北京市某区碳排放总量核算及达峰判定

文_杨涛 方莉 王海林 北京市生态环境保护科学研究院

2020年9月22日，习近平总书记在第七十五届联合国大会一般性辩论会上郑重提出：“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。”在这一目标约束下，2021年北京市将碳减排工作列入生态环境保护主要工作目标，并要求各区二氧化碳排放持续下降。提出各区应该根据自身特点，展开具体工作，进行碳排放总量达峰评估的要求。本文以北京市某区为例，对其过去5年的碳排放总量做了核算，并建立模型对其碳达峰情况进行了判定及分析。

1 年度碳排放量核算

经调查，该区碳排放以能源活动为主，因此核算范围为该区内由于化石燃料燃烧所产生的直接二氧化碳排放量，以及电力和热力消耗产生的间接二氧化碳排放量。

二氧化碳排放总量等于核算边界内化石燃料使用、消耗电力和消耗热力产生的排放量之和，按照公式1计算：

1.1 核算结果

核算该区2015～2019年因化石能源燃烧、热力消耗和电力消耗所产生的二氧化碳排放量，并根据计算结果分析其逐年变化趋势，详见图1和图2。

图1 2015～2019年碳排放量及排放组成

图2 2015～2019年二氧化碳三种来源的变化率

从图1可知，二氧化碳总排放量2016年达到峰值，峰值排放量为126.92万t。2019年为核算期最低，年总排放量为118.24万t，比峰值下降了6.8%。分析变化趋势，化石能源燃烧和热力消耗产生的排放逐年降低，2019年达到最低值。电力消耗产生的排放逐年升高，2019年达到最高。

1.2 碳排放结构分析

从贡献比例来看，5年平均占比化石能源消耗最大，为62.7%，电力消耗其次，为24.1%，热力消耗最低，为13.2%。电力消耗排放在近几年提升较大。对比峰值年份2016年与2019年得数据，可以明显看出电力消耗对能源燃烧的替代效应，详见图3。

图3 峰值年份和最近年份的二氧化碳排放比例

近年来北京地区实施了煤改电、煤改气等一系列的政策，同时，绿色能源的开发及使用，使该地区的能源结构得到了改善，单位能耗下碳排放量减少。因此，化石燃料燃烧带来的排放总量有了明显下降。区域内用电总量逐年递增，电气化替代效果明显，产生二氧化碳排放比例也从21%增至32%，增幅较大。主要基于3个原因：

①煤改电工程，使用电力替代一部分煤炭，产生用电增量；

②区域内数个大型项目新建，建筑用电量提高；

③城镇化建设速度加快，人民生活水平提高，用电设施增多。

据中国工程院院士、国家能源咨询专家委员会副主任杜祥琬的研究，我国碳排放中，电力行业（主要是火电）占41%，该区电力排放数据正在逐渐接近这个水平。可见，对电力排放的控制，加强绿电的使用率，将是未来碳减排工作中的重点。

2 碳达峰的判定及路径分析

2.1 碳达峰的判定方法构建

碳达峰是指二氧化碳排放量达到历史最高值，然后经历平台期进入持续下降的过程，是二氧化碳排放量的历史拐点，意味着碳排放与经济发展实现脱钩，碳达峰目标包括达峰年份和峰值。

通常的判定及路径规划方法包括以下几种：

（1）目标设定法

目标设定法即通过设定碳达峰期限来倒推碳达峰路径、倒逼碳达峰实现的方法。目标设定法的基本步骤包括：第一步，碳达峰期限设定。第二步，设定碳达峰定量化目标。第三步，达峰路径选择。在明确了达峰期限和定量化达峰峰值目标后，各城市还需要制定并公开提出城市达峰路径图。

(2) 情景分析法

常见的有三种情景分析法。第一种，STIRPAT模型法。用拓展的STIRPAT模型对工业及其细分行业的碳排放达峰进行了情景预测，将其与门槛模型进行结合，预测城市碳排放达峰。第二种，IPAC模型法。结合中国能源环境政策综合评估（IPAC）模型，并对其关键因素进行研究,得到实现这些情景的可行性。第三种，系统模型预测法。以能源系统优化模型（如ChinaTIMES）为内核，建立多部门局部均衡模型 。

(3)标尺法

通过对发达国家碳达峰的特征进行研究，设定达峰参数，结合历史数据判定达峰，进而推演碳达峰目标的期限、路径和策略。

本文选取北京市某区，考虑到北京市整体的工业化和城市化进程高于全国，本文主要采用标尺法，结合 “历史的达峰判断”和“未来的达峰判断”双重标准，判断该区的达峰现状。在“历史达峰判断”标准中，要求某地区的碳排放峰值在最新一期(在5年以内建立的)排放清单中，已经达到最高水平，并形成了一个长期的趋势。从上一节的数据可知，该区在2016年已经完成碳达峰，此结果受益于能源结构的优化，并已经形成不可逆趋势，因此在“历史达峰判定”中，可以确定其已经完成碳达峰。

在“未来达峰判断”中，需要结合标尺法的基本定义，构建具体的达峰模型。碳达峰与经济社会发展水平高度相关，是较高经济发展水平、较高城镇化条件下 ，能源消费总量、能源消耗强度与人口增长、经济增长的“自然”脱钩。地区碳排放峰值一般出现在实现工业化、城市化发展阶段之后，经济呈内涵式发展，GDP增速趋缓，能源消费弹性下降，能源消费增长平稳，且主要依靠发展新能源和可再生能源满足消费，化石能源消费不再增加。

据此，构建碳达峰的6个判定条件。经济社会发展到一定水平（人均GDP达到2万美元以上；城市化率75%，第三产业比重65%），进而带来GDP碳强度下降率＞GDP增长率、单位能耗强度下降率＞能源增长率，人均碳排放下降率＞人口增长率，实现经济增长和人口增涨与碳排放的双脱钩。并且在一个核算期内（通常为5年）碳排放总量出现峰值。详见图4。上述判断条件的指标容易获得、直观，具备较强的可操作性，有利于该区碳达峰判定，及目标分解和路径拟定。

图4 碳达峰的判定条件

2.2 区县碳达峰判定

聚焦于该区的碳达峰数据情况，见表1。整体来看，该区基本达到判定条件（6个判定条件有4个符合，1个部分符合，1个不符合）。

①2015～2019年碳强度平均下降8.6%，GDP增长率7.5%，满足碳达峰GDP碳强度下降率大于GDP增长率的要求。同时，基于弹性系数的Topia模型，其碳脱钩弹性系数为-0.29，处于强脱钩状态。

②2019年，单位能耗下降率为5.63%，大于当年的能源增长率1.10。

③人均碳排放下降率为1.41%，户籍人口增长率为0.73%，人均碳排放下降率大于人口增长率。

④在一个核算期内（2015～2019年），2016年该区的碳排放总量为126.4万t，到达峰值。

⑤第三产业比重为70.1%，高于65%。城市化率水平较低，仅为59.7%，低于75%的城市化率标准。

⑥2019年该区的人均地区生产总值仅为0.85万美元，尚未达到2万美元的碳达峰条件。

从以上数据及分析可以基本判定，该区在2016年完成了碳达峰。但其达峰情形存在一定的不确定性，有可能会出现反复，主要原因是经济社会发展水平不高，还处于爬坡、追赶阶段，发展中对能源的总体需求量有可能激增，需平衡好经济发展与能源使用之间的关系。

3 结语

碳排放总量核算及达峰判定是实现我国“3060”目标的重要内容之一。以往的研究大多数以省市为主要对象，但是省市的范围过大，各个区域的产业结构和能源结构也不尽相同，对其排放的特点和减排手段无法做到精细化处理。将尺度范围锁定为某区，将更加精确地把握其排放特点、能源结构组成，对其碳达峰的判断和减排政策的制定也更加精准有效。

本文选取了北京市某区，对其近5年的碳排放总量做了核算，并利用标尺法对其碳达峰进行了研判。主要得出以下结论：

① 随着该区能源结构的转型，对原有化石燃料（特别是煤炭）的替代，化石能源燃烧产生的二氧化碳量明显降低，但仍是最大的排放源。从产生部门来看，工业和居民生活是最主要的碳排放部门。

②电力消耗产生的碳排放逐渐升高，且增长趋势不变。因此，应重点关注电力、工业和生活源三个部门的排放问题。

③通过标尺法进行达峰研判，该区2016年完成碳达峰，但由于城市化水平和人均GDP较低，经济还处于高增长阶段，应该处理好经济发展和能源使用的关系，做到经济增长与能源的脱钩。