能源活動碳排放核算與減排政策選擇

朱婧+劉學(xué)敏

摘要應(yīng)對氣候變化的科學(xué)基礎(chǔ)是摸清區(qū)域碳排放基本狀況，對碳排放現(xiàn)狀的梳理是探索環(huán)境改善路徑的依據(jù)。探索低碳發(fā)展路徑的核心在于減排政策選擇，同時也是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的條件保障。京津冀協(xié)同發(fā)展背景下區(qū)域環(huán)境保護及大氣污染治理成為研究熱點，河北省資源環(huán)境容量與經(jīng)濟增長之間的矛盾日益凸顯，生態(tài)文明、可持續(xù)發(fā)展的要求促使探明環(huán)境現(xiàn)狀，研究節(jié)能減排低碳發(fā)展的創(chuàng)新機制。摸清河北省碳排放基本現(xiàn)狀，探明能源需求和碳排放的演變規(guī)律，對河北省探索低碳發(fā)展路徑具有實踐意義。本文基于河北省全域的數(shù)據(jù)資料和實地調(diào)查，核算了河北省下轄11個地級市能源活動引起的碳排放，分析了2005-2013年碳排放的時空演化規(guī)律，以情景分析方法為基礎(chǔ)，預(yù)測了河北省到2030年的碳排放狀況。認為：第一，能源活動的碳排放量從研究時間尺度上來看，始終保持增長的趨勢，且2009年以后增長更為顯著；從空間尺度上來看，唐山市的排放始終是全省最高。第二，基于情景分析對河北省能源活動的碳排放可能狀況進行預(yù)測?；鶞是榫笆桥欧帕孔罡叩那榫?；低碳情景下2025年前后碳排放量基本穩(wěn)定；強化低碳情景下設(shè)定2030年回到2005年的排放水平上，人均碳排放量始終保持下降，2030年將與全國2012年的人均排放平均水平相當。

關(guān)鍵詞碳排放核算；時空特征；情景分析；低碳發(fā)展

中圖分類號F124.5文獻標識碼A文章編號1002-2104（2016）07-0070-06doi：103969/jissn1002-2104201607009

碳排放核算是認識城市能源消費和碳排放狀況的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，有利于城市碳排放核算體系的完善，是科學(xué)評價城市低碳發(fā)展所處階段的重要指標，更是制定減排政策的重要依據(jù)。已有研究對于碳排放核算方法主要采用《2006年IPCC國家溫室氣體清單指南》中的部門核算方法或排放系數(shù)法、基于IPAT方程測度區(qū)域能源消費碳排放量、以及徐國泉提出的碳排放量分解模型等。在數(shù)據(jù)資料方面多結(jié)合我國能源統(tǒng)計系統(tǒng)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，即在一定時期內(nèi)地區(qū)用于生產(chǎn)、生活所消費的各種能源總量，統(tǒng)計范圍通常包括煤炭、焦炭、各類石油、天然氣等實物消費量，數(shù)據(jù)多來源于《中國統(tǒng)計年鑒》《中國能源統(tǒng)計年鑒》等。排放因子的選擇上有直接采用IPCC推薦的缺省值，也有采用不同研究機構(gòu)的研究成果，如DOE/EIA、日本能源經(jīng)濟研究所、國家發(fā)展和改革委員會能源研究所、中國工程院、環(huán)保部溫室氣體控制項目等發(fā)布的排放因子值，還有學(xué)者選擇經(jīng)修正的排放因子進行計算，如取各類因子的平均值等不同做法[1-6]。

減排政策制定依賴于碳排放核算的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和準備資料。2015年通過的《巴黎協(xié)議》從國際社會層面對全球應(yīng)對氣候變化提出了約束性的要求，2030可持續(xù)發(fā)展議程也設(shè)定了包括應(yīng)對氣候變化在內(nèi)的經(jīng)濟社會環(huán)境發(fā)展目標，從國際社會到國內(nèi)實踐，碳減排政策影響著排放峰值拐點出現(xiàn)時的發(fā)展狀況。京津冀地區(qū)以北京、天津兩大城市為核心，河北省在區(qū)域一體化的發(fā)展中處于經(jīng)濟、社會和資源環(huán)境的洼地，京津冀協(xié)同發(fā)展背景下環(huán)境治理改善的重點在于河北省大氣污染治理，因此河北省應(yīng)對氣候變化的積極舉措將對區(qū)域整體的經(jīng)濟發(fā)展方式轉(zhuǎn)變起到推動作用。本文選擇河北省全域作為研究區(qū)，按照基本現(xiàn)狀、時空演變、未來預(yù)測的邏輯思路展開，以核算河北省能源活動碳排放為研究重點，旨在完善和發(fā)展河北省碳排放核算的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，重點掌握其歷史規(guī)律、現(xiàn)狀水平和時空演進特征，結(jié)合國家溫室氣體排放峰值拐點的基本預(yù)期，以及京津冀區(qū)域大氣污染治理的資源環(huán)境約束，應(yīng)用情景分析方法預(yù)測河北省能源需求和碳排放的未來發(fā)展趨勢，探討資源環(huán)境制約條件下區(qū)域減排的政策選擇以及可持續(xù)發(fā)展的有效路徑，為河北省開展生態(tài)環(huán)境調(diào)研、治理與改善提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和實踐指導(dǎo)。

1河北省能源活動碳排放核算

1.1方法學(xué)及數(shù)據(jù)來源

對省級溫室氣體排放的核算主要采用國家發(fā)改委研究的《省級溫室氣體排放清單編制指南（試行）》，對能源生產(chǎn)和消費、工業(yè)生產(chǎn)過程、農(nóng)業(yè)、土地利用變化和林業(yè)、廢棄物處理幾方面活動引起的溫室氣體排放量進行計算，以省級行政轄區(qū)作為核算邊界，反映了省域作為一個單元整體的溫室氣體排放狀況。以河北省下轄的11個地級市作為核算的地理邊界，一方面了解全域能源消耗導(dǎo)致的碳排放狀況，另一方面對排放的時空演變特征進行更加直觀的分解。對城市溫室氣體核算的基本方法采用排放因子法，即通過不同能源種類的消費量活動水平數(shù)據(jù)乘以相應(yīng)的排放因子參數(shù)來計算[7-8]。

E=∑Fi×EFi（1）

其中，E表示城市能源活動產(chǎn)生的碳排放總量，F(xiàn)為能源實物消費量，EF為不同能源消費種類相應(yīng)各自的排放因子，i為能源消費種類。

活動水平數(shù)據(jù)主要包括能源活動、工業(yè)生產(chǎn)過程、農(nóng)業(yè)活動、土地利用變化和林業(yè)活動、廢棄物處理活動水平數(shù)據(jù)，研究的時間尺度選擇河北省11個地級市2005-2013年的數(shù)據(jù)資料，城市社會、經(jīng)濟發(fā)展的基本情況以及能源消費等狀況的數(shù)據(jù)收集采用了自上而下和自下而上相結(jié)合的辦法。其中，自上而下的數(shù)據(jù)收集主要來源于歷年的《河北省統(tǒng)計年鑒》《河北省經(jīng)濟年鑒》、能源平衡表、各城市的統(tǒng)計年鑒、社會經(jīng)濟統(tǒng)計公報、能源統(tǒng)計年鑒及部分城市能源平衡表、行業(yè)協(xié)會發(fā)布的調(diào)研報告等，自下而上的數(shù)據(jù)則主要通過實地調(diào)研和專家估算數(shù)據(jù)等取得，少量缺失數(shù)據(jù)采用了回歸分析的估算方式，涉及到的社會經(jīng)濟等數(shù)據(jù)按照2005年不變價格進行了調(diào)整。排放因子通常采用研究機構(gòu)發(fā)布的指南或根據(jù)本地排放情況進行修正，本文計算時采用了世界資源研究所關(guān)于排放因子的研究以及《省級溫室氣體排放清單編制指南（試行）》和《能源消耗引起的溫室氣體排放計算工具指南（2.1版）》的排放因子數(shù)據(jù)[7]。

朱婧等：能源活動碳排放核算與減排政策選擇中國人口·資源與環(huán)境2016年第7期1.2時間尺度上的排放值

能源活動的核算范圍主要包括城市地理邊界內(nèi)的消費固體燃料（原煤、洗精煤、焦炭等）、液體燃料（汽油、柴油）和天然氣等的排放量，即范圍一排放，以及城市調(diào)入調(diào)出的電力和熱力排放，即范圍二排放。進行范圍一核算時資料數(shù)據(jù)較為完整，對2005-2013年的排放核算結(jié)果發(fā)現(xiàn)：①從排放總量上來看，唐山市排放量始終最高，占比為河北省全域排放總量的一半以上，這與其工業(yè)結(jié)構(gòu)布局密切相關(guān)，鋼鐵、電力、水泥、造紙、選礦、陶瓷等生產(chǎn)皆為高污染高排放的行業(yè)，尤其是唐山作為國家重要的能源、原材料工業(yè)基地的城市發(fā)展定位，導(dǎo)致碳排放總量較大。衡水市、承德市和秦皇島市的排放相對最低，主要由于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中發(fā)展第三產(chǎn)業(yè)尤其是旅游經(jīng)濟所致；②從碳排放量的整體變化上看，所有城市的排放均呈增長的趨勢，2009年以后增幅更為明顯，且城市之間的增速差異較大，如廊坊市年均增長最快約為17%左右，秦皇島市年均增長最表1能源活動碳排放量（范圍一）

慢約為3%左右（見圖1）；③范圍二的核算受獲取資料限制，只針對石家莊市、唐山市、邯鄲市和秦皇島市的范圍二排放（其中唐山市缺少2012年和2013年的數(shù)據(jù)）進行核算，研究時段內(nèi)唐山市的排放最高，始終保持增長的態(tài)勢，其范圍二的排放比其它城市范圍一排放量還要高，石家莊市、邯鄲市和秦皇島市的范圍二排放量則保持相對穩(wěn)定，說明城市調(diào)入調(diào)出的電力和熱力總量變化不大（見表1）。

1.3空間尺度上的演化特征

將研究區(qū)域的能源活動碳排放總量進行空間尺度上的研究，比較2005年、2010年和2013年的排放狀況，能夠更加直觀地了解河北省全域碳排放的空間變化特征：①2005年，按照城市碳排放量基本可以分為3類，唐山市排放量最高超過9 000萬t，保定市、石家莊市、邢臺市和邯鄲市屬于排放次高的3 000-5 000萬t的范圍，此外的其它6個城市排放量少于3 000萬t，屬于河北省排放較少的城市；②2010年，隨著工業(yè)產(chǎn)業(yè)的進一步發(fā)展，河北省排放的空間格局有了一定的變化，唐山市仍舊排放量最高，排放量顯著增加的有石家莊市、邢臺市、邯鄲市和滄州市，排放均大于5 000萬t；③由于經(jīng)濟增長、城鎮(zhèn)化的高速推進，加之城市本身的資源稟賦和發(fā)展定位等原因，碳排放量進一步增加，2013年顯著增加的是保定市和邯鄲市，均超過了7 000萬t?？傮w說來，若以北京市的地理位置為基準，則北京市以北的幾個城市排放相對較小，以南的城市排放較大。近10年中各城市的碳排放都有所增長，唐山市始終是排放量最高的城市，承德市和秦皇島市相對排放量最低，但通過對2013年排放情況的分析，發(fā)現(xiàn)承德市和秦皇島市的排放量也有所增長，亟待探索區(qū)域低碳發(fā)展的新途徑（見圖2）。

1.4碳排放慣性增長預(yù)測

為了進一步判斷河北省整體的能耗及碳排放發(fā)展趨勢，假設(shè)延續(xù)當前的發(fā)展特點和以往的發(fā)展模式，就能耗強度指標而言，“十一五”期間年均下降了6.6%，“十二五”期間年均下降了3.2%，若到2030年以前仍能保持“十二五”期間年均能耗下降的水平，那么到2015年、2020年、2025年和2030年的能耗強度將分別為1.107、0.942、0.802和0.683。假設(shè)按照目前的慣性發(fā)展趨勢，進一步對碳排放狀況進行預(yù)估，選擇Kaya模型表達式為基礎(chǔ)估算2015-2030年河北省碳排放量[9-10]。式（2）為估算碳排放量采用的Kaya模型表達式。

CO2=P×（GDP/P）×（E/GDP）×（CO2/E）（2）

其中，P為年底人口數(shù)，GDP/P為人均GDP，E/GDP為能源強度，主要與技術(shù)水平相關(guān)，CO2/E為碳排放系數(shù)，

主要與能源利用結(jié)構(gòu)有關(guān)。Kaya模型中對人口參數(shù)的預(yù)測以河北省衛(wèi)生計生委的相關(guān)規(guī)劃為依據(jù)，河北省人口發(fā)展“十二五”規(guī)劃中將人口年均自然增長率控制在7.13‰以內(nèi)，總?cè)丝诳刂圃? 400萬人以內(nèi)。從“十三五”開始，人口增速將會快速下降，但人口總量仍將呈慣性增長態(tài)勢，預(yù)計將保持4‰左右的增長率。到2020年，人口增長將達到7 500萬人，2025年前后預(yù)計實現(xiàn)總?cè)丝诜逯? 700萬人左右，之后開始緩慢減少，預(yù)計將出現(xiàn)2‰左右的下降率，到2030年下降到7 600萬人左右。

對人均GDP參數(shù)的預(yù)測考慮實際經(jīng)濟增速，2014年底河北省人均GDP為6 500美元左右，顯示出處于工業(yè)化階段中期的基本特征，第二產(chǎn)業(yè)拉動經(jīng)濟增長的特點比較明顯。就國家發(fā)改委對經(jīng)濟增長的趨勢預(yù)測，分別按照“十三五”、“十四五”、“十五五”期間年均GDP經(jīng)濟增速為7%、6%和5%的假設(shè)，結(jié)合《河北省國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十二個五年規(guī)劃綱要》及其他相關(guān)經(jīng)濟預(yù)測數(shù)據(jù)，以2015年為基準年份，設(shè)置“十二五”期間保持8.5%的經(jīng)濟增速， “十三五”、“十四五”、“十五五”期間則分別為7%、6%和5%，那么在此預(yù)測條件下河北省人均GDP的變化情況見圖3。

基于Kaya模型按照目前的發(fā)展趨勢估算，碳排放的變化與能耗強度下降率直接相關(guān)。若考察人均碳排放量指標，則預(yù)估在2015年、2020年、2025年和2030年分別為11.7 t/人、13.7 t/人、15.3 t/人和16.8 t/人，和全國平均水平相比較而言，2013年全國人均碳排放約7.2 t，顯然依照目前的發(fā)展趨勢是不可取的。對比國家能源發(fā)展規(guī)劃中對能耗強度的目標要求設(shè)置，2015年全國能耗強度目標定為0.68，并作為約束性指標執(zhí)行，即保持政策環(huán)境不變、經(jīng)濟慣性增長路徑為特征，則河北省要到2030年前后才有可能與全國2015年的能耗強度水平相當，能耗水平落后全國平均水平約15年。因此若按照碳排放的慣性增長趨勢，河北省資源環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展將承受巨大壓力，亟待尋找區(qū)域低碳發(fā)展的實施路徑。

2.1方法學(xué)

情景分析法在低碳城市的政策制定和發(fā)展戰(zhàn)略研究領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，發(fā)揮了重要的預(yù)測分析工具作用。以情景分析法為基礎(chǔ)的研究多基于人為設(shè)定不同情景及相應(yīng)參數(shù)的方式開展預(yù)測，根據(jù)經(jīng)濟、社會、能源利用等的歷史發(fā)展規(guī)律及未來政策導(dǎo)向、發(fā)展走勢等設(shè)定情景分析的相關(guān)條件，探討低碳城市發(fā)展可能的能源需求和碳排放狀況，最后根據(jù)預(yù)測的多種可能給出相應(yīng)的改善環(huán)境管理的計劃行動。情景分析研究的實質(zhì)是構(gòu)建了一套中長期戰(zhàn)略預(yù)測的框架，基于現(xiàn)實情況或可預(yù)見到的未來發(fā)展趨勢，預(yù)測未來情形和發(fā)展過程的一系列方案，即通過模型模擬，分析不同低碳情景的經(jīng)濟社會環(huán)境影響[11-13]。在設(shè)置發(fā)展情景參數(shù)時，由于要探討的是能耗強度變化對于碳排放影響的不同情景，因此將人口和人均GDP參數(shù)設(shè)置為同一個變化趨勢。對溫室氣體排放的情景分析分為低碳情景和強化低碳情景，在不同的未來發(fā)展情景下進行政策設(shè)計，探討碳排放總量達峰及拐點出現(xiàn)的可能階段，并集中在碳排放總量和人均碳排放2個指標的情景分析上。

2.2低碳情景下減排政策設(shè)計

低碳情景的設(shè)置以各項規(guī)劃計劃對能耗強度下降的約束性指標要求為指導(dǎo)，同時結(jié)合河北省自身的資源稟賦和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)特征。假設(shè)河北省碳減排水平比全國平均水平晚5年實現(xiàn)，那么到2020年之前能耗強度年均下降至少得在9%左右才有可能達成，以河北省自身的資源稟賦和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)展特征而言，加之京津冀一體化后承接的京、津兩地的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移狀況，在“十三五”期間能耗強度保持此下降率存在一定的實際困難。因此低碳情景下假設(shè)河北省能耗強度較全國水平晚10年實現(xiàn)，則2020年、2025年和2030年的能耗強度分別為0.82、0.68和0.564。依據(jù)Kaya模型表達式進行估算，則碳排放量在2020年、2025年和2030年分別為89 919萬t、99 819萬t、105 680萬t，較基準情景分別下降了13%、15%和17%左右；人均碳排放量分別為11.91 t/人、12.96 t/人、13.88 t/人（見表2）。盡管如此，2030年河北省的人均碳排放仍高于2015年前后全國的平均水平，因此若從人均碳排放這個指標出發(fā)，河北省的低碳減排還需要更加嚴格的政策情景。

2.3強化低碳情景下減排政策設(shè)計

強化低碳情景下假設(shè)2030年碳排放回到2005年的排放水平上，此時人均碳排放與2010年全國平均水平相當。那么2020年、2025年和2030年的碳排放量分別為71 228萬t、58 608萬t、48 225萬t，較低碳情景分別下降了

若按照該情景發(fā)展，此時2030年河北省的人均碳排放將與全國2012年前后的平均水平相當，碳排放量下降幅度較大，屬于絕對減排的范疇，由于該情景對經(jīng)濟發(fā)展階段、技術(shù)條件、能源利用水平等條件要求較高，是最難實現(xiàn)的情景。

本文以區(qū)域大氣污染聯(lián)防聯(lián)控的低碳發(fā)展要求為導(dǎo)向，在京津冀協(xié)同發(fā)展的背景下，依照經(jīng)濟增長新常態(tài)的基本特點，探討了河北省的低碳發(fā)展路徑。采用排放因子法核算了河北省2005-2013年能源活動碳排放量，分別從時間尺度和空間尺度上分析了歷史排放特征，并基于情景分析法對減排路徑進行了可選方案的設(shè)計，為河北省環(huán)境污染治理機制及改善途徑提供了參考。主要研究結(jié)論如下：

（1）2005年以來，河北省下轄的11個地級市能源活動碳排放量呈增長的趨勢，且“十二五”期間增速要比“十一五”期間高，城市之間的碳排放增幅差異較大，最快的廊坊市年均增長約17%，最慢的秦皇島市年均增長約3%。從空間變化特征上來看，各個城市都表現(xiàn)出增長的態(tài)勢，研究期內(nèi)唐山市排放量最高，承德市和秦皇島市相對排放量最低。河北省的能源活動碳排放量主要來源于產(chǎn)業(yè)部門，尤其是冶金、電力、建材、石化、化工、煤炭等行業(yè)是區(qū)域主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，耗能高、排放大，造成了長期積累的環(huán)境負荷。

（2）情景分析結(jié)果表明慣性增長趨勢下，河北省資源環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展將承受巨大壓力，基準情景下的發(fā)展路徑是不可取的。低碳情景下假設(shè)河北省能耗強度較全國水平晚10年實現(xiàn)，則到2030年河北省的人均碳排放仍高于2015年前后全國的平均水平，因此低碳發(fā)展還需要更加嚴格的政策情景。強化低碳情景下假設(shè)2030年的碳排放回到2005年的排放水平上，則2030年河北省的人均碳排放將與全國2012年前后的平均水平相當，碳排放量下降幅度較大，屬于絕對減排的范疇，同時也是最難實現(xiàn)的情景。

（3）核算區(qū)域碳排放量是全面了解整體排放水平和增長趨勢的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，同時也是預(yù)測未來能源需求及排放狀況的依據(jù)，有助于激勵政策制定者思考產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型低碳發(fā)展的路徑。實證研究表明，河北省傳統(tǒng)制造業(yè)產(chǎn)能過剩、化石燃料污染物排放高的資源環(huán)境現(xiàn)狀亟待改善，以能源消費源頭總量控制的目標約束為導(dǎo)向，進一步探索促進技術(shù)進步、能耗水平降低的積極舉措，以資源環(huán)境容量倒逼減排的思路指導(dǎo)河北省促進資源能源的高效利用，同時也對京津冀區(qū)域大氣污染治理起到引導(dǎo)作用。

（編輯：劉照勝）

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