不同空間尺度碳排放強(qiáng)度的時(shí)間演化特征

任以勝, 李鴻艷, 余芳飛, 郎冬平, 李 淳

(1.安徽師范大學(xué) 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院, 安徽 蕪湖 241002; 2.安徽師范大學(xué) 鄉(xiāng)村振興研究院, 安徽 蕪湖 241002)

伴隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,各個(gè)國(guó)家對(duì)能源的需求持續(xù)增加,致使二氧化碳排放量不斷增加,對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了一系列影響。碳排放量增加主要源于經(jīng)濟(jì)擴(kuò)張,減少二氧化碳排放、實(shí)現(xiàn)綠色低碳發(fā)展已經(jīng)成為國(guó)際社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題之一[1-2]。當(dāng)前,中國(guó)特色社會(huì)主義已經(jīng)進(jìn)入新的發(fā)展階段,中國(guó)經(jīng)濟(jì)正處于高質(zhì)量發(fā)展轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵階段[3]。面對(duì)日益嚴(yán)峻的生態(tài)環(huán)境挑戰(zhàn),如何在降低碳排放量的同時(shí)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展,成為中國(guó)亟待解決的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。

碳排放一直是學(xué)術(shù)界關(guān)注的熱點(diǎn)領(lǐng)域之一,測(cè)度碳排放強(qiáng)度是評(píng)價(jià)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要指標(biāo)[4]。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)碳排放強(qiáng)度的研究?jī)?nèi)容主要集中在碳排放強(qiáng)度測(cè)度[5-6]、空間分布[6-7]、影響因素[8]及收斂性[6,9]等方面;研究尺度由全國(guó)尺度[6]、省域尺度[10]、城市群尺度[11]等逐漸向微觀尺度[12-13]與全球尺度[14]轉(zhuǎn)變,不同尺度的碳排放強(qiáng)度具有一定的空間和時(shí)間差異性[15];在研究方法方面,主要采用IPCC提供的碳排放核算基本方程[1,16-17]、投入產(chǎn)出法[18]進(jìn)行碳核算,并利用LMDI模型[19]、EKC模型[20]、STIRPAT模型[13,21]等進(jìn)行碳排放強(qiáng)度影響因素分析,發(fā)現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、人口結(jié)構(gòu)、技術(shù)水平、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城鎮(zhèn)化率是主要因素。綜上所述,雖然學(xué)術(shù)界對(duì)碳排放和碳排放強(qiáng)度開展了大量研究,取得了豐碩的研究成果,但對(duì)碳排放和碳排放強(qiáng)度的時(shí)間演變過(guò)程和演化特征的研究尚顯不足。

基于此,采用聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)(IPCC)提供的碳排放測(cè)算方法分析全國(guó)尺度、區(qū)域尺度的碳排放空間強(qiáng)度,探究不同空間尺度碳排放強(qiáng)度的時(shí)間演化特征,以期為降低碳排放量、推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展提供理論支持與決策依據(jù)。

1 研究單元和研究方法

1.1 研究單元

二氧化碳排放是氣體的流動(dòng)過(guò)程,流動(dòng)環(huán)境并非是一個(gè)完整的封閉系統(tǒng)。以全國(guó)尺度作為研究單元,能夠準(zhǔn)確反映我國(guó)碳排放整體水平,但難以發(fā)現(xiàn)碳排放強(qiáng)度的空間分布規(guī)律及其特點(diǎn)。以市級(jí)尺度作為研究單元,無(wú)法探究二氧化碳的流動(dòng)特征。由于西藏的二氧化碳消費(fèi)量數(shù)據(jù)暫缺,所以選擇30個(gè)省份(因數(shù)據(jù)缺失,未包括西藏地區(qū)和港澳臺(tái)地區(qū))作為研究單元,探究碳排放強(qiáng)度的時(shí)空演化特征。在此基礎(chǔ)上,探究華東地區(qū)(上海、江蘇、浙江、安徽、福建、江西、山東)、華北地區(qū)(北京、天津、河北、山西、內(nèi)蒙古)、西北地區(qū)(陜西、甘肅、青海、寧夏、新疆)、東北地區(qū)(黑龍江、吉林、遼寧)、華中地區(qū)(河南、湖北、湖南)、華南地區(qū)(廣東、廣西、海南)、西南地區(qū)(重慶、四川、貴州、云南)等七大地理區(qū)域的碳排放強(qiáng)度演變特征。

1.2 研究方法

碳排放量是指在生產(chǎn)、運(yùn)輸、使用及回收該產(chǎn)品時(shí)所產(chǎn)生的平均溫室氣體排放量,通常采用IPCC提供的方法進(jìn)行估算[1,22],這種方法適用于國(guó)家、省份、城市等宏觀尺度。溫室氣體主要以二氧化碳為主,選取根據(jù)煤炭、石油、汽油、煤油、柴油、天然氣等8種能源的碳消費(fèi)量估算碳排放量,其計(jì)算公式為

(1)

式中:CE為8種能源的CO2排放總量,億t;Ei為第i種能源的消費(fèi)量,kg·m3,NCVi為第i種能源的平均低位發(fā)熱量,KJ/(kg·m3);CEFi為第i種能源的CO2排放系數(shù),kg-CO2/TJ(表1)。

表1 各類能源的平均低位發(fā)熱量與CO2排放系數(shù)

碳排放強(qiáng)度是指單位生產(chǎn)總值增長(zhǎng)帶來(lái)的二氧化碳排放量,即8種能源的碳排放量與當(dāng)年國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)之比,其計(jì)算公式為

CInj=CEnj/GDPnj

(2)

式中:CInj為碳排放強(qiáng)度為第n年第j省域的碳排放強(qiáng)度,t/萬(wàn)元;CEnj為第n年第j省域的碳排放量;GDPnj為第n年第j省域的GDP。

1.3 數(shù)據(jù)來(lái)源

2010—2019年各省份煤炭、石油、汽油、煤油、柴油、天然氣等8種能源的消費(fèi)量數(shù)據(jù)來(lái)源于《中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒》;各類能源的平均低位發(fā)熱量來(lái)源于《中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒2020》;各類能源的CO2排放系數(shù)來(lái)源于《2006年國(guó)家溫室氣體清單指南》;2010—2019年各省份國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值來(lái)源于《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》。

2 全國(guó)尺度碳排放強(qiáng)度的時(shí)間演化特征

2.1 8種能源碳排放量時(shí)間演化特征

2010—2019年,8種能源的碳排放量各不相同。其中,煤炭的碳排放量在總排放量中占比最多,年平均約占67.91%;天然氣的碳排放量在總排放量中占比最少,年平均約占0.34%。

天然氣、煤油、汽油、原油4種能源的碳排放量呈現(xiàn)逐年增長(zhǎng)趨勢(shì),分別從2010年的0.252億t、0.563億t、2.897億t、13.519億t增加到2019年的0.634億t、1.211億t、4.690億t、20.106億t(表2)。為保護(hù)生態(tài)環(huán)境,國(guó)內(nèi)逐步加快天然氣的開發(fā)利用,促使天然氣排放量增加。煤油分為動(dòng)力煤油和照明煤油等,歸屬于動(dòng)力煤油的航空煤油在煤油消費(fèi)總量中占比高達(dá)90%。在經(jīng)濟(jì)全球化背景下,航空運(yùn)輸相比鐵路等運(yùn)輸方式占有絕對(duì)的時(shí)間優(yōu)勢(shì),帶動(dòng)了煤油消費(fèi)量的消耗。2009年國(guó)家提出擴(kuò)大內(nèi)需、汽車下鄉(xiāng)等政策,加大了大眾對(duì)汽車的購(gòu)買需求,使汽油能源的消費(fèi)量增加。2010年以來(lái),材料工業(yè)快速發(fā)展,拓寬了行業(yè)發(fā)展范圍,衍生了多樣化產(chǎn)品,原油消費(fèi)量增加。

表2 2010—2019年全國(guó)8種能源的碳排放量

柴油碳排放量呈現(xiàn)先增長(zhǎng)后保持平穩(wěn)的趨勢(shì)。柴油碳排放量從2010年的5.174億t增長(zhǎng)至2012年的5.818億t。2013年以后,柴油碳排放量逐漸保持相對(duì)平穩(wěn)。柴油主要作為拖拉機(jī)、大型汽車、內(nèi)燃機(jī)車及土建、挖掘機(jī)的動(dòng)力燃料,相比于汽油、柴油更加節(jié)能環(huán)保。2010—2013年我國(guó)柴油車相對(duì)增長(zhǎng)了23%,柴油消費(fèi)量不斷上升,造成了嚴(yán)峻的環(huán)境問(wèn)題,國(guó)家逐步開始發(fā)展鐵路和水路運(yùn)輸不斷降低柴油的消費(fèi)量。

燃料油碳排放量整體呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)。燃料油碳排放量從2010年的1.475億t增長(zhǎng)至2017年的2.426億t;2018—2019年燃料油碳排放量不斷減少,下降至1.519億t。隨著工業(yè)快速發(fā)展,地方煉廠產(chǎn)能和港口航運(yùn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大,導(dǎo)致對(duì)原料需求增加,致使燃料油排放量不斷上升。2018年受油價(jià)支撐、供需面及政策面影響,燃料油產(chǎn)出率和開工率下降,國(guó)內(nèi)燃料油短缺,逐步降低了燃料油的碳排放量。

焦炭、煤炭碳排放量整體呈現(xiàn)先增長(zhǎng)后減少再增長(zhǎng)的“N形”變化趨勢(shì)。受2009年全球金融危機(jī)的影響,國(guó)外各地對(duì)焦炭的需求量減少并限制中國(guó)出口。2010年,出口逐步恢復(fù),焦炭的需求量開始有所反彈。2013年,在“十二五”規(guī)劃的促進(jìn)下,煉鐵技術(shù)不斷進(jìn)步,鋼積累量日益累加,返回的廢鋼不斷增多,可代替生鐵煉鋼,降低了焦炭的能源消費(fèi)。

煤炭作為中國(guó)能源消費(fèi)的主要來(lái)源,不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè),也大量應(yīng)用在居民生活中,2010—2012年煤炭需求持續(xù)增長(zhǎng)。為緩解日益嚴(yán)峻的環(huán)境問(wèn)題,2013年國(guó)務(wù)院頒布《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》,要求嚴(yán)格控制煤炭消費(fèi)量。提升煤炭資源利用效率,發(fā)展清潔能源,從經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展逐步過(guò)渡到經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展。2017年,建筑、運(yùn)輸行業(yè)快速發(fā)展,鋼鐵需求量增加,刺激了焦炭、煤炭消費(fèi)量的增長(zhǎng)。

2.2 全國(guó)碳排放量時(shí)間演化特征

全國(guó)二氧化碳排放量從2010年的110.93億t增長(zhǎng)至2019年的139.25億t,整體呈現(xiàn)逐年增長(zhǎng)趨勢(shì)(圖1)。

圖1 2010—2019年中國(guó)碳排放量變化趨勢(shì)

急劇增長(zhǎng)階段:2010—2011年全國(guó)碳排放量增速很快,高達(dá)10.72%。金融危機(jī)的爆發(fā),致使中國(guó)經(jīng)濟(jì)開始下滑,國(guó)家更加重視發(fā)展工業(yè)。在工業(yè)快速發(fā)展過(guò)程中,石油、煤油、煤炭等能源的大量使用,加劇了二氧化碳的排放。

相對(duì)平穩(wěn)階段:2012—2016年全國(guó)碳排放量增速較緩,甚至2012—2013年出現(xiàn)了負(fù)增長(zhǎng),增速為-0.59%?！笆濉币?guī)劃重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)加快資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)建設(shè),在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)高度重視生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。各級(jí)政府貫徹落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀,實(shí)施區(qū)域環(huán)境保護(hù)戰(zhàn)略,加強(qiáng)環(huán)境監(jiān)管力度、開展重大環(huán)保工程、加大對(duì)可再生能源的投資,嚴(yán)格控制能源的消費(fèi)使用,促使碳排放量保持相對(duì)平穩(wěn)狀態(tài)。

快速增長(zhǎng)階段:2017—2019年全國(guó)碳排放量快速增長(zhǎng),增速保持在2%～3%。2017年以后,全球工業(yè)生產(chǎn)周期性回升,中國(guó)經(jīng)濟(jì)開始逐步回暖,致使工業(yè)能源消費(fèi)量增長(zhǎng),碳排放量呈現(xiàn)逐年增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。

2.3 全國(guó)碳排放強(qiáng)度時(shí)間演化特征

全國(guó)碳排放強(qiáng)度從2010年的2.68 t/萬(wàn)元下降到2019年的1.42 t/萬(wàn)元,整體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)(圖2)。2010—2019年,二氧化碳排放量從110.93億t增長(zhǎng)至139.25億t,增速達(dá)25.53%;國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值從414 157.6億元增長(zhǎng)至980 622.7億元,增速高達(dá)136.78%。GDP的增速大于碳排放量的增速,致使全國(guó)碳排放強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)。中國(guó)始終堅(jiān)持綠色發(fā)展理念,不斷加大節(jié)能、環(huán)保方面的財(cái)政投入,鼓勵(lì)發(fā)展低碳技術(shù)、開展低碳發(fā)展試驗(yàn)試點(diǎn)。各類企業(yè)積極響應(yīng)國(guó)家號(hào)召,不斷創(chuàng)新生產(chǎn)研發(fā)機(jī)制,提升能源的利用效率。通過(guò)優(yōu)良的政策和有力的監(jiān)督,在國(guó)家與全社會(huì)的共同努力下,中國(guó)的碳排放治理取得了顯著成效。

圖2 2010—2019年中國(guó)碳排放強(qiáng)度變化趨勢(shì)

3 區(qū)域尺度碳排放強(qiáng)度的時(shí)間演化特征

2010—2019 年七大區(qū)域碳排放強(qiáng)度整體呈現(xiàn)下降趨勢(shì),但區(qū)域間仍存在較大差距,總體呈現(xiàn)“東高西低、北高南低”的空間分布格局。西北地區(qū)、華北地區(qū)和東北地區(qū)碳排放強(qiáng)度較高,華東地區(qū)、華中地區(qū)、華南地區(qū)和西南地區(qū)碳排放強(qiáng)度較低(圖3)。

圖3 2010—2019年中國(guó)七大區(qū)域碳排放強(qiáng)度

西北地區(qū)、華北地區(qū)和東北地區(qū)是全國(guó)重要的能源儲(chǔ)備地和開發(fā)地,經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)一直以高耗能的工業(yè)為主,資源依賴情況嚴(yán)重。2015年以后,三大區(qū)域因地制宜,探索差異化的減排策略。西北地區(qū)大力發(fā)展文化旅游等現(xiàn)代服務(wù)業(yè),注入經(jīng)濟(jì)發(fā)展新動(dòng)力,綠色低碳發(fā)展取得顯著成效。華北地區(qū)通過(guò)設(shè)立雄安新區(qū)與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)空間重組,減少高耗能產(chǎn)業(yè)數(shù)量,加快高污染產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移,降低區(qū)域碳排放強(qiáng)度。東北地區(qū)作為老工業(yè)基地,不斷加快經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整和轉(zhuǎn)型升級(jí),但轉(zhuǎn)型路徑不清晰且進(jìn)度緩慢,造成大量資源浪費(fèi),碳排放強(qiáng)度減幅較小。

華東地區(qū)、華中地區(qū)、華南地區(qū)和西南地區(qū)不斷加快傳統(tǒng)能源結(jié)構(gòu)改革進(jìn)程,加強(qiáng)煤炭高效開采和新能源高效利用,積極發(fā)展新興產(chǎn)業(yè),促使產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)從“二三一”模式向“三二一”模式轉(zhuǎn)型。華東地區(qū)通過(guò)工程減排、管理減排和結(jié)構(gòu)減排,使碳排放強(qiáng)度維持在較低水平。華中地區(qū)各省份量體裁衣,河南、湖南重在優(yōu)化能源結(jié)構(gòu),大力扶持“低能耗、高產(chǎn)出”的產(chǎn)業(yè);湖北大力發(fā)展節(jié)能減排技術(shù),提高能源利用效率。華南地區(qū)利用沿海資源大力發(fā)展清潔能源,其中廣東積極探索碳排放節(jié)能減排路徑,率先啟動(dòng)碳排放權(quán)交易;廣西和海南深入開展現(xiàn)代特色農(nóng)業(yè)、旅游業(yè)等低碳產(chǎn)業(yè),培育綠色發(fā)展新道路。西南地區(qū)作為西部大開發(fā)的主要區(qū)域,重點(diǎn)發(fā)展水電、光電、風(fēng)力、天然氣等新能源項(xiàng)目,實(shí)現(xiàn)能源資源的跨區(qū)域優(yōu)化配置,在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)大幅降低碳排放強(qiáng)度。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

基于IPCC提供的碳排放測(cè)算方法,分析了2010—2019年全國(guó)尺度、區(qū)域尺度的碳排放空間強(qiáng)度變化特征,得出以下結(jié)論:①全國(guó)8種能源碳排放量變化趨勢(shì)存在顯著差異。天然氣、煤油、汽油、原油的碳排放量逐年增長(zhǎng);柴油的碳排放量先增長(zhǎng)后保持平穩(wěn);燃料油的碳排放量出先增加后減少;焦炭、煤炭?jī)煞N能源的碳排放量呈現(xiàn)“N形”變化趨勢(shì)。②全國(guó)碳排放強(qiáng)度呈現(xiàn)逐年下降趨勢(shì),且碳排放量不斷上升,呈現(xiàn)急速增長(zhǎng)(2010—2011年)、相對(duì)平緩(2012—2016年)、快速增長(zhǎng)(2017—2019年)三個(gè)階段。③七大區(qū)域碳排放強(qiáng)度整體呈現(xiàn)下降趨勢(shì),總體呈現(xiàn)“東高西低、北高南低”的空間分布格局。

4.2 建議

根據(jù)上述分析結(jié)論,結(jié)合二十大報(bào)告提出的“推動(dòng)綠色發(fā)展,促進(jìn)人與自然和諧共生”,針對(duì)碳排放發(fā)展提出以下建議。

第一,加快技術(shù)革新,正確處理發(fā)展和減排的關(guān)系。節(jié)能減排是實(shí)現(xiàn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。應(yīng)加大節(jié)能減排資金投入力度,加快低碳技術(shù)集成與優(yōu)化,構(gòu)建綠色低碳技術(shù)創(chuàng)新體系。優(yōu)化能源消費(fèi)結(jié)構(gòu),采取能源替代、可再生能源等技術(shù)加大清潔能源在能源消費(fèi)中的占比,構(gòu)建清潔低碳能源體系。提高能源利用效率,淘汰高耗能、高消費(fèi)的生產(chǎn)技術(shù),加快發(fā)展綠色生態(tài)產(chǎn)業(yè)體系,確保能源節(jié)約集約利用。

第二,優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),統(tǒng)籌規(guī)劃整體和局部的關(guān)系。深化供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革,大力發(fā)展新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)、節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)、綠色低碳產(chǎn)業(yè),強(qiáng)化延鏈、串鏈、補(bǔ)鏈、強(qiáng)鏈,推動(dòng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)綠色低碳轉(zhuǎn)型升級(jí)。依托區(qū)域能源優(yōu)勢(shì),加快風(fēng)電、光伏發(fā)電等新能源開發(fā)利用,推進(jìn)重點(diǎn)領(lǐng)域節(jié)能提效,構(gòu)建具有區(qū)域特色的綠色能源產(chǎn)業(yè)體系,實(shí)現(xiàn)綠色能源優(yōu)勢(shì)向地方發(fā)展優(yōu)勢(shì)的轉(zhuǎn)變。加強(qiáng)空間協(xié)同調(diào)控,探索減污降碳協(xié)同增效技術(shù),開展減污降碳協(xié)同創(chuàng)新活動(dòng),推動(dòng)綠色低碳產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

第三,踐行可持續(xù)發(fā)展,充分把握短期和長(zhǎng)期目標(biāo)的關(guān)系。立足當(dāng)下,各地區(qū)各行業(yè)要學(xué)習(xí)好、宣傳好各項(xiàng)節(jié)能減排政策,認(rèn)識(shí)節(jié)能減排工作的重要性,制定科學(xué)合理的碳達(dá)峰碳中和工作的“時(shí)間表”“路線圖”。從長(zhǎng)期來(lái)看,提高全民節(jié)能減排意識(shí),轉(zhuǎn)變高耗能、高污染的傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式,發(fā)揮稅收激勵(lì)和約束作用,創(chuàng)新財(cái)稅獎(jiǎng)懲激勵(lì)機(jī)制,建立健全綠色發(fā)展財(cái)稅保障機(jī)制;加大對(duì)碳減排技術(shù)的投資,開展可再生能源發(fā)電、碳捕集、先進(jìn)儲(chǔ)能等核心技術(shù)的研發(fā)。

第四,堅(jiān)持雙輪驅(qū)動(dòng),科學(xué)認(rèn)識(shí)政府和市場(chǎng)的關(guān)系。實(shí)現(xiàn)碳排放峰值和碳中和目標(biāo),必須堅(jiān)持“有為政府”和“有效市場(chǎng)”的雙輪驅(qū)動(dòng)。發(fā)揮市場(chǎng)在能源資源配置中的決定性作用,加快建設(shè)排污權(quán)、碳排放權(quán)、用能權(quán)的交易市場(chǎng),搭建碳排放權(quán)交易平臺(tái),開展碳金融衍生品交易,構(gòu)建碳排放統(tǒng)計(jì)核算體系,引導(dǎo)市場(chǎng)主體綠色低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展。發(fā)揮政府監(jiān)督和調(diào)控職能作用,加快建立碳排放權(quán)交易的法律法規(guī)和制度體系,引導(dǎo)社會(huì)資本的綠色化投資,推動(dòng)資金、稅收等政策從供需兩端協(xié)同發(fā)力,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的綠色轉(zhuǎn)型升級(jí)。