中國建筑業(yè)碳排放影響因素及碳達峰碳中和預測分析

朱 微,程云鶴

(安徽理工大學 經(jīng)濟與管理學院,安徽 淮南 232001)

為推進碳達峰碳中和工作,中國在2021 年發(fā)布了《關于完整準確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》[1]和《2030 年前碳達峰行動方案》[2]等頂層設計。 同時,在國家層面的系統(tǒng)謀劃和總體部署下,住房和城鄉(xiāng)建設部國家發(fā)展改革委發(fā)布了《城鄉(xiāng)建設領域碳達峰實施方案》。[3]據(jù)《2022 中國建筑能耗與碳排放研究報告》[4]顯示,2020 年的建筑全過程碳排放占全國碳排放比例為51%,建筑業(yè)已成為中國能源消費和碳排放增加的重要來源。 因此,探究中國建筑業(yè)碳排放的影響因素,合理預測其碳排放發(fā)展趨勢,判斷是否能在2030 年前實現(xiàn)碳達峰和2060年前城鄉(xiāng)建設方式實現(xiàn)全面綠色低碳轉型,可以有針對性地制定碳達峰碳中和政策或對現(xiàn)有的政策進行優(yōu)化或改進,從而準確地對“雙碳”目標提供參考依據(jù)。

1 國內外研究現(xiàn)狀

一直以來建筑業(yè)碳排放是眾多學者關注的熱點問題。 不同的學者從不同的角度進行了研究。一是準確衡量建筑業(yè)碳排放量[5]。 目前衡量建筑業(yè)碳排放量分為兩種,一種是寬口徑,從全生命周期角度,包括生產(chǎn)、運輸、建造、運行、拆除到垃圾處理各個階段的碳排放量之和作為建筑業(yè)碳排放量;另一種是窄口徑,僅計算建筑業(yè)運行周期所產(chǎn)生的碳排放量,主要采用排放因子法[6]、質量平衡法[7]、實測法。 二是研究分析方法。 從效率的角度來衡量建筑行業(yè)的碳排放效率,主要采用一種非參數(shù)法(數(shù)據(jù)包絡分析法)。[8-9]三是建筑業(yè)碳排放影響因子研究及達峰預測。 研究碳排放影響因子的模型有IPAT 模型[10](Kaya/STIRPAT 等)、指數(shù)分解(IDA、LMDI)、結構分解(SDA)等。 在此基礎上,結合以往的趨勢狀況和現(xiàn)行的政策和發(fā)展計劃,科學地設置未來的技術、經(jīng)濟和社會發(fā)展的情景,并將各個要素的設置參數(shù)引入到該模型中,就可以實現(xiàn)對碳排放的預測。 其中黃秀蓮等[11]構建了STIRPAT 模型,通過設定慣性情景模式、節(jié)能情景模式和低碳情景模式預測河北省的碳峰值。 結果表明,企業(yè)規(guī)模是影響河北省碳排放最顯著的因素,在低碳情況下峰值時間可以提前。 薩和雅等[12]以人口增長率、GDP 增長率等變量設置多種不同的情景模式,分析內蒙古自治區(qū)的碳排放量變化。 結果表明,人口是影響碳排放的最大因素,通過降低經(jīng)濟增長率來減少碳排放的增加。 翁智雄等[13]通過研究多種經(jīng)濟發(fā)展路徑,預測分析河北省2017—2035 年能源需求和碳排放狀況,并提出相應科學合理的政策建議。 董棒棒等[14]通過情景模擬建立9 種發(fā)展模型,對我國西北地區(qū)2017—2030 年能源消費碳排放進行了預測和分析。

綜上所述,學者們較為注重行業(yè)因素分析、模型改進和相關評價體系的建立,將理論與實踐結合,尋找適合的低碳轉型路徑,但是目前建筑業(yè)碳排放在2015 年之后穩(wěn)定下降,中國建筑業(yè)碳排放量是在2015 年達峰還是進入平臺期? 若達峰,在2060 年是否能實現(xiàn)碳中和? 鑒于此,本研究選取主要指標構建STIRPAT 預測模型,利用情景分析法模擬中國建筑業(yè)未來碳排放量變化情況,分析在不同變化速率下,各影響因素對中國建筑業(yè)碳中和造成的影響,旨在此基礎上,對中國建筑行業(yè)的節(jié)能減排潛力進行深入研究,為我國在2060 年前實現(xiàn)碳中和提供科學依據(jù)。

2 模型構建與數(shù)據(jù)來源

2.1 碳排放測算模型構建

基于數(shù)據(jù)可獲得性,測算了建筑行業(yè)的直接碳排放量。 建筑行業(yè)的直接碳排放量主要來源于建筑生產(chǎn)過程的能耗,按照化石能源類別及前期研究結果,選取原煤、焦炭、汽油、煤油、柴油、燃料油、LPG、天然氣8 種能源。 依據(jù)IPCC 中碳排放的計算方法,公式為:

式中:C建筑業(yè)——建筑業(yè)碳排放總量;Ei——能源i的使用量;fi——碳排放因子。

2.2 建筑碳排放預測模型構建

在拓展STIRPAT 模型基礎上構建出指標與建筑業(yè)碳排放量關系的計量經(jīng)濟模型。 將建筑業(yè)碳排放量作為被解釋變量,從經(jīng)濟產(chǎn)出、技術水平和人口規(guī)模三個方面進行因素選取。 首先,現(xiàn)有的研究多是將人口規(guī)模用常住人口來描述,而建筑業(yè)用年末建筑業(yè)企業(yè)從業(yè)人數(shù)CP表示,其從業(yè)人員施工水平會影響碳排放。[15]其次,選用國民經(jīng)濟核算的核心指標人均生產(chǎn)總值PG和建筑業(yè)人均生產(chǎn)總值CPG及城鎮(zhèn)化率CZH作為經(jīng)濟產(chǎn)出指標,既能較好地體現(xiàn)產(chǎn)業(yè)的總體經(jīng)濟發(fā)展水平,又能體現(xiàn)建設規(guī)模。[16-17]最后,將技術水平變量擴展為反映原煤使用量占比的建筑業(yè)能源結構ES、建筑業(yè)碳排放量與其生產(chǎn)總值直接的比值碳排放強度CI兩個變量,ES越大,碳排放量越多;CI愈小,則代表建筑產(chǎn)業(yè)單位產(chǎn)出的碳排放量愈少,也就是建筑產(chǎn)業(yè)的科技含量愈高。[18]具體結果見表2。 將所涉及變量進行對數(shù)化處理,得出具體公式:

表2 中國碳排放預測研究指標選取

2.3 數(shù)據(jù)來源與處理

考慮到數(shù)據(jù)可得性和研究對象的特點,選取2005—2021 年17 年的數(shù)據(jù)進行研究,主要指標的數(shù)據(jù)來源如下:

各能源消耗數(shù)據(jù)主要來源于CEIC 數(shù)據(jù)庫及《中國能源統(tǒng)計年鑒》。 建筑業(yè)總產(chǎn)值、建筑業(yè)從業(yè)人數(shù)、人均GDP、城鎮(zhèn)化率等數(shù)據(jù)均來源于《中國統(tǒng)計年鑒》。

3 結果分析

3.1 中國建筑業(yè)碳排放量現(xiàn)狀

根據(jù)碳排放計算模型計算出研究期間我國年建筑業(yè)二氧化碳排放量及增長率,如圖1 所示。

由圖1 可直觀地看到,中國建筑業(yè)碳排放總量在2015 年達到研究期間的最大值,是2005 年的1.63 倍,年平均增長率為5.15%。 中國建筑業(yè)碳排放量在2015 年之前逐漸增長,之后呈穩(wěn)定下降趨勢。

圖1 中國建筑業(yè)碳排放量(2005—2021 年)

3.2 STIRPAT 模型預測結果

通過構建可拓展的STIRPAT 模型,進一步探究人口規(guī)模、經(jīng)濟產(chǎn)出和技術水平對于建筑業(yè)碳排放量的影響。 為避免“偽回歸”,首先利用SPSS26.0 對變量做多元線性回歸。

R2表示模型的擬合精度,當R2越接近 1 時,說明模型的擬合精度越好。 德賓-沃森(Durbin-Watson)檢驗是目前檢驗自相關性最常用的方法。當DW值顯著地接近于0 或4 時,則存在自相關性,而接近于2 時,則不存在(一階)自相關性。從表3 中可知,調整后的R2=1.000,表示此時模型擬合較好。DW值為2.17 表示自變量之間不存在 (一階)自相關。

表3 模型擬合程度

在回歸方程中,當自變量之間存在線性關系時,模型擬合精度會降低,使自變量與因變量之間的擬合結果出現(xiàn)較大誤差,嚴重影響模型后續(xù)結果分析。 為進一步確認各指標之間的共線性關系,本研究對自變量的模型特征值和條件指標展開分析。 模型特征值與條件指標如表4 所示。

表4 模型特征值和條件指標

如表4 所示,條件指數(shù)的最大值是1 849.441,表明自變量間有較強的共線性。 同時表中多個自變量的方差比例較為接近,表示自變量之間存在互相干擾的可能,最小二乘法不適合用于對建筑業(yè)碳排放影響因素的解釋說明,因此這里不展示線性回歸方程,而直接考慮選用能夠解決多重共線性問題的嶺回歸分析做進一步研究。 嶺回歸結果見表5。

表5 嶺回歸結果

嶺回歸的結果表明:經(jīng)F檢驗,P 值為0.000,在水平上具有顯著性,拒絕了原假定。 同時,該模型擬合較好,R2達0.838。

模型的公式:

從嶺回歸分析可以看出,中國建筑行業(yè)的碳排放上升與人口規(guī)模的增長、經(jīng)濟產(chǎn)出的增長、城市化水平的提升以及能源結構的改善有關。 其中,城鎮(zhèn)化率每提高1%,其碳排放都將上升0.266%。 其次為人口與能源構成,兩者都為0.239%,建筑業(yè)經(jīng)濟發(fā)展程度為0.092%,國家經(jīng)濟發(fā)展程度為0.062%,碳排放強度對建筑的碳排放具有抑制作用,碳排放強度下降1%,則可使碳排放下降0.029%。

基于回歸分析結果和實際測量數(shù)據(jù),對中國2005—2021 年建筑業(yè)碳排放量進行擬合比較,如表6 所示。

表6 中國碳排放量預測值與實際值比較

對比結果看出,平均誤差絕對值為3.56%。為了更好地觀察中國建筑業(yè)預測值和實測值之間的差距,把2005—2021 年建筑業(yè)預測值和實測值繪制成圖2。

由圖2 可以看出,模擬值與實測值基本吻合,總體結果在可接受范圍內,說明預測模型具有一定的實際意義,符合中國經(jīng)濟社會發(fā)展規(guī)律。

圖2 中國建筑業(yè)碳排放量預測值與實測值對比

3.3 建筑業(yè)碳排放發(fā)展情景設定

3.3.1 情景參數(shù)設置

為預測中國建筑業(yè)在 2021—2060 年的碳排放量,根據(jù)中國建筑業(yè)發(fā)展規(guī)劃和政策措施,回顧過去各影響因素發(fā)展狀況,參考國家和其他地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展和城市化進程,結合國內外權威機構的預測結果,設置主要參數(shù)的變動速率。 并將2021—2060 年按每5 年一個階段劃分成8 個考察周期,將各主要參數(shù)的發(fā)展速率分為高、中、低3 種,具體設定如表7 所示。

表7 情景參數(shù)設置

3.3.1.1 建筑業(yè)從業(yè)人員

建筑業(yè)的平穩(wěn)發(fā)展不斷為社會提供新增就業(yè)崗位。 2021 年,全社會建筑業(yè)企業(yè)用工人數(shù)達8 180 萬人,在國民經(jīng)濟行業(yè)門類中位居第二,僅次于制造業(yè)成為吸納就業(yè)的重要領域。 根據(jù)國家統(tǒng)計局的《外來務工人員跟蹤調查》,截至2021年底,我國外來務工人員總數(shù)達到29 251 萬人?；跉v史數(shù)據(jù)分析,2005—2021 年中國建筑業(yè)從業(yè)人員年均增長4.28%,2016—2020 年增長率有所減緩,只有0.86%,這與建筑行業(yè)發(fā)展有關,我國人口老齡化問題日趨嚴重,低碳政策推動加上疫情影響,建筑業(yè)行業(yè)作為密集型行業(yè),不再享有廉價勞動力的優(yōu)勢,行業(yè)人員流失,因此,本研究設定基準情景在第一階段建筑業(yè)從業(yè)人員年均增長率為1.2%,在低速度時期是0.8%,高速時期是1.6%,以后每個時期的速度都是每年下降0.5%。

3.3.1.2 人均GDP

盡管人均國內生產(chǎn)總值并不能與居民的人均收入和生活水平直接相對應,但是它是衡量一個國家的人均收入和生活水準的一個重要物質依據(jù)。 在十九屆五中全會提出的2035 年遠景目標中,將人均國內生產(chǎn)總值提升至中等發(fā)達國家的標準,是一種較為清晰、可量化的發(fā)展指標,科學把握該發(fā)展目標的內涵與要求,關系到2035 年基本實現(xiàn)社會主義現(xiàn)代化遠景目標的實現(xiàn)。 通過歷史數(shù)據(jù)分析,2005—2021 年中國人均GDP 年均增長率為11.4%,2016—2020 年年均增長率為7.5%,可以看出,人均生產(chǎn)總值雖然每年穩(wěn)步增長,但是增速正在逐漸放緩。 而按照2035 年中國人均GDP 較2020 年翻一番進行倒算,2020—2035 年這15 年平均人均GDP 實際增長速度達到4.73%。 因此,結合人口預期發(fā)展,本研究預測人均GDP 平均增速按照“前高后平”的分布態(tài)勢,但總體保持一定增長,按此目標推算人均GDP 增速4.8%作為基準發(fā)展情景。 其他各情景下的人均GDP 變化1%,對應5 年政策規(guī)劃,之后每階段等差遞減0.5%。

3.3.1.3 城鎮(zhèn)化率

“十三五”期間,城市居民的城市化水平由過去的56.1%上升到現(xiàn)在的60.6%。 從全球城市化進程的一般趨勢來看,中國目前還處在一個快速的城市化階段,城市化速度仍然為30%~70%,而常住人口的城市化水平還有很大的提高空間。“十四五”計劃目標是,常住人口的城市化率達到65%,常住人口的城市化速度比“十三五”期間增長的速度要慢一些,預計城鎮(zhèn)常住人口增加超過7 000 萬人,常住人口城鎮(zhèn)化率年均提高0.8 個百分點左右。 因此,本研究設定基準情景下城鎮(zhèn)化率增速為0.8%,低速率和高速率分別為0.6%和1%,之后每個階段依據(jù)0.1%的速度遞減。

3.3.1.4 建筑業(yè)人均產(chǎn)值

“十三五”期間,我國建筑業(yè)改革發(fā)展成效顯著,全國建筑業(yè)增加值年均增長 5.1%,占國內生產(chǎn)總值比重保持在6.9%以上,2020 年,全國建筑業(yè)總產(chǎn)值達 26.39 萬億元,實現(xiàn)增加值7.2 萬億元,占國內生產(chǎn)總值比重達到 7.1%。 2011—2021年建筑業(yè)這11 年平均生產(chǎn)總值實際增長速度達到6.2%,建筑行業(yè)在國民經(jīng)濟中的地位越來越高,對促進經(jīng)濟增長、減輕社會就業(yè)壓力、推進新型城鎮(zhèn)化、保障和改善人民生活、實現(xiàn)全面建成小康社會做出了巨大的貢獻。 因此,本研究設定基準情景下第一階段建筑業(yè)人均產(chǎn)值中速率為6.5%,低速率和高速率分別遞減和遞增0.5%,之后每個階段同樣按照0.5%遞減。

3.3.1.5 能源結構

“十四五”期間,我國非礦物能源消費總量約為20%,要實現(xiàn)單位國內生產(chǎn)總值CO2減排18%,則需要單位國內生產(chǎn)總值能耗減排13%~14%。 綜合考慮經(jīng)濟增長和能源消費彈性變化趨勢,預計“十四五”時期單位GDP 能源消耗可降低13.4%~14.2%。 2005—2021 年,中國建筑業(yè)能源結構一直在不斷下降,2005—2021 年能源結構年平均下降3.97%,但是在2011—2021 年平均下降5.8%,下降速度增快。 綜上所述,本研究設定基準情景下建筑業(yè)第一階段煤炭消耗占總能源消耗的比重速率為-5%,低速率和高速率同樣以中速率為基準上下浮動0.5%,在此后的每個階段以0.2%的速率增加。

3.3.1.6 碳排放強度

2005—2021 年,中國建筑業(yè)碳排放強度年均下降10.43%,在“十三五”期間,中國著力推動建筑行業(yè)綠色低碳行動,該時期建筑業(yè)碳排放量年平均下降了1.7%,整體建筑業(yè)碳排放強度呈下降趨勢,在“十三五"期間中國建筑業(yè)碳排放強度比“十二五”期間下降幅度有放緩趨勢,這與經(jīng)濟的發(fā)展密切相關,建筑業(yè)經(jīng)濟發(fā)展水平提高的速度高于碳排放增長的速度。 因此,本研究將2021—2025 年建筑業(yè)碳排放強度中速率設定為-10%,低速率和高速率等差變化1%,之后每階段變化1%。

3.3.2 情景描述

為預測中國建筑行業(yè)未來碳排放可能的演變趨勢,基于“十四五”規(guī)劃、各因素過去的演變、現(xiàn)有的減排政策和潛在的減排空間,構建了三種情景:基準情景、低碳情景和激進情景。 不同的情景反映了政府為實現(xiàn)碳減排目標所采取的不同路徑。 基準情景是延續(xù)過往的建筑業(yè)發(fā)展軌跡,不開展新的節(jié)能減排方針,根據(jù)建筑業(yè)發(fā)展的慣性趨勢推出的可能情景。 低碳節(jié)能情景下,政府將加強對建筑業(yè)低碳節(jié)能的干預措施,如優(yōu)化能源結構、提升節(jié)能技術水平、鼓勵采用先進的節(jié)能減排材料等。 激進情景是在基準情景的基礎上,對各變量的預期變化率參數(shù)進行強化設置,進而得到在經(jīng)濟高速發(fā)展同時能源技術實現(xiàn)技術突破情形下的情景,如表8 所示。

表8 情景及方案設置

3.4 建筑業(yè)碳排放發(fā)展預測分析

結合表 8 設定情景,通過構建的碳排放預測模型可測算出2021—2060 年中國建筑業(yè)的碳排放量預測值,建筑業(yè)碳排放預測圖如圖 3所示。

圖3 碳排放預測結果

在低碳情景下,由于人口老齡化趨勢,中國建筑業(yè)的工作崗位必然會越來越少,而建筑業(yè)的從業(yè)人員也會逐步減少。 在這一情景下建筑業(yè)的經(jīng)濟產(chǎn)量和經(jīng)濟水平都會繼續(xù)緩慢地增長,城市化率的增加也會越來越困難,同時,隨著新能源的大量開發(fā),煤炭的消耗量也會越來越小。 通過模擬預計2025 年中國建筑行業(yè)的總碳排放量將會達到峰值,我國建筑行業(yè)的碳排放量從2021 年的4 326.45 萬t 小幅增長到2025 年的4 333.09 萬t,到2025 年將逐步下降到2060 年的3 317.05 萬t。

在基準情景下,中國建筑行業(yè)的就業(yè)規(guī)模將由低增速轉向低速負增速,同時,建筑行業(yè)的碳排放強度以及煤炭在能源結構中的比重也在穩(wěn)步降低,在此情景下,建筑行業(yè)的碳排放增速處于中等水平,建筑業(yè)的總碳排放量將于2030 年達到峰值4 414.32 萬t。 建筑行業(yè)的總排放量在2030 年后逐步下降,到2060 年達到3 718.59 萬t。

在激進情景下,受人口老齡化等因素的影響,未來建筑業(yè)的就業(yè)人員數(shù)量在2045 年前將維持較低的增速,之后將呈現(xiàn)負增長態(tài)勢。 同時,中國經(jīng)濟增速持續(xù)高速增長,能源結構中煤炭消費量仍處于高位的情況下,其碳排放強度呈緩慢下降趨勢,但其碳排放增長率卻是最高的。 根據(jù)模型預計,建筑行業(yè)的總碳排放量將于2040 年達到峰值4 706.69 萬t,之后,整個建筑行業(yè)的碳排放量將會逐漸放緩,最終至2060 年高達4 390.37 萬t。

綜上所述,以現(xiàn)在的發(fā)展速度可在2030 年實現(xiàn)碳達峰,但是控制經(jīng)濟發(fā)展趨勢,降低城鎮(zhèn)化率,減少建筑業(yè)從業(yè)人口漲幅,優(yōu)化能源結構是實現(xiàn)碳達峰的最快路徑,可提前5 年實現(xiàn)碳達峰。但是到2060 年建筑業(yè)并不能實現(xiàn)自身碳中和。

4 結語

基于STIRPAT 模型,建立中國建筑業(yè)碳排放預測模型,通過對建筑業(yè)人口規(guī)模、總經(jīng)濟產(chǎn)出、建筑業(yè)人均產(chǎn)出、城鎮(zhèn)化率、能源結構、碳排放強度等多個影響因子,分別設計低碳、基準和激進3種情景,對中國建筑業(yè)的碳排放進行長期預測,得出以下結論:

(1)中國建筑行業(yè)的碳排放上升與人口規(guī)模的增長、經(jīng)濟產(chǎn)出的增長、城市化水平的提升以及能源結構的改善有關。 其中,城鎮(zhèn)化率每提高1%,其碳排放都將上升0.266%。 其次為人口與能源構成,兩者都為0.239%,建筑業(yè)經(jīng)濟發(fā)展程度為0.092%,國家總經(jīng)濟發(fā)展程度為0.062%,碳排放強度對建筑的碳排放具有抑制作用,碳排放強度下降1%,則可使碳排放下降0.029%。

(2)建筑業(yè)在2015 年建筑業(yè)碳排放量進入平臺期,低碳、基準、激進3 種情景下的達峰時間分別為2025 年、2030 年和2040 年。 而到2060年,低碳、基準、激進情景下的碳排放總量分別為3 317.05 萬t、3 718.59 萬t、4 390.37 萬t,建筑業(yè)自身并不能實現(xiàn)碳中和。

為此,提出以下建議:(1)提升原有建筑原材料質量,延長中國建筑壽命。 中國大部分建筑的設計壽命只有50 年,而國外的建筑往往設計壽命為70 年。 統(tǒng)計數(shù)字表明,美國的房屋平均使用時間是74 年,英國的房屋平均使用壽命是132 年,而中國的房屋平均使用年限是30 年,中國的房屋在英國房屋開始重新修建時已經(jīng)歷了四遍重建。建筑使用年限的減少,既造成了建筑資源的浪費,又直接導致建筑行業(yè)的二氧化碳排放量上升,使得中國的建筑成為最大的二氧化碳排放源。 (2)積極推廣裝配式建筑、綠色建筑和超低能耗建筑。 推進既有建筑節(jié)能改造,提高建筑節(jié)能水平,推行“超低能耗”“零能耗”建筑,對建筑流線及功能進行優(yōu)化調整,使我國新建建筑均達到“綠色建筑”標準。