基于能源需求理論的全球CO2排放趨勢(shì)分析

李曉明, 王安建, 于汶加

中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院全球礦產(chǎn)資源戰(zhàn)略研究中心, 北京 100037

基于能源需求理論的全球CO2排放趨勢(shì)分析

李曉明, 王安建, 于汶加

中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院全球礦產(chǎn)資源戰(zhàn)略研究中心, 北京 100037

能源消費(fèi)是影響 CO2排放的最主要因素, 本文以能源消費(fèi)基本規(guī)律為基礎(chǔ), 按照人均累積 CO2排放、人均 CO2排放以及 CO2排放強(qiáng)度三個(gè)重要指標(biāo), 系統(tǒng)分析了英國(guó)、美國(guó)、法國(guó)、日本、中國(guó)等典型國(guó)家CO2排放的歷史軌跡, 全面預(yù)測(cè)了未來20年全球及中國(guó)CO2排放量。結(jié)果表明: 2030年中國(guó)CO2排放總量將為124億噸, 人均排放約為8.5噸, CO2排放強(qiáng)度為356噸/百萬(wàn)美元, 與處于相同發(fā)展程度的美國(guó)(1994年)相比, 人均排放指標(biāo)和排放強(qiáng)度指標(biāo)均不到其一半水平。2020年和2030年, 中國(guó)的CO2排放強(qiáng)度與2007年比將分別降低46%和60%, 將為減緩溫室氣體排放做出突出貢獻(xiàn)。

能源需求理論; 2030年; CO2排放趨勢(shì)預(yù)測(cè)

全球氣候變暖已經(jīng)無(wú)可爭(zhēng)議, 最近100年(1906年至2005年)全球平均增溫0.74攝氏度的事實(shí)目前已為國(guó)際社會(huì)普遍接受。然而, 鑒于氣候變化是一個(gè)研究難度極大的復(fù)雜科學(xué)問題, 究竟多大程度上是人類活動(dòng)引起的這種變化, 迄今為止乃至未來一段時(shí)間內(nèi), 科學(xué)界尚無(wú)法提供一個(gè)有說服力的、可以被廣泛接受的準(zhǔn)確研究結(jié)論。

然而, 全球 CO2排放在過去的100多年里確實(shí)發(fā)生了超越自然趨勢(shì)的劇烈改變, 而這一變化與人類的工業(yè)化進(jìn)程基本吻合。據(jù) IEA統(tǒng)計(jì), 自工業(yè)革命以來, 全球因化石能源燃燒產(chǎn)生的年均CO2排放,已經(jīng)自1870年的近零排放劇增至2007年的290億噸。因此, 無(wú)論科學(xué)界內(nèi)部的爭(zhēng)論結(jié)果如何, 在一定時(shí)間段內(nèi), 將大氣 CO2濃度控制在某個(gè)適當(dāng)?shù)乃街畠?nèi), 已經(jīng)成為全球政治共識(shí)。

本文根據(jù)人均累積CO2排放、人均CO2排放以及 CO2排放強(qiáng)度三個(gè)指標(biāo), 對(duì)英國(guó)、美國(guó)、法國(guó)、日本和中國(guó)等幾個(gè)典型國(guó)家能源消費(fèi)引起的CO2排放的歷史軌跡進(jìn)行總結(jié)分析, 進(jìn)而全面、科學(xué)地評(píng)估我國(guó)CO2排放的現(xiàn)狀和未來一段時(shí)間的發(fā)展趨勢(shì),相關(guān)預(yù)測(cè)結(jié)果有望為國(guó)家實(shí)施碳減排戰(zhàn)略以及新一輪國(guó)際溫室氣體減排談判提供科學(xué)的決策參考。

1 碳排放趨勢(shì)分析的理論基礎(chǔ)

1.1 能源消費(fèi)與碳排放的關(guān)系

影響CO2的排放的相關(guān)因素非常復(fù)雜。杜立民等(2009)對(duì) CO2排放影響因素的綜合分析研究發(fā)現(xiàn),經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)、城市化水平、重工業(yè)比重和技術(shù)進(jìn)步是影響我國(guó)CO2排放的最主要因素。然而, 在一定程度上, 上述各種因素同時(shí)也是決定能源消費(fèi)水平的主要因素, 而能源消費(fèi)水平直接影響到 CO2的排放水平, 因此, 考察能源消費(fèi)與CO2排放的關(guān)系至關(guān)重要。

根據(jù) IPCC第四次報(bào)告, 由人類活動(dòng)產(chǎn)生的溫室氣體排放中, 能源的生產(chǎn)和消費(fèi)占據(jù)了相當(dāng)大的比例。從圖1中可以看出, 附件1國(guó)家1是指《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約》附件一所列的締約方國(guó)家, 包括澳大利亞、奧地利、白俄羅斯等40個(gè)國(guó)家, 這些國(guó)家被歸類為發(fā)達(dá)國(guó)家和轉(zhuǎn)型國(guó)家。2006年的統(tǒng)計(jì)表明, 能源系統(tǒng)產(chǎn)生的溫室氣體排放占總排放的83%, 而CO2的排放在能源系統(tǒng)總排放中占據(jù)94%。由此可以推算, 附件 1國(guó)家的 CO2排放占其溫室氣體總排放的 78%, 而在全球溫室氣體總排放中, 這一比例約為 60%。需要強(qiáng)調(diào)的是, 這是基于全球平均獲得的估算結(jié)果, 實(shí)際中, 因各國(guó)能源結(jié)構(gòu)的不同, 這一比例也會(huì)相應(yīng)變化。

圖1 附件1國(guó)家2006年碳排放結(jié)構(gòu)示意圖(資料來源: 國(guó)際能源機(jī)構(gòu)(IEA), 2009)Fig. 1 Shares of anthropogenic greenhouse-gas emissions in Annex I countries, 2006 (Source: International Energy Agency (IEA), 2009)

基于上述認(rèn)識(shí), 本文將著重考察能源消費(fèi)需求的規(guī)律, 同時(shí)兼顧其他影響因素, 進(jìn)而分析 CO2排放的未來趨勢(shì)。曲建升等(2008)對(duì)國(guó)際主要溫室氣體排放數(shù)據(jù)集作了比較分析研究, 在此基礎(chǔ)上, 本研究使用了美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室CO2信息分析中心(CDIAC)的各國(guó) CO2逐年排放數(shù)據(jù), 該數(shù)據(jù)集覆蓋1751年至2007年, 本文綜合各種因素考慮, 以1900年為可靠數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)起點(diǎn)。

1.2 能源消費(fèi)基本規(guī)律概述

學(xué)者研究表明, 不論各國(guó)國(guó)情如何, 在人均能源消費(fèi)與人均 GDP的關(guān)系上表現(xiàn)基本一致(王安建等, 2010; 于汶加等, 2010; 王高尚, 2010; 徐銘辰等, 2010; 劉占成等, 2010)。在農(nóng)業(yè)社會(huì), 人均能源消費(fèi)處于較低水平, 進(jìn)入工業(yè)化階段, 呈現(xiàn)近似線性的增長(zhǎng), 迅速達(dá)到峰值, 步入后工業(yè)化階段, 經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的能耗水平將會(huì)越過頂點(diǎn), 趨于不再增長(zhǎng)或緩慢下降趨勢(shì)。這個(gè)全周期的增長(zhǎng)模式構(gòu)成了一個(gè)“S”形變化關(guān)系(圖2)。S形曲線的形態(tài)和三個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)因各個(gè)國(guó)家工業(yè)化時(shí)代、經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式以及消費(fèi)理念的差異略有不同, 但總體規(guī)律是一致的。

根據(jù)以上討論, 對(duì)于那些率先實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的發(fā)達(dá)國(guó)家來說, 它們已經(jīng)處于“S”形上部的平緩階段,人均能源消費(fèi)“零增長(zhǎng)”時(shí)代已經(jīng)到來。目前中國(guó)正處于“S”形曲線的中段部分, 隨著人均 GDP的增長(zhǎng), 人均能源消費(fèi)將會(huì)呈現(xiàn)近線性持續(xù)上升。在部門能源消費(fèi)和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式?jīng)]有發(fā)生重大變革之前, 這種關(guān)系是難以超越的。

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示, 2007年世界人均能源消費(fèi)1.88噸油當(dāng)量, 發(fā)達(dá)國(guó)家人均5.6噸油當(dāng)量, 發(fā)展中國(guó)家人均僅為 1.2噸油當(dāng)量。這種能源消費(fèi)水平的差異本質(zhì)上是由于不同國(guó)家和地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和所處經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段不同。英、美等先期工業(yè)化國(guó)家能源消費(fèi)的起點(diǎn)較早, 目前已經(jīng)越過快速增長(zhǎng)階段, 接近或者越過峰值, 而中國(guó)等新型工業(yè)化國(guó)家正處于工業(yè)化進(jìn)程之中, 經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng), 因而能源需求同步快速增長(zhǎng)的現(xiàn)象十分正常。

圖2 人均能源消費(fèi)與人均GDP的全周期“S”形規(guī)律Fig. 2 Per capita energy consumption and per capita GDP S-shaped rules

王安建等(2010)還發(fā)現(xiàn), 能源消費(fèi)強(qiáng)度呈倒“U”形規(guī)律(圖3)。在工業(yè)化初期, 能源消費(fèi)強(qiáng)度呈緩慢上升趨勢(shì), 進(jìn)入工業(yè)化中期, 隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷優(yōu)化升級(jí), 生產(chǎn)效率的不斷提高, 能源消費(fèi)強(qiáng)度越過頂點(diǎn)后呈下降趨勢(shì), 形成倒“U”形軌跡。倒“U”形規(guī)律, 說明能源消耗強(qiáng)度在一定階段會(huì)出現(xiàn)拐點(diǎn),這種先升后降的變化趨勢(shì)反映了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)和科技進(jìn)步的巨大動(dòng)力。

2 典型國(guó)家CO2排放的歷史軌跡分析

2.1 典型國(guó)家人均累積CO2排放的歷史軌跡分析

美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室 CO2信息分析中心(CDIAC)的數(shù)據(jù)顯示, 發(fā)達(dá)國(guó)家歷史累積 CO2排放總量較大。1900年至 2007年, 英國(guó)歷史累積 CO2排放為566億噸, 法國(guó)為300億噸, 美國(guó)為3300億噸。日本是典型的新興工業(yè)化國(guó)家, 其能源消費(fèi)和碳排放趨勢(shì)上均呈現(xiàn)快速上升的態(tài)勢(shì), 1900年至2007年, 日本的歷史累積CO2排放達(dá)到506億噸。

相比較而言, 因經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國(guó)家, 發(fā)展中國(guó)家的歷史累積排放總體處于較低水平, 中國(guó)截至2007年的排放總量為1084億噸, 僅僅與美國(guó)1960年的水平接近(圖4)。

從人均累積 CO2排放對(duì)比來看, 在 2007年時(shí),發(fā)達(dá)國(guó)家水平已經(jīng)很高。如英國(guó)為 931.68噸, 法國(guó)為492.08噸, 德國(guó)是769.73噸, 日本是397.34噸。中國(guó) 2007年是 73.51噸, 與美國(guó) 1907年的水平接近?；跉v史累積CO2排放和人均累積CO2排放的國(guó)際對(duì)比(圖 5), 不難發(fā)現(xiàn), 一個(gè)國(guó)家的能源消費(fèi)帶來的 CO2排放同其經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展程度和水平密切相關(guān)。

圖3 能源消費(fèi)倒“U”形圖及頂點(diǎn)下降規(guī)律圖Fig. 3 Trend of energy consumption intensity of major countries

圖4 部分國(guó)家人均累積CO2排放隨經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平變化軌跡圖(數(shù)據(jù)來源: 美國(guó)能源部二氧化碳信息分析中心(CDIAC), 2010; 格羅寧根增長(zhǎng)和發(fā)展中心(GGDC), 2010)Fig. 4 Cumulative CO2emissions per capita with per capita GDP in some major countries (Source: Carbon Dioxide Information Analysis Center(CDIAC), 2010; The Groningen Growth and Development Centre(GGDC), 2010)

圖5 部分國(guó)家歷史累積CO2排放與人均累積CO2排放對(duì)比圖(1900-2007年; 數(shù)據(jù)來源: CDIAC, 2010; GGDC, 2010)Fig. 5 Cumulative CO2emissions and cumulative CO2emissions per capita of some major countries (1900-2007; Source: CDIAC, 2010; GGDC, 2010)

考察日本的歷史可以發(fā)現(xiàn), 其到1960年的人均累積CO2排放只有60.4噸, 但與其經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展同步, 人均累積CO2排放到2007年已增加了6.6倍。在日本工業(yè)化的黃金10年, 1960年至1970年, 其年均 CO2排放增長(zhǎng)率高達(dá) 13.5%, 高于任何一個(gè)先期工業(yè)化國(guó)家。

100多年來中國(guó)的社會(huì)形態(tài)發(fā)生了翻天覆地的變化, 歷經(jīng)艱難曲折, 完成了從農(nóng)業(yè)文明向工業(yè)文明的嬗變。但是, 中國(guó)能源消費(fèi)在上世紀(jì)50年代才開始加速增長(zhǎng)。1957年, 中國(guó)能源消費(fèi)只有0.68億噸油當(dāng)量, 2007年迅速增加至18.6億噸。王安建等總結(jié)指出, 在新中國(guó)成立之后的50年間, GDP增長(zhǎng)22倍, 一次能源增長(zhǎng)26倍, 人均GDP增長(zhǎng)10倍, 人均能耗增長(zhǎng)11倍。相應(yīng)地, 這期間中國(guó)人均CO2排放增長(zhǎng)了3.8倍, 1900年至2007年, 中國(guó)的累積CO2排放量為1084億噸。

通過對(duì)比可以更清楚地了解這些數(shù)字的含義。中國(guó)從1900年到2005年, 105年間人均累積CO2排放量為 82.24噸, 大致相當(dāng)美國(guó)或英國(guó) 1900年～1907年這8年的人均累積排放。

2.2 典型國(guó)家人均CO2排放的歷史軌跡分析

從時(shí)間序列上考察各國(guó)CO2排放的軌跡可以發(fā)現(xiàn), 在發(fā)達(dá)國(guó)家中, 美國(guó)、日本、加拿大和澳大利亞等國(guó)CO2排放量目前依然呈增加趨勢(shì); 而歐盟各主要國(guó)家, 包括英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)和意大利等國(guó), 從20世紀(jì)70年代中期以來CO2排放量呈下降趨勢(shì)或平穩(wěn)狀態(tài)。英國(guó)的排放量在20世紀(jì)70年代初就已達(dá)到CO2排放峰值6.6億噸, 此后基本保持下降態(tài)勢(shì), 2007年其CO2排放量在5.4億噸, 大約與其20世紀(jì)50年代初的水平接近; 法國(guó)70年代末以來的下降尤其明顯,從1979年的5.3億噸已降至2007年的3.7億噸。

考察從1900年以來發(fā)達(dá)國(guó)家逐年人均CO2排放量的變化歷史, 可以發(fā)現(xiàn): 一是任何發(fā)達(dá)國(guó)家, 都經(jīng)歷過某個(gè)人均CO2排放高速增長(zhǎng)期, 如美國(guó)1901年至1910年的人均CO2排放增長(zhǎng)率平均為7%, 德國(guó)在1956年至1979年為8.8%; 二是發(fā)達(dá)國(guó)家都出現(xiàn)過人均CO2排放高峰期, 如美國(guó)在1973年、英國(guó)在1971年、德國(guó)和法國(guó)在1979年分別達(dá)到人均排放高峰,其后開始略有下降或基本保持不變。

中國(guó) 2007年人均 CO2排放僅 4.96噸, 與人均GDP達(dá)到5000蓋凱美元的相同發(fā)展階段相比, 這一排放水平不到美國(guó)的 1/3, 相當(dāng)于英國(guó)的 1/2。從時(shí)間序列上對(duì)比, 美國(guó)與英國(guó)在1900年就已經(jīng)分別達(dá)到了 8.64噸與 10.21噸, 中國(guó)當(dāng)前的排放水平相當(dāng)于 1924年法國(guó)、1968年日本的人均排放水平。

2.3 典型國(guó)家CO2排放強(qiáng)度的歷史軌跡分析

圖6 典型國(guó)家人均CO2排放隨經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平變化軌跡圖(1900-2007; 數(shù)據(jù)來源: CDIAC, 2010; GGDC, 2010)Fig. 6 CO2emissions per capita of some typical countries (1900-2007; Source: CDIAC, 2010; GGDC, 2010)

圖7 部分國(guó)家CO2排放強(qiáng)度隨經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平變化軌跡圖(數(shù)據(jù)來源: CDIAC, 2010; GGDC, 2010)Fig. 7 CO2emission intensity with per capita GDP in some major countries (Source: CDIAC, 2010; GGDC, 2010)

考察 CO2排放強(qiáng)度可以發(fā)現(xiàn), 其隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平, 總體上呈現(xiàn)出不對(duì)稱的倒“V”形軌跡(圖7),隨著時(shí)間序列演化出近似倒“U”形軌跡。英、法、美等經(jīng)歷緩慢工業(yè)化的國(guó)家, 在其發(fā)展早期, 能源消費(fèi)強(qiáng)度快速上升, CO2排放隨之攀升, 當(dāng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入工業(yè)化中期階段, 對(duì)應(yīng)于人均GDP在5000美元左右時(shí), 能源消費(fèi)強(qiáng)度達(dá)到峰值, CO2排放強(qiáng)度隨之達(dá)到頂點(diǎn), 二者隨后緩慢下降。例如, 英國(guó)在1908年達(dá)到CO2排放強(qiáng)度峰值2350噸/百萬(wàn)美元, 對(duì)應(yīng)的人均GDP為4449蓋凱美元, 美國(guó)在1917年CO2排放強(qiáng)度達(dá)到峰值3060噸/百萬(wàn)美元, 對(duì)應(yīng)的人均GDP達(dá)到5247蓋凱美元, 法國(guó)在1930年達(dá)到CO2排放強(qiáng)度峰值1320噸/百萬(wàn)美元, 對(duì)應(yīng)人均GDP值為4531蓋凱美元。

綜合考察各國(guó)CO2排放強(qiáng)度隨經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平及時(shí)間序列變化軌跡可以發(fā)現(xiàn), 新興快速工業(yè)化國(guó)家,如日本, 在1935年達(dá)到CO2排放強(qiáng)度峰值800噸/百萬(wàn)美元, 對(duì)應(yīng)人均GDP為2120蓋凱美元, 此后緩慢下降。較晚進(jìn)入工業(yè)化進(jìn)程的中國(guó)與日本類似, 同樣具有較低的CO2排放強(qiáng)度頂點(diǎn), 中國(guó)在1960年達(dá)到峰值1770噸/百萬(wàn)美元, 對(duì)應(yīng)的人均GDP為662美元, 從時(shí)間序列上看, 相比先期工業(yè)化國(guó)家以更低的CO2排放強(qiáng)度越過頂點(diǎn), 然后緩慢下降, 并趨于與發(fā)達(dá)國(guó)家一致。隨著能源利用技術(shù)的成熟和進(jìn)步,各國(guó)CO2排放強(qiáng)度總體降低并趨于一致是一種必然趨勢(shì)(圖8)。

2.4 小結(jié)

基于歷史累積CO2排放和人均累積CO2排放兩個(gè)指標(biāo)的國(guó)際對(duì)比發(fā)現(xiàn), 一個(gè)國(guó)家的能源消費(fèi)帶來的CO2排放同其經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展程度和水平密切相關(guān)。發(fā)達(dá)國(guó)家與發(fā)展中國(guó)家的CO2排放不過是先排放與后排放的關(guān)系。

基于典型國(guó)家1900年以來逐年人均CO2排放量的變化歷史分析發(fā)現(xiàn): 發(fā)達(dá)國(guó)家進(jìn)入工業(yè)化階段都經(jīng)歷了人均CO2排放高速增長(zhǎng)期, 在后工業(yè)化階段都出現(xiàn)過人均CO2排放高峰期, 其后開始略有下降或基本保持不變。而發(fā)展中國(guó)家, 如中國(guó)的人均CO2排放水平遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家, 目前仍處于上升階段。

基于單位GDP的CO2排放強(qiáng)度指標(biāo)的歷史軌跡分析發(fā)現(xiàn), 總體上隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平, 各國(guó)GDP的碳排放強(qiáng)度呈現(xiàn)出不對(duì)稱的倒“V”形結(jié)構(gòu), 隨著時(shí)間序列演化出近似倒“U”形軌跡。后進(jìn)工業(yè)化國(guó)家相比先期工業(yè)化國(guó)家以更低的CO2排放強(qiáng)度越過頂點(diǎn), 然后緩慢下降。隨著能源利用技術(shù)的成熟和進(jìn)步, 各國(guó) CO2排放強(qiáng)度總體降低并趨于一致是一種必然趨勢(shì)。

3 全球及中國(guó)碳排放趨勢(shì)分析

3.1 基于全球能源消費(fèi)需求的碳排放趨勢(shì)分析

圖8 部分國(guó)家CO2排放強(qiáng)度隨時(shí)間序列變化軌跡圖(1900-2007; 數(shù)據(jù)來源: CDIAC, 2010; GGDC, 2010)Fig. 8 Trend of CO2emission intensity with time in some major countries (1900-2007; Source: CDIAC, 2010; GGDC, 2010)

基于能源消費(fèi)規(guī)律及對(duì)未來全球經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的預(yù)期, 王安建等對(duì)未來20年的全球能源需求進(jìn)行了科學(xué)預(yù)測(cè)。結(jié)果顯示: 全球一次能源需求總量將從2008年的124億噸油當(dāng)量增長(zhǎng)到2020年的156億噸和2030年的185億噸油當(dāng)量, 增幅分別為25.8% 和 49.2%, 人均能源消費(fèi)達(dá)到 2.4噸油當(dāng)量,人均GDP達(dá)到13800美元。能源消費(fèi)增長(zhǎng)的主要拉動(dòng)者將來自發(fā)展中國(guó)家。全球石油、天然氣和煤炭需求量將分別達(dá)到 54.18億噸、4.88萬(wàn)億立方米和108億噸原煤。

預(yù)測(cè)表明, 2007年至2030年, 發(fā)達(dá)國(guó)家能源需求將僅增加8.8%, 而屆時(shí)發(fā)展中國(guó)家將增加近90%。發(fā)展中國(guó)家將成為全球能源需求增長(zhǎng)的主要?jiǎng)恿?亞洲將成為全球能源增長(zhǎng)的中心。中國(guó)一次能源需求將從2008年的19.6億噸油當(dāng)量增長(zhǎng)到2030年的41億噸油當(dāng)量。

根據(jù)上述能源消費(fèi)預(yù)測(cè)結(jié)果, 基于IPCC基準(zhǔn)方法計(jì)算公式CO2i= (Ai×CFi×ci×10-3- ECi) × OFi×44/12, 式中, i表示燃料類型, CO2表示當(dāng)年燃料的CO2排放量(Gg CO2e), A表示當(dāng)年燃料的表觀消耗量(燃料的種類不同, 計(jì)量單位也不同, 如煤炭、石油等按噸計(jì)算; 天然氣、煤氣等氣體能源按立方米計(jì)算; 電力按千瓦小時(shí)計(jì)算; 熱力按千卡計(jì)算。CF表示將燃料原始單位(表觀消耗量)轉(zhuǎn)換成通用能量單位( TJ )的轉(zhuǎn)換系數(shù), c表示燃料的平均碳含量( t C /TJ) , 乘以10- 3是將t轉(zhuǎn)換成Gg, EC表示扣除的碳量(Excluded Carbon) (Gg C) , OF表示燃料的碳氧化系數(shù), 乘以44/12是將計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)換成CO2排放量?？梢酝扑?030年全球及中國(guó)的CO2排放趨勢(shì)預(yù)測(cè)結(jié)果。參見表1。

3.2 結(jié)果分析

值得注意的是, 上述全球能源消費(fèi)格局的重大變化反映在未來國(guó)際碳減排壓力方面, 已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化的發(fā)達(dá)國(guó)家將顯示出“以逸待勞”的“先排”優(yōu)勢(shì)。

以美國(guó)為例, 2007年, 美國(guó)占世界人口4.58%,消費(fèi)了世界22%的能源, 創(chuàng)造了世界20.5%的GDP;其人均能源消費(fèi)為8.4噸油當(dāng)量, 是世界人均水平的4.8倍, 其中一半以上是用于不創(chuàng)造GDP的生活和交通能源消費(fèi)。如果美國(guó)人節(jié)約消費(fèi)能源, 即維持目前的能源消費(fèi)范圍不擴(kuò)大, 提高能效合理消費(fèi), 那么未來20年其將在科技進(jìn)步的基礎(chǔ)上消化因人口增長(zhǎng)帶來的能源消費(fèi)增量, 以能源消費(fèi)總量不增長(zhǎng)或減少的情況, 保持經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。

相應(yīng)地, 美國(guó)奧巴馬政府主動(dòng)提出的到2020年碳排放比2005年減少17%的“宏偉”目標(biāo), 也將通過發(fā)展新能源、適度調(diào)整能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)和碳捕獲與存儲(chǔ)輕易地實(shí)現(xiàn)。也就是說, 如果美國(guó)人能夠較大程度地改變能源消費(fèi)習(xí)慣, 則完全可以通過能源消費(fèi)總量的下降輕易實(shí)現(xiàn)上述減排目標(biāo)。

表1 全球及中國(guó)能源需求和碳排放預(yù)測(cè)結(jié)果Table 1 Comparison of energy demand and carbon emission predictions in the World and China

反觀正處于工業(yè)化中期的中國(guó), 2007年中國(guó)的人均能耗不及美國(guó)人均的1/3, 僅為目前發(fā)達(dá)國(guó)家平均水平的一半左右, 與之對(duì)應(yīng)的是中國(guó)的人均CO2排放水平也遠(yuǎn)低于美國(guó), 僅相當(dāng)于其1/4(圖9)。但是,經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段決定了中國(guó)的能源消費(fèi)以及CO2排放在總量上仍將保持增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。在國(guó)際碳減排的巨大壓力面前, 無(wú)疑是一個(gè)“負(fù)重前行”的角色, 肩負(fù)總量增長(zhǎng)和結(jié)構(gòu)調(diào)整的雙重重?fù)?dān)。

根據(jù)上述預(yù)測(cè)結(jié)果, 從CO2排放總量上看, 中國(guó)在2020年將超過102億噸, 人口將會(huì)增長(zhǎng)至14.3億,以此計(jì)算中國(guó)人均排放水平依然較低, 僅在7.1噸左右; 2030年, 中國(guó)CO2排放總量增長(zhǎng)至124億噸, 屆時(shí)人口約為14.6億, 人均排放約為8.5噸, 遠(yuǎn)低于美國(guó)2007年人均排放19.4噸的水平, 僅與歐盟2007年8.4噸的排放水平相當(dāng)。如果考慮到歷史排放量, 這一差距還將進(jìn)一步擴(kuò)大。

圖9 中美人均碳排量變化比較(數(shù)據(jù)來源: CDIAC, 2010; GGDC, 2010)Fig. 9 Carbon emissions per capita/metric tons between USA and China (Source: CDIAC, 2010; GGDC, 2010)

按照美國(guó)2020年完成較2005年減少17%碳排放量的目標(biāo)計(jì)算, 屆時(shí)美國(guó)累積碳排放量達(dá)到1111億噸碳, 接近中國(guó)的2倍; 其人均能源消費(fèi)有望降低至7.8噸油當(dāng)量, 但仍為中國(guó)的4.3倍, 相應(yīng)地人均CO2排放量13.79噸, 是中國(guó)的1.9倍。

根據(jù)上述預(yù)測(cè)結(jié)果, 中國(guó)在2020年和2030年CO2排放強(qiáng)度分別為480噸/百萬(wàn)美元、360噸/百萬(wàn)美元, 與2007年的890噸/百萬(wàn)美元相比下降幅度分別高達(dá)46%和60%。中國(guó)2020年人均GDP將達(dá)到1.5萬(wàn)蓋凱美元, 而美國(guó)處于相同經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度的時(shí)間是1970年, 其CO2排放強(qiáng)度則為1430噸/百萬(wàn)美元, 大約是中國(guó)的3倍。2030年, 中國(guó)人均GDP將達(dá)到2.4萬(wàn)蓋凱美元, 相當(dāng)于美國(guó)的1994年, 后者當(dāng)時(shí)的CO2排放強(qiáng)度為820噸/百萬(wàn)美元, 約為中國(guó)的2.3倍。

由此也表明, 從 CO2排放強(qiáng)度的角度而言, 中國(guó)已經(jīng)并將繼續(xù)為減緩溫室氣體排放做出了突出貢獻(xiàn)。因此, 在減緩溫室氣體的國(guó)際談判中, 發(fā)達(dá)國(guó)家片面強(qiáng)調(diào)我國(guó)當(dāng)前CO2排放總量顯然有失客觀和公允。

4 討論與結(jié)論

能源是影響二氧化碳排放的最主要因素, 能源消費(fèi)隨經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展呈現(xiàn)出一系列基本規(guī)律。本文以能源消費(fèi)基本規(guī)律為基礎(chǔ), 按照人均歷史累積CO2排放、人均CO2排放以及CO2排放強(qiáng)度三個(gè)重要指標(biāo), 系統(tǒng)分析了英國(guó)、美國(guó)、法國(guó)、日本、中國(guó)等典型國(guó)家CO2排放的歷史軌跡, 結(jié)果表明,一個(gè)國(guó)家的能源消費(fèi)帶來的CO2排放同其經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展程度和水平密切相關(guān)。發(fā)達(dá)國(guó)家與發(fā)展中國(guó)家的CO2排放不過是先排放與后排放的關(guān)系。發(fā)達(dá)國(guó)家進(jìn)入工業(yè)化階段都經(jīng)歷了人均CO2排放高速增長(zhǎng)期,在后工業(yè)化階段都出現(xiàn)過人均CO2排放高峰期, 其后開始略有下降或基本保持不變。而發(fā)展中國(guó)家,如中國(guó)的人均CO2排放水平遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家, 目前仍處于上升階段。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平, 各國(guó)GDP的碳排放強(qiáng)度呈現(xiàn)出不對(duì)稱的倒“V”形結(jié)構(gòu), 隨著時(shí)間序列演化出近似倒“U”形軌跡。后進(jìn)工業(yè)化國(guó)家相比先期工業(yè)化國(guó)家以更低的CO2排放強(qiáng)度越過頂點(diǎn), 然后緩慢下降。隨著能源利用技術(shù)的成熟和進(jìn)步, 各國(guó)CO2排放強(qiáng)度總體降低并趨于一致是一種必然趨勢(shì)。

基于能源消費(fèi)基本規(guī)律, 本文全面預(yù)測(cè)了未來20年全球及中國(guó)CO2排放量。結(jié)果表明: 2030年中國(guó)CO2排放總量將為124億噸, 人均排放約為8.5噸, 碳排放強(qiáng)度為360噸/百萬(wàn)美元; 與處于相同發(fā)展程度的美國(guó)(1994年)相比, 人均排放指標(biāo)和排放強(qiáng)度指標(biāo)均不到其一半水平。

中國(guó)近年來往往因碳排放總量受到一些國(guó)家的非議, 但任何一個(gè)洞悉歷史與現(xiàn)實(shí)的人都清楚, 這是近幾年才發(fā)生的事, 在1950年以前, 中國(guó)碳排放每年不到 5000萬(wàn)噸碳, 而美國(guó)在 20世紀(jì)初即已達(dá)到2億噸碳以上, 1950年超過8億噸碳, 是中國(guó)排放量的16倍。包括中國(guó)在內(nèi)的新型工業(yè)化國(guó)家出現(xiàn)的碳排放總量和增速變大的背后, 是這些國(guó)家經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的事實(shí)。在世界能源消費(fèi)格局的演變中, 上世紀(jì)90年代開始出現(xiàn)一個(gè)分水嶺, 即發(fā)展中國(guó)家開始超過發(fā)達(dá)國(guó)家的能源消費(fèi)需求, 這意味著占世界人口超過 80%的發(fā)展中國(guó)家將逐漸代替發(fā)達(dá)國(guó)家成為能源消費(fèi)和碳排放的主要力量。因此, 發(fā)展中國(guó)家近年來碳排放增速較快就變得容易理解, 與發(fā)達(dá)國(guó)家走過的道路一樣, 這是其發(fā)展經(jīng)濟(jì)必然要經(jīng)歷的階段。

在全球氣候變化談判中, 中國(guó)學(xué)者任國(guó)玉等(2002)、潘家華等(2009)、丁仲禮等(2009)近年來力主基于人均碳排放指標(biāo)來計(jì)算各國(guó)碳排放權(quán)。國(guó)際上一些學(xué)者, 如海瑞德 ?溫克勒(2008)等一直對(duì)人口基數(shù)較大的中國(guó)在全球氣候變化談判中采用人均排放指標(biāo)頗有微詞, 但是, 即使不考慮這一強(qiáng)調(diào)人文發(fā)展基本權(quán)利的指標(biāo), 中國(guó)在節(jié)能提效以及降低CO2排放強(qiáng)度方面的努力也是舉世矚目的, 2007年中國(guó)每萬(wàn)元GDP能耗已經(jīng)從1995年的4.01噸標(biāo)準(zhǔn)煤降低至1.16噸, 成效十分顯著; 何建坤(2004)研究表明, 從1980到2000年, 中國(guó)碳排放強(qiáng)度年下降率平均為5.5%, 遠(yuǎn)高于世界發(fā)達(dá)國(guó)家。同時(shí), 根據(jù)本文預(yù)測(cè), 中國(guó)在2030年的CO2排放強(qiáng)度指標(biāo)有望比2007年下降60%, 遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于同期發(fā)達(dá)國(guó)家碳排放強(qiáng)度下降率, 充分表明了中國(guó)已經(jīng)并將繼續(xù)為減緩溫室氣體排放所作的突出貢獻(xiàn)。

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A Trend Analysis of Carbon Dioxide Emissions Based on the Energy Demand

LI Xiao-ming, WANG An-jian, YU Wen-jia
Research Center for Strategy of Global Mineral Resource, CAGS, Beijing 100037

Of numerous human activities that produce greenhouse gases, the use of energy represents the largest source of CO2emission. Based on the energy demand theory, this paper analyzes the historical track of CO2emissions of typical countries according to inference of cumulative CO2emissions, CO2emissions per capita and CO2emission intensity, and then predicts CO2emissions in the next 20 years. It is found that in 2030, cumulative CO2emission, CO2emission per capita and CO2emission intensity in China will reach 12400 million ton, 8.5 ton and 0.36. As for the level of CO2emission per capita, China is far below the level of developed countries, and the CO2emission intensity of China will keep going down in the next 20 years. So it’s clear that China has already made and will continue to make a contribute to reducing greenhouse gas emissions.

energy demand theory; in 2030; prediction of CO2emission

F113.3; F113.4

A

1006-3021(2010)05-741-08

本文由地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目(編號(hào): N0702)和國(guó)家開發(fā)銀行研究項(xiàng)目(編號(hào): E0811)聯(lián)合資助。

2010-07-30; 改回日期: 2010-09-02。

李曉明, 1978年出生。在讀博士研究生。主要從事資源經(jīng)濟(jì)學(xué)、資源環(huán)境學(xué)方向研究。通訊地址: 100037, 北京市西城區(qū)百萬(wàn)莊大街26號(hào)。電話: 010-82616610。E-mail: emailtolee@163.com。