石建屏，徐黎黎，王忠祥

(綿陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院材料工程系， 四川 綿陽(yáng) 621000)

我國(guó)電力能源生產(chǎn)與消費(fèi)過(guò)程碳強(qiáng)度時(shí)空特征

石建屏，徐黎黎，王忠祥

(綿陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院材料工程系， 四川 綿陽(yáng) 621000)

采用IPCC碳排放數(shù)學(xué)模型，測(cè)算2001—2010年中國(guó)電力能源生產(chǎn)與消費(fèi)環(huán)節(jié)碳排放量，研究電能碳排放強(qiáng)度的時(shí)空演變特點(diǎn)，為優(yōu)化電力能源產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、制定差異化節(jié)能減排政策提供依據(jù)。結(jié)果表明：第一，我國(guó)電力能源生產(chǎn)與消費(fèi)過(guò)程的碳排放量、碳排放強(qiáng)度相差不大，碳排放量以9.99%的速度逐年增長(zhǎng)，單位GDP碳排放強(qiáng)度每年下降4.42%，“十一五”期間，碳排放強(qiáng)度共下降33.95%。第二，省際間電能生產(chǎn)與消費(fèi)過(guò)程碳排放量、碳排放強(qiáng)度的空間格局呈現(xiàn)出顯著差異性，西部省份碳排放強(qiáng)度普遍高于東部發(fā)達(dá)地區(qū)，西部經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)電能消費(fèi)碳排放的依賴性強(qiáng)，東部地區(qū)低碳經(jīng)濟(jì)格局開始形成。

電力能源；生產(chǎn)與消費(fèi)；碳排放強(qiáng)度；時(shí)空特征；低碳經(jīng)濟(jì)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步，電力能源生產(chǎn)與消費(fèi)不斷增長(zhǎng)，2010年電能消費(fèi)量達(dá)到41 934×108kW·h?；鹆Πl(fā)電長(zhǎng)期以來(lái)是電力能源產(chǎn)品的主要組成部分，2010年火電占總發(fā)電量的79.20%，電力工業(yè)成為化石燃料消耗及CO2排放的主要部門，每年碳排放量接近全國(guó)能源碳排放總量的50%[1]。電能生產(chǎn)和消費(fèi)過(guò)程碳排放與經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境的相互關(guān)系成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者主要研究能源碳排放演變機(jī)制和區(qū)域特征，Obas等采用Laspeyres模型研究表明碳排放強(qiáng)度與能源消耗強(qiáng)度、能源類型和經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)相關(guān)[2]；Wu等采用IPCC方法研究發(fā)現(xiàn)能源生產(chǎn)與消費(fèi)碳排放存在差異性，但在時(shí)間序列上總體趨勢(shì)相同[3]。也有學(xué)者從國(guó)家、區(qū)域和省際層面研究能源碳排放強(qiáng)度特征、區(qū)域差異水平和空間格局演變[4- 6]。有關(guān)我國(guó)電力能源碳排放研究相對(duì)比較少[7- 8]，缺少電能生產(chǎn)和消費(fèi)過(guò)程碳排放與經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境之間時(shí)空特征研究。以我國(guó)及各省(自治區(qū)和直轄市)2001—2010年電力能源實(shí)物生產(chǎn)與消費(fèi)量為依據(jù)，采用IPCC方法分別測(cè)算碳排放量、單位GDP碳排放強(qiáng)度，研究電能碳排放強(qiáng)度時(shí)空變化特征和省際間差異性，比較分析電能生產(chǎn)與消費(fèi)過(guò)程碳排放的變化特點(diǎn)。以期能為調(diào)整電力工業(yè)布局、優(yōu)化電能產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、發(fā)展低碳產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)提供參考。

1 研究方法

1.1 計(jì)算模型

基于聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)(IPCC)《國(guó)家溫室氣體排放清單指南》CO2排放量(以C計(jì))計(jì)算模型[9- 10]：

(1)

式中，E為電力能源生產(chǎn)或消費(fèi)過(guò)程碳排放量，kg；i為電能生產(chǎn)中使用一次能源的種類；ei為第i種一次能源碳排放系數(shù)，kg/kgce，即每千克標(biāo)準(zhǔn)煤碳排放量；ri為生產(chǎn)單位電能第i種一次能源的消耗量，kgce/(kW·h)，各類一次能源均折算為標(biāo)準(zhǔn)煤用量；Q為生產(chǎn)或消費(fèi)的電能，kW·h；Ei為單位電能第i種一次能源的碳綜合排放系數(shù)，kg/(kW·h)。

碳排放強(qiáng)度計(jì)算模型：

(2)

式中，I指碳排放量與國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)的比值，kg/萬(wàn)元，即單位GDP的二氧化碳排放量反映經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)對(duì)高能耗產(chǎn)業(yè)的依賴程度，即低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

以我國(guó)30個(gè)省、自治區(qū)、直轄市(西藏自治區(qū)、臺(tái)灣省、香港及澳門特別行政區(qū)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)不全，計(jì)為空值)為研究對(duì)象，應(yīng)用數(shù)學(xué)模型分別測(cè)算全國(guó)、各省(自治區(qū)和直轄市)2001—2010年電力能源碳排放量和碳排放強(qiáng)度。電能生產(chǎn)與消費(fèi)量、火電廠單位產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)煤耗等數(shù)據(jù)來(lái)自《中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒》(2001—2010年)，GDP等數(shù)據(jù)來(lái)自《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》(2001—2010年)。化石能源碳排放系數(shù)采用國(guó)際通用的IPCC默認(rèn)值，相當(dāng)于單位標(biāo)準(zhǔn)煤(29 307 kJ/kg)的化石燃料燃燒碳排放量，本文采用國(guó)家發(fā)改委能源研究所推薦值0.67 t/tce[11]。

2 結(jié)果與討論

2.1 電力能源結(jié)構(gòu)演變特征

2001—2010年我國(guó)電力能源產(chǎn)量及結(jié)構(gòu)變化如圖1所示，電能產(chǎn)量由2001年的14 714×108kW·h連續(xù)增加到2010年的42 072 ×108kW·h，平均增長(zhǎng)速度為12.05%?；鹆Πl(fā)電歷年都是電力生產(chǎn)的重要組成部分，火電所占比例每年僅下降0.38%；其中2010年火電占總發(fā)電量為79.20%、水電占17.17%、核電占1.76%、風(fēng)電占1.06%；10年間火力發(fā)電量平均增長(zhǎng)速度為11.66%、水電12.32%、核電19.06%，風(fēng)電只有2010年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)?？梢钥闯觯穗姲l(fā)展速度最快，火電落后于電能總產(chǎn)量增長(zhǎng)速度。水電、核電等清潔能源發(fā)電量比重明顯提升。2001—2010年

圖1 2001—2010年中國(guó)電能產(chǎn)量及結(jié)構(gòu)變化Fig.1 China’s power products and electricity output from 2001 to 2010

我國(guó)每年電能進(jìn)出口貿(mào)易順差約為90億千瓦小時(shí)(108kW·h)，占消費(fèi)量的0.35%，2010年我國(guó)電能消費(fèi)量為41 934×108kW·h，每年電能生產(chǎn)與消費(fèi)量基本保持平衡狀態(tài)。

2.2 碳排放動(dòng)態(tài)特征

2001—2010年我國(guó)電力能源碳排放量呈波動(dòng)式上升趨勢(shì)，如圖2所示，生產(chǎn)過(guò)程的碳排放量由2001年的3.053×108t增加到2010年的7.479×108t，消費(fèi)碳排放量由3.035×108t增加到7.454×108t；由于每年的電能生產(chǎn)與消費(fèi)量基本保持平衡狀態(tài)，因此生產(chǎn)與消費(fèi)過(guò)程碳排放量的平均相對(duì)誤差僅為0.35%。2001—2010年碳排放量平均年增長(zhǎng)速度為9.99%，小于電能產(chǎn)量增長(zhǎng)速度12.05%?！笆晃濉逼陂g碳排放量增長(zhǎng)速度為8.18%，低于“十五”期間的11.80%，主要原因是火力發(fā)電量比重逐年下降，電能產(chǎn)品的碳綜合排放系數(shù)由0.207 kg/(kW·h)下降到0.178 kg/(kW·h)，相當(dāng)于每年減少碳排放量11.03×106t；特別是在 “十一五”期間，每年減少碳排放量17.35×106t。我國(guó)在促進(jìn)電力工業(yè)技術(shù)進(jìn)步、優(yōu)化電力能源產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、實(shí)施節(jié)能減排措施等方面取得了初步效果。

2001—2010年，我國(guó)電力能源碳排放強(qiáng)度呈波動(dòng)式下降趨勢(shì)，如圖2所示，生產(chǎn)與消費(fèi)碳排放強(qiáng)度具有相同的變化特征；生產(chǎn)過(guò)程碳排放強(qiáng)度由2001年的278 kg/萬(wàn)元減小到2010年的183 kg/萬(wàn)元，消費(fèi)碳排放強(qiáng)度由276 kg/萬(wàn)元減小到182 kg/萬(wàn)元，平均每年降低4.42%。

圖2 2001—2010年電能生產(chǎn)與消費(fèi)碳排放量E和碳排放強(qiáng)度I變化Fig.2 Power carbon emissions and intensity in China from 2001 to 2010

10年間，我國(guó)GDP增長(zhǎng)3.09倍，而碳排放量?jī)H增長(zhǎng)1.46倍。“十五”期間平均每年降低1.10%，2005年比2000年下降了5.73%；“十一五”期間平均每年下降7.74%，2010年比2005年下降了33.95%。我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)對(duì)化石能源的依賴程度逐步降低，“十一五”低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平明顯好于“十五”，為實(shí)現(xiàn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展規(guī)劃中的碳減排目標(biāo)奠定了基礎(chǔ)。

2.3 碳排放強(qiáng)度空間格局

由2001—2010年我國(guó)30個(gè)省(自治區(qū)、直轄市)碳排放量和碳排放強(qiáng)度測(cè)算結(jié)果可知，2010年省際間電力能源生產(chǎn)與消費(fèi)碳排放量和碳排放強(qiáng)度分布狀態(tài)如圖3、圖4所示。比例系數(shù)是指生產(chǎn)與消費(fèi)過(guò)程碳排放的比值，即某地區(qū)電能生產(chǎn)與消費(fèi)的平衡狀態(tài)；同時(shí)反映省際間電能碳排放量及低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的差異性。由圖對(duì)比可知，貴州省比例系數(shù)最大為1.66，其他依次是內(nèi)蒙古、山西、湖北、安徽、云南、陜西等，為電能生產(chǎn)能力比較強(qiáng)并且一次能源儲(chǔ)量比較豐沛的地區(qū)；比例系數(shù)小于1的地區(qū)是北京、上海、湖北、遼寧、廣東等，北京市最小為0.32，是最具代表性的電能消費(fèi)型碳排放城市。

圖3 2010年省際間電能生產(chǎn)與消費(fèi)碳排放量E比較Fig.3 Carbon emissions of provincial-level power production and consumption in China in 2010

圖4 2010年省際間電能生產(chǎn)與消費(fèi)碳排放強(qiáng)度I比較Fig.4 Carbon emissions intensity of provincial-level power production and consumption in China in 2010

2010年我國(guó)省際間電力能源碳排放量的空間分布具有以下特點(diǎn)，如圖3所示，按照消費(fèi)過(guò)程碳排放量大小，排放量最大的分別是廣東、江蘇、山東、浙江、河北和河南，排列在前5位的省(自治區(qū)、直轄市)均屬東部地區(qū)；排列在后3位是海南、青海與寧夏，海南省碳排放量最低，我國(guó)4個(gè)直轄市碳排放規(guī)模均處于較低水平。生產(chǎn)過(guò)程碳排放量的空間格局發(fā)生了變化，排列前5位的省(自治區(qū)、直轄市)分別是江蘇、廣東、山東、浙江、內(nèi)蒙古和河南，海南、北京與青海排列在后3位。

2010年我國(guó)省際間電力能源碳排放強(qiáng)度的空間分布具有以下特點(diǎn)，如圖4所示，按照電能消費(fèi)過(guò)程的單位GDP碳排放強(qiáng)度排序，北京市碳排放強(qiáng)度最低為105 kg/萬(wàn)元，其他依次是吉林、天津、黑龍江、江西等省(自治區(qū)、直轄市)；青海碳排放強(qiáng)度最高為612 kg/萬(wàn)元，其次是寧夏、貴州、甘肅、山西。北京市生產(chǎn)碳排放強(qiáng)度仍然為最低，其次為上海、重慶、天津、黑龍江、江西；寧夏生產(chǎn)碳強(qiáng)度最高，其次是青海、貴州、山西、內(nèi)蒙古、甘肅。2010年碳強(qiáng)度空間分布狀態(tài)說(shuō)明，省際間低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平存在較大差異性，總體呈現(xiàn)“東高西低”、“南高北低”、“局部跳躍”的格局；各省(自治區(qū)、直轄市)電能碳強(qiáng)度表現(xiàn)出下降趨勢(shì)，與我國(guó)省域低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相一致[12- 14]。

3 結(jié)論

(1)2001—2010年我國(guó)電力能源產(chǎn)量以12.05%的速度逐年增長(zhǎng)，而火力發(fā)電量每年以0.38%的速度下降；2010年火電占總發(fā)電量的79.20%，火電仍然是電能生產(chǎn)與消費(fèi)的重要組成部分；核電發(fā)展速度最快，水電、核電等清潔能源比重明顯增加。

(2)我國(guó)電力能源生產(chǎn)與消費(fèi)過(guò)程的碳排放變化規(guī)律相同，且數(shù)值相差不大。碳排放量以9.99%速度逐年增長(zhǎng)，通過(guò)調(diào)整電能產(chǎn)品結(jié)構(gòu)減少碳排放量的效果不明顯?！笆晃濉眴挝籊DP碳排放強(qiáng)度下降33.95%，經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)對(duì)電能消費(fèi)的依賴程度逐年下降，低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不斷提高。

(3)省際間電能生產(chǎn)與消費(fèi)過(guò)程碳排放量、碳排放強(qiáng)度的空間格局呈現(xiàn)出顯著差異性，西部大多數(shù)省份低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平普遍偏低，經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)對(duì)電能消耗的依賴性高于東部。寧夏、青海、內(nèi)蒙古碳排放強(qiáng)度超過(guò)全國(guó)平均值，上海、北京已經(jīng)表現(xiàn)出低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展雛形，經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與碳排放相對(duì)脫鉤。

(4)我國(guó)每年電能生產(chǎn)與消費(fèi)量保持平衡狀態(tài)，省際間碳排放量、碳排放強(qiáng)度存在較大差異性；貴州、北京分別屬于電能生產(chǎn)型、消費(fèi)型碳排放地區(qū)，因此需要制定地區(qū)間差異化的產(chǎn)業(yè)發(fā)展、節(jié)能減排政策。

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Spatiotemporal Characteristics of Carbon Dioxide Emission Intensity from Power Energy Manufacture and Consumption in China

SHI Jian-ping, XU Li-li, WANG Zhong-xiang

(Sichuan Research Center of Circular Economy, Mianyang 621010, China)

The methodology provided by the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC)is used to estimate the carbon dioxide (CO2) emissions and emission intensity in power energy production and consumption in China from 2001 to 2010. The characteristics of spatial disparity and temporal change of carbon emission intensity from power energy are analyzed on national, provincial and industrial level. This provides references for the power energy industry to optimize the structure of power energy products, and constitute policies of differential carbon emission reductions. The results indicate that: firstly, total carbon emissions and emission intensity have little change in power energy production and consumption in China. The carbon emissions of power energy increase by 9.99% annually, whereas the carbon emission intensity decreases by 4.42% annually. The carbon emission intensity has totally decreased by 33.95% during the 11thFive Year Plan; secondly, total carbon emissions and emission intensity between provinces have significant spatial disparity in power energy production and consumption. The emission intensity in western regions of China is generally higher than that in eastern developed regions. The economic development of western regions heavily relies on power energy and carbon emissions. The low-carbon economy pattern begins to form in eastern regions of China.

power energy; production and consumption; carbon emission intensity; spatiotemporal characteristics; low-carbon economy

2015-02-11

四川省教育廳重點(diǎn)研究基地——四川循環(huán)經(jīng)濟(jì)研究中心資助項(xiàng)目(XHJJ-1213)

石建屏(1963—)，女，四川巴中人，教授，本科，主要研究方向?yàn)楣I(yè)分析、環(huán)境監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)，E-mail： lixinshijianping@163.com

10.14068/j.ceia.2015.02.020

X22

A

2095-6444(2015)02-0074-04