劉茂輝 鄧小文 劉勝楠 李 婧 孫 猛#

(1.天津市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心,天津 300191;2.天津天濱瑞成環(huán)境技術(shù)工程有限公司,天津 300190)

在我國提出碳排放力爭(zhēng)在2030年前達(dá)峰、努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和的“雙碳”目標(biāo)背景下,天津市作為環(huán)渤海地區(qū)的重要經(jīng)濟(jì)中心,在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)有必要摸清碳排放現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)。天津市的碳排放影響因素分析、碳排放情景預(yù)測(cè)和碳減排潛力已有一些研究[1-3]。主要用到的研究工具有LMDI法和Tapio脫鉤模型等[4]。LMDI法是在Kaya恒等式的基礎(chǔ)上發(fā)展來的[5-6],具有分解結(jié)果直觀的特點(diǎn),已廣泛應(yīng)用于能源研究領(lǐng)域[7-8]。Tapio脫鉤模型將總量和相對(duì)量的變化綜合考慮,提高了脫鉤分析的客觀性與準(zhǔn)確性[9-12]。情景分析是碳排放發(fā)展趨勢(shì)研究的常用方法。孫鈺等[13]基于天津市2000—2009年碳排放情況分3種情景對(duì)天津市2010—2050年的碳排放進(jìn)行了預(yù)測(cè)。李雪梅等[14]基于天津市2000—2016年碳排放情況分6種情景對(duì)天津市2017—2040年的碳排放進(jìn)行了預(yù)測(cè)。但當(dāng)時(shí)沒有考慮到“雙碳”目標(biāo),同時(shí)也沒有把碳排放強(qiáng)度考慮進(jìn)去。因此,在“雙碳”目標(biāo)背景下需對(duì)天津市的碳排放進(jìn)行重新分析。

本研究緊跟“雙碳”目標(biāo),根據(jù)天津市2000—2019年的碳排放現(xiàn)狀,采用LMDI法分析天津市碳排放的影響因素,利用Tapio脫鉤模型分析天津市經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和碳排放之間的脫鉤狀態(tài),依據(jù)天津市“十四五”規(guī)劃中的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展指標(biāo)分情景預(yù)測(cè)天津市碳達(dá)峰情況和碳中和路徑,以期為我國“雙碳”目標(biāo)的完成貢獻(xiàn)天津市的力量。

1 研究方法

1.1 碳排放量核算

依據(jù)《省級(jí)溫室氣體清單編制指南(試行)》(發(fā)改辦氣候〔2011〕1041號(hào))開展碳排放量(以二氧化碳計(jì))核算,其中能源活動(dòng)化石燃料燃燒溫室氣體清單編制采用以詳細(xì)技術(shù)為基礎(chǔ)的部門方法。

1.2 LMDI法

Kaya恒等式如式(1)所示。

(1)

式中:E為碳排放量,萬t;PE為能源消費(fèi)量,萬t(以標(biāo)煤計(jì));GDP為地區(qū)生產(chǎn)總值,億元;POP為人口總數(shù),萬人。

E=A×B×C×P

(2)

將能源結(jié)構(gòu)、能源強(qiáng)度、經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、人口規(guī)模各影響因素引起的碳排放變化量除以碳排放總變化量可以得到各影響因素的貢獻(xiàn)率。通常,貢獻(xiàn)率大于0,表明該影響因素對(duì)碳排放具有拉動(dòng)作用;貢獻(xiàn)率小于0,表明該影響因素對(duì)碳排放具有減緩作用[15]。

1.3 Tapio脫鉤模型

經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與碳排放的脫鉤彈性用Tapio脫鉤模型(見式(3))進(jìn)行分析。

(3)

式中:ε為經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與碳排放的脫鉤彈性;ΔE為當(dāng)年碳排放量相對(duì)基準(zhǔn)年的變化量,萬t;E0為基準(zhǔn)年碳排放量,萬t;ΔGDP為當(dāng)年地區(qū)生產(chǎn)總值相對(duì)基準(zhǔn)年的變化量,億元;GDP0為基準(zhǔn)年地區(qū)生產(chǎn)總值,億元。

Tapio脫鉤模型的脫鉤狀態(tài)通?？梢詣澐譃?類,如表1所示。

1.4 數(shù)據(jù)來源

2000—2019年碳排放核算所需的煤炭、焦炭、原油、燃料油、汽油、煤油、柴油、天然氣、電力等能源消費(fèi)量以及主要工業(yè)產(chǎn)品產(chǎn)量和碳排放預(yù)測(cè)分析所需的人口總數(shù)、城鎮(zhèn)化率、能源強(qiáng)度和高技術(shù)比重?cái)?shù)據(jù)均來源于歷年的天津市統(tǒng)計(jì)年鑒;碳排放預(yù)測(cè)分析所需的地區(qū)生產(chǎn)總值、第三產(chǎn)業(yè)比重來源于歷年的天津市國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)。為排除通貨膨脹的影響,地區(qū)生產(chǎn)總值以2000年不變價(jià)進(jìn)行折算。

1.5 情景設(shè)置

參考文獻(xiàn)[13]和[14]的情景設(shè)置,面向“雙碳”目標(biāo),把天津市“十四五”規(guī)劃的地區(qū)生產(chǎn)總值、能源強(qiáng)度作為基準(zhǔn)情景,由于天津市“十四五”規(guī)劃沒有具體提及人口變化和碳排放強(qiáng)度內(nèi)容,因此以天津市“十三五”末的碳排放強(qiáng)度(單位地區(qū)生產(chǎn)總值的碳排放量)以及2017—2019年人口總數(shù)變化率作為基準(zhǔn)情景。在基準(zhǔn)情景的基礎(chǔ)上,以低碳發(fā)展加嚴(yán)40%作為低碳情景,即能源強(qiáng)度和碳排放強(qiáng)度的下降幅度增加40%,而地區(qū)生產(chǎn)總值和人口總數(shù)增長(zhǎng)幅度下降40%,本研究同時(shí)考慮了近期的2021—2025年和遠(yuǎn)期的2026—2060年,近期的2021—2025年天津市“十四五”規(guī)劃已明確的全部按規(guī)劃設(shè)定,人口總數(shù)根據(jù)天津市“十四五”規(guī)劃保持穩(wěn)定的目標(biāo)與基準(zhǔn)情景保持不變;在基準(zhǔn)情景的基礎(chǔ)上,低碳發(fā)展加嚴(yán)80%作為超低碳情景。各情景下各參數(shù)具體設(shè)置如表2所示。

表1 脫鉤狀態(tài)的劃分Table 1 Division of the decoupling states

表2 情景設(shè)置Table 2 Scenario setting

2 結(jié)果與討論

2.1 LMDI法分解結(jié)果

LMDI法分解可以得到各影響因素引起的碳排放變化量和貢獻(xiàn)率。從圖1可以看出,在以2000年作為基準(zhǔn)年的前提下,2001—2019年,天津市能源強(qiáng)度對(duì)碳排放一直起到減緩作用,而經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)對(duì)碳排放一直起到拉動(dòng)作用,能源結(jié)構(gòu)和人口規(guī)模對(duì)碳排放的影響相對(duì)較小。這說明,天津市的能源結(jié)構(gòu)和能源強(qiáng)度逐年改善,減緩了天津市的碳排放;而天津市的經(jīng)濟(jì)和人口逐年增加,拉動(dòng)了天津市的碳排放。相對(duì)于2000年,2019年天津市的能源結(jié)構(gòu)、能源強(qiáng)度、經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和人口規(guī)模的貢獻(xiàn)率依次為-19%、-152%、222%、50%,總體而言,能源結(jié)構(gòu)和能源強(qiáng)度對(duì)天津市碳排放起減緩作用,而經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和人口規(guī)模對(duì)天津市碳排放起拉動(dòng)作用,這一結(jié)論與王媛等[16]對(duì)天津市碳排放影響因素的分析一致,也與董瑩等[17]對(duì)甘肅省碳排放影響因素分析一致。

2.2 脫鉤狀態(tài)分析

天津市經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與碳排放的脫鉤彈性計(jì)算結(jié)果如圖2所示。2001—2013年(第一階段),天津市碳排放量增加,地區(qū)生產(chǎn)總值也增加,經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與碳排放之間呈現(xiàn)弱脫鉤狀態(tài);2014—2017年(第二階段),天津市碳排放量減少,而地區(qū)生產(chǎn)總值增加,經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與碳排放呈現(xiàn)強(qiáng)脫鉤狀態(tài);2018—2019年(第三階段),天津市碳排放量增加,地區(qū)生產(chǎn)總值增加,經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與碳排放呈現(xiàn)弱脫鉤狀態(tài)?？傮w而言,天津市碳排放量隨經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)而增加,但是碳排放量的增長(zhǎng)速率低于經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)速率,這一結(jié)論與文獻(xiàn)[10]的結(jié)論相一致;2014—2017年,天津市經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與碳排放的脫鉤狀態(tài)由弱脫鉤變?yōu)閺?qiáng)脫鉤,這一結(jié)論與王鳳婷等[18]對(duì)天津市脫鉤分析的結(jié)論相一致。第一階段,脫鉤彈性波動(dòng)變化,特別是2008年波動(dòng)較大,這主要是受美國金融危機(jī)的影響,天津市經(jīng)濟(jì)發(fā)展受阻,為推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展,各部門嘗試調(diào)整能源和資源結(jié)構(gòu)來緩解經(jīng)濟(jì)的衰退,但碳排放量增長(zhǎng)速率仍跟不上經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)速率,從而造成天津市脫鉤狀態(tài)波動(dòng)。第二階段,在《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》實(shí)施的帶動(dòng)下,天津市大力調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源結(jié)構(gòu)、交通運(yùn)輸結(jié)構(gòu),深入治理燃煤、工業(yè)、機(jī)動(dòng)車污染,為綠色發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),從而天津市經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與碳排放呈現(xiàn)強(qiáng)脫鉤狀態(tài)。第三階段,受國際形勢(shì)變化,尤其是中美貿(mào)易戰(zhàn)的影響,天津市為減緩經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)乏力,能源和資源的消耗增加,同樣因碳排放量增長(zhǎng)速率仍跟不上經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)速率,天津市的脫鉤狀態(tài)又回到了弱脫鉤狀態(tài)。

2.3 碳達(dá)峰碳中和分析

目前中國對(duì)于城市碳達(dá)峰還沒有明確的定義。張立等[19]認(rèn)為,城市碳達(dá)峰是指城市的碳排放在一段時(shí)間內(nèi)達(dá)到峰值,之后進(jìn)入平臺(tái)期,即穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)波動(dòng),然后進(jìn)入平穩(wěn)下降階段。本研究將碳達(dá)峰定義為碳排放出現(xiàn)峰值隨后經(jīng)歷平臺(tái)期,而后進(jìn)入顯著下降階段(P<0.01)。由圖3可知,在基準(zhǔn)情景下,天津市2013年“碳達(dá)峰”之后逐步下降,但2019年之后又回升,因此基準(zhǔn)情景下天津市碳達(dá)峰存在困難;而低碳情景和超低碳情景趨勢(shì)相同,只是超低碳情景碳排放量下降幅度更大,在低碳情景和超低碳情景下,天津市2013年碳達(dá)峰后,2014—2019年碳排放處于平臺(tái)期,之后穩(wěn)定下降,并于2023年顯著下降(P<0.01),說明低碳情景和超低碳情景下,天津市可以在2025年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰。綜合而言,天津市要想在2025年之前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰,需要確保碳排放強(qiáng)度下降,至少要進(jìn)入低碳情景。預(yù)測(cè)2021—2025年3種情景下經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與碳排放的脫鉤彈性,結(jié)果見表3。2021—2025年,基準(zhǔn)情景下,天津市將延續(xù)第三階段保持弱脫鉤狀態(tài);而低碳情景和超低碳情景下,天津市將處于強(qiáng)脫鉤狀態(tài)。經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與碳排放的強(qiáng)脫鉤將有助于天津市碳達(dá)峰的實(shí)現(xiàn)。由于根據(jù)的碳達(dá)峰定義不同,對(duì)于碳達(dá)峰的年份預(yù)判也會(huì)有差別。文獻(xiàn)[14]的研究顯示,經(jīng)濟(jì)中增長(zhǎng)能源強(qiáng)減排情景是天津市最佳發(fā)展模式,不過在此情景下天津市也將于2025年碳達(dá)峰。

表3 不同情景下經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與碳排放的脫鉤彈性預(yù)測(cè)Table 3 The prediction of economic growth and carbon emission decoupling elasticity under different scenarios

碳中和一般是指進(jìn)入大氣的碳排放和碳匯吸收之間達(dá)到平衡[20]。進(jìn)一步分析圖3,基準(zhǔn)情景下,天津市碳排放量在2019年后不斷上升,天津市將很難實(shí)現(xiàn)碳中和;低碳情景下,天津市碳排放在2013年達(dá)峰后逐步下降,到2060年,天津市的碳排放量為7 100萬t,實(shí)現(xiàn)碳中和也有較大難度;超低碳情景下,天津市碳排放在2013年達(dá)峰后大幅下降,下降幅度是低碳情景下的1.4倍,到2060年,天津市碳排放量只剩1 100萬t,有望在碳匯工程的輔助下實(shí)現(xiàn)碳中和。從2026—2060年的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與碳排放的脫鉤彈性(見表3)可以看出,2026—2060年,基準(zhǔn)情景下經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與碳排放將一直呈現(xiàn)弱脫鉤狀態(tài),而低碳情景和超低碳情景下經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與碳排放才呈現(xiàn)強(qiáng)脫鉤狀態(tài)。因此,天津市要想達(dá)到碳中和,首先需要使經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與碳排放強(qiáng)脫鉤,并且快速地進(jìn)入到超低碳情景,其次在超低碳情景下實(shí)施碳匯工程,確保碳匯量大于碳排放量。

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié) 論

(1) 從天津市2001—2019年碳排放現(xiàn)狀來看,能源結(jié)構(gòu)和能源強(qiáng)度(主要是能源強(qiáng)度)對(duì)天津市碳排放起減緩作用,而經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和人口規(guī)模(主要是經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng))對(duì)天津市碳排放起拉動(dòng)作用。

(2) 天津市2001—2013年經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與碳排放之間呈現(xiàn)弱脫鉤狀態(tài),2014—2017年呈現(xiàn)強(qiáng)脫鉤狀態(tài),2018—2019年又回到了弱脫鉤狀態(tài)。

(3) 天津市只有實(shí)施低碳情景或超低碳情景才能在2025年之前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰,而只有實(shí)施超低碳情景才能有望在2060年實(shí)現(xiàn)碳中和。

3.2 建 議

(1) 天津市應(yīng)持續(xù)改善能源結(jié)構(gòu),降低能源強(qiáng)度,合理控制經(jīng)濟(jì)規(guī)模和人口數(shù)量,并確保經(jīng)濟(jì)發(fā)展和碳排放處于強(qiáng)脫鉤狀態(tài)。

(2) 天津市要想在2025年之前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰,碳排放強(qiáng)度需達(dá)到五年累計(jì)降低28.7%。

(3) 天津市要想在2060年之前實(shí)現(xiàn)碳中和,能源強(qiáng)度和碳排放強(qiáng)度降低幅度要持續(xù)加大,在超低碳情景下輔助實(shí)施碳匯工程,確保碳匯量大于碳排放量。