“双碳”目标视域下甘肃省碳排放特征分析

张巨峰,王睿云,余 岚,杨峰峰,杨日丽,王斯扬

(1.陇东学院新能源学院,甘肃 庆阳 745000;2.陇东学院招生就业处,甘肃 庆阳 745000)

碳元素是地球陆地系统孕育演化过程中最为活跃的因子之一,在全球气候变化过程中扮演着重要角色,随着人类生产生活规模的快速扩大,碳元素出现了排放多、吸收少的不平衡现象,给全球气候及环境变化带来了巨大威胁,异常天气频发、冰川融化、永久冻土层消融、水土流失、土地沙漠化等,严重影响了人类生存和可持续发展。为此,为了应对碳排放对气候的影响,世界各国于2015年共同签署了《巴黎协议》,制定了全球温度控制在1 850～1 900温度基线的2 ℃以内,力争1.5 ℃以内的奋斗目标,旨在督促各盟约国遵守协议规定,减排温室气体,实现碳排放峰值[1]。我国作为世界最大的发展中国家,在碳减排方面采取了积极行动。2020年9月22日,习近平总书记在第七十五届联合国大会上发表了重要演讲,向全世界发出了“中国争取在2030年前实现碳达峰,力争在2060年前实现碳中和”的庄重承诺[2],充分体现了我国的大国担当和作为。我国的“十四五”规划也明确将“碳达峰”行动列为重点工作,积极推进绿色转型发展行动。同年,习近平总书记在中央财经委员会第九次会议上再次强调将“双碳”目标纳入生态文明建设的整体布局。由此可见,低碳发展是推进我国特色社会主义建设的重要任务。

长期以来,我国的碳减排问题备受关注,尤其是“双碳”目标提出之后,许多学者就双碳目标能否如期实现,以及实现的难点及挑战进行了大量研究。鲁传一等[3]应用一般均衡模型(CGE)和情景分析法对强化碳达峰目标影响我国宏观经济进行了研究,得出我国于2030年可以如期实现碳达峰,而且在一定的前提下可以提前实现碳达峰,将2030年作为一个标准,如若碳达峰时间越提前,则需要的碳税价格越高。何建坤[4]认为双碳目标的实现需要政策、法制、技术创新、体系保障等多方面的协同运作,共同发挥减污降碳效应,尤其是在零碳、负碳技术方面,技术创新在双碳目标实现过程是不可或缺的因素。碳减排的关键是通过清洁能源或绿色技术取代传统高污染、高耗能的材料或技术,不能因为碳减排而降低生产能力,影响生产效率,更不能打乱正常生产、生活秩序,要更加关注绿色供给能力,安全平稳过渡[5]。杨莉莎等[6]基于生产理论和指数分解相结合的框架,研究了我国二氧化碳排放变化的驱动因素,并对其碳排放的变动效应进行了计算,进一步明确了技术创新在二氧化碳减排中的关键地位,既要加强低碳技术的研发,也要注重能源结构优化和效率提升。张巨峰等[7-10]针对煤矿生产过程中的温室气体排放和治理进行了研究,并借助大数据手段监测温室气体排放。这些研究成果主要集中在如何实现碳减排、零碳负碳技术和行业温室气体的减排等方面,为全国实现“双碳”目标提供了较为丰富的理论参考,但是,碳减排技术和实施方案的实施是以碳排放特征为前提的,只有掌握区域或者行业的碳排放特征状况才能有的放矢,精准执行。

甘肃省位于我国黄河流域的上游区,是西部重要的生态安全屏障,产业以重工业、重化工为主要结构,碳排放问题仍相对突出,生态环境脆弱,区域碳汇能力不强。如何实现经济健康发展而又不以牺牲环境为代价成为值得甘肃省思考的问题,而碳排放特征分析又是碳减排、实现“双碳”目标的前提和基础,因此,本文结合甘肃省的能源消费实际,开展碳排放特征分析,为甘肃省如期实现“双碳”目标,推动经济高质量发展提供理论依据。

1 甘肃省能源消费情况及数据采集

1.1 能源消费状况

甘肃省属于我国西北内陆省份,是黄河流域沿线的重要区域之一,作为西北重要的生态安全屏障,是我国“一带一路”战略中重要的成员,与陕西、宁夏、青海共同组成了丝绸之路经济带,对全国经济、社会的发展具有重要作用。经过西部大开发战略多年的实施和推进,甘肃已经形成了以有色冶金、石油化工、煤炭生产运输为主的重工业产业特色,表现出高耗能、高污染和资源型的“两高一资”的产业结构形态,区域内白银公司、酒钢集团、长庆油田、甘肃能化等公司为区域经济发展做出巨大贡献的同时,碳排放问题也非常突出。但是,有色冶金、石油化工、煤炭产运等是甘肃省经济、社会发展的支柱产业,以煤炭、石油、天然气等化石原料作为主要燃料的高耗能、高排放粗放式产业结构暂时还无法改变,致使各种化石燃料的消费总量逐年攀升。如按标准煤折算,根据《甘肃省统计年鉴》的统计数据,2021年的能源消耗量达8 434.23万吨标准煤,给甘肃省碳减排工作造成了巨大压力。2010年—2021年,甘肃省能源消耗情况具体见表1.

表1 甘肃省能源消费情况

由表1可知,2010年—2021年,甘肃省的能源消耗总量从5 829.85万吨标准煤增长至8 434.23万吨标准煤,增长了45%,但是,煤炭的消耗量却由2010年的64.08万吨标准煤下降至2021年的55.45万吨标准煤,整体呈下降趋势,这与甘肃省的产业结构调整优化相关。石油的消耗量在这11年间出现了小幅度波动,消耗量由2010年的16.99万吨标准煤下降至2015年的16.15万吨标准煤,之后,2016年又上升至17.25万吨标准煤,2021年又降至14.58万吨标准煤,这主要与长庆油田主产区的石油产量和炼油工艺相关。天然气消耗量整体呈现缓慢增长趋势,由2010年的3.39万吨标准煤上升至2021年的5.25万吨标准煤,主要是与国家及地方政府的倡导和人们生产生活方式的改变相关。电力及其他能源的消耗呈现出波动上升的趋势,这主要是与地方产业结构调整及政策有关。

1.2 碳排放测算基础数据采集

目前,因受技术、地域、政策等条件的限制,我国的碳排放数据仍以估算为主,还不能直接通过监测技术获取全域数据。本文基于联合国政府气候变化委员会(IPCC)发布的碳排放计算指南,结合甘肃省能源消费结构特点,通过对煤炭、石油、天然气、汽油、柴油等化石能源消费量换算估测碳排放量。为此,根据《甘肃省统计年鉴》对甘肃省2009年—2021年期间的工业、制造业、建筑业、交通运输业、批发餐饮业、日常生活等行业的能源消耗以及年度能效消耗总量进行统计,具体见表2.

表2 甘肃省行业能源消费量万吨标准煤

2 碳排放估算

碳排放估算包括碳排放量、碳排放强度、人均碳排放量等参数的估算,具体碳排放量估算公式为[11]:

(1)

式中:Q为碳排放量,万吨标准煤;φi为能源的碳排放系数;Ei为能源消费量,万吨标准煤。具体各种能源的碳排放系数见表3.

表3 能源消耗碳排放系数

根据甘肃省的能源消耗特点,本文主要选择煤炭、石油和天然气进行碳排放估算。碳排放总量为:

(2)

式中:φm为煤炭的碳排放系数;Em为煤炭的消费量;φs为石油的碳排放系数;Es为石油的消费量;φt为天然气的碳排放系数;Et为天然气的消费量。

煤炭、石油、天然气等不同类别的能源发热量不同,很难对其进行比较分析。为了便于计算,方便人们对不同类别能源的消费量和利用效果进行比较,寻求一种用标准能源表示的方法,国内一般公认将其折算为标准煤去衡量。标准煤是指热值为7 000千卡/千克(公斤)的煤炭,中国标准煤二氧化碳的排放系数为2.836吨二氧化碳/吨标准煤。这样就可以将甘肃省所有能源消费全部折算成标准煤消费,则二氧化碳的总排放量就可以表示为:

Q总=2.836×Eb

(3)

式中:Eb为标准煤消费量。

碳排放量是温室效应的关键体现参数,但是,衡量某一地区碳排放的效应仅用碳排放量一个指标还不够全面,比如,A地区的国民生产总值为100亿元,碳排放量为2 000万吨标准煤,而B地区的国民生产总值为200亿元,碳排放量为2 800万吨标准煤,这不能仅依靠碳排放量这一个指标比较就得出A地区的碳治理效果比B地区好,还要根据碳排放的吨煤经济贡献进行衡量,即引入碳排放强度,具体指国民生产总值每增加一单位导致二氧化碳排放量的增加值以衡量某区域经济发展与碳排放的关系,具体计算公式为[12]:

(4)

式中:Sn为第n年的碳排放强度;Qn为第n年的碳排放量;Gn为第n年的国民生产总值。

二氧化碳是人类生产、生活活动中排放的废气,怎样才能合理衡量人类生产、生活活动引起的碳排放量,需要引入人均碳排放量指标以表示人类生产生活活动对碳排放的贡献大小,具体的计算公式为:

(5)

式中:An为第n年人均碳排放量;Qn为第n年碳排放总量;Pn为第n年的人口总数。

3 甘肃省碳排放变化特征

3.1 甘肃省碳排放总量的时间序列

碳排放总量是人类在改造自然的过程中产生的温室气体排放总量,长期直接导致温室效应不断累积,地气系统能量发射和吸收不平衡,气温上升,全球变暖。根据《甘肃省年鉴统计》对2009年—2021年相关能源消耗数据的统计,按标准煤折算估算出碳排放量的年度时间序列情况,见图1.

图1 甘肃省整体碳排放量

由图1可知,2009年—2021年,甘肃省碳排放量整体呈波动上升趋势,由2009年的15 545.82万吨标准煤一直上升至2015年的21 334.80万吨标准煤,达到了一个小高峰,2016年又出现了一个小幅下降,此后再次呈现了直线上升的趋势,一直增长至2021年的23 919.48万吨标准煤,这与甘肃省经济发展以重工业为主的产业结构特点相符。

3.2 碳排放强度变化特征

过去相当长时期内,世界许多国家和地区经济发展均会对环境产生诸多影响,个别地区甚至曾出现了以牺牲环境为代价的经济发展。为了实现低碳绿色发展的环境友好型经济发展模式,即区域国民生产总值增长而碳排放未增长的低碳绿色发展模式,用碳排放强度研究区域国民生产总值与碳排放量的关系。根据《甘肃省统计年鉴》2009年—2021年的相关统计数据,分析国民生产总值与碳排放的关系,以期探索碳排放对区域经济的贡献,具体见图2.

图2 甘肃省碳排放强度

由图2可知,甘肃省碳排放强度由2009年的4.59万吨标准煤/亿元一直下降至2021年的2.34万吨标准煤/亿元,呈现直线下降的趋势,而国民生产总值由2009年的3 387.56亿元上升至2014年的6 836.82亿元,之后一直到2017年基本趋于稳定状态,从2018年之后又出现了直线上升的趋势,一直增长至2021年的10 243.31亿元,发展态势良好。纵观甘肃省2009年—2021年期间的国民生产总值与碳排放强度,整体呈现出国民生产总值稳中有增,碳排放强度逐年下降的良好态势,说明区域碳排放对经济增长的贡献率逐年加大,揭示了甘肃省经济高质量发展的良好态势。

3.3 人均碳排放量变化特征

甘肃省处于我国地广人稀区域,衡量区域的碳排放强度不能仅依靠碳排放总量和碳排放强度这两个指标,还应该考虑人均碳排放量。根据《甘肃省统计年鉴》对2009年—2021年常住人口和碳排放量的统计分析,得出甘肃省2009年—2021年的人均碳排放量如图3所示。

图3 甘肃省人均碳排放量

由图3可知,甘肃省人均碳排放量在2009年—2013年期间出现了明显的上升,在2014年—2016年期间出现了小幅下降,之后,2017年—2021年又有小幅上升的趋势,人均碳排放量基本稳定,变化不大,最小为2009年的6.08吨煤/人,最大为2021年的9.61吨煤/人,11年期间人均碳排放量增幅为3.5吨煤/人。

3.4 各行业碳排放情况

区域产业结构的调整和优化主要由各产业对区域经济发展的贡献力度和碳排放大小来决定。为了给甘肃省实现“双碳”目标、优化产业结构、促进区域高质量发展提供理论依据,对甘肃省2009年—2021年期间各行业的碳排放量进行分析,本文按照碳排放的大类将其归纳为工业、制造业、建筑业、交通运输业、餐饮业和日常生活消费类等6个大类,具体这6大类行业的碳排放量变化情况见图4.

图4 甘肃省行业碳排放量

由图4可知,2009年—2021年,甘肃省工业和制造业的碳排放量一直处于高位,从侧面也反映了甘肃省的产业结构是以工业和制造业为主,而且工业和制造业碳排放量从2009年到2013年出现了1个高峰点,至2016年又回落至1个最低点,自此之后制造业基本趋于稳定,而工业的碳排放量又出现了小幅度反弹,餐饮业和交通运输业基本处于缓慢增长的阶段,生活消费产生的碳排放量也随时间缓慢增长,建筑业的碳排放量一直为这6大类的最小值,说明甘肃省建筑业发展较其他行业慢。

4 甘肃省产业碳排放特征

4.1 产业碳排放量特征

根据《甘肃省统计年鉴》对各行业能源消费数据统计分析,通过将第一、第二、第三产业消耗的能源消耗量折算为标准煤,并估算出2009年—2021年期间3次产业的碳排放量,具体见图5.

图5 甘肃省3次产业碳排放量

由图5可知,2009年—2021年期间,甘肃省第一产业每年的碳排放量基本稳定在600万吨;而第三产业的碳排放量呈现出逐年增长的趋势,由2009年的2 880.53万吨增加到2021年的5 382.90万吨;第二产业碳排放量却出现了波动上升的趋势,在2013年出现了1个高峰,碳排放量达到了29 378.01万吨,之后,在2016年出现了低谷,碳排放量为26 793.71万吨,直至增长到2021年的29 521.40万吨。第二产业的碳排放量一直远远高于第一产业和第二产业,第二产业包括工业、制造业和建筑业等,由此也可以推断出甘肃省以重工业为主的产业结构。第二产业的碳排放量比重最大,因此,未来甘肃省应在第二产业方面优化调整产业结构,方能减小碳排放能力,如期实现双碳目标。

4.2 产业碳排放强度特征

基于碳排放强度计算公式,对甘肃省2009年—2021年期间3次产业的碳排放强度进行计算和统计,并绘制变化规律图,见图6.

图6 甘肃省3次产业碳排放强度

由图6可知,2009年—2021年期间,甘肃省第一和第三产业的碳排放强度呈现出平缓地逐年下降的趋势;第二产业的碳排放强度出现涨跌,由2009年的1.89万吨标准煤/亿元下降到2011年的1.39万吨标准煤/亿元,之后3年期间基本保持稳定,2015年又出现了上涨,小幅波动,基本稳定在1.8万吨标准煤/亿元,2021年又下降至1.55万吨标准煤/亿元。第一产业的碳排放强度由2009年的1.27万吨标准煤/亿元下降至2021年的0.43万吨标准煤/亿元,下降的幅度达到66%;第三产业的碳排放强度由2009年的2.11万吨标准煤/亿元下降至2021年的0.99万吨标准煤/亿元,整体下降幅度约为53%.2009年—2013年期间,第三产业的碳排放强度大于第一、第二产业;2014年—2021年期间,第二产业碳排放强度大于第一、第三产业,说明近些年来第二产业的碳排放对甘肃省的碳排放变化起着关键作用,在实现“双碳”目标进程中,更应该关注第二产业的碳排放强度。

5 结 语

1) 甘肃省国民生产总值随年度呈上升趋势,碳排放量与之同步上升,但是碳排放强度却呈下降趋势,经济高质量发展态势良好。

2) 甘肃省工业和制造业的碳排放量远远高于其他行业,第二产业的碳排放量和碳排放强度明显高于第一产业和第三产业,产业碳排放强度在2013年出现了一个分水岭,2013年之前,第三产业的碳排放强度大于第一和第二产业,2013年之后,第二产业的碳排放强度大于第一和第三产业,第二产业的碳排放强度变化为区域低碳可持续发展和产业结构调整优化提供了依据。

3) 甘肃省以第二产业为主的产业结构特征仍很明显,目前及未来相当长时期内仍将以重工业为支柱产业,在降耗减碳方面,应关注第二产业的产业结构优化调整,以期如期实现双碳目标。