濟南市工業(yè)化石能源消費碳排放與經(jīng)濟增長脫鉤水平及驅(qū)動因素分析*

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 濟南 250358;2.山東師范大學(xué)碳中和研究院,山東 濟南 250014)

溫室效應(yīng)引起的全球變暖已成為社會關(guān)注的焦點,因此減少溫室氣體排放,推進經(jīng)濟綠色低碳轉(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70%[1]。濟南市作為老工業(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)和能源消費都尚未實現(xiàn)與碳排放完全脫鉤。目前,濟南市是山東省唯一入選國家低碳城市、氣候適應(yīng)型城市的“雙試點城市”[3],因此厘清其工業(yè)化石能源碳排放與經(jīng)濟增長脫鉤水平演變趨勢,甄別造成碳排放的關(guān)鍵驅(qū)動因素對于科學(xué)制定碳減排戰(zhàn)略、有效降低工業(yè)活動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],并運用對數(shù)平均迪氏指數(shù)分解模型(LMDI)分析碳排放的驅(qū)動因素[7-8],通?？紤]人口規(guī)模[9]、經(jīng)濟產(chǎn)出[10]81、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)[11]、能源強度[12]、能源結(jié)構(gòu)[10]79、碳排放因子[13]等。濟南市工業(yè)能源碳排放測算和驅(qū)動因素分析已有一些研究[14-15],但缺乏專門針對濟南市工業(yè)化石能源碳排放與經(jīng)濟增長的脫鉤關(guān)系及驅(qū)動因素的研究。

本研究采用政府間氣候變化專門委員會(IPCC)的《2006年IPCC國家溫室氣體排放清單指南》測算濟南市工業(yè)化石能源消費碳排放量,運用Tapio脫鉤模型分析碳排放與經(jīng)濟增長的脫鉤關(guān)系,并利用LMDI探究濟南市工業(yè)化石能源消費碳排放的關(guān)鍵驅(qū)動因素,進而提出促進濟南市工業(yè)低碳發(fā)展的對策建議。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來源

1.1 碳排放核算方法

根據(jù)濟南市工業(yè)化石能源消耗的實際情況,選擇原煤、汽油、煤油、柴油、燃料油5種化石能源進行直接碳排放核算。不同工業(yè)行業(yè)的各種化石能源消費碳排放量計算公式見式(1):

(1)

式中:Ei,j為i行業(yè)j化石能源消費碳排放量,t;Ai,j為i行業(yè)j化石能源的消費量,t,折算成標(biāo)準(zhǔn)煤計;Fj為j化石能源的碳排放因子,t/t,以CO2計;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)濟產(chǎn)出、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源強度、能源結(jié)構(gòu)、碳排放因子6個驅(qū)動因素進行LMDI分解,計算公式見式(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)的化石能源消費量,t。

(3)

1.3 脫鉤分析

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

(4)

式中:ε為工業(yè)經(jīng)濟增長與碳排放量之間的脫鉤指數(shù);Et0為t0時的相應(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,詳見表1。

表1 脫鉤類型劃分

1.4 數(shù)據(jù)來源

以2011—2020年為研究區(qū)間,參照2012—2021年濟南市統(tǒng)計年鑒,將工業(yè)行業(yè)劃分為采礦業(yè),制造業(yè),電力、燃氣及水的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)3大類。各行業(yè)的工業(yè)生產(chǎn)總值、化石能源的消費量、從業(yè)人口等數(shù)據(jù)來源于濟南市統(tǒng)計年鑒,2019年萊蕪市并入濟南市,因此2019—2020年各項數(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源于中國能源統(tǒng)計年鑒,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。為剔除價格變動因素的影響,采用工業(yè)生產(chǎn)者出廠價格指數(shù)[17]將歷年工業(yè)生產(chǎn)總值折算為2011年不變價格。

2 結(jié)果分析與討論

2.1 濟南市工業(yè)碳排放特征分析

濟南市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增長到了2020年的43.17 Mt,年均增長率為4.40%。2011—2018年,濟南市工業(yè)總碳排放量在22.98～29.30 Mt波動,比較穩(wěn)定。2019年由于萊蕪市的并入使?jié)鲜泄I(yè)總碳排放量達到49.80 Mt。又隨著《濟南市低碳發(fā)展工作方案(2018—2020年)》的實施,2020年濟南市工業(yè)總碳排放量較2019年減少6.63 Mt。其中,采礦業(yè)對濟南市工業(yè)總碳排放量貢獻較小,2011—2020年的平均貢獻只有3.42%,2011—2013年在0.01 Mt以下,2014—2019年在1.13～2.02 Mt波動,2020年又降至0.18 Mt。制造業(yè)對濟南市工業(yè)碳排放量貢獻達到41.29%,2011—2018年呈下降趨勢,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。可見,濟南市制造業(yè)快速發(fā)展,如何實現(xiàn)其減污降碳已成為濟南市的關(guān)鍵問題。電力、燃氣及水的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)對濟南市工業(yè)碳排放量貢獻最大,達55.29%,碳排放量2011年為15.25 Mt,2020年升高至27.13 Mt,演變趨勢與濟南市工業(yè)總碳排放量基本一致,這是因為濟南市電力結(jié)構(gòu)以煤電為主[18]。綜上來看,制造業(yè),電力、燃氣及水的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)是造成濟南市工業(yè)化石能源消費碳排放的主要行業(yè),應(yīng)成為節(jié)能減排的重點管控行業(yè)。

圖1 2011—2020年濟南市工業(yè)碳排放量

碳排放強度常被用來衡量經(jīng)濟發(fā)展與碳排放量之間的關(guān)系。2011—2020年濟南市工業(yè)總碳排放強度變化如圖2所示。2011—2017年為第一階段,工業(yè)總碳排放強度逐年降低;2017—2019年為第二階段,工業(yè)總碳排放強度呈上升態(tài)勢;2019—2020年為第三階段,工業(yè)總碳排放強度又呈降低態(tài)勢。2019年之前,即萊蕪市并入之前,濟南市工業(yè)總碳排放強度整體呈下降趨勢,與工業(yè)總碳排放量變化趨勢大體一致,說明工業(yè)碳排放強度降低可能是導(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、燃氣及水的生產(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)碳排放強度呈下降趨勢,與本研究中濟南市的結(jié)果一致。山東省和濟南市的工業(yè)結(jié)構(gòu)和工業(yè)發(fā)展方式相似,是兩者工業(yè)碳排放強度演變趨勢相似的原因之一。未來在改變能源結(jié)構(gòu)的同時應(yīng)注重能源效率的提升及清潔能源的開發(fā)利用,以降低工業(yè)化石能源消費的碳排放強度,實現(xiàn)經(jīng)濟與環(huán)境的協(xié)同增效。

圖2 2011—2020年濟南市工業(yè)碳排放強度

2.2 濟南市工業(yè)經(jīng)濟增長與碳排放脫鉤分析

考慮到2019年萊蕪市并入等短期外部沖擊的影響,對2011—2020年濟南市工業(yè)經(jīng)濟增長與碳排放關(guān)系進行逐年脫鉤分析,結(jié)果見表2。由表2可見,不同行業(yè)的碳排放脫鉤狀態(tài)演化趨勢存在共性與差異。3大行業(yè)的強脫鉤年份集中于2011—2013年,工業(yè)生產(chǎn)總值增長的同時工業(yè)化石能源消費碳排放量下降。2017—2018年,濟南市工業(yè)生產(chǎn)總值下降但工業(yè)化石能源消費碳排放量增加,使3大行業(yè)都出現(xiàn)極不理想的強負脫鉤狀態(tài)。采礦業(yè)多呈強負脫鉤、弱脫鉤、衰退脫鉤的欠佳狀態(tài),至2020年未能實現(xiàn)經(jīng)濟增長與碳排放脫鉤的理想狀態(tài)。制造業(yè)在2011—2015年都處于強脫鉤狀態(tài),后經(jīng)歷了弱脫鉤、衰退脫鉤、強負脫鉤、擴張負脫鉤等不理想狀態(tài),但到2020年再次實現(xiàn)了強脫鉤。電力、燃氣及水的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)的脫鉤狀態(tài)極不穩(wěn)定,經(jīng)歷了強脫鉤、擴張負脫鉤、強負脫鉤、弱負脫鉤4種狀態(tài),最終于2020年達到強脫鉤。濟南市工業(yè)大部分時間處于較為理想的強脫鉤與弱脫鉤交替狀態(tài)。2019年萊蕪市并入濟南市,在提高濟南市工業(yè)生產(chǎn)總值的同時增加了濟南市的工業(yè)化石能源消費碳排放量,這可能是導(dǎo)致2018—2019年濟南市工業(yè)呈擴張負脫鉤狀態(tài)的主要原因。在“雙試點城市”有關(guān)政策推動下,濟南市積極推進工業(yè)經(jīng)濟結(jié)構(gòu)向低碳轉(zhuǎn)型,使得工業(yè)經(jīng)濟增長與碳排放在2020年達到了比較理想的強脫鉤狀態(tài)。魏營等[20]同樣發(fā)現(xiàn),鎮(zhèn)江市被確定為國家低碳城市試點后,工業(yè)碳排放與經(jīng)濟增長也實現(xiàn)了強脫鉤。不過,濟南市2020年的強脫鉤狀態(tài)并不穩(wěn)定,還需進一步發(fā)展低碳經(jīng)濟,推進低碳高效能源體系建設(shè),實現(xiàn)穩(wěn)定脫鉤。

表2 濟南市工業(yè)經(jīng)濟增長與碳排放脫鉤狀態(tài)

2.3 濟南市工業(yè)碳排放驅(qū)動因素分析

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

表3 工業(yè)碳排放驅(qū)動因素分解

人口規(guī)模對濟南市工業(yè)化石能源消費碳排放量總體呈正向驅(qū)動,2011—2020年累計貢獻量為1.10×106t。其中,人口規(guī)模對采礦業(yè),制造業(yè),電力、燃氣及水的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)分別貢獻1.90×103、4.59×105、6.40×105t。韓媛媛等[21]對北京市的工業(yè)碳排放驅(qū)動因素分析結(jié)果同樣表明,人口規(guī)模具有促進作用。

經(jīng)濟產(chǎn)出是濟南市工業(yè)化石能源消費碳排放的重要正向驅(qū)動因素,2011—2020年累計貢獻量為1.89×107t。其中,經(jīng)濟產(chǎn)出對采礦業(yè),制造業(yè),電力、燃氣及水的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)分別貢獻3.26×104、7.88×106、1.10×107t。由此可見,濟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一步推進。

產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)是濟南市工業(yè)化石能源消費碳排放的重要負向驅(qū)動因素,2011—2020年累計貢獻量為-1.03×107t,主要是對電力、燃氣及水的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)負向驅(qū)動,貢獻量達-1.10×107t。LIN等[22]對上海市的研究同樣發(fā)現(xiàn),產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對工業(yè)碳排放呈負向驅(qū)動作用。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)整對濟南市工業(yè)碳減排具有積極作用。

能源強度對濟南市工業(yè)化石能源消費碳排放總體呈正向驅(qū)動,2011—2020年累計貢獻量為3.63×106t,但對制造業(yè)的貢獻量為-7.78×106t,而且在有些年份,對采礦業(yè)和電力、燃氣及水的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)的貢獻也為負。因此,降低能源強度也是實現(xiàn)濟南市工業(yè)低碳化的重要途徑。

能源結(jié)構(gòu)是濟南市工業(yè)化石能源消費碳排放的正向驅(qū)動因素,2011—2020年累計貢獻量為5.61×105t。其中,能源結(jié)構(gòu)對采礦業(yè),制造業(yè),電力、燃氣及水的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)分別貢獻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)對濟南市工業(yè)化石能源消費碳排放的貢獻為負。濟南市應(yīng)繼續(xù)實施一系列能源結(jié)構(gòu)調(diào)整措施,以促進工業(yè)碳減排。

碳排放因子是濟南市工業(yè)化石能源消費碳排放的正向驅(qū)動因素,2011—2020年累計貢獻量為4.88×103t,采礦業(yè),制造業(yè),電力、燃氣及水的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)分別貢獻4.59×10、4.83×103、2.82 t。原因可能與濟南市的電力結(jié)構(gòu)以煤電為主有關(guān)。2011—2012、2012—2013、2015—2016年,碳排放因子對濟南市工業(yè)化石能源消費碳排放的貢獻為負。

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié) 論

(1) 濟南市工業(yè)總碳排放量由2011年的29.30 Mt增長到了2020年的43.17 Mt,年均增長率為4.40%。電力、燃氣及水的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)對工業(yè)總碳排放量貢獻最大,采礦業(yè)貢獻最小。

(2) 2011—2020年濟南市工業(yè)經(jīng)濟增長與碳排放整體上大部分時間處于較為理想的強脫鉤與弱脫鉤交替狀態(tài),至2020年基本實現(xiàn)了強脫鉤,但不同工業(yè)行業(yè)碳排放與經(jīng)濟增長的脫鉤狀態(tài)具有差異,2020年制造業(yè),電力、燃氣及水的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)均為強脫鉤,而采礦業(yè)為衰退脫鉤。

(3) 濟南市工業(yè)碳排放驅(qū)動因素分析結(jié)果表明,總體上,只有產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對碳排放起負向驅(qū)動,工業(yè)人口規(guī)模、經(jīng)濟產(chǎn)出、能源強度、能源結(jié)構(gòu)和碳排放因子都起正向驅(qū)動。

3.2 建 議

(1) 為應(yīng)對以煤電為主的電力結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的電力、燃氣及水的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)碳排放高的現(xiàn)狀,建議充分利用濟南市資源稟賦條件,加強對太陽能、風(fēng)能等清潔能源的使用,降低煤電在濟南市電力結(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,合理布局輸水管道及水處理站點,降低水運輸過程中的碳排放,也將有利于濟南市工業(yè)碳減排。

(2) 未來應(yīng)推進傳統(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),加強創(chuàng)新技術(shù)投資,引進節(jié)能減碳的生產(chǎn)技術(shù),加大對低碳行業(yè)的扶持,促進工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)進一步優(yōu)化升級。

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