張巨峰,王睿云,余 嵐,楊峰峰,楊日麗,王斯揚

(1.隴東學院新能源學院,甘肅 慶陽 745000;2.隴東學院招生就業(yè)處,甘肅 慶陽 745000)

碳元素是地球陸地系統(tǒng)孕育演化過程中最為活躍的因子之一,在全球氣候變化過程中扮演著重要角色,隨著人類生產(chǎn)生活規(guī)模的快速擴大,碳元素出現(xiàn)了排放多、吸收少的不平衡現(xiàn)象,給全球氣候及環(huán)境變化帶來了巨大威脅,異常天氣頻發(fā)、冰川融化、永久凍土層消融、水土流失、土地沙漠化等,嚴重影響了人類生存和可持續(xù)發(fā)展。為此,為了應(yīng)對碳排放對氣候的影響,世界各國于2015年共同簽署了《巴黎協(xié)議》,制定了全球溫度控制在1 850～1 900溫度基線的2 ℃以內(nèi),力爭1.5 ℃以內(nèi)的奮斗目標,旨在督促各盟約國遵守協(xié)議規(guī)定,減排溫室氣體,實現(xiàn)碳排放峰值[1]。我國作為世界最大的發(fā)展中國家,在碳減排方面采取了積極行動。2020年9月22日,習近平總書記在第七十五屆聯(lián)合國大會上發(fā)表了重要演講,向全世界發(fā)出了“中國爭取在2030年前實現(xiàn)碳達峰,力爭在2060年前實現(xiàn)碳中和”的莊重承諾[2],充分體現(xiàn)了我國的大國擔當和作為。我國的“十四五”規(guī)劃也明確將“碳達峰”行動列為重點工作,積極推進綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展行動。同年,習近平總書記在中央財經(jīng)委員會第九次會議上再次強調(diào)將“雙碳”目標納入生態(tài)文明建設(shè)的整體布局。由此可見,低碳發(fā)展是推進我國特色社會主義建設(shè)的重要任務(wù)。

長期以來,我國的碳減排問題備受關(guān)注,尤其是“雙碳”目標提出之后,許多學者就雙碳目標能否如期實現(xiàn),以及實現(xiàn)的難點及挑戰(zhàn)進行了大量研究。魯傳一等[3]應(yīng)用一般均衡模型(CGE)和情景分析法對強化碳達峰目標影響我國宏觀經(jīng)濟進行了研究,得出我國于2030年可以如期實現(xiàn)碳達峰,而且在一定的前提下可以提前實現(xiàn)碳達峰,將2030年作為一個標準,如若碳達峰時間越提前,則需要的碳稅價格越高。何建坤[4]認為雙碳目標的實現(xiàn)需要政策、法制、技術(shù)創(chuàng)新、體系保障等多方面的協(xié)同運作,共同發(fā)揮減污降碳效應(yīng),尤其是在零碳、負碳技術(shù)方面,技術(shù)創(chuàng)新在雙碳目標實現(xiàn)過程是不可或缺的因素。碳減排的關(guān)鍵是通過清潔能源或綠色技術(shù)取代傳統(tǒng)高污染、高耗能的材料或技術(shù),不能因為碳減排而降低生產(chǎn)能力,影響生產(chǎn)效率,更不能打亂正常生產(chǎn)、生活秩序,要更加關(guān)注綠色供給能力,安全平穩(wěn)過渡[5]。楊莉莎等[6]基于生產(chǎn)理論和指數(shù)分解相結(jié)合的框架,研究了我國二氧化碳排放變化的驅(qū)動因素,并對其碳排放的變動效應(yīng)進行了計算,進一步明確了技術(shù)創(chuàng)新在二氧化碳減排中的關(guān)鍵地位,既要加強低碳技術(shù)的研發(fā),也要注重能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化和效率提升。張巨峰等[7-10]針對煤礦生產(chǎn)過程中的溫室氣體排放和治理進行了研究,并借助大數(shù)據(jù)手段監(jiān)測溫室氣體排放。這些研究成果主要集中在如何實現(xiàn)碳減排、零碳負碳技術(shù)和行業(yè)溫室氣體的減排等方面,為全國實現(xiàn)“雙碳”目標提供了較為豐富的理論參考,但是,碳減排技術(shù)和實施方案的實施是以碳排放特征為前提的,只有掌握區(qū)域或者行業(yè)的碳排放特征狀況才能有的放矢,精準執(zhí)行。

甘肅省位于我國黃河流域的上游區(qū),是西部重要的生態(tài)安全屏障,產(chǎn)業(yè)以重工業(yè)、重化工為主要結(jié)構(gòu),碳排放問題仍相對突出,生態(tài)環(huán)境脆弱,區(qū)域碳匯能力不強。如何實現(xiàn)經(jīng)濟健康發(fā)展而又不以犧牲環(huán)境為代價成為值得甘肅省思考的問題,而碳排放特征分析又是碳減排、實現(xiàn)“雙碳”目標的前提和基礎(chǔ),因此,本文結(jié)合甘肅省的能源消費實際,開展碳排放特征分析,為甘肅省如期實現(xiàn)“雙碳”目標,推動經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 甘肅省能源消費情況及數(shù)據(jù)采集

1.1 能源消費狀況

甘肅省屬于我國西北內(nèi)陸省份,是黃河流域沿線的重要區(qū)域之一,作為西北重要的生態(tài)安全屏障,是我國“一帶一路”戰(zhàn)略中重要的成員,與陜西、寧夏、青海共同組成了絲綢之路經(jīng)濟帶,對全國經(jīng)濟、社會的發(fā)展具有重要作用。經(jīng)過西部大開發(fā)戰(zhàn)略多年的實施和推進,甘肅已經(jīng)形成了以有色冶金、石油化工、煤炭生產(chǎn)運輸為主的重工業(yè)產(chǎn)業(yè)特色,表現(xiàn)出高耗能、高污染和資源型的“兩高一資”的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)形態(tài),區(qū)域內(nèi)白銀公司、酒鋼集團、長慶油田、甘肅能化等公司為區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展做出巨大貢獻的同時,碳排放問題也非常突出。但是,有色冶金、石油化工、煤炭產(chǎn)運等是甘肅省經(jīng)濟、社會發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè),以煤炭、石油、天然氣等化石原料作為主要燃料的高耗能、高排放粗放式產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)暫時還無法改變,致使各種化石燃料的消費總量逐年攀升。如按標準煤折算,根據(jù)《甘肅省統(tǒng)計年鑒》的統(tǒng)計數(shù)據(jù),2021年的能源消耗量達8 434.23萬噸標準煤,給甘肅省碳減排工作造成了巨大壓力。2010年—2021年,甘肅省能源消耗情況具體見表1.

表1 甘肅省能源消費情況

由表1可知,2010年—2021年,甘肅省的能源消耗總量從5 829.85萬噸標準煤增長至8 434.23萬噸標準煤,增長了45%,但是,煤炭的消耗量卻由2010年的64.08萬噸標準煤下降至2021年的55.45萬噸標準煤,整體呈下降趨勢,這與甘肅省的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整優(yōu)化相關(guān)。石油的消耗量在這11年間出現(xiàn)了小幅度波動,消耗量由2010年的16.99萬噸標準煤下降至2015年的16.15萬噸標準煤,之后,2016年又上升至17.25萬噸標準煤,2021年又降至14.58萬噸標準煤,這主要與長慶油田主產(chǎn)區(qū)的石油產(chǎn)量和煉油工藝相關(guān)。天然氣消耗量整體呈現(xiàn)緩慢增長趨勢,由2010年的3.39萬噸標準煤上升至2021年的5.25萬噸標準煤,主要是與國家及地方政府的倡導和人們生產(chǎn)生活方式的改變相關(guān)。電力及其他能源的消耗呈現(xiàn)出波動上升的趨勢,這主要是與地方產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整及政策有關(guān)。

1.2 碳排放測算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集

目前,因受技術(shù)、地域、政策等條件的限制,我國的碳排放數(shù)據(jù)仍以估算為主,還不能直接通過監(jiān)測技術(shù)獲取全域數(shù)據(jù)。本文基于聯(lián)合國政府氣候變化委員會(IPCC)發(fā)布的碳排放計算指南,結(jié)合甘肅省能源消費結(jié)構(gòu)特點,通過對煤炭、石油、天然氣、汽油、柴油等化石能源消費量換算估測碳排放量。為此,根據(jù)《甘肅省統(tǒng)計年鑒》對甘肅省2009年—2021年期間的工業(yè)、制造業(yè)、建筑業(yè)、交通運輸業(yè)、批發(fā)餐飲業(yè)、日常生活等行業(yè)的能源消耗以及年度能效消耗總量進行統(tǒng)計,具體見表2.

表2 甘肅省行業(yè)能源消費量萬噸標準煤

2 碳排放估算

碳排放估算包括碳排放量、碳排放強度、人均碳排放量等參數(shù)的估算,具體碳排放量估算公式為[11]:

(1)

式中:Q為碳排放量,萬噸標準煤;φi為能源的碳排放系數(shù);Ei為能源消費量,萬噸標準煤。具體各種能源的碳排放系數(shù)見表3.

表3 能源消耗碳排放系數(shù)

根據(jù)甘肅省的能源消耗特點,本文主要選擇煤炭、石油和天然氣進行碳排放估算。碳排放總量為:

(2)

式中:φm為煤炭的碳排放系數(shù);Em為煤炭的消費量;φs為石油的碳排放系數(shù);Es為石油的消費量;φt為天然氣的碳排放系數(shù);Et為天然氣的消費量。

煤炭、石油、天然氣等不同類別的能源發(fā)熱量不同,很難對其進行比較分析。為了便于計算,方便人們對不同類別能源的消費量和利用效果進行比較,尋求一種用標準能源表示的方法,國內(nèi)一般公認將其折算為標準煤去衡量。標準煤是指熱值為7 000千卡/千克(公斤)的煤炭,中國標準煤二氧化碳的排放系數(shù)為2.836噸二氧化碳/噸標準煤。這樣就可以將甘肅省所有能源消費全部折算成標準煤消費,則二氧化碳的總排放量就可以表示為:

Q總=2.836×Eb

(3)

式中:Eb為標準煤消費量。

碳排放量是溫室效應(yīng)的關(guān)鍵體現(xiàn)參數(shù),但是,衡量某一地區(qū)碳排放的效應(yīng)僅用碳排放量一個指標還不夠全面,比如,A地區(qū)的國民生產(chǎn)總值為100億元,碳排放量為2 000萬噸標準煤,而B地區(qū)的國民生產(chǎn)總值為200億元,碳排放量為2 800萬噸標準煤,這不能僅依靠碳排放量這一個指標比較就得出A地區(qū)的碳治理效果比B地區(qū)好,還要根據(jù)碳排放的噸煤經(jīng)濟貢獻進行衡量,即引入碳排放強度,具體指國民生產(chǎn)總值每增加一單位導致二氧化碳排放量的增加值以衡量某區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展與碳排放的關(guān)系,具體計算公式為[12]:

(4)

式中:Sn為第n年的碳排放強度;Qn為第n年的碳排放量;Gn為第n年的國民生產(chǎn)總值。

二氧化碳是人類生產(chǎn)、生活活動中排放的廢氣,怎樣才能合理衡量人類生產(chǎn)、生活活動引起的碳排放量,需要引入人均碳排放量指標以表示人類生產(chǎn)生活活動對碳排放的貢獻大小,具體的計算公式為:

(5)

式中:An為第n年人均碳排放量;Qn為第n年碳排放總量;Pn為第n年的人口總數(shù)。

3 甘肅省碳排放變化特征

3.1 甘肅省碳排放總量的時間序列

碳排放總量是人類在改造自然的過程中產(chǎn)生的溫室氣體排放總量,長期直接導致溫室效應(yīng)不斷累積,地氣系統(tǒng)能量發(fā)射和吸收不平衡,氣溫上升,全球變暖。根據(jù)《甘肅省年鑒統(tǒng)計》對2009年—2021年相關(guān)能源消耗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計,按標準煤折算估算出碳排放量的年度時間序列情況,見圖1.

圖1 甘肅省整體碳排放量

由圖1可知,2009年—2021年,甘肅省碳排放量整體呈波動上升趨勢,由2009年的15 545.82萬噸標準煤一直上升至2015年的21 334.80萬噸標準煤,達到了一個小高峰,2016年又出現(xiàn)了一個小幅下降,此后再次呈現(xiàn)了直線上升的趨勢,一直增長至2021年的23 919.48萬噸標準煤,這與甘肅省經(jīng)濟發(fā)展以重工業(yè)為主的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)特點相符。

3.2 碳排放強度變化特征

過去相當長時期內(nèi),世界許多國家和地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展均會對環(huán)境產(chǎn)生諸多影響,個別地區(qū)甚至曾出現(xiàn)了以犧牲環(huán)境為代價的經(jīng)濟發(fā)展。為了實現(xiàn)低碳綠色發(fā)展的環(huán)境友好型經(jīng)濟發(fā)展模式,即區(qū)域國民生產(chǎn)總值增長而碳排放未增長的低碳綠色發(fā)展模式,用碳排放強度研究區(qū)域國民生產(chǎn)總值與碳排放量的關(guān)系。根據(jù)《甘肅省統(tǒng)計年鑒》2009年—2021年的相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù),分析國民生產(chǎn)總值與碳排放的關(guān)系,以期探索碳排放對區(qū)域經(jīng)濟的貢獻,具體見圖2.

圖2 甘肅省碳排放強度

由圖2可知,甘肅省碳排放強度由2009年的4.59萬噸標準煤/億元一直下降至2021年的2.34萬噸標準煤/億元,呈現(xiàn)直線下降的趨勢,而國民生產(chǎn)總值由2009年的3 387.56億元上升至2014年的6 836.82億元,之后一直到2017年基本趨于穩(wěn)定狀態(tài),從2018年之后又出現(xiàn)了直線上升的趨勢,一直增長至2021年的10 243.31億元,發(fā)展態(tài)勢良好?？v觀甘肅省2009年—2021年期間的國民生產(chǎn)總值與碳排放強度,整體呈現(xiàn)出國民生產(chǎn)總值穩(wěn)中有增,碳排放強度逐年下降的良好態(tài)勢,說明區(qū)域碳排放對經(jīng)濟增長的貢獻率逐年加大,揭示了甘肅省經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展的良好態(tài)勢。

3.3 人均碳排放量變化特征

甘肅省處于我國地廣人稀區(qū)域,衡量區(qū)域的碳排放強度不能僅依靠碳排放總量和碳排放強度這兩個指標,還應(yīng)該考慮人均碳排放量。根據(jù)《甘肅省統(tǒng)計年鑒》對2009年—2021年常住人口和碳排放量的統(tǒng)計分析,得出甘肅省2009年—2021年的人均碳排放量如圖3所示。

圖3 甘肅省人均碳排放量

由圖3可知,甘肅省人均碳排放量在2009年—2013年期間出現(xiàn)了明顯的上升,在2014年—2016年期間出現(xiàn)了小幅下降,之后,2017年—2021年又有小幅上升的趨勢,人均碳排放量基本穩(wěn)定,變化不大,最小為2009年的6.08噸煤/人,最大為2021年的9.61噸煤/人,11年期間人均碳排放量增幅為3.5噸煤/人。

3.4 各行業(yè)碳排放情況

區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和優(yōu)化主要由各產(chǎn)業(yè)對區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的貢獻力度和碳排放大小來決定。為了給甘肅省實現(xiàn)“雙碳”目標、優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、促進區(qū)域高質(zhì)量發(fā)展提供理論依據(jù),對甘肅省2009年—2021年期間各行業(yè)的碳排放量進行分析,本文按照碳排放的大類將其歸納為工業(yè)、制造業(yè)、建筑業(yè)、交通運輸業(yè)、餐飲業(yè)和日常生活消費類等6個大類,具體這6大類行業(yè)的碳排放量變化情況見圖4.

圖4 甘肅省行業(yè)碳排放量

由圖4可知,2009年—2021年,甘肅省工業(yè)和制造業(yè)的碳排放量一直處于高位,從側(cè)面也反映了甘肅省的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)是以工業(yè)和制造業(yè)為主,而且工業(yè)和制造業(yè)碳排放量從2009年到2013年出現(xiàn)了1個高峰點,至2016年又回落至1個最低點,自此之后制造業(yè)基本趨于穩(wěn)定,而工業(yè)的碳排放量又出現(xiàn)了小幅度反彈,餐飲業(yè)和交通運輸業(yè)基本處于緩慢增長的階段,生活消費產(chǎn)生的碳排放量也隨時間緩慢增長,建筑業(yè)的碳排放量一直為這6大類的最小值,說明甘肅省建筑業(yè)發(fā)展較其他行業(yè)慢。

4 甘肅省產(chǎn)業(yè)碳排放特征

4.1 產(chǎn)業(yè)碳排放量特征

根據(jù)《甘肅省統(tǒng)計年鑒》對各行業(yè)能源消費數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析,通過將第一、第二、第三產(chǎn)業(yè)消耗的能源消耗量折算為標準煤,并估算出2009年—2021年期間3次產(chǎn)業(yè)的碳排放量,具體見圖5.

圖5 甘肅省3次產(chǎn)業(yè)碳排放量

由圖5可知,2009年—2021年期間,甘肅省第一產(chǎn)業(yè)每年的碳排放量基本穩(wěn)定在600萬噸;而第三產(chǎn)業(yè)的碳排放量呈現(xiàn)出逐年增長的趨勢,由2009年的2 880.53萬噸增加到2021年的5 382.90萬噸;第二產(chǎn)業(yè)碳排放量卻出現(xiàn)了波動上升的趨勢,在2013年出現(xiàn)了1個高峰,碳排放量達到了29 378.01萬噸,之后,在2016年出現(xiàn)了低谷,碳排放量為26 793.71萬噸,直至增長到2021年的29 521.40萬噸。第二產(chǎn)業(yè)的碳排放量一直遠遠高于第一產(chǎn)業(yè)和第二產(chǎn)業(yè),第二產(chǎn)業(yè)包括工業(yè)、制造業(yè)和建筑業(yè)等,由此也可以推斷出甘肅省以重工業(yè)為主的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。第二產(chǎn)業(yè)的碳排放量比重最大,因此,未來甘肅省應(yīng)在第二產(chǎn)業(yè)方面優(yōu)化調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),方能減小碳排放能力,如期實現(xiàn)雙碳目標。

4.2 產(chǎn)業(yè)碳排放強度特征

基于碳排放強度計算公式,對甘肅省2009年—2021年期間3次產(chǎn)業(yè)的碳排放強度進行計算和統(tǒng)計,并繪制變化規(guī)律圖,見圖6.

圖6 甘肅省3次產(chǎn)業(yè)碳排放強度

由圖6可知,2009年—2021年期間,甘肅省第一和第三產(chǎn)業(yè)的碳排放強度呈現(xiàn)出平緩地逐年下降的趨勢;第二產(chǎn)業(yè)的碳排放強度出現(xiàn)漲跌,由2009年的1.89萬噸標準煤/億元下降到2011年的1.39萬噸標準煤/億元,之后3年期間基本保持穩(wěn)定,2015年又出現(xiàn)了上漲,小幅波動,基本穩(wěn)定在1.8萬噸標準煤/億元,2021年又下降至1.55萬噸標準煤/億元。第一產(chǎn)業(yè)的碳排放強度由2009年的1.27萬噸標準煤/億元下降至2021年的0.43萬噸標準煤/億元,下降的幅度達到66%;第三產(chǎn)業(yè)的碳排放強度由2009年的2.11萬噸標準煤/億元下降至2021年的0.99萬噸標準煤/億元,整體下降幅度約為53%.2009年—2013年期間,第三產(chǎn)業(yè)的碳排放強度大于第一、第二產(chǎn)業(yè);2014年—2021年期間,第二產(chǎn)業(yè)碳排放強度大于第一、第三產(chǎn)業(yè),說明近些年來第二產(chǎn)業(yè)的碳排放對甘肅省的碳排放變化起著關(guān)鍵作用,在實現(xiàn)“雙碳”目標進程中,更應(yīng)該關(guān)注第二產(chǎn)業(yè)的碳排放強度。

5 結(jié) 語

1) 甘肅省國民生產(chǎn)總值隨年度呈上升趨勢,碳排放量與之同步上升,但是碳排放強度卻呈下降趨勢,經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展態(tài)勢良好。

2) 甘肅省工業(yè)和制造業(yè)的碳排放量遠遠高于其他行業(yè),第二產(chǎn)業(yè)的碳排放量和碳排放強度明顯高于第一產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè),產(chǎn)業(yè)碳排放強度在2013年出現(xiàn)了一個分水嶺,2013年之前,第三產(chǎn)業(yè)的碳排放強度大于第一和第二產(chǎn)業(yè),2013年之后,第二產(chǎn)業(yè)的碳排放強度大于第一和第三產(chǎn)業(yè),第二產(chǎn)業(yè)的碳排放強度變化為區(qū)域低碳可持續(xù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整優(yōu)化提供了依據(jù)。

3) 甘肅省以第二產(chǎn)業(yè)為主的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)特征仍很明顯,目前及未來相當長時期內(nèi)仍將以重工業(yè)為支柱產(chǎn)業(yè),在降耗減碳方面,應(yīng)關(guān)注第二產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整,以期如期實現(xiàn)雙碳目標。