1997-2007年中国分省化石能源碳排放强度变化趋势分析

杜 官 印,蔡 运 龙,李 双 成

(北京大学城市与环境学院,北京 100871）

1997-2007年中国分省化石能源碳排放强度变化趋势分析

杜 官 印,蔡 运 龙,李 双 成

(北京大学城市与环境学院,北京 100871）

测算了1997-2007年中国30个省份分省化石能源的碳排放量、单位国内生产总值碳排放强度、人均碳排放强度和单位建设用地碳排放强度,得出如下结论:1）2007年的碳排放比1997年几乎增长一倍,带来了显著的环境效应。2）1997年以来,有25个省份单位国内生产总值碳排放强度总体呈下降趋势,但是大多数省份在2002年后,单位国内生产总值的碳排放开始小幅反弹。3）1997-2007年,除北京外,其余29个省份的人均碳排放强度呈现递增趋势,单位建设用地碳排放强度总体呈上升趋势。以上趋势与中国经济发展的“重型化”相对应,表明化石能源的消耗对环境的影响强度越来越大。

化石能源;碳排放;经济;建设用地

0 引言

以CO2为主的温室气体增加导致全球气候变暖已成为世界公认的环境问题,而化石能源消耗是CO2排放(碳排放）的主要来源[1-3]。中国城市化和工业化发展带来了建设用地的快速扩张,同时也伴随着化石能源的大量消耗和碳排放的增加。综合美国橡树岭国家实验室CO2信息分析中心(CD IAC）、世界资源研究所(WRI）和美国能源部能源信息署(EIA）的数据,自1751年第一次工业革命以来,全球累积排放了1.16万亿t CO2(截至2004年）,其中绝大多数的温室气体是在19世纪中叶开始的第二次工业革命后排放的[4]。中国的工业化也同样带来了碳排放的积累和增加,带来不可低估的环境影响。

1997年以来,中国的城市化和工业化快速发展,其基本特征是能源和资源的大量消耗。始于2000年的新一轮经济快速增长,工业增长明显转向以重工业为主导的格局。2000年第二产业比重首次超过50%(达到50.9%）。2001年重化工比重达60.5%,2003年升至64.3%。由于重化工业的快速发展,中国的能源消耗也快速增长,碳排放于2008年超过美国,居世界第一位[5]。据预测,今后较长一段时期,中国的化石能源消耗还将持续增长,荷兰皇家壳牌集团预测中国2025年的一次能源需求将占全球25%,到2050年,中国自身的一次能源需求将是本世纪初的4倍,化石能源仍将占中国一次能源需求的70%[6]。中国经济增长产生的碳排放也日益成为全球关注的问题[7,8],到2050年即使采取保守方案,中国等发展中国家的排放空间也极为有限[5]。在当前全球气候环境问题日渐显露出重要战略意义的大背景下,这个难题更加突出。

中国的建设用地在经济增长、城市化和工业化过程中扮演着重要角色。2003-2007年建设用地的扩张对推动各地投资增长和产业发展起到了关键作用,以至于国家从2003年起在实施财政、货币政策调控的基础上,将土地政策也作为经济宏观调节的重要工具[9,10]。相关研究还表明,土地利用变化带来的环境问题是多方面的,建设用地的扩张与人类经济社会活动范围扩大引起工业生产和城市化石能源消费增加,直接对环境产生影响,间接影响全球气候变化[11-13]。

“十五”期间,中国能源消耗偏离了2020年能源战略目标,依靠高投入、高能耗支撑的经济快速发展带来一系列问题。同时,这一阶段也是中国建设用地快速扩张的时期。估算分省及全国碳排放量,了解各地区的碳排放现状及其与经济和建设用地等的相关性,对于实现碳排放整体的控制目标具有重要意义。为此,本文选择城市化和工业化最大的环境影响产物——碳排放进行计算,分析单位国内生产总值碳排放强度、人均碳排放强度和单位建设用地碳排放强度,对区域碳排放变化趋势进行分析,并提出缓解碳排放压力的对策。

1 化石能源碳排放量

本文以中国省级行政区为基本分析单元(未包括港、澳、台地区）,使用的数据包括1997-2007年分省的经济数据和土地利用数据。其中,测算分省的化石能源碳排放所使用的能源消费数据主要源于1998年以来的《中国统计年鉴》、《中国能源统计年鉴》;建设用地数据源于1997年以来历年全国土地利用变更调查统计数据,依据全国土地利用变更调查结果,用居民点工矿用地和交通运输用地等地类中口径一致的三级类总量代表建设用地总量;国内生产总值数据来自历年《中国统计年鉴》,并以1952年不变价进行了价格平减,以消除价格变动的影响。

地区化石能源的碳排放量一般采用不同化石能源的消费量及其碳排放系数进行测算,公式如下:

Cit= ∑jEijt×ηj(i=1,2,3,…;j=1,2,3,…）(1）

式中参数依据中国科学院可持续发展战略研究组编著的《2009中国可持续发展报告——探索中国特色的低碳道路》中的有关数据确定。Cit为i省第t年的碳排放总量;Eijt为i省第t年第j类能源消费量;ηj为第j类能源的碳排放系数(原煤排放系数为0.7476 t碳/t标准煤;原油排放系数为0.5854 t碳/t标准煤;天然气排放系数为 0.4479 t碳/t标准煤[14]）。

本文有关化石能源数据来自1997-2008年的《中国统计年鉴》、《中国能源统计年鉴》中各地区一次能源消费总量统计数据。根据《中国能源统计年鉴》提供的各种能源折标准煤参考系数(按1 kg原煤=0.7143 kg标准煤,1 kg石油=1.4286 kg标准煤,1 m3天然气=1.33 kg标准煤的标准计算）,将各地区的煤炭、石油、天然气消费量折合成标准煤。按照式(1）分别计算各省1997-2007年的碳排放量。其中,海南2002年和宁夏2001—2002年的个别能源项统计数据不完整,本文依据其前后年份的数据进行估算补充。由于西藏能源统计数据缺失较多,测算数据可靠性难以保证,故不纳入后续分析。

由表1可知,总体上中国化石能源的碳排放呈上升态势。但在2002年前,碳排放的年际变化不稳定,1998年和2001年甚至出现碳排放相对上年减少情况。自2002年中国化石能源的碳排放量呈快速增长趋势,其中2003年增幅达17.86%,碳排放总量为127 896.02万t。自2003年年度增幅逐年下降,但由于排放基数较大,2007年的碳排放已接近1997年的2倍。

表1 1997-2007年全国化石能源碳排放量Table 1 The fossil-fuel carbon em ission of China from 1997 to 2007

2 碳排放强度

2.1 分省单位国内生产总值(GDP）碳排放强度

单位GDP碳排放强度反映了经济增长过程中的能源消耗情况,30个省历年单位 GDP(以1952年不变价计算）碳排放强度计算结果如表2,可以看出:

(1）1997-2007年绝大多数省份单位GDP碳排放强度呈下降趋势。2007年与1997年相比,有3个省份下降幅度超过50%,分别是新疆(60.22%）、北京(59.97%）、天津 (53.66%）;云南 (0.58%）、福建(6.51%）、浙江(9.82%）单位 GDP碳排放强度降幅较小,其中福建、浙江1997年排放强度较低(分别为2.13万t/亿元、2.98万t/亿元）,2007年的排放强度分别为2万 t/亿元、2.69万 t/亿元;而云南则一直处于一个较高的碳排放水平,在节能减排方面没有取得实质性的进展。以时间为自变量对1997-2007年各省份的单位 GDP碳排放强度变化率进行回归分析(图1）,依变化率从小到大排序,有26个省份单位 GDP碳排放强度变化率为负,福建、云南、海南、宁夏的变化率为正,分别为0.01、0.09、0.22和0.29,特别是海南、宁夏上升趋势明显。

图1 分省单位 GDP碳排放强度随时间变化率Fig.1 The trend of carbon intensity of per unit of GDP for each province by time

(2）1997-2007年多数省份在后期单位GDP碳排放强度有所反弹。北京、天津、河北、黑龙江、上海、江苏、新疆的碳排放强度基本为逐年递减,其余省份大致在2002年后呈小幅攀升趋势,这与美国能源部2008年12月8日发布的各国单位 GDP碳排放数据中中国的数据趋势一致,1997—2006年中国千美元 GDP的化石能源碳排放量分别为2.75 t、2.46 t、2.22 t、2.02 t、1.95 t、2.08 t、2.22 t、2.52 t、2.48 t、2.34 t[15]。

表2 1997-2007年分省单位国内生产总值碳排放强度 万t/亿元Table 2 The intensity of the carbon em ission per un it GDP for each province from 1997 to 2007

(3）碳排放对 GDP的弹性系数呈现增长态势。碳排放对 GDP的弹性系数是指碳排放增长速度与GDP增长速度之比。在1998年和2001年中国能源消耗降低的情况下,GDP仍保持增长。但2000年、2003年、2004年全国多数省份的碳排放对 GDP弹性系数大于1,碳排放增幅高于 GDP的增幅,表明能耗升高,呈现出“粗放”增长的状态。

(4）部分省份的碳排放对 GDP弹性系数高于正常水平。世界各国工业化过程中电力消耗对 GDP增长弹性系数一般介于0.8～ 1;日本1960-1970年加速工业化的阶段,能源弹性系数仅为1.21[16],而2000年、2003年、2004年中国相当一部分省份的碳排放对GDP弹性系数(由于化石能源在能源消费中占主导地位,该弹性系数与能源消耗弹性系数基本等效）超过1.5,甚至超过2,辽宁2000年的弹性系数为2.29,广西2003年的弹性系数为2.25。这一变化持续到2004年,当年河北、吉林、江苏、福建、山东、河南、湖南、云南的弹性系数仍然超过1,其中湖南高达2.88。2006后,碳排放对 GDP的弹性系数基本恢复正常水平。

2.2 分省人均碳排放强度

人均碳排放强度可以在一定程度上反映一个国家能源平均消费水平和对环境的影响强度。对30个省份历年人均碳排放强度进行计算,结果如表3。

图2 分省人均碳排放强度平均值及随时间变化率Fig.2 The trend of carbon intensity of per capita for each province by time

表3 1997-2007年分省人均碳排放强度t/人Table 3 Carbon em ission per capita for each province from 1997 to 2007

1997—2007年多数省份的人均碳排放强度呈现上升趋势。图2是30个省份1997-2007年人均碳排放强度的平均值和以时间为自变量的人均碳排放强度的变化率,可以看出,除北京外,其余29个省份的人均碳排放强度的变化率均大于0,表明这些省份的人均碳排放量呈递增趋势。绝大部分省份人均碳排放处于稳定递增状态,但是一些经济发达省份(如浙江）以及能源产业发达的省份,人均碳排放强度处于快速增长状态。根据人均碳排放强度随时间变化率的大小,可以将30个省份分为3组:1）递减型,包括北京,变化率为-0. 01;2）平稳递增型,包括重庆、四川、广西、安徽、江西、黑龙江、湖北、广东、湖南、甘肃、云南、青海、贵州、上海、福建、吉林、新疆、河南、海南、河北、江苏、陕西、天津等,变化率介于0.03～0. 09;3）急速递增型,包括浙江、辽宁、山东、山西、内蒙古、宁夏等,变化率介于0.11～0.26。

2.3 单位建设用地碳排放强度

分省单位建设用地碳排放强度(表4）一方面可以反映一个地区化石能源消耗的强度,另一方面可以反映建设用地承载的环境压力。1997—2007年,排放强度最高的上海市多年平均为200.7 t/hm2;最低的青海省多年平均为15.7 t/hm2。

(1）从时间序列看,单位建设用地的碳排放强度总体呈上升趋势。根据30个省份的数据计算全国单位建设用地碳排放强度,1997-2007年分别为41.27 t/hm2、38.95 t/hm2、38.80 t/hm2、43.34 t/hm2、42.00 t/hm2、43.02 t/hm2、49.14 t/hm2、54.06 t/hm2、58.39 t/hm2、62.60 t/hm2、65.68 t/hm2。可以看出,1997-2002年全国平均值呈波动变化形态,2003年后呈持续上升状态。图3给出了分省单位建设用地碳排放强度的多年平均值及其随时间的变化率,除北京市外,其余省份单位建设用地碳排放强度随时间的变化率为正,表现为上升趋势。

图3 分省单位建设用地碳排放强度平均值及随时间变化率Fig.3 The trend of carbon intensity of per unitarea of built-up land for each province from 1997 to 2007

(2）建设用地碳排放强度呈快速上升趋势,且与工业重型化的趋势一致。自2001年中国重化工业迅猛发展,所占比重开始上升,能源消耗大幅增加。表5反映出,2003年前,除北京市外,单位建设用地碳排放强度总体呈小幅波动形态,2003年后,所有省份均呈持续上升态势。以1997—2002年和2003—2007年两个时段分别计算各省份的单位建设用地碳排放强度,北京市后一阶段比前一阶段有所降低,其他省份后一阶段比前一阶段上升20.4%～100.5%。其中,上升速度最快的是内蒙古,后一阶段是前一阶段的2.04倍,其次为山东、陕西、云南、河南。从表5还可看出,中国经济发达的省份,包括天津、江苏、浙江、福建、辽宁同样处于单位建设用地碳排放强度攀升的前列,只是增幅相对较低。这表明,自2003年以来,中国经济发展的“重型化”不仅在发达省份有所体现,在中、西部地区更为明显。

表4 1997 - 2007 年分省单位建设用地碳排放强度Table 4 The intensity of carbon emission per unit area of built-up land for each province from 1997 to 2007 t/ hm2

表5 不同阶段单位建设用地碳排放强度Table 5 The intensity of carbon em ission per unit area of built-up land in different period t/hm2

3 结论与讨论

(1）中国化石能源碳排放总量的急剧增长带来越来越大的压力。1980-2000年在“节能优先”的能源发展战略指导下,中国实现了能源消费翻一番保证国民经济发展翻两番的目标,能源消耗弹性系数降至0.5左右,为世界应对气候变化作出了积极贡献[5]。但是2000年后中国经济发展“重型化”特征明显,2007年的碳排放比1997年增长近一倍,带来了显著的环境影响。碳排放的快速上升也给中国应对全球气候变化带来较大的国际压力,在确定各国的实质性减排义务的6种排放指标中,这是对中国最为不利的一项指标。

(2）单位 GDP碳排放强度增长与经济结构调整不到位有密切关系。1997年以来,绝大多数省份单位 GDP碳排放强度呈下降趋势,但在2002年后,单位 GDP碳排放强度开始小幅反弹,这与中国“十五”以来节能减排的形势吻合。2006年以来,尽管全国单位 GDP能耗累计下降14.38%,但2009年全国单位 GDP能耗仅下降2.2%,远低于2008年(4.59%）和2007年(4.2%）的降幅,而2010年一季度单位GDP能耗同比不降反而上升3.2%,距完成“十一五”规划中能耗强度降低20%的目标还有相当差距。本文测算出2003-2005年绝大多数省份的碳排放对 GDP的弹性值远高于合理水平,反映了中国的经济结构没有得到优化调整,经济的重型化、高能耗并不符合资源国情,也不符合可持续发展的要求。在“十一五”计划制定之初,国务院节能减排综合性工作方案提出的目标是,通过结构调整带来的节能贡献要占1/3,一方面在三次产业结构之间,通过第三产业提高3%,第二产业降低3%,节能1.1亿t标准煤;另一方面,在第二产业内部,高技术产业提高5%,高耗能产业降低5%,节能0.9亿t标准煤。但预计到2010年,中国的三次产业结构调整的目标不可能实现。

(3）中国城市化程度的提高将推动人均碳排放增长。中国分省人均碳排放强度为0.16～3.92 t/人,总体处于较低水平。但是,1997-2007年除北京外,其余省份人均碳排放强度全部处于递增状态,表明人均碳排放强度的压力正在增大。其中,中国城市化带来的人口向城市集聚,使得商业能源消耗持续增长。1996年后,中国进入了城市化快速发展期,城市化率由30.48%升至2007年的44.94%。2006年中国城市地区的商业能源消费量占全国能源消费总量的84%,能源消费排放的CO2占CO2总排放的85%。据估计,2008-2030年中国将有3.0亿～4.5亿人口进入城市,城市温室气体的减排控制措施迫切需要摆上日程。

(4）土地利用结构不合理也是推动碳排放增长的重要因素。中国单位建设用地的碳排放强度总体呈现上升趋势,表明化石能源消耗对环境的影响强度越来越大。而以2003年为界分析前后两个时段单位建设用地碳排放强度,可以看出与经济发展“重型化”相对应的是,后一阶段的单位建设用地碳排放强度上升,表明这种发展方式产生了显著的环境影响。根据相关研究成果,合理的城市用地结构是生活居住用地占40%～50%,产业用地占20%～30%(其中工业用地占10%～15%）,生产和生活用地、道路和其他公共设施等用地占20%～30%。而据全国55个城市的统计资料显示,生产用地平均占城市用地的63%,其中工业用地占27.5%。中国除功能性城市外,城市用地结构普遍存在工业用地比例过大、商业用地和生活设施用地比例过小的问题[17]。

(5）推动节能减排将是一项长期的历史性任务。研究和实践表明,如果 GDP年均增长9.5%,实现20%节能目标可减少16亿t CO2的排放,中国的节能减排将对世界做出重要贡献。根据初步测算,中国在2030年前碳排放将继续增长,之后达到稳定并逐渐减少。因此,对节能减排工作必须树立明确的目标,作为一项战略任务落实。当前,最重要的是调整经济结构,提高能源效率,改善能源结构和增加碳汇。通过上述措施减少碳排放,既是满足中国经济可持续发展对能源的需要,也是保护生态环境的需要。

[1] 秦大河,罗勇,陈振林,等.气候变化科学的最新进展:IPCC第四次评估综合报告解析[J].气候变化研究进展,2007,3(6）:311-314.

[2] 政府间气候变化专门委员会.气候变化2007:综合报告[M].北京:政府间气候变化专门委员会出版,2008.

[3] IPCC.Summary for Policymakersof the Synthesis Reportof the IPCC Fourth A ssessment Repo rt[M].Cambridge,U K:Cambridge University Press,2007.

[4] 张志强,曲建升,曾静静.温室气体排放评价指标及其定量分析[J].地理学报,2008,63(7）:693-702.

[5] 2050中国能源和碳排放研究课题组.2050中国能源和碳排放报告[M].北京:科学出版社,2009.

[6] 荷兰皇家壳牌集团.壳牌能源远景2050[R].2008.

[7] 刘燕华,葛全胜,何凡能,等.应对国际CO2减排压力的途径及我国减排潜力分析[J].地理学报,2008,63(7）:675-682.

[8] 王铮,朱永彬.我国各省区碳排放量状况及减排对策研究[J].中国科学院院刊,2008,23(2）:109-115.

[9] 容志.我国土地调控失灵的制度经济分析[J].公共管理学报,2009,6(2）:68-75.

[10] 杨晓妹.土地调控中的土地税收政策分析[J].经济研究导刊,2008(7）:16-17.

[11] 史培军,宋长青,景贵飞.加强中国土地利用/覆盖变化及其对生态环境安全影响的研究——从荷兰全球变化开放科学会议看人地系统动力学研究的发展趋势[J].地球科学进展,2002,17(2）:161-168.

[12] 陈强,濮励杰,梁华石,等.快速城市化地区城市用地扩展的生态环境效应评价——以南京市栖霞区为例[J].江西农业大学学报,2009,31(4）:750-755.

[13] 李杨帆,朱晓东,孙翔,等.快速城市化对区域生态环境影响的时空过程及评价[J].环境科学学报,2007,27(12）:2060-2066.

[14] 中国科学院可持续发展战略研究组.2009中国可持续发展报告——探索中国特色的低碳道路[M].北京:科学出版社,2009.

[15] DOE.Energy Information Administration International Energy Annual 2006[EB/OL].http://www.eia.doe.gov/emeu/international/contents.htm l,2008.2010-01-31.

[16] 吴敬琏.中国增长模式抉择[M].上海:上海世纪出版股份有限公司远东出版社,2006.

[17] 黄木易,吴次芳,岳文泽.土地利用规划在城市化用地扩张管制中的困境及对策[J].南京林业大学学报(人文社会科学版）,2008,8(1）:67-71.

Fossil-Fuel Carbon Em ission Intensity Change of Each Province in China during 1997-2007

DU Guan-yin,CA I Yun-long,L IShuang-cheng
(CollegeofUrbanandEnvironmentalSciences,PekingUniversity,Beijing100871,China）

The urbanization and industrialization of China brings forth rapid expansion of built-up land and sharp increaseof fossil-fuel consump tion and carbon emission.In this paper,the total fossil-fuel carbon emission of each p rovince was calculated and the carbon emission intensity of per-unit gross domestic p roduct(GDP）,per capita and per unit area of built-up land was analyzed.The research show s that the to tal amount of carbon emission in 2007 is almost two timesof 1997,w hich indicates that industrialization and urbanization in China speeds up the consump tion of fossil-fuel,causing p rominently negative environmental impacts.The carbon emission intensity of per-unit GDP has revealed the declining trend generally since 1997 butmost of p rovinces show a little bit rebound after 2002.The carbon intensity per capita increased for all p rovinces excep t Beijing from 1997 to 2007.The carbon emission intensity of per unit area of built-up land gradually increased,w hich was consistent w ith the trend of heavy industry development,indicating that the intensity of environmental impact caused by the fossil-fuel consump tion was becoming higher and higher.

fossil-fuel;carbon emission;economy;built-up land

X820.3

A

1672-0504(2010）05-0076-06

2010-05- 05;

2010-07-14

国家自然科学基金项目“中国耕地转换价值的感知与分配研究”(40971051）

杜官印(1972-）,男,博士研究生,主要从事土地管理研究。E-mail:duguanyin@163.com