濟(jì)南市工業(yè)化石能源消費(fèi)碳排放與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)脫鉤水平及驅(qū)動(dòng)因素分析*

謝玉慧 郭鳳佳 張 倩 姜 雨 陳 偉,2#

(1.山東師范大學(xué)地理與環(huán)境學(xué)院,山東 濟(jì)南 250358;2.山東師范大學(xué)碳中和研究院,山東 濟(jì)南 250014)

溫室效應(yīng)引起的全球變暖已成為社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn),因此減少溫室氣體排放,推進(jìn)經(jīng)濟(jì)綠色低碳轉(zhuǎn)型刻不容緩。工業(yè)生產(chǎn)消耗大量化石能源,由此產(chǎn)生的碳排放在碳排放總量中占比達(dá)70%[1]。濟(jì)南市作為老工業(yè)城市,產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)偏重,能源結(jié)構(gòu)偏煤[2],產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和能源消費(fèi)都尚未實(shí)現(xiàn)與碳排放完全脫鉤。目前,濟(jì)南市是山東省唯一入選國(guó)家低碳城市、氣候適應(yīng)型城市的“雙試點(diǎn)城市”[3],因此厘清其工業(yè)化石能源碳排放與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)脫鉤水平演變趨勢(shì),甄別造成碳排放的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素對(duì)于科學(xué)制定碳減排戰(zhàn)略、有效降低工業(yè)活動(dòng)碳排放具有重要意義。

現(xiàn)有研究主要采用Tapio脫鉤模型研究工業(yè)與碳排放的依賴關(guān)系[4-6],并運(yùn)用對(duì)數(shù)平均迪氏指數(shù)分解模型(LMDI)分析碳排放的驅(qū)動(dòng)因素[7-8],通?？紤]人口規(guī)模[9]、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出[10]81、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)[11]、能源強(qiáng)度[12]、能源結(jié)構(gòu)[10]79、碳排放因子[13]等。濟(jì)南市工業(yè)能源碳排放測(cè)算和驅(qū)動(dòng)因素分析已有一些研究[14-15],但缺乏專門針對(duì)濟(jì)南市工業(yè)化石能源碳排放與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的脫鉤關(guān)系及驅(qū)動(dòng)因素的研究。

本研究采用政府間氣候變化專門委員會(huì)(IPCC)的《2006年IPCC國(guó)家溫室氣體排放清單指南》測(cè)算濟(jì)南市工業(yè)化石能源消費(fèi)碳排放量,運(yùn)用Tapio脫鉤模型分析碳排放與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的脫鉤關(guān)系,并利用LMDI探究濟(jì)南市工業(yè)化石能源消費(fèi)碳排放的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素,進(jìn)而提出促進(jìn)濟(jì)南市工業(yè)低碳發(fā)展的對(duì)策建議。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 碳排放核算方法

根據(jù)濟(jì)南市工業(yè)化石能源消耗的實(shí)際情況,選擇原煤、汽油、煤油、柴油、燃料油5種化石能源進(jìn)行直接碳排放核算。不同工業(yè)行業(yè)的各種化石能源消費(fèi)碳排放量計(jì)算公式見(jiàn)式(1):

(1)

式中:Ei,j為i行業(yè)j化石能源消費(fèi)碳排放量,t;Ai,j為i行業(yè)j化石能源的消費(fèi)量,t,折算成標(biāo)準(zhǔn)煤計(jì);Fj為j化石能源的碳排放因子,t/t,以CO2計(jì);Nj為j化石能源的平均低位熱值,J/t;Cj為j化石能源的含碳量,t/J;Oj為j化石能源的碳氧化率。

1.2 LMDI分解

考慮工業(yè)人口規(guī)模、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源強(qiáng)度、能源結(jié)構(gòu)、碳排放因子6個(gè)驅(qū)動(dòng)因素進(jìn)行LMDI分解,計(jì)算公式見(jiàn)式(2)。

(2)

式中:P為工業(yè)從業(yè)人口;G為工業(yè)生產(chǎn)總值,億元;Gi為i行業(yè)的工業(yè)生產(chǎn)總值,億元;Ai為i行業(yè)的化石能源消費(fèi)量,t。

(3)

1.3 脫鉤分析

采用Tapio脫鉤模型探究濟(jì)南市工業(yè)生產(chǎn)總值增長(zhǎng)與碳排放量之間的關(guān)系,公式見(jiàn)式(4):

(4)

式中:ε為工業(yè)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與碳排放量之間的脫鉤指數(shù);Et0為t0時(shí)的相應(yīng)碳排放量,t;ΔG為t1、t0間的工業(yè)生產(chǎn)總值變化量,億元;Gt0為t0時(shí)的工業(yè)生產(chǎn)總值,億元。Tapio脫鉤模型可分為3大狀態(tài)和8種具體類型,詳見(jiàn)表1。

表1 脫鉤類型劃分

1.4 數(shù)據(jù)來(lái)源

以2011—2020年為研究區(qū)間,參照2012—2021年濟(jì)南市統(tǒng)計(jì)年鑒,將工業(yè)行業(yè)劃分為采礦業(yè),制造業(yè),電力、燃?xì)饧八纳a(chǎn)和供應(yīng)業(yè)3大類。各行業(yè)的工業(yè)生產(chǎn)總值、化石能源的消費(fèi)量、從業(yè)人口等數(shù)據(jù)來(lái)源于濟(jì)南市統(tǒng)計(jì)年鑒,2019年萊蕪市并入濟(jì)南市,因此2019—2020年各項(xiàng)數(shù)據(jù)為包括了萊蕪市并入后的合并數(shù)據(jù)。各類化石能源的平均低位熱值來(lái)源于中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒,碳排放核算所需的各類化石能源的碳排放因子、含碳量、碳氧化率等數(shù)據(jù)參考LIU等[16]的研究結(jié)果。為剔除價(jià)格變動(dòng)因素的影響,采用工業(yè)生產(chǎn)者出廠價(jià)格指數(shù)[17]將歷年工業(yè)生產(chǎn)總值折算為2011年不變價(jià)格。

2 結(jié)果分析與討論

2.1 濟(jì)南市工業(yè)碳排放特征分析

濟(jì)南市2011—2020年工業(yè)不同化石燃料的碳排放量如圖1所示。工業(yè)總碳排放量由2011年的29.30 Mt增長(zhǎng)到了2020年的43.17 Mt,年均增長(zhǎng)率為4.40%。2011—2018年,濟(jì)南市工業(yè)總碳排放量在22.98～29.30 Mt波動(dòng),比較穩(wěn)定。2019年由于萊蕪市的并入使?jié)鲜泄I(yè)總碳排放量達(dá)到49.80 Mt。又隨著《濟(jì)南市低碳發(fā)展工作方案(2018—2020年)》的實(shí)施,2020年濟(jì)南市工業(yè)總碳排放量較2019年減少6.63 Mt。其中,采礦業(yè)對(duì)濟(jì)南市工業(yè)總碳排放量貢獻(xiàn)較小,2011—2020年的平均貢獻(xiàn)只有3.42%,2011—2013年在0.01 Mt以下,2014—2019年在1.13～2.02 Mt波動(dòng),2020年又降至0.18 Mt。制造業(yè)對(duì)濟(jì)南市工業(yè)碳排放量貢獻(xiàn)達(dá)到41.29%,2011—2018年呈下降趨勢(shì),由14.03 Mt下降至9.25 Mt,2018—2019年因萊蕪市的并入增加了8.68 Mt,2020年又降低至15.87 Mt?？梢?jiàn),濟(jì)南市制造業(yè)快速發(fā)展,如何實(shí)現(xiàn)其減污降碳已成為濟(jì)南市的關(guān)鍵問(wèn)題。電力、燃?xì)饧八纳a(chǎn)和供應(yīng)業(yè)對(duì)濟(jì)南市工業(yè)碳排放量貢獻(xiàn)最大,達(dá)55.29%,碳排放量2011年為15.25 Mt,2020年升高至27.13 Mt,演變趨勢(shì)與濟(jì)南市工業(yè)總碳排放量基本一致,這是因?yàn)闈?jì)南市電力結(jié)構(gòu)以煤電為主[18]。綜上來(lái)看,制造業(yè),電力、燃?xì)饧八纳a(chǎn)和供應(yīng)業(yè)是造成濟(jì)南市工業(yè)化石能源消費(fèi)碳排放的主要行業(yè),應(yīng)成為節(jié)能減排的重點(diǎn)管控行業(yè)。

圖1 2011—2020年濟(jì)南市工業(yè)碳排放量

碳排放強(qiáng)度常被用來(lái)衡量經(jīng)濟(jì)發(fā)展與碳排放量之間的關(guān)系。2011—2020年濟(jì)南市工業(yè)總碳排放強(qiáng)度變化如圖2所示。2011—2017年為第一階段,工業(yè)總碳排放強(qiáng)度逐年降低;2017—2019年為第二階段,工業(yè)總碳排放強(qiáng)度呈上升態(tài)勢(shì);2019—2020年為第三階段,工業(yè)總碳排放強(qiáng)度又呈降低態(tài)勢(shì)。2019年之前,即萊蕪市并入之前,濟(jì)南市工業(yè)總碳排放強(qiáng)度整體呈下降趨勢(shì),與工業(yè)總碳排放量變化趨勢(shì)大體一致,說(shuō)明工業(yè)碳排放強(qiáng)度降低可能是導(dǎo)致工業(yè)碳排放量下降的重要原因。2019—2020年,3大行業(yè)碳排放強(qiáng)度均有下降,以采礦業(yè)最為突出(降幅為89.66%),其次是制造業(yè)(降幅為33.33%),電力、燃?xì)饧八纳a(chǎn)和供應(yīng)業(yè)降幅為18.51%。馬艷梅等[19]研究發(fā)現(xiàn),2011—2016年山東省工業(yè)碳排放強(qiáng)度呈下降趨勢(shì),與本研究中濟(jì)南市的結(jié)果一致。山東省和濟(jì)南市的工業(yè)結(jié)構(gòu)和工業(yè)發(fā)展方式相似,是兩者工業(yè)碳排放強(qiáng)度演變趨勢(shì)相似的原因之一。未來(lái)在改變能源結(jié)構(gòu)的同時(shí)應(yīng)注重能源效率的提升及清潔能源的開(kāi)發(fā)利用,以降低工業(yè)化石能源消費(fèi)的碳排放強(qiáng)度,實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的協(xié)同增效。

圖2 2011—2020年濟(jì)南市工業(yè)碳排放強(qiáng)度

2.2 濟(jì)南市工業(yè)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與碳排放脫鉤分析

考慮到2019年萊蕪市并入等短期外部沖擊的影響,對(duì)2011—2020年濟(jì)南市工業(yè)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與碳排放關(guān)系進(jìn)行逐年脫鉤分析,結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可見(jiàn),不同行業(yè)的碳排放脫鉤狀態(tài)演化趨勢(shì)存在共性與差異。3大行業(yè)的強(qiáng)脫鉤年份集中于2011—2013年,工業(yè)生產(chǎn)總值增長(zhǎng)的同時(shí)工業(yè)化石能源消費(fèi)碳排放量下降。2017—2018年,濟(jì)南市工業(yè)生產(chǎn)總值下降但工業(yè)化石能源消費(fèi)碳排放量增加,使3大行業(yè)都出現(xiàn)極不理想的強(qiáng)負(fù)脫鉤狀態(tài)。采礦業(yè)多呈強(qiáng)負(fù)脫鉤、弱脫鉤、衰退脫鉤的欠佳狀態(tài),至2020年未能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與碳排放脫鉤的理想狀態(tài)。制造業(yè)在2011—2015年都處于強(qiáng)脫鉤狀態(tài),后經(jīng)歷了弱脫鉤、衰退脫鉤、強(qiáng)負(fù)脫鉤、擴(kuò)張負(fù)脫鉤等不理想狀態(tài),但到2020年再次實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)脫鉤。電力、燃?xì)饧八纳a(chǎn)和供應(yīng)業(yè)的脫鉤狀態(tài)極不穩(wěn)定,經(jīng)歷了強(qiáng)脫鉤、擴(kuò)張負(fù)脫鉤、強(qiáng)負(fù)脫鉤、弱負(fù)脫鉤4種狀態(tài),最終于2020年達(dá)到強(qiáng)脫鉤。濟(jì)南市工業(yè)大部分時(shí)間處于較為理想的強(qiáng)脫鉤與弱脫鉤交替狀態(tài)。2019年萊蕪市并入濟(jì)南市,在提高濟(jì)南市工業(yè)生產(chǎn)總值的同時(shí)增加了濟(jì)南市的工業(yè)化石能源消費(fèi)碳排放量,這可能是導(dǎo)致2018—2019年濟(jì)南市工業(yè)呈擴(kuò)張負(fù)脫鉤狀態(tài)的主要原因。在“雙試點(diǎn)城市”有關(guān)政策推動(dòng)下,濟(jì)南市積極推進(jìn)工業(yè)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)向低碳轉(zhuǎn)型,使得工業(yè)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與碳排放在2020年達(dá)到了比較理想的強(qiáng)脫鉤狀態(tài)。魏營(yíng)等[20]同樣發(fā)現(xiàn),鎮(zhèn)江市被確定為國(guó)家低碳城市試點(diǎn)后,工業(yè)碳排放與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)也實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)脫鉤。不過(guò),濟(jì)南市2020年的強(qiáng)脫鉤狀態(tài)并不穩(wěn)定,還需進(jìn)一步發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì),推進(jìn)低碳高效能源體系建設(shè),實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定脫鉤。

表2 濟(jì)南市工業(yè)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與碳排放脫鉤狀態(tài)

2.3 濟(jì)南市工業(yè)碳排放驅(qū)動(dòng)因素分析

表3反映了2011—2020年各驅(qū)動(dòng)因素對(duì)工業(yè)化石能源消費(fèi)碳排放量變化的影響。

表3 工業(yè)碳排放驅(qū)動(dòng)因素分解

人口規(guī)模對(duì)濟(jì)南市工業(yè)化石能源消費(fèi)碳排放量總體呈正向驅(qū)動(dòng),2011—2020年累計(jì)貢獻(xiàn)量為1.10×106t。其中,人口規(guī)模對(duì)采礦業(yè),制造業(yè),電力、燃?xì)饧八纳a(chǎn)和供應(yīng)業(yè)分別貢獻(xiàn)1.90×103、4.59×105、6.40×105t。韓媛媛等[21]對(duì)北京市的工業(yè)碳排放驅(qū)動(dòng)因素分析結(jié)果同樣表明,人口規(guī)模具有促進(jìn)作用。

經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出是濟(jì)南市工業(yè)化石能源消費(fèi)碳排放的重要正向驅(qū)動(dòng)因素,2011—2020年累計(jì)貢獻(xiàn)量為1.89×107t。其中,經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出對(duì)采礦業(yè),制造業(yè),電力、燃?xì)饧八纳a(chǎn)和供應(yīng)業(yè)分別貢獻(xiàn)3.26×104、7.88×106、1.10×107t。由此可見(jiàn),濟(jì)南市仍存在高耗能高碳排的生產(chǎn)方式,低碳改造工作需要進(jìn)一步推進(jìn)。

產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)是濟(jì)南市工業(yè)化石能源消費(fèi)碳排放的重要負(fù)向驅(qū)動(dòng)因素,2011—2020年累計(jì)貢獻(xiàn)量為-1.03×107t,主要是對(duì)電力、燃?xì)饧八纳a(chǎn)和供應(yīng)業(yè)負(fù)向驅(qū)動(dòng),貢獻(xiàn)量達(dá)-1.10×107t。LIN等[22]對(duì)上海市的研究同樣發(fā)現(xiàn),產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對(duì)工業(yè)碳排放呈負(fù)向驅(qū)動(dòng)作用。原因可能是鋼鐵等污染密集型產(chǎn)業(yè)的搬遷降低了濟(jì)南市與上海市的能源消耗與碳排放[23-24]。因此,產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整對(duì)濟(jì)南市工業(yè)碳減排具有積極作用。

能源強(qiáng)度對(duì)濟(jì)南市工業(yè)化石能源消費(fèi)碳排放總體呈正向驅(qū)動(dòng),2011—2020年累計(jì)貢獻(xiàn)量為3.63×106t,但對(duì)制造業(yè)的貢獻(xiàn)量為-7.78×106t,而且在有些年份,對(duì)采礦業(yè)和電力、燃?xì)饧八纳a(chǎn)和供應(yīng)業(yè)的貢獻(xiàn)也為負(fù)。因此,降低能源強(qiáng)度也是實(shí)現(xiàn)濟(jì)南市工業(yè)低碳化的重要途徑。

能源結(jié)構(gòu)是濟(jì)南市工業(yè)化石能源消費(fèi)碳排放的正向驅(qū)動(dòng)因素,2011—2020年累計(jì)貢獻(xiàn)量為5.61×105t。其中,能源結(jié)構(gòu)對(duì)采礦業(yè),制造業(yè),電力、燃?xì)饧八纳a(chǎn)和供應(yīng)業(yè)分別貢獻(xiàn)1.45×103、5.46×105、1.31×104t。然而,2011—2012、2012—2013、2014—2015、2019—2020年,能源結(jié)構(gòu)對(duì)濟(jì)南市工業(yè)化石能源消費(fèi)碳排放的貢獻(xiàn)為負(fù)。濟(jì)南市應(yīng)繼續(xù)實(shí)施一系列能源結(jié)構(gòu)調(diào)整措施,以促進(jìn)工業(yè)碳減排。

碳排放因子是濟(jì)南市工業(yè)化石能源消費(fèi)碳排放的正向驅(qū)動(dòng)因素,2011—2020年累計(jì)貢獻(xiàn)量為4.88×103t,采礦業(yè),制造業(yè),電力、燃?xì)饧八纳a(chǎn)和供應(yīng)業(yè)分別貢獻(xiàn)4.59×10、4.83×103、2.82 t。原因可能與濟(jì)南市的電力結(jié)構(gòu)以煤電為主有關(guān)。2011—2012、2012—2013、2015—2016年,碳排放因子對(duì)濟(jì)南市工業(yè)化石能源消費(fèi)碳排放的貢獻(xiàn)為負(fù)。

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié) 論

(1) 濟(jì)南市工業(yè)總碳排放量由2011年的29.30 Mt增長(zhǎng)到了2020年的43.17 Mt,年均增長(zhǎng)率為4.40%。電力、燃?xì)饧八纳a(chǎn)和供應(yīng)業(yè)對(duì)工業(yè)總碳排放量貢獻(xiàn)最大,采礦業(yè)貢獻(xiàn)最小。

(2) 2011—2020年濟(jì)南市工業(yè)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與碳排放整體上大部分時(shí)間處于較為理想的強(qiáng)脫鉤與弱脫鉤交替狀態(tài),至2020年基本實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)脫鉤,但不同工業(yè)行業(yè)碳排放與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的脫鉤狀態(tài)具有差異,2020年制造業(yè),電力、燃?xì)饧八纳a(chǎn)和供應(yīng)業(yè)均為強(qiáng)脫鉤,而采礦業(yè)為衰退脫鉤。

(3) 濟(jì)南市工業(yè)碳排放驅(qū)動(dòng)因素分析結(jié)果表明,總體上,只有產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對(duì)碳排放起負(fù)向驅(qū)動(dòng),工業(yè)人口規(guī)模、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出、能源強(qiáng)度、能源結(jié)構(gòu)和碳排放因子都起正向驅(qū)動(dòng)。

3.2 建 議

(1) 為應(yīng)對(duì)以煤電為主的電力結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的電力、燃?xì)饧八纳a(chǎn)和供應(yīng)業(yè)碳排放高的現(xiàn)狀,建議充分利用濟(jì)南市資源稟賦條件,加強(qiáng)對(duì)太陽(yáng)能、風(fēng)能等清潔能源的使用,降低煤電在濟(jì)南市電力結(jié)構(gòu)中的比例,可考慮建設(shè)智能電網(wǎng)。此外,建議充分利用黃河沿線的區(qū)位優(yōu)勢(shì),合理布局輸水管道及水處理站點(diǎn),降低水運(yùn)輸過(guò)程中的碳排放,也將有利于濟(jì)南市工業(yè)碳減排。

(2) 未來(lái)應(yīng)推進(jìn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)低碳改造。一方面嚴(yán)格限制“雙高”產(chǎn)業(yè)發(fā)展,堅(jiān)決淘汰低效落后產(chǎn)業(yè),加快東部老工業(yè)區(qū)“雙高”產(chǎn)業(yè)搬遷改造,促進(jìn)水泥行業(yè)等的整合提升;另一方面,加快發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)及高新技術(shù)產(chǎn)業(yè),加強(qiáng)創(chuàng)新技術(shù)投資,引進(jìn)節(jié)能減碳的生產(chǎn)技術(shù),加大對(duì)低碳行業(yè)的扶持,促進(jìn)工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步優(yōu)化升級(jí)。

(3) 針對(duì)萊蕪市并入后濟(jì)南市脫鉤狀態(tài)欠佳的情況,未來(lái)應(yīng)結(jié)合萊蕪區(qū)和鋼城區(qū)的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ),延長(zhǎng)“雙高”行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈,以實(shí)現(xiàn)工業(yè)碳排放與經(jīng)濟(jì)發(fā)展脫鉤的穩(wěn)定化和常態(tài)化。