2016年中国能源流和碳流分析

张 豪 樊静丽 汪 航 张 贤

(1.中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院，北京市海淀区，100083； 2.中国21世纪议程管理中心，北京市海淀区，100038)

在能源发展的同时，熟悉并掌握每一阶段的能源供应及流向情况，能够给下一阶段能源的发展提供参考以解决当前存在的问题或从其中吸取发展经验。2016年正值“十三五”规划开局之年，能源生产和消费情况对优化能源结构以应对气候变化至关重要，本文将结合能流图和碳流图及其他实物量数据对2016年中国能源及碳流动情况加以分析。

能源流是能源自生产后，经过各部门加工转换，最终流向终端消费部门期间能源在各部门的分配情况，各支流的方向和宽度分别表示能源的去向和能源量，对能源流的分析可以清楚地认识到能源生产、消费结构和加工转换损耗等，同样，对碳流的分析可以明确二氧化碳产生的来源，并据此加快推动能源结构转型和碳减排。

在樊静丽和王蓬涛(2017)、樊静丽等(2018)和以往研究的基础上进行分析，与其不同的是，本文以最新的能源统计年鉴为数据基础，绘制能流图时采用煤炭总量(包含所有的煤制品量)的数据且透彻分析了加工转换过程，准确有效地反映了终端消费部门能源消费量。

1 方法和数据

1.1 碳排放核算

二氧化碳排放量计算方法参考《2006年IPCC国家温室气体清单指南》，不同部门、不同燃料品种二氧化碳排放量由以下公式计算：

CEij=ACij·NCVj·CCj·Oij×44/12(1)

式中：i——不同部门；

j——不同燃料品种；

CE——二氧化碳排放量；

AC——燃料实物量消耗，万t(气体为亿m3)；

NCV——燃料的平均低位热值，kJ/kg(气体为kJ/m3)；

CC——燃料单位热值含碳量，kg/GJ；

O——碳氧化率，采用IPCC默认值1；

44/12——二氧化碳和碳的分子量比值。

各种能源的平均低位热值、单位热值含碳量分别出自《中国能源统计年鉴2017》、《2006年IPCC国家温室气体清单指南》。

1.2 能流图的绘制

为了能够更直观简洁地展现一次电力从生产到终端消费的过程(一次电力生产过程中无能源损耗)，本文将采用电热当量计算法绘制能流图。

绘制能流图时，为使绘制结果清晰明了，特将二次能源、加工转换过程和终端消费部门中各项进行合并。其中，原煤及其制品统称为煤炭及其制品，原油的各种制品统称为油制品，天然气包含液化天然气。加工转换过程中，只考虑上述各类能源转化为另一类能源时的过程，不考虑此类能源的内部转换过程(仍然计算其损失)。最后按照《三次产业划分规定(2012)》在终端消费部门中进行部分合并，即农、林、牧、渔业为第一产业，工业和建筑业为第二产业，交通运输、仓储和邮政业，批发、零售业和住宿、餐饮业以及其他为第三产业。除了终端消费部门，能源的流动去向还有损失和平衡，该部分包含加工转换过程中的损失量、其他损失量及平衡差额(平衡差额=可供本地区消费的能源量-加工转换投入量+加工转换产出量-损失量-终端消费量)。

1.3 碳流图的绘制

由于能源相关的二氧化碳气体是在化石能源的燃烧过程中排放的，而在能流图中，部分过程是没有二氧化碳气体排放的。因此，计算碳排放时，我们只考虑煤炭、石油、天然气这些化石能源在用于火力发电、供热时的碳排放以及用于终端消费部门时产生的碳排放，剔除化石能源用作原材料的部分。在将相关数据进行合并整理及计算后绘制了2016年中国碳流图。

2 结果与分析讨论

2.1 2016年中国能源流整体分析

基于2016年中国能源平衡表(标准量)绘制的2016年中国能流图如图1所示，反映了能源生产后经过火力发电、供热等加工转换过程，最终流向终端消费部门的流动情况。2016年中国一次能源生产总量为31.5亿t标准煤(电热当量计算法，下同)，比2015年(33.4亿t标准煤)减少5.5%。一次能源生产总量中，原煤占76.7%，原油占9.1%，天然气(包括液化天然气)占5.7%，一次电力(水、风、核电及太阳能发电)占6.7%，其他能源占1.9%。能源供应总量为40.1亿t标准煤，较2015年(40.2亿t标准煤)稍有降低。

进出口方面，2016年中国进口能源(含境内轮船和飞机在境外的加油量)合计9.0亿t标准煤，出口能源(含境外轮船和飞机在境内的加油量)合计1.2亿t标准煤。能源整体对外依存度为19.3%，明显高于2015年16.8%的能源整体对外依存度，进一步加剧了中国的能源安全风险。

就加工转换而言，2016年中国能源加工转换总投入量为29.7亿t标准煤。其中，火力发电总投入量为13.5亿t标准煤，炼油投入7.9亿t标准煤，炼焦投入5.4亿t标准煤，供热投入2.0亿t标准煤。2016年中国能源加工转换共计产出能源21.4亿t标准煤，加工转换总效率为72.3%，分开来看，火力发电的效率为40.4%(产出电量为4.4万亿kWh)，炼油效率为98.7%(产出油制品7.8亿t标准煤)，炼焦效率为92.8%(产出5.0亿t标准煤)，供热效率为72.5%(产出热力为1.5亿t标准煤)。

图1 2016年中国能流图

从消费端来看，2016年中国能源消费总量为40.5亿t标准煤，较2015年(40.2亿t标准煤)仅上升0.7%。其中，终端消费总量为31.9亿t标准煤，第一产业、第二产业、第三产业及生活消费分别占比2.1%、66.9%、18.8%和12.2%，且在生活消费中，城镇和乡村生活消费分别占终端能源消费总量的7.2%和5.0%。2016年在经济合作与发展组织(OECD)国家中，相同行业能源消费量平均占比分别为1.9%、31.3%、48.2%和18.6%，因此，随着中国经济转型与发展，第三产业和生活能源消费比例还将进一步提高。

2.2 主要能源流向分析

2.2.1 煤炭

2016年全国原煤供应总量为37.9亿t，这是继2013年达到最大供应量42.7亿t以来，连续第3年持续下降。其中，原煤生产量34.1亿t，较2015年下降9.0%，在一定程度上缓解了产能过剩的问题。原煤进、出口量分别为2.6亿t、0.1亿t，仍保持为煤炭净进口国。加工转换过程中投入原煤30.5亿t，其中，18.0亿t用于火力发电，供热2.6亿t，洗选煤9.0亿t，炼焦0.7亿t，煤制油0.1亿t，煤制气0.1亿t。除洗选煤外，各方面用煤均有所上升，供热用煤较2015年增长10.4%，煤制油用煤较2015年增长75.3%，且煤制天然气工艺有较大改善(副产品焦炭明显减少，天然气产量较2015年大量增加)，对煤炭深加工起到了积极的推动作用。2016年，山西大同等4个煤制天然气项目获得批准，煤制天然气项目取得巨大进展，其天然气产量达18.7亿m3，较2015年的3.2亿m3增长4.8倍。

终端消费部门的用煤量合计为9.8亿t，较2015年(11.2亿t)减少了1.4亿t，此变化主要表现为工业用煤的减少。2016年工业用煤7.6亿t，较2015年(9.1亿t)减少16%，是自2013年以来工业用煤量削减最高的一年，主要源于各地区对高耗能企业的减排约束。2016年全国生活消费用煤占终端消费总量的9.7%，虽然用煤量较2015年变化不大，城镇用煤量因为“煤改电”及“煤改气”政策的实施不断减少，而反观乡村，用煤量却不断增加，直接导致生活消费用煤量呈增长趋势，由此可以看出城镇和乡村对政策贯彻的不同。针对此变化趋势，相关部门应做好管控，在做好城镇“煤改气”、“煤改电”的同时，进一步加大对乡村“煤改电”及“煤改气”的改革力度。

2.2.2 石油类

受2014-2016年国际石油价格断崖式暴跌(迪拜原油价格由97美元/桶下降到41美元/桶)的影响，中国石油市场供给侧发生重大变化。2016年中国原油供应量为5.6亿t，其中原油生产量为2.0亿t，自2006年以来首次出现大幅度减产，较2015年减产6.9%，中国石油产量世界排名由2015年的第5位落至第8位。近年来中国石油进口量不断增长，2016年中国石油进口量为4.5亿t，出口量为0.6亿t，石油对外依存度(能源对外依存度=本国净进口量/本国消费量×100%)达67.6%，达历史新高，较2011-2015年变化幅度陡增。2006-2016年，中国石油生产量变化不大，而消费量不断增长，其主要来源就是中国不断提高的石油进口量。2006-2016年中国石油生产量和消费量以及对外依存度如图2所示。

图2 中国石油生产量和消费量以及对外依存度

加工转换过程中，炼油用量为55342.3万t，分别得到柴油17850.3万t、汽油12931.0万t、石脑油4263.4万t、煤油3983.9万t、液化石油气2840.5万t、石油沥青2171.6万t、石油焦1950.9万t、燃料油1855.8万t、炼厂干气1772.5万t、溶剂油232.5万t、石蜡212.2万t、润滑油142.3万t、其他石油制品3518.3万t。自2000年以来，柴油产量首次出现负增长，除柴油外，其他油制品产量较2015年均有所上升。

由于中国经济增速的持续回落，2016年中国石油消费增速进一步下降至2.3%，终端消费部门石油消费总量为53937.0万t。石油终端消费中，工业和交通运输业消费分别占30.9%、39.0%，其中，汽油、煤油、柴油、燃料油多用于交通运输业，石油沥青多用于建筑业，其余油制品主要用于工业部门。

2.2.3 天然气

2016年中国天然气供应量为2080.5亿m3，其中天然气生产量为1368.7亿m3，进口量为745.6亿m3(含2605.8万t LNG)，出口量为33.8亿m3。2016年中国进口天然气较2015年增长21.9%，天然气对外依存度达34.3%。自2006年以来，中国天然气生产量由585.5亿m3增加至1368.7亿m3，年均增长8.9%，而天然气消费量由561.4亿m3增至2078.1亿m3，年均增长14.0%，天然气生产量增长速度明显低于其消费需求的增长速度。因此，可以通过增加天然气进口量以保证中国日益增长的天然气消费需求。2006-2016年中国天然气产量和消费量以及对外依存度如图3所示。

图3 中国天然气产量和消费量以及对外依存度

加工转换过程中，天然气用于火力发电的量(361.9亿m3)占天然气供应总量的17.4%，供热用量(80.1亿m3)占3%。从终端消费看，2016年中国终端消费部门天然气消费总量为1617.8亿m3，较2015年增长6.0%，主要用于第二产业，其消费量占比为55.3%，其次是居民生活消费和第三产业，分别占比23.5%、21.2%。

2.2.4 电力

2016年中国电力生产总量为6.1万亿kWh，较2015年增长5.6%，电力进口61.9亿kWh，电力出口189.1亿kWh。电力生产总量中，火电占比72.2%，水电占比19.4%，风电占比3.9%，核电占比3.5%，太阳能发电占比1%。2016年风电、核电和太阳能发电分别保持27.6%、24.9%和58.8%的高增长率，但由于其发电产量基数小，电力生产结构优化过程缓慢。

终端消费部门中，电力消费总量较2015年增长5.8%，第一、二、三产业用电量分别为1091.9亿kWh(占比1.9%)、40751.6亿kWh(占比70.0%)、7970.1亿kWh(占比13.7%)，生活消费用电量为8420.6亿kWh(占比14.4%)。与第三产业和生活消费在终端能源消费总量中的比例变化趋势一致，2016年第三产业和生活消费用电占比继续增加，且用电量较2015年均增长10%以上。用电量最多的第二产业中，其主要用电部门为金属冶炼、电热供应及化工部门，分别占第二产业用电总量的27.6%、12.2%、12.1%。居民生活消费用电中，城镇居民用电4569.3亿kWh，乡村居民用电3851.3亿kWh，城乡电力消费比为1.2。

2.3 2016年中国碳流图分析

2016年中国碳流图如图4所示，反映了二氧化碳在能源流动过程中的排放情况。2016年全国二氧化碳排放合计97.5亿t，较2015年增长1.1%。从二氧化碳来源看，由煤炭、原油及其制品和天然气(包含液化天然气)产生的二氧化碳占比分别为81.0%、14.7%、4.4%，这与我国长期以来煤炭为主体的能源结构密切相关。从加工转换过程及终端消费部门看，火力发电、供热及第二产业的碳排放主要来源都是煤炭，第三产业碳排放中有75.5%源于石油，居民生活消费的碳排放主要还是来自于煤炭和油制品。

图4 2016年中国碳流图

火力发电和第二产业二氧化碳排放量约占碳排放总量的77.2%，依然是中国二氧化碳排放的主要来源。中国目前工业产品能耗与世界先进水平仍有很大差距，通过提高技术降低产品能耗或推动低耗能工业发展，可以有效达到节能减排的目的。

2016年中国城镇和乡村居民生活消费的碳排放来源如图5所示。城镇居民生活碳排放来源中煤炭(包括其制品)、油制品、天然气所占比例较2006年(49.4%、36.1%、14.5%)有较大变化，其中，由煤炭产生的碳排放量及其占比均下降，城镇生活用煤炭的二氧化碳排放量减少了0.4亿t，主要原因可能是油气替代煤炭和“煤改电”政策的影响。相比之下，农村生活消费碳排放来源中，尽管煤炭的碳排放量由2006年的1.2亿t增加至2016年的1.7亿t，但其碳排放占比(2006年为89.4%)下降，主要原因是农村居民油制品消费占比的增加。对此，应结合城镇地区替代煤炭的经验，着力推广农村地区电力炊具、电力供暖设备及液化石油气、天然气的使用，以此减少农村地区炊事取暖等的煤炭使用，进而降低二氧化碳排放。

图5 2016年城镇和乡村生活消费碳排放来源

3 结论

2016年中国一次能源生产量下降明显，而能源消费总量增加，能源整体对外依存度增大，石油安全问题依然显著。由于各地区削减工业用煤政策的推出和落实，2016年工业用煤量及其碳排放量较2015年均有所减少，但碳排放总量继续上升，其中火力发电和工业部门仍然是减排的重点对象。生活消费的碳排放中，城镇地区煤炭碳排放量下降明显，而乡村地区煤炭碳排放量仍在增加，需要进一步加大对煤炭替代的力度以减少二氧化碳和污染物排放。