葛斌，王軍霞，陳乾坤 *

(1.南通市生態(tài)環(huán)境局，江蘇 南通 226007;2.中國環(huán)境監(jiān)測總站，北京 100012)

2020年9月22日，國家主席習近平在第七十五屆聯(lián)合國大會一般性辯論上宣布，中國將提高應(yīng)對氣候變化國家自主貢獻力度，二氧化碳(CO2)力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和。2020年12月12日，國家主席習近平在氣候雄心峰會上進一步宣布，到2030年，中國單位國內(nèi)生產(chǎn)總值CO2排放將比2005年下降65%以上，非化石能源占一次能源消費比重將達到25%左右，森林蓄積量將比2005年增加60億m3，風電、太陽能發(fā)電總裝機容量將達到12億kW以上[1]。

隨著碳達峰目標年日趨臨近，國家從全力抓好能耗雙控和堅決遏制“兩高”項目盲目發(fā)展著手，同時將能耗強度和碳排放強度下降率列為約束性指標來考核地方政府[2]。但在實踐中，社會對于能耗強度和碳排放強度下降率之間潛在邏輯關(guān)系的認識還不夠統(tǒng)一，現(xiàn)對碳排放強度與能耗強度之間的線性關(guān)系進行研究，通過建立數(shù)學模型和實證分析，分析能耗強度同比變化場景下碳排放強度同比變化趨勢。以期為推動碳排放強度、能耗強度“雙下降”的研究和決策提供參考。

1 碳排放核算與能耗統(tǒng)計口徑

1.1 碳排放核算口徑

按照《省級二氧化碳排放達峰行動方案編制指南》(以下簡稱《指南》)規(guī)定的碳排放核算邊界，CO2排放包含本行政區(qū)域內(nèi)化石能源(煤炭、油品、天然氣)消費產(chǎn)生的CO2直接排放，以及電力凈調(diào)入蘊含的CO2間接排放，側(cè)重于從生產(chǎn)端核算[3]。

1.2 能耗統(tǒng)計口徑

按照《綜合能耗計算通則》(GB/T 2589—2020)規(guī)定的計算范圍及計算方法，用能單位綜合能耗包含各種能源的實物消耗量及耗能工質(zhì)消耗的能源量，其中用電量、熱力消耗量及耗能工質(zhì)消耗的能源量按等價值折算成標煤，其余按當量值折算成標煤。能耗統(tǒng)計時以消費端按終端消費量統(tǒng)計，包含可再生能源和原料用能[4]。

1.3 碳排放核算與能耗統(tǒng)計主要差別

二者差別在于：一是核算方法不一樣，碳排放從生產(chǎn)端按各能源消耗情況及排放因子核算碳排放總量，能耗指標從消費端按綜合能耗直接匯總統(tǒng)計，不需要二次系數(shù)核算；二是核算邊界不一樣，能耗統(tǒng)計包括可再生能源，碳排放核算不包括可再生能源[5-8]。

2 建立模型

2.1 碳排放強度計算模型

根據(jù)《指南》中碳排放強度計算方法，建立碳排放強度計算模型，計算公式如下：

(1)

式中：q碳——CO2排放強度，t/萬元；N—— 綜合能耗總量，tce；a碳—— 碳排放核算能耗(煤炭、油品、天然氣及凈調(diào)入電力)占綜合能耗比例，%；ai——煤炭、油品、天然氣及凈調(diào)入電力占碳排放核算能耗比例，%；EFi——第i種能源CO2排放因子，t/tce； GDP——地區(qū)生產(chǎn)總值(2015年價格)，萬元。

通過對公式(1)的化簡(N÷GDP即為能耗強度)，得到碳排放強度與能耗強度的關(guān)系模型，計算公式如下：

(2)

式中：q能——能耗排放強度，tce/萬元。

由公式(2)可以看出，碳排放強度與能耗強度的線性關(guān)系和碳排放核算能耗占綜合能耗比例有關(guān)。

2.2 碳排放強度同比模型

碳排放強度同比變化率計算公式如下：

(3)

式中：β碳——碳排放強度同比變化率(負值為下降、正值為上升)，%。

(4)

式中：β能——能耗強度同比變化率(負值為下降、正值為上升)，%。

根據(jù)2021年中央經(jīng)濟工作會議確定的可再生能源和原料用能不納入能源消費總量控制的政策實施后，公式(4)中的a碳為恒定值，即100%。此時，a碳變化值恒為0，根據(jù)公式(4)，β碳與β能的關(guān)系取決于煤炭、油品、天然氣及凈調(diào)入電力占綜合能耗的比例變化。

3 實例分析

3.1 2020年實例現(xiàn)狀

某市2020年綜合能耗總量2 300萬t標煤，2020年GDP為9 100億元(2015年價格，下同)，能耗強度為0.252 7t標煤/萬元。其中2020年消耗煤炭1200萬t標煤、油品250萬t標煤、天然氣14.8億m3(180萬t標煤，按1.214 3 kg標煤/m3折算)，凈調(diào)入電力量70億kWh(210萬t標煤，按300 g標煤/kWh折算)，合計碳排放核算能耗1 840萬t標煤，煤炭、油品、天然氣、凈調(diào)入電力占比分別為65.2%，13.6%，9.8%，11.4%。碳排放核算能耗占綜合能耗比例為80.0%，按照公式(2)計算碳排放強度為0.481 6 t/萬元。其中煤炭、油品、天然氣排放因子分別采用2.66，1.73，1.56 t/tce，凈調(diào)入電力排放因子采用2.28 t/tce(采用江蘇省電網(wǎng)平均CO2排放因子0.683 t/MWh折算)。

3.2 2021年預(yù)測及線性關(guān)系分析

3.2.1 能耗強度單一變量時線性關(guān)系

假設(shè)2021年碳排放核算能耗中各能源占比不變(ai2021=ai2020)，能耗強度變量β能于-4%(下降4%)至4%(上升4%)時，分析以下2種場景下碳排放強度同比變化情況。

情景1：碳排放核算能耗占綜合能耗比例由a碳由2020年的80%提高至2021年的81%,碳排放強度與能耗強度同比變化率的線性關(guān)系典型數(shù)據(jù)見表1，碳排放強度與能耗強度趨勢見圖1。

表1 情景1的碳排放強度與能耗強度同比變化率線性關(guān)系典型數(shù)據(jù) %

圖1 情景1的碳排放強度與能耗強度趨勢變化

當a碳提高1%后，由表1可見，β碳均>β能1.2%～1.3%。由圖1可見，β碳由負變正，即由下降到上升的臨界點為A點，此時橫坐標對應(yīng)的能耗強度同比變化率為-1.2%；β能由負變正，即由下降到上升的臨界點為B點，此時橫坐標對應(yīng)的能耗強度同比變化率為0%。在A點之前，能耗強度、碳排放強度同為下降；A點至B點之間，能耗強度下降、碳排放強度上升；在B點之后，能耗強度、碳排放強度同為上升。

情景2：碳排放核算能耗占綜合能耗比例由a碳由2020年的80%下降至2021年的79%，碳排放強度與能耗強度同比變化率的線性關(guān)系典型數(shù)據(jù)見表2，碳排放強度與能耗強度趨勢見圖2。

表2 情景2碳排放強度與能耗強度同比變化率的線性關(guān)系典型數(shù)據(jù) %

圖2 情景2的碳排放強度與能耗強度趨勢變化

當a碳下降1%后，由表2可見，β碳均<β能1.2%～1.3%。由圖2可見，當β能由負變正，即由下降到上升的臨界點為A點，此時橫坐標對應(yīng)的能耗強度同比變化率為0%；β碳由負變正，即由下降到上升的臨界點為B點，此時橫坐標對應(yīng)的能耗強度同比變化率為1.3%。在A點之前，能耗強度、碳排放強度同為下降；A點至B點之間，能耗強度上升、碳排放強度下降；在B點之后，能耗強度、碳排放強度同為上升。

對比圖1和圖2發(fā)現(xiàn)，碳排放核算能耗占綜合能耗比例的變化不同，能耗強度與碳排放強度變化趨勢方向發(fā)生改變的先后有所差異，情景1中碳排放強度變化趨勢改變早于能耗，情景2中碳排放強度變化晚于能耗，預(yù)判二者關(guān)系必須對碳排放核算能耗占綜合能耗比例進行分析。

3.2.2 多變量時線性關(guān)系

假設(shè)2021年碳排放核算能耗占綜合能耗比例及碳排放核算能耗中各能源占比基于2020年上下浮動5%，2021年能耗強度同比2020年界于-4%～4%之間，各占比步長為1%，能耗強度同比步長為0.1%，對公式(4)進行編程，分析碳排放強度同比變化情況。多變量計算碳排放強度同比程序流程見圖3。由圖3可見，流程圖中采用碳排放核算能耗占綜合能耗比例(a碳)、煤炭占比(a煤炭)、油品占比(a油品)、天然氣占比(a天然氣)、能耗強度同比(β能)5個變量設(shè)置5層循環(huán)嵌套，各循環(huán)變量均由小至大按設(shè)定步長自增，共執(zhí)行118.6萬次循環(huán)計算碳排放強度同比(β碳)，輸出有效數(shù)據(jù)組合116.8萬條。表3列舉了各占比不同方向變化時，β碳與β能的比較結(jié)果。

圖3 多變量計算碳排放強度同比程序流程

表3 各占比變化方向組合β碳與β能關(guān)系

由表3可見，碳排放核算能耗占綜合能耗比例a碳對β碳與β能關(guān)系的影響最大，當a碳下降時，β碳大概率(95.7%)<β能；當a碳上升時，β碳大概率(95.7%)>β能。碳排放核算能耗中各能源占比不同方向變化時，β碳與β能的關(guān)系分布相對較均勻。

碳排放核算能耗占比a碳變化時，β碳-β能的平均差值見表4。

表4 碳排放核算能耗占比變化時β碳與β能關(guān)系 %

選取任意2個情景分析：如a碳由2020年的80%下降為2021年的77%(情景3)時，由表4可見，與a碳變化-3.0%對應(yīng)的(β碳-β能)差值為-3.7%，即當β碳為-3.7%時，β能為0%；當β碳為0%時，β能為3.7%； 2個點之間能耗強度上升、碳排放強度下降。又如a碳由2020年80%上升為2021年的82%(情景8)時，與a碳變化2.0%對應(yīng)的(β碳-β能)差值為2.5%，即當β碳為0%時，β能為-2.5%；當β碳為2.5%時，β能為0%； 2個點之間能耗強度下降、碳排放強度上升。其他情景可參照上述2個情景進行分析判斷。

4 結(jié)論

碳排放強度同比變化率與能耗強度同比變化率不是必然呈現(xiàn)“同正或同負”的關(guān)系，即能耗強度上升，碳排放強度也有可能下降；能耗強度下降，碳排放強度也有可能上升。當能耗統(tǒng)計邊界包含可再生能源和原料用能時，碳排放強度同比變化率和能耗強度同比變化率之間的關(guān)系同時受碳排放核算能耗占綜合能耗的比例及能源結(jié)構(gòu)所影響。當能耗統(tǒng)計邊界不包含可再生能源和原料用能時，碳排放強度同比變化率和能耗強度同比變化率之間的關(guān)系主要取決于煤炭、油品、天然氣及凈調(diào)入電力占綜合能耗的比例變化。

隨著“雙碳”工作的持續(xù)推進，碳排放強度日益受到重視，部分地方和決策者認為只要降低能耗強度一定會帶來碳排放強度的降低，而本研究通過數(shù)據(jù)實證說明，在一定條件下，可能出現(xiàn)能耗強度下降而碳排放強度反而上升的情況。為了更好地推動碳排放強度、能耗強度的雙下降，各地在管理決策時，應(yīng)對本地能源結(jié)構(gòu)進行分析，對能源結(jié)構(gòu)變化進行預(yù)判，從而根據(jù)實際情況分析能耗強度與碳排放強度的關(guān)系，避免僅關(guān)注能耗強度而影響碳排放強度目標的完成。