張 豪 樊靜麗 汪 航 張 賢

(1.中國礦業(yè)大學(xué)(北京)資源與安全工程學(xué)院，北京市海淀區(qū)，100083； 2.中國21世紀(jì)議程管理中心，北京市海淀區(qū)，100038)

在能源發(fā)展的同時(shí)，熟悉并掌握每一階段的能源供應(yīng)及流向情況，能夠給下一階段能源的發(fā)展提供參考以解決當(dāng)前存在的問題或從其中吸取發(fā)展經(jīng)驗(yàn)。2016年正值“十三五”規(guī)劃開局之年，能源生產(chǎn)和消費(fèi)情況對優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)以應(yīng)對氣候變化至關(guān)重要，本文將結(jié)合能流圖和碳流圖及其他實(shí)物量數(shù)據(jù)對2016年中國能源及碳流動(dòng)情況加以分析。

能源流是能源自生產(chǎn)后，經(jīng)過各部門加工轉(zhuǎn)換，最終流向終端消費(fèi)部門期間能源在各部門的分配情況，各支流的方向和寬度分別表示能源的去向和能源量，對能源流的分析可以清楚地認(rèn)識(shí)到能源生產(chǎn)、消費(fèi)結(jié)構(gòu)和加工轉(zhuǎn)換損耗等，同樣，對碳流的分析可以明確二氧化碳產(chǎn)生的來源，并據(jù)此加快推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型和碳減排。

在樊靜麗和王蓬濤(2017)、樊靜麗等(2018)和以往研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行分析，與其不同的是，本文以最新的能源統(tǒng)計(jì)年鑒為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，繪制能流圖時(shí)采用煤炭總量(包含所有的煤制品量)的數(shù)據(jù)且透徹分析了加工轉(zhuǎn)換過程，準(zhǔn)確有效地反映了終端消費(fèi)部門能源消費(fèi)量。

1 方法和數(shù)據(jù)

1.1 碳排放核算

二氧化碳排放量計(jì)算方法參考《2006年IPCC國家溫室氣體清單指南》，不同部門、不同燃料品種二氧化碳排放量由以下公式計(jì)算：

CEij=ACij·NCVj·CCj·Oij×44/12(1)

式中：i——不同部門；

j——不同燃料品種；

CE——二氧化碳排放量；

AC——燃料實(shí)物量消耗，萬t(氣體為億m3)；

NCV——燃料的平均低位熱值，kJ/kg(氣體為kJ/m3)；

CC——燃料單位熱值含碳量，kg/GJ；

O——碳氧化率，采用IPCC默認(rèn)值1；

44/12——二氧化碳和碳的分子量比值。

各種能源的平均低位熱值、單位熱值含碳量分別出自《中國能源統(tǒng)計(jì)年鑒2017》、《2006年IPCC國家溫室氣體清單指南》。

1.2 能流圖的繪制

為了能夠更直觀簡潔地展現(xiàn)一次電力從生產(chǎn)到終端消費(fèi)的過程(一次電力生產(chǎn)過程中無能源損耗)，本文將采用電熱當(dāng)量計(jì)算法繪制能流圖。

繪制能流圖時(shí)，為使繪制結(jié)果清晰明了，特將二次能源、加工轉(zhuǎn)換過程和終端消費(fèi)部門中各項(xiàng)進(jìn)行合并。其中，原煤及其制品統(tǒng)稱為煤炭及其制品，原油的各種制品統(tǒng)稱為油制品，天然氣包含液化天然氣。加工轉(zhuǎn)換過程中，只考慮上述各類能源轉(zhuǎn)化為另一類能源時(shí)的過程，不考慮此類能源的內(nèi)部轉(zhuǎn)換過程(仍然計(jì)算其損失)。最后按照《三次產(chǎn)業(yè)劃分規(guī)定(2012)》在終端消費(fèi)部門中進(jìn)行部分合并，即農(nóng)、林、牧、漁業(yè)為第一產(chǎn)業(yè)，工業(yè)和建筑業(yè)為第二產(chǎn)業(yè)，交通運(yùn)輸、倉儲(chǔ)和郵政業(yè)，批發(fā)、零售業(yè)和住宿、餐飲業(yè)以及其他為第三產(chǎn)業(yè)。除了終端消費(fèi)部門，能源的流動(dòng)去向還有損失和平衡，該部分包含加工轉(zhuǎn)換過程中的損失量、其他損失量及平衡差額(平衡差額=可供本地區(qū)消費(fèi)的能源量-加工轉(zhuǎn)換投入量+加工轉(zhuǎn)換產(chǎn)出量-損失量-終端消費(fèi)量)。

1.3 碳流圖的繪制

由于能源相關(guān)的二氧化碳?xì)怏w是在化石能源的燃燒過程中排放的，而在能流圖中，部分過程是沒有二氧化碳?xì)怏w排放的。因此，計(jì)算碳排放時(shí)，我們只考慮煤炭、石油、天然氣這些化石能源在用于火力發(fā)電、供熱時(shí)的碳排放以及用于終端消費(fèi)部門時(shí)產(chǎn)生的碳排放，剔除化石能源用作原材料的部分。在將相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行合并整理及計(jì)算后繪制了2016年中國碳流圖。

2 結(jié)果與分析討論

2.1 2016年中國能源流整體分析

基于2016年中國能源平衡表(標(biāo)準(zhǔn)量)繪制的2016年中國能流圖如圖1所示，反映了能源生產(chǎn)后經(jīng)過火力發(fā)電、供熱等加工轉(zhuǎn)換過程，最終流向終端消費(fèi)部門的流動(dòng)情況。2016年中國一次能源生產(chǎn)總量為31.5億t標(biāo)準(zhǔn)煤(電熱當(dāng)量計(jì)算法，下同)，比2015年(33.4億t標(biāo)準(zhǔn)煤)減少5.5%。一次能源生產(chǎn)總量中，原煤占76.7%，原油占9.1%，天然氣(包括液化天然氣)占5.7%，一次電力(水、風(fēng)、核電及太陽能發(fā)電)占6.7%，其他能源占1.9%。能源供應(yīng)總量為40.1億t標(biāo)準(zhǔn)煤，較2015年(40.2億t標(biāo)準(zhǔn)煤)稍有降低。

進(jìn)出口方面，2016年中國進(jìn)口能源(含境內(nèi)輪船和飛機(jī)在境外的加油量)合計(jì)9.0億t標(biāo)準(zhǔn)煤，出口能源(含境外輪船和飛機(jī)在境內(nèi)的加油量)合計(jì)1.2億t標(biāo)準(zhǔn)煤。能源整體對外依存度為19.3%，明顯高于2015年16.8%的能源整體對外依存度，進(jìn)一步加劇了中國的能源安全風(fēng)險(xiǎn)。

就加工轉(zhuǎn)換而言，2016年中國能源加工轉(zhuǎn)換總投入量為29.7億t標(biāo)準(zhǔn)煤。其中，火力發(fā)電總投入量為13.5億t標(biāo)準(zhǔn)煤，煉油投入7.9億t標(biāo)準(zhǔn)煤，煉焦投入5.4億t標(biāo)準(zhǔn)煤，供熱投入2.0億t標(biāo)準(zhǔn)煤。2016年中國能源加工轉(zhuǎn)換共計(jì)產(chǎn)出能源21.4億t標(biāo)準(zhǔn)煤，加工轉(zhuǎn)換總效率為72.3%，分開來看，火力發(fā)電的效率為40.4%(產(chǎn)出電量為4.4萬億kWh)，煉油效率為98.7%(產(chǎn)出油制品7.8億t標(biāo)準(zhǔn)煤)，煉焦效率為92.8%(產(chǎn)出5.0億t標(biāo)準(zhǔn)煤)，供熱效率為72.5%(產(chǎn)出熱力為1.5億t標(biāo)準(zhǔn)煤)。

圖1 2016年中國能流圖

從消費(fèi)端來看，2016年中國能源消費(fèi)總量為40.5億t標(biāo)準(zhǔn)煤，較2015年(40.2億t標(biāo)準(zhǔn)煤)僅上升0.7%。其中，終端消費(fèi)總量為31.9億t標(biāo)準(zhǔn)煤，第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)及生活消費(fèi)分別占比2.1%、66.9%、18.8%和12.2%，且在生活消費(fèi)中，城鎮(zhèn)和鄉(xiāng)村生活消費(fèi)分別占終端能源消費(fèi)總量的7.2%和5.0%。2016年在經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織(OECD)國家中，相同行業(yè)能源消費(fèi)量平均占比分別為1.9%、31.3%、48.2%和18.6%，因此，隨著中國經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型與發(fā)展，第三產(chǎn)業(yè)和生活能源消費(fèi)比例還將進(jìn)一步提高。

2.2 主要能源流向分析

2.2.1 煤炭

2016年全國原煤供應(yīng)總量為37.9億t，這是繼2013年達(dá)到最大供應(yīng)量42.7億t以來，連續(xù)第3年持續(xù)下降。其中，原煤生產(chǎn)量34.1億t，較2015年下降9.0%，在一定程度上緩解了產(chǎn)能過剩的問題。原煤進(jìn)、出口量分別為2.6億t、0.1億t，仍保持為煤炭凈進(jìn)口國。加工轉(zhuǎn)換過程中投入原煤30.5億t，其中，18.0億t用于火力發(fā)電，供熱2.6億t，洗選煤9.0億t，煉焦0.7億t，煤制油0.1億t，煤制氣0.1億t。除洗選煤外，各方面用煤均有所上升，供熱用煤較2015年增長10.4%，煤制油用煤較2015年增長75.3%，且煤制天然氣工藝有較大改善(副產(chǎn)品焦炭明顯減少，天然氣產(chǎn)量較2015年大量增加)，對煤炭深加工起到了積極的推動(dòng)作用。2016年，山西大同等4個(gè)煤制天然氣項(xiàng)目獲得批準(zhǔn)，煤制天然氣項(xiàng)目取得巨大進(jìn)展，其天然氣產(chǎn)量達(dá)18.7億m3，較2015年的3.2億m3增長4.8倍。

終端消費(fèi)部門的用煤量合計(jì)為9.8億t，較2015年(11.2億t)減少了1.4億t，此變化主要表現(xiàn)為工業(yè)用煤的減少。2016年工業(yè)用煤7.6億t，較2015年(9.1億t)減少16%，是自2013年以來工業(yè)用煤量削減最高的一年，主要源于各地區(qū)對高耗能企業(yè)的減排約束。2016年全國生活消費(fèi)用煤占終端消費(fèi)總量的9.7%，雖然用煤量較2015年變化不大，城鎮(zhèn)用煤量因?yàn)椤懊焊碾姟奔啊懊焊臍狻闭叩膶?shí)施不斷減少，而反觀鄉(xiāng)村，用煤量卻不斷增加，直接導(dǎo)致生活消費(fèi)用煤量呈增長趨勢，由此可以看出城鎮(zhèn)和鄉(xiāng)村對政策貫徹的不同。針對此變化趨勢，相關(guān)部門應(yīng)做好管控，在做好城鎮(zhèn)“煤改氣”、“煤改電”的同時(shí)，進(jìn)一步加大對鄉(xiāng)村“煤改電”及“煤改氣”的改革力度。

2.2.2 石油類

受2014-2016年國際石油價(jià)格斷崖式暴跌(迪拜原油價(jià)格由97美元/桶下降到41美元/桶)的影響，中國石油市場供給側(cè)發(fā)生重大變化。2016年中國原油供應(yīng)量為5.6億t，其中原油生產(chǎn)量為2.0億t，自2006年以來首次出現(xiàn)大幅度減產(chǎn)，較2015年減產(chǎn)6.9%，中國石油產(chǎn)量世界排名由2015年的第5位落至第8位。近年來中國石油進(jìn)口量不斷增長，2016年中國石油進(jìn)口量為4.5億t，出口量為0.6億t，石油對外依存度(能源對外依存度=本國凈進(jìn)口量/本國消費(fèi)量×100%)達(dá)67.6%，達(dá)歷史新高，較2011-2015年變化幅度陡增。2006-2016年，中國石油生產(chǎn)量變化不大，而消費(fèi)量不斷增長，其主要來源就是中國不斷提高的石油進(jìn)口量。2006-2016年中國石油生產(chǎn)量和消費(fèi)量以及對外依存度如圖2所示。

圖2 中國石油生產(chǎn)量和消費(fèi)量以及對外依存度

加工轉(zhuǎn)換過程中，煉油用量為55342.3萬t，分別得到柴油17850.3萬t、汽油12931.0萬t、石腦油4263.4萬t、煤油3983.9萬t、液化石油氣2840.5萬t、石油瀝青2171.6萬t、石油焦1950.9萬t、燃料油1855.8萬t、煉廠干氣1772.5萬t、溶劑油232.5萬t、石蠟212.2萬t、潤滑油142.3萬t、其他石油制品3518.3萬t。自2000年以來，柴油產(chǎn)量首次出現(xiàn)負(fù)增長，除柴油外，其他油制品產(chǎn)量較2015年均有所上升。

由于中國經(jīng)濟(jì)增速的持續(xù)回落，2016年中國石油消費(fèi)增速進(jìn)一步下降至2.3%，終端消費(fèi)部門石油消費(fèi)總量為53937.0萬t。石油終端消費(fèi)中，工業(yè)和交通運(yùn)輸業(yè)消費(fèi)分別占30.9%、39.0%，其中，汽油、煤油、柴油、燃料油多用于交通運(yùn)輸業(yè)，石油瀝青多用于建筑業(yè)，其余油制品主要用于工業(yè)部門。

2.2.3 天然氣

2016年中國天然氣供應(yīng)量為2080.5億m3，其中天然氣生產(chǎn)量為1368.7億m3，進(jìn)口量為745.6億m3(含2605.8萬t LNG)，出口量為33.8億m3。2016年中國進(jìn)口天然氣較2015年增長21.9%，天然氣對外依存度達(dá)34.3%。自2006年以來，中國天然氣生產(chǎn)量由585.5億m3增加至1368.7億m3，年均增長8.9%，而天然氣消費(fèi)量由561.4億m3增至2078.1億m3，年均增長14.0%，天然氣生產(chǎn)量增長速度明顯低于其消費(fèi)需求的增長速度。因此，可以通過增加天然氣進(jìn)口量以保證中國日益增長的天然氣消費(fèi)需求。2006-2016年中國天然氣產(chǎn)量和消費(fèi)量以及對外依存度如圖3所示。

圖3 中國天然氣產(chǎn)量和消費(fèi)量以及對外依存度

加工轉(zhuǎn)換過程中，天然氣用于火力發(fā)電的量(361.9億m3)占天然氣供應(yīng)總量的17.4%，供熱用量(80.1億m3)占3%。從終端消費(fèi)看，2016年中國終端消費(fèi)部門天然氣消費(fèi)總量為1617.8億m3，較2015年增長6.0%，主要用于第二產(chǎn)業(yè)，其消費(fèi)量占比為55.3%，其次是居民生活消費(fèi)和第三產(chǎn)業(yè)，分別占比23.5%、21.2%。

2.2.4 電力

2016年中國電力生產(chǎn)總量為6.1萬億kWh，較2015年增長5.6%，電力進(jìn)口61.9億kWh，電力出口189.1億kWh。電力生產(chǎn)總量中，火電占比72.2%，水電占比19.4%，風(fēng)電占比3.9%，核電占比3.5%，太陽能發(fā)電占比1%。2016年風(fēng)電、核電和太陽能發(fā)電分別保持27.6%、24.9%和58.8%的高增長率，但由于其發(fā)電產(chǎn)量基數(shù)小，電力生產(chǎn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化過程緩慢。

終端消費(fèi)部門中，電力消費(fèi)總量較2015年增長5.8%，第一、二、三產(chǎn)業(yè)用電量分別為1091.9億kWh(占比1.9%)、40751.6億kWh(占比70.0%)、7970.1億kWh(占比13.7%)，生活消費(fèi)用電量為8420.6億kWh(占比14.4%)。與第三產(chǎn)業(yè)和生活消費(fèi)在終端能源消費(fèi)總量中的比例變化趨勢一致，2016年第三產(chǎn)業(yè)和生活消費(fèi)用電占比繼續(xù)增加，且用電量較2015年均增長10%以上。用電量最多的第二產(chǎn)業(yè)中，其主要用電部門為金屬冶煉、電熱供應(yīng)及化工部門，分別占第二產(chǎn)業(yè)用電總量的27.6%、12.2%、12.1%。居民生活消費(fèi)用電中，城鎮(zhèn)居民用電4569.3億kWh，鄉(xiāng)村居民用電3851.3億kWh，城鄉(xiāng)電力消費(fèi)比為1.2。

2.3 2016年中國碳流圖分析

2016年中國碳流圖如圖4所示，反映了二氧化碳在能源流動(dòng)過程中的排放情況。2016年全國二氧化碳排放合計(jì)97.5億t，較2015年增長1.1%。從二氧化碳來源看，由煤炭、原油及其制品和天然氣(包含液化天然氣)產(chǎn)生的二氧化碳占比分別為81.0%、14.7%、4.4%，這與我國長期以來煤炭為主體的能源結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。從加工轉(zhuǎn)換過程及終端消費(fèi)部門看，火力發(fā)電、供熱及第二產(chǎn)業(yè)的碳排放主要來源都是煤炭，第三產(chǎn)業(yè)碳排放中有75.5%源于石油，居民生活消費(fèi)的碳排放主要還是來自于煤炭和油制品。

圖4 2016年中國碳流圖

火力發(fā)電和第二產(chǎn)業(yè)二氧化碳排放量約占碳排放總量的77.2%，依然是中國二氧化碳排放的主要來源。中國目前工業(yè)產(chǎn)品能耗與世界先進(jìn)水平仍有很大差距，通過提高技術(shù)降低產(chǎn)品能耗或推動(dòng)低耗能工業(yè)發(fā)展，可以有效達(dá)到節(jié)能減排的目的。

2016年中國城鎮(zhèn)和鄉(xiāng)村居民生活消費(fèi)的碳排放來源如圖5所示。城鎮(zhèn)居民生活碳排放來源中煤炭(包括其制品)、油制品、天然氣所占比例較2006年(49.4%、36.1%、14.5%)有較大變化，其中，由煤炭產(chǎn)生的碳排放量及其占比均下降，城鎮(zhèn)生活用煤炭的二氧化碳排放量減少了0.4億t，主要原因可能是油氣替代煤炭和“煤改電”政策的影響。相比之下，農(nóng)村生活消費(fèi)碳排放來源中，盡管煤炭的碳排放量由2006年的1.2億t增加至2016年的1.7億t，但其碳排放占比(2006年為89.4%)下降，主要原因是農(nóng)村居民油制品消費(fèi)占比的增加。對此，應(yīng)結(jié)合城鎮(zhèn)地區(qū)替代煤炭的經(jīng)驗(yàn)，著力推廣農(nóng)村地區(qū)電力炊具、電力供暖設(shè)備及液化石油氣、天然氣的使用，以此減少農(nóng)村地區(qū)炊事取暖等的煤炭使用，進(jìn)而降低二氧化碳排放。

圖5 2016年城鎮(zhèn)和鄉(xiāng)村生活消費(fèi)碳排放來源

3 結(jié)論

2016年中國一次能源生產(chǎn)量下降明顯，而能源消費(fèi)總量增加，能源整體對外依存度增大，石油安全問題依然顯著。由于各地區(qū)削減工業(yè)用煤政策的推出和落實(shí)，2016年工業(yè)用煤量及其碳排放量較2015年均有所減少，但碳排放總量繼續(xù)上升，其中火力發(fā)電和工業(yè)部門仍然是減排的重點(diǎn)對象。生活消費(fèi)的碳排放中，城鎮(zhèn)地區(qū)煤炭碳排放量下降明顯，而鄉(xiāng)村地區(qū)煤炭碳排放量仍在增加，需要進(jìn)一步加大對煤炭替代的力度以減少二氧化碳和污染物排放。