云南省建筑業(yè)碳排放峰值預(yù)測(cè)研究

蔣永棋

摘?要：文章旨在預(yù)測(cè)云南省建筑業(yè)碳排放預(yù)期峰值，以期探索多渠道節(jié)能減碳路徑，助力省域?qū)用嫣歼_(dá)峰目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。文章首先采用碳排放系數(shù)法對(duì)云南省2010—2019年建筑業(yè)全生命周期的碳排放量予以有效核算，以此為基礎(chǔ)，基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論構(gòu)建云南省建筑業(yè)碳排放系統(tǒng)仿真模型，根據(jù)云南省相關(guān)數(shù)據(jù)確定模型所需參數(shù)和主要方程式，利用Vensim?PLE?x32軟件進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬仿真。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)要素施加適度調(diào)控，從而比較、分析不同情境下云南省建筑業(yè)碳排放預(yù)期峰值，給予政策制定者科學(xué)合理的指導(dǎo)建議。

關(guān)鍵詞：云南??；建筑業(yè)碳排放；碳排放系數(shù)法；系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)；峰值預(yù)測(cè)

中圖分類號(hào)：F271????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?文章編號(hào)：1005-6432（2024）01-0009-06

DOI：10.13939/j.cnki.zgsc.2024.01.003

1?引言

近年來(lái)，世界各地因溫室效應(yīng)所導(dǎo)致的極端惡劣天氣及其引發(fā)的一系列局部自然災(zāi)害問(wèn)題嚴(yán)重威脅著人類社會(huì)的生存發(fā)展和生態(tài)系統(tǒng)的維持保護(hù)。為此，諸多國(guó)家與地區(qū)紛紛制定和出臺(tái)相關(guān)法律法規(guī)和條例以圖有效控制以二氧化碳為主要構(gòu)成要素的溫室氣體的排放。建筑業(yè)作為促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱型產(chǎn)業(yè)，在完善基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、改善人民基本生活和提升居民幸福指數(shù)等方面發(fā)揮了不可替代的作用［1］。與此同時(shí)，其高投入、高耗能和高碳排的產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式也同樣引起了相關(guān)部門的廣泛關(guān)注。根據(jù)中國(guó)建筑節(jié)能協(xié)會(huì)公布的數(shù)據(jù)，建筑業(yè)全過(guò)程碳排放占全國(guó)碳排放總量比重超過(guò)半數(shù)，并與工業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)并稱為三大碳排放子系統(tǒng)，且位居首列［2］。由此可見，由建筑業(yè)驅(qū)動(dòng)的經(jīng)濟(jì)迅速增長(zhǎng)與碳排放量急劇增加之間的矛盾日益尖銳。因此，如何在現(xiàn)行制度的約束下準(zhǔn)確預(yù)測(cè)建筑業(yè)碳排放的預(yù)期峰值，并根據(jù)其峰值制定切實(shí)可行的碳減排政策，乃是當(dāng)下各級(jí)政府亟須考慮的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。

云南省作為聯(lián)合國(guó)《生物多樣性公約》締約方大會(huì)的承辦地，深入貫徹綠色發(fā)展理念，多措施并舉探索低碳發(fā)展路徑已初見成效。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020年，云南省設(shè)計(jì)階段綠色建筑占比為82%，竣工階段占比高達(dá)50%。但相對(duì)來(lái)說(shuō)，部分碳達(dá)峰指標(biāo)（例如城市化率、人均GDP等）較之于東部沿海省份乃至發(fā)達(dá)國(guó)家地區(qū)仍存在較大差距，可見其低碳發(fā)展空間潛力巨大。因此，明確云南省建筑業(yè)碳排放預(yù)期峰值，對(duì)于云南省實(shí)現(xiàn)2030碳達(dá)峰目標(biāo)具有十分重要的理論與現(xiàn)實(shí)意義。

2?文獻(xiàn)綜述

現(xiàn)階段，碳達(dá)峰已成為國(guó)際社會(huì)廣泛聚焦的熱點(diǎn)議題，針對(duì)建筑業(yè)碳排放的相關(guān)研究文獻(xiàn)也層出不窮，例如Chen等［3］借助CKC回歸分析模型，預(yù)測(cè)中國(guó)建筑業(yè)碳排放將于2035年達(dá)到峰值。Du等［4］從能源消耗的角度構(gòu)建了建筑業(yè)碳排放系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型作情景分析，指出中國(guó)建筑業(yè)最早于2025年實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰。Liu等［5］以北京市為例，運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)對(duì)城市建筑碳排放峰值進(jìn)行了預(yù)測(cè)，結(jié)果顯示城市建筑由于能源消耗所產(chǎn)生的碳排放量將于2025年達(dá)到峰值。Li等［6］以江蘇省為例，構(gòu)建了建筑業(yè)碳排放系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真模型，并選取R&D投資占GDP比重和節(jié)約能源建筑比例作為情景設(shè)置指標(biāo)并對(duì)其峰值進(jìn)行了預(yù)測(cè)，結(jié)果顯示江蘇省建筑業(yè)碳排放最早于2029年達(dá)到峰值。Huo等［7］運(yùn)用蒙特卡洛模擬方法，預(yù)測(cè)我國(guó)城市居建、農(nóng)村居建和商業(yè)建筑分別于2040年、2021年和2038年碳達(dá)峰?？梢?，諸多學(xué)者針對(duì)建筑業(yè)碳排放關(guān)鍵影響因素識(shí)別及峰值預(yù)測(cè)已進(jìn)行了深入探討，但經(jīng)過(guò)剖析，仍存在以下幾點(diǎn)不足：①諸多文獻(xiàn)在建筑業(yè)碳排放量的核算過(guò)程中忽略了建材運(yùn)輸、建筑廢料處理過(guò)程中所產(chǎn)生的碳排放量，進(jìn)而導(dǎo)致所計(jì)算的建筑業(yè)碳排放量數(shù)值相對(duì)較低，不利于建筑業(yè)碳減排責(zé)任的界定。②建筑業(yè)碳排放的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)文獻(xiàn)在進(jìn)行模擬仿真時(shí)調(diào)控變量的選取相對(duì)較少，難以及時(shí)響應(yīng)調(diào)控變量隨時(shí)間推移的不確定性對(duì)建筑業(yè)碳排放的作用效果。

鑒于此，文章將采用碳排放系數(shù)法（carbon?emission?coefficient?method，CEFM）、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)（system?dynamics，SD）理論彌補(bǔ)現(xiàn)有研究文獻(xiàn)的不足，進(jìn)一步豐富建筑業(yè)碳排放體系的研究?jī)?nèi)容。重要采用碳排放系數(shù)法對(duì)2010—2019年云南省建筑業(yè)全生命周期的碳排放量予以有效測(cè)度，并根據(jù)云南省相關(guān)數(shù)據(jù)，構(gòu)建云南省建筑業(yè)碳排放系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真模型，從而進(jìn)行非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)實(shí)環(huán)境的模擬并仿真未來(lái)的演化趨勢(shì)，進(jìn)一步比較分析不同情境下調(diào)控變量隨時(shí)間推移的不確定性對(duì)云南省建筑業(yè)碳達(dá)峰的作用效果。

3?研究方法與數(shù)據(jù)來(lái)源

3.1?云南省建筑業(yè)全生命周期碳排放量核算

從現(xiàn)有研究成果來(lái)看，碳排放系數(shù)法因其簡(jiǎn)潔、直觀和便于理解的特點(diǎn)，被國(guó)內(nèi)外學(xué)者普遍接受。故而文章在借鑒前人研究的基礎(chǔ)上［8-13］，采用碳排放系數(shù)法對(duì)2010—2019年云南省建筑業(yè)全生命周期碳排放量予以有效測(cè)度，具體公式如下：

Ctdirect=∑7i=1Eti×Oi×LCVi×CFi×4412+Ete×ηe×95%（1）

Ctindirect=（1+10%）×Mti×βi×（1－εi）+（Merect×Sterect+Mdemolish×Stdemolish）×Dtransporation×βtransporation（2）

Ctoperational=Ctpublic+Ctresidential=∑12iEti×Oi×LCVi×CFi×4412+?Ete×ηe+Eth×ηh+Ctdirect×5%（3）

式（1）中，Ctdirect表示第t年的建筑業(yè)直接碳排放量；Eti指建筑業(yè)第t年第i種能源的消耗量，包括原煤、其他洗煤、其他焦化產(chǎn)品、汽油、煤油、柴油和液化石油氣等7種一次能源；Oi指第i種能源的氧化率；LCVi指第i種能源的平均低位熱值；CFi指第i種能源的單位熱值含碳量；44/12指碳與二氧化碳之間的轉(zhuǎn)化系數(shù)；Ete指第t年的電力消耗量；ηe指電力的二氧化碳排放系數(shù)。

式（2）中，Ctindirect表示第t年建筑業(yè)間接碳排放量；10%指建材運(yùn)輸過(guò)程中由運(yùn)輸能耗所額外產(chǎn)生的二氧化碳；Mti指第t年第i種建筑材料的消耗量，包括水泥、鋼材、木材、玻璃和鋁材5種建筑材料；βi指第i種建筑材料的二氧化碳排放因子（水泥0.815kg/kg、鋼材1.789kg/kg、木材842.8kg/m3、玻璃0.9655kg/kg、鋁材2.6kg/kg）；εi指第i種建筑材料的回收率（鋼材0.8、木材0.2、玻璃0.7、鋁材0.85）；Merect和Mdemolish分別指在建筑施工和拆除階段的建筑廢料計(jì)算基數(shù)，分別取0.055t/m2、1.2t/m2；Sterect和Stdemolish分別指第t年建筑業(yè)的施工面積和拆除面積，分別取90%、10%；Dtransportation指建筑廢料運(yùn)輸階段的平均運(yùn)輸距離，取30km；βtransportation指建筑廢料運(yùn)輸?shù)奶寂欧畔禂?shù)，取0.44×10-3tCO2/（t·km）。

式（3）中，Ctoperational表示第t年的建筑業(yè)運(yùn)行碳排放量;Ctpublic表示第t年的公共建筑碳排放量;Ctresidential表示第t年的居住建筑碳排放量;Eti指第t年第i種能源的消耗量，包括原煤、其他洗煤、焦炭、型煤、煤制品、焦?fàn)t煤氣、其他煤氣、液化石油氣、其他石油制品、天然氣、液化天然氣、其他能源等12種一次能源;Oi指第i種能源的碳氧化率;LCVi指在建筑運(yùn)行中第i種能源的平均低位熱值;CFi指在建筑運(yùn)行中第i種能源的單位熱值含碳量;Ete指第t年的電力消耗量;ηe指電力的二氧化碳排放系數(shù);Eth指第t年的熱力消耗量;ηh指電力的二氧化碳排放系數(shù);5%指在施工現(xiàn)場(chǎng)由于建筑運(yùn)行所產(chǎn)生的二氧化碳。

3.2?云南省建筑業(yè)碳排放系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真模型構(gòu)建

考慮建筑業(yè)碳排放過(guò)程涉及多個(gè)領(lǐng)域且具有復(fù)雜、非線性、多重反饋等顯著特點(diǎn)，傳統(tǒng)的計(jì)量經(jīng)濟(jì)方法無(wú)法解決此類問(wèn)題。因此，文章引入SD理論，對(duì)云南省建筑業(yè)碳排放過(guò)程加以系統(tǒng)性分析，深入了解建筑業(yè)碳排放過(guò)程，據(jù)此繪制云南省建筑業(yè)碳排放系統(tǒng)要素因果回路圖，如圖1所示。

為進(jìn)一步體現(xiàn)系統(tǒng)變量性質(zhì)以及反饋控制回路，文章基于圖1分析的云南省建筑業(yè)碳排放系統(tǒng)要素因果回路圖，遵循可行性、全面性和數(shù)據(jù)可獲取性等原則，選取7個(gè)水平變量、5個(gè)速率變量、5個(gè)常量、7個(gè)表函數(shù)和多個(gè)輔助變量，利用Vensim?PLE?x32軟件構(gòu)建云南省建筑業(yè)碳排放系統(tǒng)流程圖，如圖2所示，鑒于篇幅所限，僅羅列以下核心公式：

F9=0.0333×sqrt（lnF12）+0.1174×sqrt（lnF1）-0.1418×1/F20+0.0259×（1/F20）2-0.0080×1/F2-0.1987（4）

F23=［-9.3832×sqrt（lnF12）-0.4272×（1/F2）+0.040242×（1/F2）2+0.6829×（1-F2）×sqrt（lnF19）…-0.7576×F2×sin（sqrt（lnF8））］×（F13+F14-F15）（5）

F35=0.5739×sqrt（lnF12）-0.0935×lnF12+0.0636×sqrt（lnF28）-0.001351×sqrt（F25）×F24+0.002465×F26×F24-1.0532（6）

F37=F40-F39×F40（7）

圖1?云南省建筑業(yè)碳排放系統(tǒng)要素因果回路

圖2?云南省建筑業(yè)碳排放系統(tǒng)流程

3.3?數(shù)據(jù)來(lái)源

文章數(shù)據(jù)來(lái)源于《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》《云南省統(tǒng)計(jì)年鑒》《云南省調(diào)查年鑒》《中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒》《中國(guó)建筑業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒》《中國(guó)科技統(tǒng)計(jì)年鑒》、云南省統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)、住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部官方數(shù)據(jù)庫(kù)、住房與城鄉(xiāng)建設(shè)廳官方數(shù)據(jù)庫(kù)和部分參考文獻(xiàn)，數(shù)據(jù)來(lái)源真實(shí)可靠，考慮到部分?jǐn)?shù)據(jù)已然缺失，故采用歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)做算數(shù)平均。

4?結(jié)果分析

4.1?模型檢驗(yàn)

繼建筑業(yè)碳排放系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型構(gòu)建之后，需對(duì)該模型的適用性和合理性進(jìn)行檢驗(yàn)，以此確定該模型是否能夠真實(shí)反映和描述現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。鑒于篇幅所限，文章著重介紹現(xiàn)實(shí)性檢驗(yàn)。現(xiàn)實(shí)性檢驗(yàn)是指通過(guò)比較模擬結(jié)果的演化趨勢(shì)是否與歷史統(tǒng)計(jì)值相符來(lái)衡量該模型的可靠性與準(zhǔn)確性。

文章選取云南省建筑業(yè)碳排放系統(tǒng)中2010—2019年為期10年的建筑業(yè)直接碳排放量、間接碳排放量、運(yùn)行碳排放量和碳排放總量作為現(xiàn)實(shí)性檢驗(yàn)變量，與模擬值相比較，以此證明該仿真模型的正確性和有效性，表1展示了該模型的現(xiàn)實(shí)性檢驗(yàn)結(jié)果?？傮w來(lái)說(shuō)，除2017年的碳排放總量的相對(duì)誤差較大外，其余年份均未超過(guò)8%，說(shuō)明該模型能夠較好地描述和反映云南省建筑業(yè)碳排放的系統(tǒng)現(xiàn)狀。

4.2?情景分析

為有效考察不同情境下調(diào)控變量的變化程度對(duì)云南省建筑業(yè)碳排放峰值的影響效果，文章采用情景分析法對(duì)未來(lái)可能出現(xiàn)的各種不確定性進(jìn)行預(yù)測(cè)。情景分析法是指在充分回顧并分析歷史數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)細(xì)致的、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐茢鄟?lái)闡述未來(lái)可能發(fā)生的各種指標(biāo)變化，從而分析并判斷實(shí)現(xiàn)相應(yīng)目標(biāo)的各種可能性以及為此采取的各種舉措，具體調(diào)控方案如表2所示。

圖3形象地展示了在現(xiàn)行情景、高碳情景、低碳情景下云南省建筑業(yè)碳排放量的總體變化趨勢(shì)。從模擬結(jié)果可知，在現(xiàn)行情景、高碳情景和低碳情景下云南省建筑業(yè)碳排放總量將分別于2035年、2038年和2035年實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，其峰值分別為942.04百萬(wàn)噸、1091.33百萬(wàn)噸和455.91百萬(wàn)噸。雖說(shuō)低碳情景下建筑業(yè)碳排放總量無(wú)法先于現(xiàn)行情景實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，但其峰值卻得到了顯著降低。可見，該情景下調(diào)控變量的變化方向起到了顯著的抑制作用。

從圖3可知，當(dāng)建筑業(yè)產(chǎn)出值呈現(xiàn)上升趨勢(shì)時(shí)，人均GDP、環(huán)境代價(jià)和建筑業(yè)碳排放總量亦隨之上升，原因在于隨著建筑業(yè)產(chǎn)出值不斷增大，必然帶動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展，但同樣也帶來(lái)新建建筑增多、建材大量消耗、施工強(qiáng)度顯著增加、建筑存量明顯過(guò)剩等一系列問(wèn)題，進(jìn)而引起建筑業(yè)直接、間接和運(yùn)行碳排放顯著增加，故而導(dǎo)致所付出的環(huán)境代價(jià)也必然加??；而一旦產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，建筑業(yè)所占GDP比重下降，建筑業(yè)碳排放量也將隨之下降，人均GDP和所付出的環(huán)境代價(jià)也會(huì)相對(duì)減少，但環(huán)境情況得到了一定程度的改善。

5?結(jié)論

云南省建筑業(yè)最早于2035年實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，其峰值為455.91百萬(wàn)噸。由此可見，云南省建筑業(yè)距離2030碳達(dá)峰目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)任重而道遠(yuǎn)。因此，未來(lái)建筑業(yè)應(yīng)從以下幾個(gè)方面著手進(jìn)行建筑業(yè)碳減排舉措。

首先，在建筑施工的過(guò)程中，應(yīng)竭力推廣預(yù)制建筑和模塊化建筑，使得建造過(guò)程集約化，從而有效減少建筑業(yè)在交通運(yùn)輸側(cè)的碳排放。其次，在建筑材料方面，加速傳統(tǒng)建材的可替代性研究，采用新型環(huán)保建材增強(qiáng)建體結(jié)構(gòu)以延長(zhǎng)建筑生命周期，從而減少新建建筑存量，有效抑制間接碳排放和運(yùn)行碳排放的增加。最后，應(yīng)加快建立碳交易市場(chǎng)機(jī)制，嚴(yán)格把控碳排放額度，實(shí)施嚴(yán)厲的碳懲罰措施，充分發(fā)揮碳市場(chǎng)的決定性作用，迫使相關(guān)建筑企業(yè)改善粗獷式發(fā)展模式，改良建筑工藝流程，從而在一定程度上抑制建筑業(yè)碳排放。以上種種舉措需綜合使用，方可有效促使云南省建筑業(yè)盡早實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰。

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