国外减污降碳经验对我国的启示

朱瑞娟, 吴媛媛

(北京市燃气集团研究院,北京100011)

1 概述

减污降碳是一个复杂且受众多因素影响的体系,特别是在不同历史时期、不同经济发展水平条件下,影响因素极其复杂,包括能源结构变化、环保政策趋严、植树造林等[1]。二氧化碳和污染物大多来自化石能源的燃烧,因此本文重点从各国能源结构的变迁对减污降碳的贡献角度进行研究。

本文数据主要来自BP世界能源统计、中国生态环境状况公报等公开发布渠道[2-3]。

2 发达国家减污降碳的经验分析

发达国家污染物和碳排放在国家发展初期都经历过排放较多的阶段,但是经历多年治理及能源结构的调整,污染物和碳排放基本处于下降阶段。本文研究发达国家减污降碳的经验,总结对我国减污降碳具有参考价值的经验启示。本文中,将质量浓度年均值简称均值。

2.1 美国减污降碳经验

美国减污降碳经验是减煤、稳油、增气,提高可再生能源结构占比。1980—2020年美国二氧化碳排放量与能源结构占比见表1。2010—2019年美国PM2.5均值见表2。

表1 1980—2020年美国二氧化碳排放量与能源结构占比

表2 2010—2019年美国PM2.5均值

由表1、2可知,1980—2020年,美国能源结构大调整,总体趋势为:煤炭结构占比大幅下降,煤炭产生的二氧化碳占比也大幅下降,煤炭消耗量降低对减碳作用贡献度最大;美国石油结构占比比较稳定,减碳作用较小;天然气结构占比逐渐升高,虽然天然气产生的二氧化碳占比有所上升,但是在美国能源消费总量增加的情况下,二氧化碳排放总体趋势下降,证明了天然气的清洁性;可再生能源结构占比也大幅提升。2010—2019年随着美国能源结构的变化,美国PM2.5均值降幅也非常明显,由此可以看出,天然气及可再生能源的大量使用促使美国二氧化碳排放量及空气污染物质量浓度下降。

2.2 英国减污降碳经验

英国减污降碳的经验是稳油、减煤,大幅提升天然气和可再生能源结构占比。1980—2020年英国二氧化碳排放量与能源结构占比见表3,2010—2019年英国PM2.5均值见表4。

表3 1980—2020年英国二氧化碳排放量与能源结构占比

表4 2010—2019年英国PM2.5均值

由表3、4可知,1980—2020年,英国能源结构大调整,总体趋势为:煤炭结构占比大幅下降,下降幅度达92.06%,煤炭基本退出英国的能源市场,煤炭产生的二氧化碳占比降幅高达88.05%,减碳作用最大;石油结构占比比较稳定,变化较小;天然气结构占比大幅提升,从1980年的19.71%提升到2020年的37.85%,天然气产生的二氧化碳占比有所提升;在英国能源消费总量增加的情况下,二氧化碳排放量总体趋势下降,证明了天然气的清洁性;可再生能源结构占比也大幅提升。英国能源结构的巨变促使二氧化碳排放量稳步大幅降低。2010—2019年英国PM2.5均值降幅非常明显,从12.39 μg/m3降低到10.02 μg/m3,由此可以看出,天然气及可再生能源的大量使用促使英国二氧化碳排放量及空气污染物质量浓度下降。

2.3 德国减污降碳经验

德国减污降碳的经验是减煤、减油,大幅提升天然气和可再生能源结构占比。1980—2020年德国二氧化碳排放量与能源结构占比见表5,2010—2019年德国PM2.5均值见表6。

表5 1980—2020年德国二氧化碳排放量与能源结构占比

表6 2010—2019年德国PM2.5均值

由表5、6可知,1980—2020年,德国能源结构大调整,整体趋势为:煤炭结构占比大幅下降,降幅为60.91%,煤炭产生的二氧化碳占比也从49.14%下降到26.77%,降幅高达45.52%;天然气结构占比大幅提升,天然气产生的二氧化碳占比从10.70%提升到26.57%,虽然天然气产生的二氧化碳占比有所提升,但是在德国能源消费总量增加的情况下,二氧化碳排放量总体趋势下降,证明了天然气的清洁性。可再生能源结构占比提升幅度最大,提升了139.31倍,减碳作用也非常明显。德国能源结构的巨变促使二氧化碳排放量大幅降低。2010—2019年随着德国能源结构变化,德国PM2.5均值降幅非常明显,从16.25 μg/m3降低到11.93 μg/m3,由此可以看出,天然气及可再生能源的大量使用促使德国二氧化碳排放量及空气污染物质量浓度下降。

2.4 日本减污降碳经验

日本减污降碳的经验是稳煤、减油、增气,提高可再生能源结构占比。1980—2020年日本二氧化碳排放量与能源结构占比见表7,2010—2019年日本PM2.5均值见表8。

表7 1980—2020年日本二氧化碳排放量与能源结构占比

表8 2010—2019年日本PM2.5均值

由表7、8可知,1980—2020年,日本能源结构大调整,石油结构占比大幅下降,降幅高达42.93%,石油产生的二氧化碳占比从72.38%下降到42.20%,对减碳贡献度最大;煤炭结构占比比较稳定,减碳作用较小;天然气结构占比大幅提升;可再生能源结构占比从1980年的0.07%提升到2020年的6.64%。日本能源消费总量增长促使二氧化碳排放量在1980—2012年总体上在波动中呈上升趋势,2013—2020年逐步降低。随着日本能源结构变化,日本PM2.5均值也从2014年稳步下降。由此可以看出,减油、增气且提升可再生能源结构占比促使日本减污降碳。

2.5 小结

从美国、英国、德国、日本能源品种减碳效果分析可知,减煤、减油、增气且提高可再生能源结构占比的先清洁再低碳最后无碳化路径是发达国家已经证实的能源转型路线。

3 中国面临减污降碳双重任务

3.1 中国空气污染比发达国家严重

3.1.1中国空气污染标准和国际相比过于宽松

常规污染物的标准限制,反映当地污染物控制的水平和要求。本文选取世界卫生组织(WHO)、发达国家的常规污染物标准限值和中国标准限值(GB 3095—2012《环境空气质量标准》规定值)进行对比,找出差距,寻找中国空气质量继续提升的方向。

① 中国标准限值仅与WHO过渡时期第1阶段标准限值基本齐平

WHO发布的AQG—2005《全球空气质量指导值(2005)》中过渡时期各阶段污染物标准限值、WHO发布的AQG—2021《全球空气质量准则》规定的标准限值与中国标准限值对比见表9。其中—表示未作规定。

表9 WHO发布的污染物标准限值与中国标准限值对比

由表9可知,AQG—2005规定了过渡时期4个阶段的标准限值,中国标准限值在PM10、PM2.5、NO2这3种污染物均值方面沿用了过渡时期第1阶段标准限值,但是SO2质量浓度年均值,中国标准限值为60 μg/m3,严于AQG—2005过渡时期第1阶段标准限值125 μg/m3。总体看,中国空气质量标准仅处于AQG—2005过渡时期第1阶段,离世界先进水平还有较大差距。2021年9月,WHO发布了AQG—2021,PM10、PM2.5、NO2均值严格限制为15 μg/m3、5 μg/m3、10 μg/m3,差距进一步拉大,说明中国空气质量还有非常大的提升空间。

② 中国PM2.5标准限值高于欧美等限值

世界各国或组织PM2.5限值见表10,其中—表示未作规定。

表10 世界各国或组织PM2.5限值

由表10可知,中国PM2.5标准限值明显高于澳大利亚、美国、日本、欧盟,说明中国空气质量上升空间依然较大,中国需要进一步采取措施,改善空气质量,进而降低污染物质量浓度的标准限值。

3.1.2中国空气污染物实测值比发达国家严重

① 中国PM2.5实测值远高于发达国家

各国PM2.5实测均值见表11。可以看出,2019年中国PM2.5实测均值为36.00 μg/m3,而美国仅为7.68 μg/m3,中国环境质量与世界发达国家差距较大,仍有较大的改善空间,空气治理仍然是中国未来关注的焦点。

表11 各国PM2.5实测均值 μg/m3

② 北京、上海PM2.5实测值远高于国外发达城市

国内外发达城市PM2.5实测均值见表12。

表12 国内外发达城市PM2.5实测均值 μg/m3

由表12可以看出,北京、上海是中国近几年空气质量较好的城市,但北京、上海PM2.5实测均值远超国外发达城市,说明中国空气治理仍有较大的改善空间。

③ 中国中东部人口密集区域污染高于北京和上海

山东、山西和河北是中国中东部人口密集区域,也是中国污染较严重的区域,北京、上海与这3个省份的PM2.5实测均值对比见表13。

表13 北京、上海与中国污染较严重省份的PM2.5实测均值对比 μg/m3

由表13可以看出,北京2015—2018年PM2.5实测均值高,污染也很严重,但是随着北京大规模煤改气,2019—2020年,PM2.5实测均值下降明显,空气质量明显变好。同时可以看出,中国污染较严重的区域与北京、上海有较大差距,进而与国外发达城市的差距更大,说明空气质量改善任重道远。

3.2 中国高碳高污染的症结是对煤炭的高度依赖

中国二氧化碳排放量与能源结构占比见表14,2013—2020年中国PM2.5均值见表15。

表14 中国二氧化碳排放量与能源结构占比

表15 2013—2020年中国PM2.5均值

由表14、15可以看出,中国能源结构一直以煤炭为主,高度依赖煤炭,虽然煤炭结构占比从1980年的72.88%降低到2020年的56.56%,但是煤炭结构占比依然是最高的,相比较发达国家的能源结构占比,可以看出中国要实现碳中和,必须剥离对煤炭的高度依赖。中国天然气结构占比从1980年的2.96%提升到2020年的8.18%,和发达国家相比,中国天然气结构占比较低,未来还需提升天然气的用量。中国可再生能源结构占比虽然逐年提升,2020年占比5.36%,但和发达国家相比,差距很大,因此可再生能源结构占比提升也是亟待解决的问题。

3.3 天然气占比增加对减污降碳有一定促进作用

北京空气治理是中国空气治理的楷模之一,中国空气污染较重的地区可以参考北京的治理经验,进一步改善当地的空气质量。

空气污染主要来自于能源的使用,因此能源结构的变迁标志着空气质量的改变,表16展示出北京能源结构与空气污染物均值的关系,其中—表示没有监测值。

表16 北京能源结构与空气污染物均值

由表16可以看出,2005—2020年北京市能源结构占比变化最大的是煤炭和天然气,煤炭结构占比由42.90%大幅下降到1.50%,天然气结构占比由7.00%提升到37.16%。随着煤炭结构占比下降和天然气结构占比大幅提升,污染物均值处于逐年下降的趋势,从2005年到2020年PM10均值下降60.56%,NO2均值下降56.06%,SO2均值下降92.00%,从2013年到2020年PM2.5均值下降57.54%,污染物治理成果显著。北京空气质量显著改善是各种因素共同推动的结果,但是北京能源结构的改善是主要贡献者之一。国内其他污染较重的地区,可以参考北京污染治理模式,提升天然气的结构占比,降低污染物的排放量。

根据北京市统计数据,北京二氧化碳排放量在2012年已达峰,2012以后处于稳步下降的趋势。北京已经进入碳中和阶段,随着北京天然气用量提升,北京天然气占比基本和发达国家天然气占比持平,按照发达国家的先清洁再低碳的减排路径,北京下一步要稳气、减油、发展可再生能源。中国其他污染较重的省份,可以参照北京的减污降碳能源结构调整路径进行。

4 先清洁再低碳最后无碳化是中国减污降碳的较好路径

中国空气污染治理任重而道远,减污降碳要协同推进。中国2030年碳排放达峰,意味着中国能源结构调整势在必行,本文提炼出发达国家减污降碳的经验:走减煤、减油、增气、发展可再生能源的先清洁、再低碳、最后无碳化的能源转型路线。

① 天然气是可再生能源的终身伙伴

2020年中国能源消耗总量(以标准煤计)为49.8×108t,中国一次能源需求在2035年前后达峰,峰值(以标准煤计)约为56×108t。如果用可再生能源来全部满足新增一次能源的需求比较困难,现阶段可再生能源存在不连续、不稳定、时空分布不匹配等问题,因此需要灵活、稳定的调节手段保障安全稳定供应。与煤炭和石油等化石能源相比,作为清洁化石能源的天然气灵活性强、供应稳定、污染物排放少,对可再生能源起到有效补充作用,可以成为可再生能源的终身伙伴。

② 天然气的供应安全有保障

我国天然气进口格局多元化,已形成东西南北四大通道。国内的天然气资源丰富,开采潜力大,2017—2020年间“十三五”全国油气资源评价获得了常规油气、致密油气、页岩油气、煤层气、油页岩油、油砂油、天然气水合物共10种资源类型、129个盆地或地区的最新油气资源量。储气库建设日渐加速,“十四五”期间,中国石油计划在全国逐渐建成东北、华北、西北、西南、中西部和中东部等六大储气调峰中心,规划新建设储气库23座,总工作气量达到270×108m3。天然气基础设施逐步完善,天然气管道建设逐步推进。这些方面都表明,我国天然气供应安全是有保障的,未来天然气能够为高比例可再生能源系统保持安全性和稳定性提供重要支撑。