基于能源结构调整的省级区域碳排放预测研究

雷贵祥

摘  要：本文通过贵州省2015—2020年经济、能源统计数据分析，构建二氧化碳排放量计算模型，计算及分析了2025—2060年的碳排放量。结果表明，贵州省未来能源消费需求逐年增加，但在化石能源比重下降的影响下，二氧化碳排放总量在2030年将实现达峰，2045年后快速下降。

关键词：碳排放;能源消费;贵州省;能源结构

1 引言

2022年3月1日碳达峰碳中和工作领导小组全体会议提出，实现碳达峰碳中和，是以习近平同志为核心的党中央统筹国内国际两个大局作出的重大战略决策，是中国生态文明建设与绿色发展的重要路径，也是中国应对全球气候变化的庄严承诺与责任担当[1]。随着《中共中央 国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》顶层文件的发布，各省级区域均进行了相应的“双碳”目标达峰研究，吴唯等人[2]对浙江省低碳发展路径进行研究，分析了基准情景、低碳情景和强化低碳情景下的能源需求和碳排放，提高终端能源利用效率短期内是降低能源需求总量的最好方式，而产业结构调整长期内优势更为明显，而提高非化石能源占比是二氧化碳减排的最有效选择。熊斌等人[3]针对火电占比高的黑龙江省分析重碳电源结构的碳减排问题，采用两阶段优化模型分析计算了电源结构调整方向和污染治理模式。宋鹏等人[4]以重庆市为案例分析了影响碳达峰目标的关键因素，发现控制工业能耗和调整产业结构是效果较好的措施。重点区域碳达峰碳中和问题也受到学者们的关注，如粤港澳大湾区[1]引领示范区建设、东北三省[5]的交通运输碳达峰问题、西北五省[6]的碳排放峰值预测等。

在“双碳”目标完成预测研究中，基于情景预测模型模拟对碳达峰时间及峰值测算是主要手段，燕东等人对碳达峰情况预测的主要方法及模型进行了综合对比分析，指出“自上而下”模拟方法可以有效测算峰值及达峰时间的大概范围。“自下而上”模拟方法可以具体测算峰值和达峰路径，可以覆盖技术进步对碳排放、能源需求和成本的影响。“混合/综合评估模型”可以兼顾前两种方法的优点，但结构复杂，需要充分考虑经济、技术、资源、环境和消费等多方面因素。在众多模型[7-9]中，“自下而上”模拟方法中LEAP模型因其可对一个城市或一个省级乃至全球的能源环境进行分析、预测与评估等而广泛应用[10-13]。

贵州是全国重要的能源基地，能源产业也是贵州省重要支柱产业，长期以来形成了以煤为主、水电等新能源为补充的能源格局，以煤电为核心的能源消费格局短期内无法动摇。能源结构偏煤、产业结构偏重的特征将形成“高碳锁定”效应，经济社会发展与碳排放增长实现“脱钩”任重道远。在双碳目标、生态文明建设、围绕四新主攻四化、工业倍增计划等多维约束下，寻找一条适合贵州省节能减排的低碳发展之路至关重要。

本文基于2015-2020年贵州省统计年鉴数据，分析能源平衡表、能源结构、终端活动水平、能源强度等基础数据，重点分析能源活动排放量，忽略工业生产过程碳排放量波动对排放总量的影响。在综合考虑经济增速、能源消费强度降低率、化石能源比重等因素影响的基础上，模拟预测贵州省2025—2060年的碳排放量，为本地区碳排峰值目标的实现提供一定参考。

2 研究方法与计算模型

2.1 历史数据分析

2015-2020年贵州省主要经济指标如图1所示，年经济增长速度逐年变缓，由2015年的10.7%降至2020年的4.5%，年均增速保持在8.5%左右;第三产业比重高于第二产业、第一产业，从2015年46.2%逐年上升，增加到2020年50.9%;第一产业和第二产业产业结构趋于稳定且呈下降趋势，下降趋势较为平缓;人均地区生产总值逐年上升，由2015年的29956元增加到2020年46267元。

2015—2020年贵州省一次能源生产情况如图2所示，一次能源原煤生产量从2015年81.1%下降到2020年72.2%，下降8.9个百分点;水电、风电和光伏等新能源电力从2015年18.6%提升到2020年26.5%，上升7.9个百分点。一次能源生产量从14322.94万吨标准煤下降到11171.06万吨标准煤，生产量呈下降趋势，年均下降率为5%。

2020年贵州省能源消费总量10621.44万吨标准煤，较2015年增加1277.23万吨标准煤，上升13个百分点，能源消费量年均增速为3%。2015—2020年煤炭、汽油、煤油、柴油、天然气和电力等能源品种整体呈增加趋势，增速如图3所示。能耗总用量5年间增长幅度为13%，年均增速2.6%;煤炭消费量增长趋于平缓，总增长幅度为3%，年均增速0.5%;焦炭呈下降趋势年均下降3.6%;汽油和柴油年均增速均为10.6%;柴油和电力增速基本一致，分别为5.9%、6.2%;天然气呈井喷式增长，2020年较2015年增长131个百分点，年均增速26.2%。各能源品种及消费增速见图4所示。

能源利用效率从2015年的91%提升到2020年95%，其中2019年能源利用效率最高为97%。每万元地区生产总值能源消费量由2015年的0.887吨标准煤/万元下降至2020年的0.671吨标准煤/万元;万元地区生产总值能耗5年间累计下降24.4%。

贵州省能源消费结构主要由原煤（含火电用煤）、电力（水电、风电和光伏等）、燃油制品（燃料油、汽柴油）和天然气组成，其中电力（水电、风电和光伏等）不产生二氧化碳排放。依据《贵州统计年鉴》中数据进行化石燃料燃烧排放估算，其中火力发电用煤根据火电占总用电量中比例进行分摊后进行估算。由表1可知， 2015—2020年二氧化碳排放量分别为16796万吨二氧化碳、18416万吨二氧化碳、20582万吨二氧化碳、20967万吨二氧化碳、22177万吨二氧化碳和21197万吨二氧化碳，2020年较2015年增加4401万吨二氧化碳，累计增加26个百分点。二氧化碳排放量是以煤为主、油品为辅、天然气次之的结构，其中煤炭排放比重最高，为80%以上，排放量呈下降趋势;油品和天然气排放呈上升趋势，趋势较缓。

2015—2020年贵州省二氧化碳排放强度如图5所示，每万元地区生产总值二氧化碳排放量由2015年的1.59吨二氧化碳/万元降至2020年的1.34吨二氧化碳/万元，累计下降16.5%。人均二氧化碳排放量由2015年的4.77吨二氧化碳/人上升至2020年的5.87吨二氧化碳/人，累计增长21.9%。

2.2 计算模型

根据《省级温室气体清单编制指南（试行）》，结合《关于开展省级地区碳排放核算试算研究工作的通知》相关要求，现阶段碳排放量边界以能源活动及工业生产过程的二氧化碳排放为主，其中能源活动碳排放主要包括区域内化石燃料燃烧和非能源利用产生的二氧化碳直接排放，并考虑区域化石能源电力净调出蕴含的二氧化碳间接排放;工业生产过程碳排放主要考虑水泥、石灰、玻璃、氨、电石、纯碱、金属冶炼等原料、还原剂、电极等产生的碳排放量。由于工业活动碳排放相对占比较少，且计算较为复杂，本文计算模型按基准年在总排放中的占比设为常量，忽略其波动带来的影响。

二氧化碳排放量计算方法参照《省级温室气体清单编制指南（试行）》中化石燃料燃烧方法进行估算，计算公式如式1—3。

式中：E燃烧为化石燃料燃烧二氧化碳排放量，吨;i为燃料类型;ADi：燃料消费量，太焦;EFi：排放因子（千克/太焦）

式中：FCi燃料消耗量，固体、液体单位为吨，气体单位为千标准立方米;NCVi燃料低位发热量，检测值或缺省值，单位为千焦/千克或千焦/标准立方米。

式中：CCi化石燃料的单位热值含碳量，吨碳/太焦;OFi碳氧化率，%。

2.3 计算方法

基准年2020年化石燃料燃烧二氧化碳排放量按《贵州省统计年鉴》中平均每天能源消费量数据基准，估算出贵州省年油品和天然气消耗量;电力消费量分为煤电和新能源电力，新能源电力不产生二氧化碳排放，煤电生产过程中的排放由原煤产生，本文根据能源生产、消费总量及构成和电力平衡表中数据进行估算出发电煤耗量。

2020年以后化石燃料燃烧二氧化碳排放预测值是结合最新政策和经济增长需求计算，能源消费总量=化石能源消费量总量+新能源消费总量。根据相关政策精神，化石能源消费量总量呈逐渐上升稳定会后下降趋势，为了简化计算假设化石能源消费量总量中能源消费结构、热值和效率等不变，即综合化石能源燃烧排放因子不变，为2.2678吨二氧化碳/吨标准煤，而新能源消费总量呈不断上升趋势，以此估算二氧化碳排放总量。其中，二氧化碳排放量=预测能源消费总量×化石能源比重×2.2678。

3 计算结果及讨论

3.1 计算边界设置原则

根据《贵州省国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标纲要》，地区生产总值年均增长7%左右，到2025年达到2.6万亿元左右，人均达到7万元左右，其中一二三产增加值分别年均增长5%左右、8%左右和7.5%左右。预测2035年贵州省省GDP总量约5万亿元，人均GDP与全国平均水平基本持平;2060年GDP总量约12万亿元，人均GDP约为全国平均水平的1.1倍。

能耗强度按国家发展改革委关于印发《完善能源消费强度和总量双控制度方案》的通知（发改环资〔2021〕1310号）相关精神，“对能耗强度降低达到国家下达激励目标的省（自治区、直辖市），其能源消费总量在五年规划当期能耗双控考核中免予考核。”综合考虑随着能源利用效率的提高，节能减排技术措施的推广，越到后期节能减排难度越大，本文按每个规划期降低2个百分点作为激励目标，从而达到对能源消费总量在五年规划当期能耗双控考核中免予考核。

预测能源消费总量由化石能源、非化石能源组成，化石能源包括煤炭、汽油、柴油、天然气等;非化石能源包括水电、风电、光电、核电、生物质燃料等。本文预测所需能源消费总量按现有统计口径进行预测，未考虑新增可再生能源和原料用能进行抵扣，若考虑抵扣，同样多能源消费量将支撑较多的经济社会发展，或在同样的经济社会发展水平下，较容易完成能耗强度激励目标。

3.2 结果与讨论

依据如上边界设置原则进行计算，计算结果汇总如表2所示。

如表2可知，贵州省未来能源消费总量逐年增加，2030年、2045年、2060年能源消费总量分别为16037万吨、25709万吨和33614万吨，这与贵州省围绕四新主攻四化，工业倍增计划密切相关。贵州省2030年将与全国同步二氧化碳达峰，达峰量约25458万吨二氧化碳，至2040年为达峰平台整理期，2045年后进入快速下降期。

四、结论

本研究在综述国内外有关碳排放预测模型研究的基础上，通过贵州省2015—2020年历史统计数据分析，分析影响能源消费需求和二氧化碳排放的因素，建立二氧化碳排放量计算模型，并制定了边界条件设置原则，模拟计算了2025—2060年的碳排放量。未来贵州省能源消费总量将逐年增加，但受益于化石能源比重的持续下降，二氧化碳排放量在2030年实现达峰后将持续下降。

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