīng)濟增長與碳排放的脫鉤彈性(見表3)可以看出,2026—2060年,基準情景下經(jīng)濟增長與碳排放將一直呈現(xiàn)弱脫鉤狀態(tài),而低碳情景和超低碳情景下經(jīng)濟增長與碳排放才呈現(xiàn)強脫鉤狀態(tài)。因此,天津市要想達到碳中和,首先需要使經(jīng)濟增長與碳排放強脫鉤,并且快速地進入到超低碳情景,其次在超低碳情景下實施碳匯工程,確保碳匯量大于碳排放量。

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié) 論

(1) 從天津市2001—2019年碳排放現(xiàn)狀來看,能源結(jié)構(gòu)和能源強度(主要是能源強度)對天津市碳排放起減緩作用,而經(jīng)濟增長和人口規(guī)模(主要是經(jīng)濟增長)對天津市碳排放起拉動作用。

(2) 天津市2001—2013年經(jīng)濟增長與碳排放之間呈現(xiàn)弱脫鉤狀態(tài),2014—2017年呈現(xiàn)強脫鉤狀態(tài),2018—2019年又回到了弱脫鉤狀態(tài)。

(3) 天津市只有實施低碳情景或超低碳情景才能在2025年之前實現(xiàn)碳達峰,而只有實施超低碳情景才能有望在2060年實現(xiàn)碳中和。

3.2 建 議

(1) 天津市應(yīng)持續(xù)改善能源結(jié)構(gòu),降低能源強度,合理控制經(jīng)濟規(guī)模和人口數(shù)量,并確保經(jīng)濟發(fā)展和碳排放處于強脫鉤狀態(tài)。

(2) 天津市要想在2025年之前實現(xiàn)碳達峰,碳排放強度需達到五年累計降低28.7%。

(3) 天津市要想在2060年之前實現(xiàn)碳中和,能源強度和碳排放強度降低幅度要持續(xù)加大,在超低碳情景下輔助實施碳匯工程,確保碳匯量大于碳排放量。