基于統(tǒng)計分析及“450情景”的碳減排策略

宋 翠,趙曉麗

(華北電力大學經(jīng)濟與管理學院,北京 102206)

基于統(tǒng)計分析及“450情景”的碳減排策略

宋 翠,趙曉麗

(華北電力大學經(jīng)濟與管理學院,北京 102206)

環(huán)境、氣候問題的不斷加劇,促使“低碳經(jīng)濟”受到世界各國的廣泛關注。本文通過對比分析中國及世界主要國家CO2排放及碳密度的基本狀況,結(jié)合450情景,對中國能源消費的環(huán)境效應及預期進行分析,探討了與中國能源行業(yè)高碳排放的關鍵因素。最后,針對中國特殊的發(fā)展階段,對降低CO2排放的能源發(fā)展路徑進行了探究。

CO2排放;450情景;碳密度;碳減排策略

一、綜述

經(jīng)濟發(fā)展帶來的能源使用量的增加,使得大氣中二氧化碳濃度升高,隨之而來的全球氣候變暖問題受到世界各國人民的廣泛關注。2003年,英國政府《我們能源的未來:創(chuàng)建低碳經(jīng)濟》能源白皮書的頒發(fā),將“低碳經(jīng)濟”高調(diào)推到了世界各國政府的面前。此后,歐美發(fā)達國家大力推進以高能效、低排放為核心的“低碳革命”,著力發(fā)展“低碳技術”,幷對產(chǎn)業(yè)、能源、技術等政策進行調(diào)整,以搶占市場先機和產(chǎn)業(yè)制高點。在這種背景下,以低能耗、低污染為基礎的“低碳經(jīng)濟”迅速成為全球熱點,低碳經(jīng)濟爭奪戰(zhàn)在全球悄然打響。

中國目前正處于城市化和工業(yè)化改革的關鍵時期,能源消費量很高,再加上中國以煤炭為主的能源消費結(jié)構,就不可避免地導致CO2排放量的增加。1990年到2008年期間,中國 CO2排放量以年均約6%的速度迅速增長,到2008年,CO2排放量高達65.3億噸,連續(xù)兩年高于美國CO2排放量,成為世界上最大的CO2生產(chǎn)國①數(shù)據(jù)來源:U.S.EIA.詳見http://www.eia.doe.gov/environment.html.。中國CO2排放量的迅速增加,引起了政府領導人的高度重視。中國政府對發(fā)展“低碳經(jīng)濟”持肯定觀點,并通過一系列持續(xù)性政策措施予以支持。能源局及發(fā)改委氣候變化部門的先后成立,從政府監(jiān)管的角度為氣候、環(huán)境變化提供了保障。

“低碳經(jīng)濟”已經(jīng)引起了學術界諸多學者的廣泛關注。不少學者致力于探討中國低碳經(jīng)濟發(fā)展的可行性分析。Jiang Bing(2010)對比分析了中國及世界各國的資源儲量及低碳能源發(fā)展現(xiàn)狀,指出了中國低碳能源的發(fā)展戰(zhàn)略參考。Hengwei Liu(2010)在低碳經(jīng)濟背景下,分析了碳捕捉和儲存技術(CCS)的發(fā)展方向和路線,指出CCS技術可能是低碳能源發(fā)展的關鍵。此外,Tao Wang(2010) 、Ming Zhang(2009)、王仕軍(2009)等學者也對中國低碳經(jīng)濟的發(fā)展進行了研究。

本文研究的目的在于,通過對比分析中國及世界主要國家CO2排放及碳密度的基本狀況,以IEA(2009)的中國450情景模擬為基礎,為中國的哥本哈根會議減排目標的實現(xiàn)提供一定的理論借鑒。

二、能源消費結(jié)構及環(huán)境效益分析

(一)能源消費結(jié)構現(xiàn)狀分析

處于城市化和工業(yè)化進程中經(jīng)濟快速發(fā)展的中國,能源需求不斷增加,能源消費量不斷增長。2000年到2005年,中國一次能源需求增長率超過了 55%,占世界一次能源需求的 16%。到2006年,中國業(yè)已超過美國成為世界上最大的能源消費國(EIA,2004)。據(jù)預測,到 2030年,中國、印度一次能源消費量將占世界一次能源需求總量的51%(IEA,2008)。

中國以煤炭資源為主的能源消費結(jié)構,煤炭資源消費量占中國一次能源消費的比重接近70%,在當前“低碳經(jīng)濟”背景下,引起了世界各國的廣泛關注。2000年到2008年,中國能源消費產(chǎn)生的CO2排放量由28.7億噸增加到65.3億噸①,接近全世界總量四分之一,比美國CO2排放量高出12.01%,占世界能源消費CO2排放量的21.5%。雖然,中國人均CO2排放量相對較低,2008年僅為美國的四分之一,但是,基于巨大的人口基數(shù),能源消費所帶來的CO2排放總量不容忽視。

據(jù)國際能源署估計,至少在2030年以前,為滿足經(jīng)濟發(fā)展的需求,中國能源消費中煤炭消費的主導地位將不會改變(IEA,2007)。如圖2-1所示,2008年,煤炭消費占中國能源消費的68.6%,雖然較2007年的69.5%有所下降,但仍然處于絕對地位。

圖2-1 2008年中國能源消費總量構成

另一方面,1998年以來,中國能源強度不斷上升,到2007年已經(jīng)達到7.668萬噸標準煤/億元,與1988年的能源強度水平(7.674萬噸標準煤/億元)相當(趙曉麗,2009)。中國能源強度的不斷上升,反映出能源利用效率的不斷下降,背離了“低碳經(jīng)濟”發(fā)展的要求。中國能源消費以煤炭為主體的結(jié)構特征,導致煤炭成為能源消費CO2的主要來源。

(二)環(huán)境效益分析

1.與世界主要國家對比分析

中國經(jīng)濟發(fā)展的特殊階段和模式,決定了中國CO2排放總量的顯著性增長。2002年以來,中國電力市場改革的不斷深入,激勵了各電力公司不斷興建新的電廠。但同時,燃煤電廠的大量增加所帶來的煤炭消耗的不斷增大,導致CO2排放總量陡增,并以年均高達10%左右的增速迅猛增長。如圖2-2,與發(fā)達國家相比,2004年,中國CO2排放總量51.34億噸,超過歐盟27國排放總量43.14億噸,僅次于美國;2007年,中國 CO2排放總量達到62.47億噸,占全球的21%,超過美國 2.43億噸,成為世界上最大的 CO2制造國。

圖2-2 主要發(fā)達國家和發(fā)展中國家溫室氣體排放

雖然,中國人均 CO2排放量相對較低,略高于世界平均水平。以2008年為例,中國人均CO2排放量僅為美國的四分之一,英國的二分之一。但是,與發(fā)展中國家的印度相比,人均CO2排放量卻相當高,大約為印度人均CO2排放量的三倍(如圖 2-3)。

圖2-3 2008年能源消費產(chǎn)生的人均CO2排放量

另外,還需要注意的是,2000年以來,由于CO2排放量的迅速增長,中國人均CO2排放量增長速度也明顯加快。2006年,CO2人均排放量首次超過世界平均水平約0.02噸/人,并在接下來的兩年內(nèi)持續(xù)上升。因此,CO2減排已成為中國未來面臨的一個重要任務。

2.國內(nèi)CO2排放總量分析

工業(yè)化進程的加快和城市化進程的發(fā)展,推動了中國能源消費CO2排放量不斷增加。2008年,能源消費CO2排放超過60億噸①數(shù)據(jù)來源:U.S.EIA.詳見http://www.eia.doe.gov/environment.html.,相比2000年增幅高達一倍多。圖2-4顯示,20世紀80年代以來,中國能源消費CO2排放量不斷增加,煤炭、石油、天然氣各自CO2排放量不斷增加的同時,推動了能源消費CO2排放總量的上升。1998年前后的一到兩年中,能源消費CO2排放量出現(xiàn)短期下降趨勢,這主要與中國發(fā)改委、能源辦采取的關停能耗高、污染重的小火電機組的政策相關。同時,“富煤、缺油、少氣”的能源格局,導致煤炭成為中國能源消費CO2排放的主要來源。上世紀80年代以來,煤炭在CO2排放中的“貢獻率”基本維持在80%以上。1998年的短期下降,也是基于政策因素的短期效應影響。從煤炭資源自身來看,其碳排量總體亦呈上升趨勢,2008年高達53.82億噸②數(shù)據(jù)來源:U.S.EIA.詳見http://www.eia.doe.gov/environment.html.。

圖2-4 中國能源類型消費產(chǎn)生的CO2排放量及總量

國際上主要溫室氣體排放量數(shù)據(jù)庫主要有IEA、EIA、CDIAC、UNFCCC 等,各機構對中國CO2排放量統(tǒng)計的大小順序為 IEA>EIA>CDIAC,與均值誤差基本在 ±5%之內(nèi)。(曲建升,2008)。一方面,美國能源信息署(EIA)在計算能源相關的CO2排放時,考慮了國際貿(mào)易中的能源排放量問題;另一方面,由于該數(shù)據(jù)來源主要為公開資料或其他組織的二手資料,因此,在碳排放計算中存在一定的高估性。

3.碳濃度分析

“碳濃度”(carbon intensity)指 GDP每增加一美元所產(chǎn)生的碳排放量,從“碳濃度”中,可以直接反應出經(jīng)濟發(fā)展與CO2排放量間的關系。碳濃度越高,說明經(jīng)濟發(fā)展對環(huán)境的負面影響越大。反之,影響越小,越符合“低碳經(jīng)濟”發(fā)展的要求。

中國碳濃度指標嚴重超過世界平均水平。1990年到2008年,全球碳濃度以年均1.4%的速度增長。2008年,中國碳濃度為 2.12噸/美元(IEA,2009),為世界平均水平的3.5倍。數(shù)據(jù)顯示,中國經(jīng)濟發(fā)展過程中,所付出的環(huán)境成本要遠遠高于世界平均水平。圖2-5從總體上,對我國與世界上部分發(fā)達國家與發(fā)展中國家“碳濃度”情況進行了對比。由圖2-5可知,我國碳濃度水平遠遠超過世界平均水平,相對于印度等其他發(fā)展中國家,中國碳濃度值仍然較高,環(huán)境成本較大。

認識到與世界發(fā)達國家及主要發(fā)展中國家差距的同時,我們也應看到,20世紀80年代以來,中國碳濃度一直處于下降趨勢,雖然2000年之后出現(xiàn)了短期上升趨勢(圖2-5),但由于政府、企業(yè)各部門的重視,碳濃度整體呈下降趨勢,并將在之后繼續(xù)保持。2008年的碳濃度僅為1980年的一半。此外,這也從另一方面表明,中國降低CO2排放的能源發(fā)展路徑具有很大的空間和可行性。

圖2-5 主要發(fā)達國家及發(fā)展中國家碳濃度

(三)中國與發(fā)達國家碳排放的減排責任

CO2減排是中國在減緩全球氣候變暖中應承擔的一項義務。但另一方面,當前中國正處于工業(yè)化、城市化發(fā)展的關鍵時期,經(jīng)濟發(fā)展迅速,能源消耗量不斷上升。雖然近年來人均CO2排放量在逐漸上升,但這與中國所處的特殊經(jīng)濟發(fā)展階段有關。從長期以來的CO2累計排放量來看(圖2-6),發(fā)達國家對環(huán)境的影響遠遠高于中國。以美國為例,其2005年累計碳排放總量高達3184.321億噸,是中國的3.41倍。對其他發(fā)達國家碳排放累積量而言,相對中國巨大的人口基數(shù),其對環(huán)境的影響也遠遠超過中國。由于環(huán)境影響的長期性和延續(xù)性,對環(huán)境氣候變化造成巨幅影響的應該是包括美國在內(nèi)的多個國家在工業(yè)化革命階段的粗放式能源使用方式。

圖2-6 主要國家碳排放累積量(1900-2005)

全球?qū)夂騿栴}的關注及其中國改革的特殊進程,使得中國很容易被世界各國推入環(huán)境氣候問題的中心。中國在全球控制氣候變化中應該承擔責任,但是,相對已經(jīng)完成工業(yè)化變革的發(fā)達國家而言,應注意責任的均衡和區(qū)別。即中國承擔的CO2減排原則應該是“共同但有區(qū)別的責任原則”。

三、“450情景”下降低CO2排放的關鍵行業(yè)分析

(一)“450 情景”簡介

所謂“450情景”,即將大氣中的溫室氣體濃度穩(wěn)定在450ppm(相當于參考情景模擬中CO2濃度值的一半)以下,以及在這一目的前提下各國需要采取的政策。在該情景下,各國要采取相互協(xié)調(diào)的措施,限制全球氣溫升高2℃。

“450情景”涉及以下基本假設(IEA,2009):

假設1:OECD+國家從2020年開始承擔溫室氣體減排的責任,其他國家則立刻采取限制溫室氣體減排的措施和政策,并產(chǎn)生和購買“碳稅”。2020年之后,減排責任進一步擴大到其他主要的經(jīng)濟體,如中國、俄羅斯和中東地區(qū)。

假設2:全球溫室氣體CO2濃度值的的最高點為44Gt,在2020年之前達到;到2050年,該值下降到21Gt。

假設3:全球各國采取國際合作,通過有效的國際政策機制,保障政策的有效實施。不同群體的國家根據(jù)各自經(jīng)濟的發(fā)展水平,在不同的時間段采取不同的減排目標。

假設4:GDP與參考模型相比,不存在顯著性變化。2015年之前,燃料價格根據(jù)參考情景發(fā)生變化;同時假定石油價格在2020年達到每桶90美元。

(二)模型應用于中國的結(jié)果分析

根據(jù)450情景模擬假設進行情景分析,得出采取不同的政策、技術等因素,可能得到的不同的結(jié)果。盡管中國在全球CO2排放量中的比重會由2007年的21%增加到2020年的28%,但是,與參考情景相比,到2020年,中國CO2排放量將減少12%,2030年將減少高達35%的溫室氣體排放量(如表3-1)。450情景中,包括中國在內(nèi)的OME國家,主要在2020年之后采取嚴格的碳減排政策。因此,2020年之后到2030年,CO2排放量將大幅度下降。與2020年相比,2030年的CO2排放量將下降1343Mt,比同期參考情景降低39%。

另外,從表3-1還可以看出,由于中國當前CO2排放基數(shù)較大,相對于美國、印度等國家存在更大的減排空間。

根據(jù)IEA-450情景模擬,中國2020年能源消費產(chǎn)生的CO2排放量達到7.1Gt,較2007年的6.1Gt將增加38%(IEA,2009)。表3-2具體列出了各行業(yè)能源消費產(chǎn)生的CO2排放量。2030年,中國CO2排放量較2007年提高63.9%。但是,工業(yè)部門CO2排放量出現(xiàn)了下降趨勢。這主要與情景假設中,國家采取產(chǎn)業(yè)結(jié)構調(diào)整,增大第三產(chǎn)業(yè)及服務業(yè)的比重,降低能耗高的重工業(yè)的政策措施相關。

表3-1 450情景下,中國及主要國家國內(nèi)CO2排放量(單位:Mt)

表3-2 按部門分,中國能源消費產(chǎn)生的CO2排放量(單位:Gt)

電力、運輸業(yè)、建筑業(yè)等部門CO2排放量均有所增加,運輸業(yè)增幅最大。這表明,在未來10到20年的經(jīng)濟發(fā)展過程中,中國交通運輸所消耗的能源量將大幅度提升,CO2排放量也將迅速提高。政府應采取相應措施,降低交通運輸業(yè)對化石能源的消費,是實現(xiàn)以降低CO2為目標的能源發(fā)展路徑的關鍵之一。

從CO2排放量部門構成比例來看,如圖3-1,電力部門CO2排放量比例在2020年兩種情景

圖3-1 中國不同部門能源消費產(chǎn)生的CO2排放量及比例

資料來源:IEA,World Energy Outlook 2009.下,均呈上升趨勢,但從長期來看,到2030年,電力部門對CO2排放總量的影響相對降低,未來電力行業(yè)對環(huán)境的負面影響將逐步減弱。運輸業(yè)比重則不斷呈現(xiàn)增長態(tài)勢,這從結(jié)構方面再次說明,未來中國交通運輸在能源消耗及CO2排放方面的重要地位。

表3-3 450情景下,中國關鍵性指標(部分)

縱觀表3-3其他關鍵性指標,由于450情景假定,GDP、人口規(guī)模均與參考情景相同,故兩者在2020年、2030年沒有差異。減排政策效應使得450情景下,中國CO2排放量的比重較 RS情景較低。碳濃度指標在兩種情景下存在較大差別,450情景下各項政策對碳濃度的降低起到了明顯的促進作用。對電力部門碳濃度指標的差異,既表明政府采取相關鼓勵性政策,刺激低碳技術(如CCS技術)在電力部門的應用,對降低CO2排放的能源的發(fā)展有很大的指導性作用。

四、碳減排策略建議

(一)調(diào)整能源消費結(jié)構,逐步提高可再生能源比例

中國能源消費以火電為主的現(xiàn)狀,是造成經(jīng)濟促使碳排放猛增的基本點。2000年以來,中國可再生能源電廠裝機呈迅速上升趨勢,2008年,中國風電裝機容量達到6300MW,裝機總量居世界第二,累計風電發(fā)電量達到12210MW(Jiang et al.,2010)。

國家要進一步調(diào)整能源消費結(jié)構,以可再生能源電廠裝機增加來代替化石能源裝機電廠的投產(chǎn),從而使“低碳電力”帶動“低碳能源”的形成和發(fā)展。

(二)鼓勵技術進步,降低碳濃度

分析顯示,中國碳濃度高于同期世界平均水平及印度等發(fā)展中國家的水平?！疤紳舛取笨梢灾苯臃磻鼋?jīng)濟發(fā)展與CO2排放量間的關系。很明顯,中國經(jīng)濟的發(fā)展高于世界平均經(jīng)濟發(fā)展所帶來的環(huán)境負效應。因此,政府應以政策形式,鼓勵技術進步,增加對降低碳濃度的技術支持,鼓勵企業(yè)積極進行技術研發(fā),降低碳濃度。

(三)調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構,增加服務業(yè)及第三產(chǎn)業(yè)的比重

450 情景分析表明,未來對CO2排放總量的“貢獻率”,電力行業(yè)的比率雖然有所下降,但仍然居于主體地位;交通運輸業(yè)在未來的比重不容忽視。電力、交通運輸行業(yè)的不斷發(fā)展,對能源需求的不斷增長,在以煤炭為主要能源的中國,必然帶來煤炭消耗量的增加,從而增加CO2排放量。

政府應通過政策或資金支持手段,鼓勵服務業(yè)及第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,降低電力、交通運輸?shù)刃袠I(yè)在國民經(jīng)濟體系中的比重,引導經(jīng)濟向“低碳”方向發(fā)展。

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Reduction Strategy of Carbon Emission Based on the Statistical Analysis and the 450 Scenario

SONG Cui,ZHAO Xiao-li
(School of Economics and Management,North China Electric Powe University,Beijing 102206,China)

“Low carbon economy”has attracted broad global attention with the increase of serious environmental and climate deterioration.This paper compares the CO2emission and carbon intensity between China and other main countries in the world,considering the 450 scenario,to analyze the environmental influence of China’s current energy consumption the future of CO2emission.The paper explains the key factors affecting environmental protection and CO2emission in China.At last,the suggestions of how to reduce CO2emission through developing new energy strategy are provided.

CO2emission;450 scenario;carbon intensity;reduction strategy of carbon emission

D920.4

A

1008-2603(2010)04-0015-06

2010-05-16

國家自然科學基金(項目編號:70773040);華北電力大學博士基金項目。

宋翠,女,華北電力大學經(jīng)濟與管理學院碩士研究生;趙曉麗,女,華北電力大學經(jīng)濟與管理學院教授。

(責任編輯:李瀟雨)