1995—2015年天津市能源消費(fèi)碳足跡變化

■ 李 平/郭建斌/王俊杰

（1.中國林學(xué)會(huì)，北京 100091；2.中國建筑材料科學(xué)研究總院，北京 100024）

0　引言

自工業(yè)化時(shí)代以來，全球溫室氣體排放量急劇增加，氣溫持續(xù)升高[1]。而導(dǎo)致氣候變暖的首要原因是人類大量燃燒化石能源。能源消費(fèi)碳排放是溫室氣體排放的主要來源，已成為國內(nèi)外大量研究的重點(diǎn)與熱點(diǎn)[2]。碳足跡是一種定量核算溫室氣體排放量的方法，并且可用來表征能源消費(fèi)碳排放對(duì)大氣環(huán)境的影響。在氣候變化、能源危機(jī)、“低碳經(jīng)濟(jì)”和“低碳城市”等多重背景與政策下，碳足跡研究具有顯而易見的重要意義。《地球生命力報(bào)告·中國2015》指出，我國能源消費(fèi)碳足跡占總生態(tài)足跡的51%，且在總生態(tài)足跡中能源消費(fèi)碳足跡增長最快。近年來，越來越多的學(xué)者開始關(guān)注能源消費(fèi)碳足跡研究，在國家和省市等不同尺度上開展了廣泛的研究。國家尺度方面，多側(cè)重于對(duì)不同時(shí)間、不同產(chǎn)業(yè)部門和不同區(qū)域的能源消費(fèi)碳足跡進(jìn)行計(jì)算并分析其時(shí)空差異[3-6,20]。省市尺度方面，主要側(cè)重于分析特定省市一定時(shí)間段的能源消費(fèi)碳足跡動(dòng)態(tài)，并利用因素分解方法或模型分析法研究社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素，如人口、GDP、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源結(jié)構(gòu)和城市化水平等因素對(duì)能源消費(fèi)碳足跡的影響。省市尺度的研究可見于對(duì)北京、江蘇、安徽、新疆、甘肅、上海、重慶、武漢、蘇錫常地區(qū)等地區(qū)的研究[7-15,17-19]，對(duì)天津市能源消費(fèi)碳足跡的研究尚未見報(bào)道。

作為我國四大直轄市之一和環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)中心，天津市社會(huì)經(jīng)濟(jì)近年來持續(xù)快速發(fā)展。從1995年到2015年，天津市GDP年均增長15.62%，但同時(shí)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境也面臨較大的壓力。根據(jù)國務(wù)院印發(fā)的《“十三五”控制溫室氣體排放工作方案》（國發(fā)〔2016〕61號(hào)），結(jié)合實(shí)際情況，天津市政府制定了天津市“十三五”控制溫室氣體排放工作實(shí)施方案。方案中提出，到2020年，單位地區(qū)生產(chǎn)總值二氧化碳排放較2015年下降20.5%；全市能源消費(fèi)總量不超過9300萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，單位地區(qū)生產(chǎn)總值能源消費(fèi)較2015年下降17%。這些目標(biāo)的制定對(duì)促進(jìn)天津市經(jīng)濟(jì)增長與溫室氣體排放掛鉤將發(fā)揮重要的作用。如前所述，研究天津市能源消費(fèi)碳足跡及其與經(jīng)濟(jì)因素之間的關(guān)系對(duì)推進(jìn)該市低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展和低碳城市建設(shè)具有重要意義。本文依托生態(tài)足跡分析方法，對(duì)天津市1995—2015年的能源消費(fèi)碳足跡進(jìn)行分析。

1　研究方法

能源消費(fèi)碳足跡指吸收單位化石能源消費(fèi)的碳排放量所需要的林地面積。目前中國能源消費(fèi)碳足跡一般采用Wackernagel的碳匯法和謝鴻宇的改進(jìn)碳循環(huán)方法[16]。本文能源消費(fèi)碳足跡指人均能源消費(fèi)碳足跡，采用碳匯法進(jìn)行計(jì)算。具體地，首先計(jì)算各類能源消費(fèi)的碳排放量，然后根據(jù)碳排放量與林地面積的轉(zhuǎn)換系數(shù)計(jì)算出各類能源利用的碳足跡，依據(jù)世界自然基金會(huì)（WWF）網(wǎng)站（轉(zhuǎn)換系數(shù)取6.49t/hm2）[17]，計(jì)算公式如下：

式（1）中，i為煤炭、石油和天然氣3種能源；Ci為能源i碳排放量（萬t）；Qi為能源i消費(fèi)量（煤炭和石油單位為萬t，天然氣單位由億m3轉(zhuǎn)化為萬t，天然氣密度取0.75t/103m3），能源消費(fèi)量來源于歷年《天津統(tǒng)計(jì)年鑒》；Ei為能源i平均低位發(fā)熱量（煤炭和石油單位為TJ/kg，天然氣單位為TJ/m3），能源平均低位發(fā)熱量來源于2012年《中國能源統(tǒng)計(jì)年鑒》；CCi為能源i碳排放系數(shù)，表示單位熱量的碳含量（kg/GJ），取《IPCC國家溫室氣體排放清單指南》提供的各能源碳排放系數(shù)的缺省值。式（2）中，Cf為人均能源消費(fèi)碳足跡（hm2/人）；N為常住人口數(shù)（萬人）；Fcf為碳排放量與林地面積轉(zhuǎn)換系數(shù)，取6.49t/hm2。

能源消費(fèi)碳足跡產(chǎn)值（Value of Carbon Footprint，簡稱VCF）[4]體現(xiàn)單位碳足跡產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，定義為人均GDP（萬元/人）與人均能源消費(fèi)碳足跡（hm2/人）的比值。通過VCF分析，可將某一國家（區(qū)域）經(jīng)濟(jì)與能源、生態(tài)環(huán)境變化定量化處理，探索其能源效益與發(fā)展趨勢(shì)。當(dāng)VCF較高時(shí)，表明區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展較好，單位碳足跡創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高等。考慮到在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中商品和服務(wù)的價(jià)格不斷變化，文中用到的GDP均為1990年可比價(jià)。具體計(jì)算方法為：將1995—2015各年度現(xiàn)價(jià)GDP通過價(jià)格指數(shù)緊縮為基準(zhǔn)年（1990年）可比價(jià)。由于我國沒有公布正式的GDP平減指數(shù)，參考趙敏等[12]的做法，計(jì)算過程中用到的價(jià)格指數(shù)為商品零售價(jià)格指數(shù)和居民消費(fèi)價(jià)格指數(shù)的平均值，天津市歷年商品零售價(jià)格指數(shù)和居民消費(fèi)價(jià)格指數(shù)來源于歷年《天津市統(tǒng)計(jì)年鑒》。

能源消費(fèi)碳足跡強(qiáng)度（Carbon Footprint Intensity，簡稱CFI）為人均能源消費(fèi)碳足跡（hm2/人）與人均GDP（萬元/人）的比值，表征每增加一個(gè)單位GDP所需要占用的能源消費(fèi)碳足跡面積[4]。CFI越大則能耗越大，能源消費(fèi)的碳足跡效益越差。

能源消費(fèi)碳足跡生態(tài)壓力（Ecological Pressure Intensity of Carbon Footprint，簡稱EPICF）表征能源消費(fèi)對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的壓力大小，定義為人均能源消費(fèi)碳足跡（hm2）與人均林地（包括森林和草地）面積（hm2）的比值，以此比值判斷能源消費(fèi)對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的壓力大小。比值越大，壓力越大；比值越小，壓力越小[4]。

2　結(jié)果與分析

2.1　能源消費(fèi)碳足跡計(jì)算結(jié)果分析

2.1.1總碳足跡

根據(jù)公式（1）和（2）碳足跡計(jì)算方法，對(duì)1995—2015年天津市能源消費(fèi)碳足跡進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見圖1。分析可知，在總能源碳足跡方面，由1995年的0.295hm2/人增加到2013年的最大值0.534hm2/人，之后開始下降，2015年為0.490hm2/人。根據(jù)變化趨勢(shì)，可劃分為三個(gè)階段：1995—2007年間緩慢上升，由1995年的0.295hm2/人增加到2005年的0.433 hm2/人，之后到2007年趨于穩(wěn)定；2007—2013年，呈現(xiàn)波動(dòng)上升趨勢(shì)，其中2009年到2010年，總碳足跡急劇上升，在2013年達(dá)到了最高的0.534hm2/人，比1996年最低值0.280hm2/人高出0.254hm2/人，是1996年的1.91倍；2013年之后呈下降趨勢(shì)。

2.1.2各能源類型碳足跡

從各種能源類型來看，1995—2015年天津各種能源消費(fèi)的碳足跡中以煤炭最大，石油次之，天然氣最小。

1995—2015年天津煤炭消費(fèi)的碳足跡變化趨勢(shì)與總碳足跡大致相同，從1995年的0.226hm2/人上升到2005年的0.320hm2/人。2005—2009年緩慢下降，到2009年降低至0.295hm2/人，與2004年水平相當(dāng)。2009年以后逐漸增加，2013年達(dá)到0.342hm2/人，比1996年最低值0.212hm2/人高出0.130hm2/人，是1996年的1.61倍。2013年之后又呈下降趨勢(shì)，2015年減小到0.293hm2/人，與2009年基本持平。

1995—2015年天津石油消費(fèi)的碳足跡整體上也呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)。1995—2007年石油消費(fèi)的碳足跡平穩(wěn)上升，變化幅度不明顯，由0.067hm2/人增加到0.101hm2/人。2007年到2008年間呈下降趨勢(shì)，2008年達(dá)到0.087hm2/人；與同時(shí)段煤炭消費(fèi)碳足跡相比，石油消費(fèi)的碳足跡下降較明顯。2009年以后，石油消費(fèi)碳足跡急劇上升，2011年達(dá)到0.167hm2/人，上升幅度大于同時(shí)段的煤炭消費(fèi)碳足跡。2012年，石油消費(fèi)碳足跡明顯減小，主要是因?yàn)?012年石油消費(fèi)量下降的原因。2013年之后，石油消費(fèi)碳足跡呈下降趨勢(shì)。

1995—2015年天津天然氣的碳足跡非常小，但呈逐年上升趨勢(shì)，且2010年之后增加幅度明顯。在2000以前幾乎為0，2001—2005年間為0.006hm2/人左右。2006年以后開始有所增加，由2006年的0.009hm2/人增加到2010年的0.016hm2/人。2010年之后增加幅度明顯，在2015年達(dá)到0.043hm2/人。

從1995—2015年天津市碳足跡分配率來看，煤炭消費(fèi)碳足跡為主體，其次是石油，天然氣碳足跡所占比例最?。▓D2）。煤炭所占比例呈波動(dòng)下降的趨勢(shì)，由1995年的76.85%下降到2015年的59.90%，其中2009年到2010年下降幅度最大。石油所占比例呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，2009年之前變化趨勢(shì)不明顯，維持在25%左右；2009年到2010年急劇上升，由22.36%增加到31.32%，后緩緩上升，2011年達(dá)到最高值31.79%，以后趨于平穩(wěn)。天然氣所占比例緩緩上升，由1995年的0.44%增加到2015年的8.76%。

圖1　1995—2015年天津市能源消費(fèi)碳足跡變化

2.2　能源消費(fèi)碳足跡產(chǎn)值與強(qiáng)度分析

通過碳足跡產(chǎn)值分析可知，1995—2015年天津能源消費(fèi)碳足跡產(chǎn)值總體呈上升趨勢(shì)，但是2009年到2010年經(jīng)歷了短暫而快速的下降過程（圖3）。1995年到2009年碳足跡產(chǎn)值由1.75萬元/hm2增加到7.21萬元/hm2；之后快速下降到6.49萬元/hm2（2010年）；2010年到2015年穩(wěn)步上升，2015年達(dá)到8.58萬元/hm2。總體上來看，1995—2015年天津經(jīng)濟(jì)形勢(shì)越來越好。

碳足跡強(qiáng)度方面，1995—2015年天津能源消費(fèi)碳足跡強(qiáng)度逐漸減小，由0.57hm2/萬元減小到0.12hm2/萬元（圖3）。說明天津能源利用效率不斷提高，單位G D P增長的能源消耗越來越少，能源消費(fèi)碳足跡的效益越來越好。在《“十二五”控制溫室氣體排放工作方案》（國發(fā)〔2011〕41號(hào)）中提出，到2015年，天津單位地區(qū)生產(chǎn)總值CO2排放（碳排放強(qiáng)度）比2010年減少19%。根據(jù)碳足跡強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果，天津市2015年碳足跡強(qiáng)度比2010年減少了27.27%，已超額完成單位地區(qū)生產(chǎn)總值碳減排任務(wù)。

圖2　1995—2015年天津市煤炭、石油和天然氣利用碳足跡的分配率變化

2.3　能源消費(fèi)碳足跡生態(tài)壓力分析

對(duì)天津市1995—2015年能源消費(fèi)碳足跡生態(tài)壓力進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)天津能源消費(fèi)碳足跡生態(tài)壓力總體也呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢(shì)，但是中間有較大的波動(dòng)，2013年之后開始下降，與總碳足跡變化趨勢(shì)相似（圖4）。1995—2007年間碳足跡生態(tài)壓力逐漸增大，由89.36增加到最大值130.19，其中1995年到1996年經(jīng)歷了短暫的下降過程。2008年到2009年呈現(xiàn)較明顯的下降趨勢(shì)，由127.13快速下降到86.18。2009年之后，天津能源消費(fèi)碳足跡生態(tài)壓力又逐漸增大，到2013年時(shí)達(dá)到129.37。之后開始下降，2015年減小到118.38。

1995—2015年間，天津的林地面積呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)，由310.5km2增加到550.95km2，曾在2009年達(dá)到最大面積565.53km2。1995—2007年之間林地面積緩慢增加，但增加幅度不大，表明了這期間碳足跡生態(tài)壓力的增加主要來源于能源消費(fèi)碳足跡的增加，而不是林地面積的變動(dòng)。2008年到2009年，由于天津能源消費(fèi)碳足跡的大幅度減少和林地面積的顯著增加兩方面的雙重作用，碳足跡生態(tài)壓力大大減小。2009年之后，由于碳足跡的增加和林地面積的略微減少，碳足跡生態(tài)壓力表現(xiàn)出上升趨勢(shì)。綜上所述，天津能源消費(fèi)碳足跡的生態(tài)壓力增加的根源是碳足跡的增加，林地面積的增加一定程度上抵消了這種增加的壓力。在未來的發(fā)展中，主要應(yīng)該從減小能源消費(fèi)碳足跡方面著手，采取有效的措施如提高能源利用效率和大力發(fā)展清潔能源等，來緩解天津市能源消費(fèi)碳足跡對(duì)當(dāng)?shù)刈匀簧鷳B(tài)系統(tǒng)的壓力。

3　結(jié)論與討論

本文以天津市為例，基于能源消費(fèi)數(shù)據(jù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，利用碳匯法計(jì)算天津市1995—2015年的能源消費(fèi)碳足跡:并探討煤炭、石油和天然氣碳足跡及能源總碳足跡的變化規(guī)律。得出的主要結(jié)論有：

(1)1995—2015年期間，天津市能源消費(fèi)碳足跡由0.295hm2/人增加到2013年的0.534hm2/人，整體呈上升趨勢(shì)，2013年之后開始下降，2015年為0.490hm2/人。從各種能源類型來看，能源消費(fèi)碳足跡中煤炭和石油所占比例在90%以上，其中以煤炭為主，石油次之；天然氣所占比例非常小。2013年之后，天津市能源消費(fèi)碳足跡呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，與同期能源消費(fèi)中煤炭、石油、天然氣的比例變化有直接關(guān)系。建議繼續(xù)優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，加大天然氣的使用比例。

(2)1995—2015年天津市能源消費(fèi)碳足跡產(chǎn)值總體呈上升趨勢(shì)，變化范圍為1.75～8.58萬元/hm2；總體上來看，1995—2015年天津市經(jīng)濟(jì)形勢(shì)越來越好。碳足跡強(qiáng)度方面，1995—2015年天津能源消費(fèi)碳足跡強(qiáng)度由0.57hm2/萬元減小到0.12hm2/萬元，說明單位GDP增長的能源消耗越來越少，能源消費(fèi)碳足跡的效益越來越好。

(3)1995—2015年天津市能源消費(fèi)碳足跡生態(tài)壓力總體呈上升趨勢(shì)，但是中間有較大的波動(dòng)：1995—2007年間碳足跡生態(tài)壓力逐漸增大，由89.36增加到最大值130.19。2008年到2009年呈現(xiàn)較明顯的下降趨勢(shì)，由127.13快速下降到86.18。2009年之后，碳足跡生態(tài)壓力逐漸增大，到2013年時(shí)達(dá)到129.37。之后開始下降，2015年減小到118.38。通過對(duì)1995—2015年天津市能源消費(fèi)碳足跡和林地面積的變化規(guī)律進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)能源消費(fèi)碳足跡的生態(tài)壓力增加的根源是碳足跡的增加，林地面積的增加抵消了這種增加的壓力。在未來的發(fā)展中，主要應(yīng)該從減小能源消費(fèi)碳足跡方面著手，采取有效的措施如提高能源利用效率和大力發(fā)展清潔能源、優(yōu)先選擇帶有低碳產(chǎn)品標(biāo)志的能源消費(fèi)品等，來緩解天津市能源消費(fèi)碳足跡對(duì)當(dāng)?shù)刈匀簧鷳B(tài)系統(tǒng)的壓力。

圖4　1995—2015年天津市能源利用碳足跡生態(tài)壓力變化

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