我國碳排放計量模型的構(gòu)建與應(yīng)用

我國碳排放計量模型的構(gòu)建與應(yīng)用

中國幅員遼闊，自然資源和人力資源的空間分布極為不均勻。此外，由于不同地區(qū)的社會經(jīng)濟發(fā)展歷史，不同地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展水平和社會發(fā)展方式存在較大差異，導(dǎo)致不同地區(qū)能耗和碳排放的區(qū)域差異。我國碳減排目標的實現(xiàn)依賴于省域等區(qū)域?qū)用娴牡吞嫁D(zhuǎn)型努力以及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和技術(shù)進步。探討我國不同省域的碳排放差異性及其驅(qū)動因素,有助于制定科學(xué)合理的具有區(qū)域特色的低碳發(fā)展規(guī)劃和政策[3,4,5,6,7,8,9,10,11]。本文通過對當(dāng)前的區(qū)域碳排放計量模型進行討論,定量分析了造成我國不同省域碳排放差異性的驅(qū)動因素,并運用計量經(jīng)濟學(xué)方法對我國不同省域的低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展模式進行了研究,以期為我國制定科學(xué)合理的省級低碳發(fā)展政策提供參考依據(jù)。1計量模型的建立目前使用較普遍的估算區(qū)域化石燃料燃燒碳排放量的計算方法(1)是聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)推薦的計量模型。該模型假設(shè)區(qū)域各類能源的總投入量等于終端能源的消費量加上加工轉(zhuǎn)換和輸送過程的損失量,用表觀消費量既方便又完整的計算封閉區(qū)域的燃料燃燒碳排放量。然而對于區(qū)域尺度而言,該模型不能很好地處理電力等區(qū)域間流動能源消費引起的間接碳排放的責(zé)任分擔(dān)問題。通常而言,流動能源的實際消費過程和碳排放過程在空間上是分離的(比如火力發(fā)電),有些能源的表觀消費統(tǒng)計量并非是直接發(fā)生碳排放的能源消費量(比如原煤的表觀消費統(tǒng)計量就包括了轉(zhuǎn)化為洗精煤、焦炭等的消費量)。從系統(tǒng)整體的角度而言,這對我國國家層次碳排放計算的影響是不大的,因為電力、洗精煤和焦炭等二次能源基本上是在國家范圍內(nèi)流動調(diào)配并消費,既可以用能源的表觀消費量計算,也可以用終端消費量計算。但是,對于國家層次以下的區(qū)域而言,由于流動能源的區(qū)域間調(diào)配較大,直接用表觀消費量計算區(qū)域碳排放,可能會由于責(zé)任分擔(dān)不公平而造成發(fā)展空間的不平等問題。若用該模型進行碳排放計量和績效評估,會產(chǎn)生錯誤的產(chǎn)業(yè)發(fā)展導(dǎo)向。例如,由于區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展不平衡導(dǎo)致目前我國省域間的電力調(diào)配規(guī)模較大,而且火電相對于水電、核電、風(fēng)電等清潔電力生產(chǎn)方式的碳排放系數(shù)較高,這樣會造成擁有較高的火力發(fā)電比重的區(qū)域碳排放量偏高,而電力消費則發(fā)生在其他區(qū)域?；鹆Πl(fā)電行業(yè)的地理空間分布現(xiàn)狀有其歷史原因,也有區(qū)域的資源稟賦原因,在短期內(nèi)很難得到改變。簡單地將電力消費引起的間接碳排放責(zé)任歸咎于電力生產(chǎn)區(qū)域,這樣的計量方法有失偏頗。從人文公平的角度來講,碳排放評估更應(yīng)關(guān)注消費者的碳排放,從而促進整個社會的低碳發(fā)展。對于火電行業(yè)集聚區(qū)的高碳排放乃至由此附帶的本地大氣污染問題,本文認為從行業(yè)技術(shù)提升和綜合治理的角度去評估更為有效和合理?；谝陨戏治?本文對IPCC的計量模型進行改進,將區(qū)域碳排放分解為本地非火電生產(chǎn)活動的直接排放量和電力消費的間接排放量兩類。其計量模型表述如下:式中:Ctotal是區(qū)域的碳排放總量(t);C電力是本地電力消費的間接碳排放量(t);C直接是本地非電力生產(chǎn)的能源消費直接碳排放量(t);Q終端i是第i種化石燃料的終端消費量(t);Q供熱是用于本地供熱的第i種化石燃料消費量(t);Q損失i是第i種化石燃料的損失量(t);βi是第i種化石燃料的能源轉(zhuǎn)換系數(shù)(TJ/tce);αi是第i種化石燃料的潛在碳排放因子(t/TJ);Bi是第i種化石燃料用作原料、材料的實物消費量(t);ηi是第i種化石燃料用作原料、材料時的固碳率;γi是第i種化石燃料燃燒過程的碳氧化率;E是區(qū)域的電力終端消費量(kW·h);ε是區(qū)域的電力損失量(kW·h);σ是全國電力消費平均等效排放因子(t/kW·h);TC是全國電力生產(chǎn)的碳排放總量(t);TE是全國電力生產(chǎn)總量(kW·h);TQi是用于全國電力生產(chǎn)的第i種化石燃料消費量(t)。該計量模型將電力生產(chǎn)過程中的碳排放責(zé)任由電力消費區(qū)域承擔(dān),既保證了資源稟賦不同的區(qū)域擁有相同的發(fā)展空間,也促使全國所有區(qū)域重視電力消費的間接碳排放,有利于全國碳排放總量的削減和低碳理念的全面落實。關(guān)于該模型有兩點說明:(1)我國的電力生產(chǎn)主要是由火電、水電、風(fēng)電和核電構(gòu)成。其中,火力發(fā)電是依靠大量燃燒煤炭等化石燃料來提供發(fā)電動力,而水電、核電和風(fēng)電則是依靠水利勢能、核能和風(fēng)能等清潔能源,其生產(chǎn)過程基本屬于零碳排放。從生命周期的角度來看,水電、核電和風(fēng)電在發(fā)電設(shè)備的生產(chǎn)過程中也消耗了原料和能源,也間接排放有CO2等溫室氣體。本文認為,發(fā)電設(shè)備生產(chǎn)過程的碳排放應(yīng)計入其生產(chǎn)行業(yè),不應(yīng)在電力生產(chǎn)過程進行重復(fù)計算,因此可以認為,水電、核電和風(fēng)電在電力生產(chǎn)過程中的碳排放系數(shù)近似為零,電力生產(chǎn)的碳排放近似等同于火力發(fā)電的碳排放。在計算全國電力生產(chǎn)的碳排放總量TC時,只要計算全國火力發(fā)電的能源消費碳排放即可。(2)我國的電網(wǎng)按照東北、華北、華東、華中、西北和南方等區(qū)域進行劃分,并且不同電網(wǎng)之間也存在著電力調(diào)配。由于電力消費的這種特殊性,本省生產(chǎn)的電力未必是在本省消費,本省消費的電力也無法區(qū)分是高排放的火電還是相對低排放的水電、核電和風(fēng)電,因此在現(xiàn)有的技術(shù)水平和統(tǒng)計體系下,嚴格定義某省域消費的電力生產(chǎn)來源比較困難。然而,本模型注重的是電力消費行為的低碳化,因此假設(shè)將全國所有省域的本地電力消費均質(zhì)化(即假設(shè)全國電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)配),本地電力消費的間接碳排放量C電力由區(qū)域的電力終端消費量E、區(qū)域的電力損失量ε和全國電力消費平均等效排放因子σ來計算。這種假設(shè)雖然會造成一定的計量誤差,但突出了電力消費行為,大大降低了工作量,并且可以保證分省域碳排放總量之和與直接計算的全國排放量一致。2我國能源消費碳排放根據(jù)改進的區(qū)域碳排放計量模型,本文計算了2008年我國30個省份(由于數(shù)據(jù)可得性原因,沒有包括西藏、臺灣和港澳等省份和地區(qū))的能源消費碳排放。2.1業(yè)的現(xiàn)有顯著性地區(qū)生產(chǎn)總值(GDP)、人口、三次產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值等均來自《中國統(tǒng)計年鑒2009》以及各省當(dāng)年的統(tǒng)計年鑒。工業(yè)行業(yè)的生產(chǎn)總值來自《中國工業(yè)經(jīng)濟統(tǒng)計年鑒2009》。各省份的一次化石能源產(chǎn)量、各類能源終端消費量以及工業(yè)行業(yè)能源消費量等來自《中國能源統(tǒng)計年鑒2009》并經(jīng)過適當(dāng)整理。其中,利用《中國能源統(tǒng)計年鑒》分地區(qū)原煤、焦炭、原油、燃料油、汽油、煤油、柴油、天然氣生產(chǎn)量數(shù)據(jù),統(tǒng)一換算為標準煤單位,從而計算省區(qū)的化石能源產(chǎn)量。2.2碳排放密度和經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)的關(guān)系從空間分布來看,我國碳排放密度(以單位國土面積的碳排放量來表征,圖1a)總體上呈由東部沿海向中部和西部地區(qū)遞減的趨勢,高排放區(qū)域主要集中在東部沿海發(fā)達地區(qū),總體形成遼寧—河北—山東—江蘇—浙江的高排放連綿帶(以環(huán)渤海區(qū)和長三角為主)和珠三角高排放區(qū)。通過對照我國城市空間分布格局,碳排放密度與經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)具有很好的相關(guān)性。人均碳排放的空間分布與碳排放密度較為不同,基本上是北高南低的態(tài)勢(圖1b)。內(nèi)蒙古、山西、遼寧和青海等資源型省市的人均排放較為突出。與碳排放密度大致相反,碳強度的空間分布則是由西部內(nèi)陸省份逐漸向東部沿海地區(qū)遞減(圖1c)。西部省市的碳強度普遍高于東部省市,這與其經(jīng)濟發(fā)展水平密切相關(guān)。總的來說,碳排放密度與經(jīng)濟發(fā)展水平呈正相關(guān),而碳排放強度與經(jīng)濟發(fā)展水平呈負相關(guān),而人均碳排放的影響因素較為復(fù)雜,但是資源稟賦較高的地區(qū)人均排放量較高。3相關(guān)省域的低碳發(fā)展模式及成因為了進一步剖析省域碳排放差異性的驅(qū)動因素,本文對我國省域碳排放及相關(guān)因子的面板數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析,以此來考察不同省域的低碳發(fā)展模式并進行區(qū)劃分析。3.1影響因素決定已有的研究表明,碳排放通常由經(jīng)濟發(fā)展、資源稟賦、能源消費、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和技術(shù)水平等因素決定[3,13,14,15,16,17,18,19]。為了使用定量的截面數(shù)據(jù)進行分析,本文針對每種因素選取若干變量指標進行表征,見表1。3.2區(qū)域碳排放差異性的識別—分析方法為了有效表征區(qū)域碳強度的差異性,本文首先假設(shè)區(qū)域差異性僅與以上11個變量中的1個變量有關(guān),借助相關(guān)性分析工具對數(shù)據(jù)進行初步處理,然后以“F-to-enter概率≤0.050,F-to-remove概率≥0.100”的步入準則使用逐步篩選回歸模型進行篩選,尋找對這種差異性貢獻最大的少數(shù)幾個指標,并以此識別區(qū)域差異性的主要驅(qū)動因素。經(jīng)過相關(guān)性分析和回歸分析,本文識別出資源稟賦指數(shù)、高耗能產(chǎn)業(yè)比重和人均GDP等3個指標是影響我國區(qū)域碳排放差異性的主要因素,并且對區(qū)域碳排放差異性貢獻最大的是資源稟賦因素。目前我國生活消費的直接碳排放所占比重還較小,對區(qū)域碳排放的差異性貢獻還不大。在識別差異性驅(qū)動因素的基礎(chǔ)上,結(jié)合我國不同省份的特點,本文以碳排放強度、人均GDP、資源稟賦指數(shù)和高耗能產(chǎn)業(yè)比重等4個變量作為聚類依據(jù),利用SPSSStatistics軟件對我國30個省市的碳排放特征進行聚類分析和空間區(qū)劃,識別出我國不同省域的低碳發(fā)展模式。3.3低碳發(fā)展模式分類根據(jù)聚類分析結(jié)果,可將全國的碳排放與經(jīng)濟發(fā)展?fàn)顩r分為四種模式,即發(fā)達型低碳發(fā)展、均衡型低碳發(fā)展、資源型低碳發(fā)展和發(fā)展型高碳發(fā)展。3.3.2發(fā)達型低碳發(fā)展模式均衡型低碳發(fā)展地區(qū)主要包括江蘇、浙江、福建、山東和廣東等東部沿海省份,經(jīng)濟發(fā)展水平普遍位于全國平均水平以上而碳強度相對較低。資源稟賦相對缺乏,工業(yè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對優(yōu)化,高耗能產(chǎn)業(yè)所占地區(qū)工業(yè)產(chǎn)值的比重低于全國平均水平,和發(fā)達型低碳發(fā)展區(qū)域有著較相似的特征。從圖3可以看出這些地區(qū)處于低碳發(fā)展各項指標都較為均衡的階段,除了人均GDP之外,其他指標都低于全國平均水平。隨著經(jīng)濟發(fā)展水平的不斷提高,碳強度水平必將進一步下降,低碳發(fā)展?jié)摿艽?。因?未來這類地區(qū)的低碳發(fā)展要在進一步優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的同時,充分重視經(jīng)濟增長和人均GDP的提高,逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)達型低碳發(fā)展方式。同時和發(fā)達型低碳發(fā)展區(qū)域一樣,由于資源稟賦缺乏,區(qū)域具有大力發(fā)展風(fēng)能、核能和太陽能等可再生能源、改善能源結(jié)構(gòu)的強烈愿望和動力。低碳轉(zhuǎn)型過程要深入分析區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展和能源結(jié)構(gòu)對碳減排目標可達性的作用機制。3.3.3區(qū)域低碳發(fā)展雷達圖資源型高碳發(fā)展模式包括山西、內(nèi)蒙古、遼寧、貴州、山西、青海、寧夏和新疆等省份。這些地區(qū)大都位于我國西部,自然資源稟賦條件非常優(yōu)越,而由于區(qū)位和歷史原因,經(jīng)濟發(fā)展水平較為落后。也正是由于地區(qū)的能源資源豐富,在發(fā)展資源能源密集型產(chǎn)業(yè)方面具有較大的比較優(yōu)勢,決定了這些地區(qū)的高耗能產(chǎn)業(yè)往往是地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的支柱性產(chǎn)業(yè),在工業(yè)產(chǎn)值中的比重極高。資源能源密集型行業(yè)在創(chuàng)造相等產(chǎn)值的同時,碳排放量也較大,碳排放強度較高,這就造成了該地區(qū)低碳發(fā)展雷達圖的菱形特征(圖4):資源稟賦和碳強度指標雙高。同時也應(yīng)認識到,這些地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展水平還比較低,其高碳發(fā)展的現(xiàn)狀受限于地區(qū)的資源稟賦,自然資源稟賦決定著該地區(qū)具有發(fā)展能源密集型行業(yè)的主觀需求和客觀條件。低碳是一個相對的概念,低碳發(fā)展是經(jīng)濟發(fā)展低碳化的過程,因此這些地區(qū)的低碳發(fā)展目標和碳排放評價標準要因地制宜、因時制宜地制定,不應(yīng)在碳強度絕對值上要求達到全國平均水平或者某一標準,而要強調(diào)碳排放削減績效和碳強度下降幅度,即地區(qū)在低碳發(fā)展方面的努力程度。因此,碳減排目標的制定一方面要重視區(qū)域的經(jīng)濟發(fā)展衡量指標,促進該地區(qū)經(jīng)濟的快速發(fā)展,另一方面要通過構(gòu)建過程性指標,定量考核區(qū)域碳強度的削減績效。3.3.4區(qū)域發(fā)展政策發(fā)展型高碳發(fā)展區(qū)域包括河北、吉林、黑龍江、安徽、江西、河南、湖北、湖南、廣西、海南、重慶、四川、云南和甘肅等中西部地區(qū)。這些地區(qū)資源稟賦差異性較大,人均GDP指標較低,但是基本都處于社會經(jīng)濟的快速發(fā)展階段,典型標志就是高耗能產(chǎn)業(yè)快速上馬,在地區(qū)工業(yè)體系中的比重日益增加,這也造成了該類區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展水平較低而碳排放強度較高的現(xiàn)狀(圖5)。因此,未來這些地區(qū)要推進低碳發(fā)展,首先要在保證經(jīng)濟增長的同時積極轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式,構(gòu)建具有區(qū)域特色的低碳產(chǎn)業(yè)體系,探索適合本地區(qū)發(fā)展的低碳路徑。資源稟賦較好的地區(qū)在發(fā)展能源密集型行業(yè)的同時,要提高能源利用效率,注重低碳技術(shù)的研發(fā)和推廣利用。不具備資源稟賦優(yōu)勢的區(qū)域應(yīng)積極改善能源結(jié)構(gòu),控制高耗能行業(yè)的膨脹性發(fā)展,結(jié)合區(qū)域特色大力發(fā)展可再生能源和技術(shù)密集型的新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)。發(fā)展型高碳發(fā)展區(qū)域的低碳化轉(zhuǎn)型關(guān)系著我國低碳發(fā)展目標的全局,應(yīng)該全面分析地區(qū)低碳發(fā)展的基礎(chǔ)條件和機遇優(yōu)勢,從發(fā)展階段、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源利用、技術(shù)水平以及制度建設(shè)等多方面構(gòu)建評價指標,尋求適合區(qū)域發(fā)展的低碳轉(zhuǎn)型之路。4我國不同省域的政策關(guān)注均通過對區(qū)域碳排放模型的討論,本文改進了IPCC的碳排放計量模型,并以此對我國省域差異性進行了定量的統(tǒng)計分析,大致將我國區(qū)域劃分為發(fā)達型低碳發(fā)展、均衡型低碳發(fā)展、資源型高碳發(fā)展和發(fā)展型高碳發(fā)展等四類發(fā)展模式。基于不同低碳發(fā)展模式的特點,我國不同省域的低碳轉(zhuǎn)型政策制定的關(guān)注重點也應(yīng)有所不同。發(fā)達型低碳發(fā)展區(qū)域要關(guān)注進一步優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),提高技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)的比重,重點考慮能源結(jié)構(gòu)和工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等指標的設(shè)置及戰(zhàn)略規(guī)劃的發(fā)展目標合理性。均衡型低碳發(fā)展區(qū)域在未來的低碳發(fā)展中要在進一步優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的同時,充分重視經(jīng)濟增長和人均GDP的提高,逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)達型低碳發(fā)展方式。資源型高碳發(fā)展區(qū)域的低碳績效評估目標和碳排放評價標準要因地制宜、因時制宜地制定,強調(diào)碳排放的削減績效和碳強度的下降幅度。而對于我國大部分地區(qū)目前所處的發(fā)展型高碳發(fā)展階段,要全面分析地區(qū)低碳發(fā)展的基礎(chǔ)條件和機遇優(yōu)勢,從發(fā)展階段、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源利用、技術(shù)水平以及制度建設(shè)等多方面構(gòu)建評價指標,積極探索具有區(qū)域自身特色的低碳轉(zhuǎn)型之路。3.3.1區(qū)域經(jīng)濟水平動力環(huán)境這類發(fā)展模式包括北京、天津和上海。這三個直轄市地處東部沿海,區(qū)域化石能源產(chǎn)量極少,但是憑借其區(qū)位優(yōu)勢而獲得了較早較好的發(fā)展機遇,當(dāng)前的經(jīng)濟發(fā)展水平遙遙領(lǐng)先全國,工業(yè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)也正在逐步優(yōu)化升級,能源效率處于全國領(lǐng)先水