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        中國CCUS技術與高碳產(chǎn)業(yè)的融合度測算

        2025-01-21 00:00:00沈雨婷師羽萌潘書博張昊天張雯麗
        中國新技術新產(chǎn)品 2025年1期

        摘 要:科學測算中國CCUS技術與高碳產(chǎn)業(yè)融合度并分析中國各地域融合發(fā)展趨勢,有利于直觀了解中國CCUS技術與高碳產(chǎn)業(yè)融合度現(xiàn)狀及在發(fā)展過程中所面臨的困難,在此基礎上總結(jié)所需的支持政策?;?013—2019年我國碳排放數(shù)據(jù)和CCUS技術發(fā)展綜合得分,采用耦合協(xié)調(diào)模型,運用中國各地域高碳產(chǎn)業(yè)綜合指數(shù)與CCUS技術發(fā)展水平指標,對中國各地域CCUS技術與高碳產(chǎn)業(yè)的融合度進行定量測算。2013—2019年中國CCUS技術與高碳產(chǎn)業(yè)融合度呈上升的趨勢;各地域CCUS技術與高碳產(chǎn)業(yè)融合水平不平衡,東部地區(qū)融合水平較高,西北部地區(qū)融合水平較低。影響CCUS技術與高碳產(chǎn)業(yè)融合度的關鍵因素是政府政策、技術創(chuàng)新、行業(yè)發(fā)展、國際環(huán)境。

        關鍵詞:CCUS;高碳產(chǎn)業(yè);耦合協(xié)調(diào)模型

        中圖分類號:X 701 文獻標志碼:A

        在“雙碳”戰(zhàn)略大背景下,社會全面提倡綠色、環(huán)保、高碳的生產(chǎn)生活方式,因此,推動新興技術發(fā)展是必然的。CCUS(Carbon Capture,Utilization and Storage,碳捕獲、利用與封存技術)是應對全球氣候變化的關鍵技術之一。

        國內(nèi)早期關于CCUS技術的探討較少,主要根據(jù)發(fā)達國家CCUS技術的研發(fā)應用制定方針政策,但各個環(huán)節(jié)仍然存在政策、技術以及國際關系等方面亟待解決的問題[1]。楊文潔[2]就CCUS技術的研發(fā)及應用成本進行研究并提出應建立相關的管制體系。政府層面出臺政策,以制定發(fā)展規(guī)劃等,也能推進我國CCUS技術應用的全面落實[3]。在政策和商業(yè)化方面,馬永生[4]強調(diào)將CCUS技術列入自愿減排市場,參考發(fā)達國家先進的CCUS技術,汲取國際經(jīng)驗。

        “雙碳”背景下的社會大格局已經(jīng)形成,高碳產(chǎn)業(yè)也具有強烈的技術融合意愿,CCUS技術作為發(fā)展?jié)摿薮蟮男屡d技術,其與高碳產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展是重要的解決方法之一。從統(tǒng)計學視角研究CCUS技術與高碳產(chǎn)業(yè)的融合度測算體系及發(fā)展路徑,厘清CCUS技術和高碳產(chǎn)業(yè)融合特征與內(nèi)涵機理,找出我國融合度欠缺地域并給出對策建議對我國科研事業(yè)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展都具有重大積極意義。

        1 CCUS技術及高碳產(chǎn)業(yè)描述性統(tǒng)計分析

        CCUS技術專利描述性統(tǒng)計分析,主要對全球與中國的CCUS專利技術發(fā)展狀況進行客觀性描述,數(shù)據(jù)來源為國家知識產(chǎn)權局。高碳產(chǎn)業(yè)描述性統(tǒng)計分析主要對我國各省份化石燃料燃燒、總表現(xiàn)量二氧化碳進行客觀性描述,能源消費數(shù)據(jù)來源為國家統(tǒng)計年鑒,原煤、原油和天然氣具體燃料燃燒數(shù)據(jù)及總表現(xiàn)量二氧化碳來源中國碳核算數(shù)據(jù)庫(由于山西、重慶以及貴州原油燃燒數(shù)據(jù)缺失嚴重,因此剔除)。

        1.1 中國CCUS技術專利統(tǒng)計分析

        對2013—2022年我國各省份碳捕集、利用、封存以及CCUS技術專利授權量進行統(tǒng)計,從國際視角出發(fā),中國在CCUS技術方面創(chuàng)新活力仍有較大提升空間。我國部分省份搜集數(shù)據(jù)時未尋得相關數(shù)據(jù),因此后續(xù)探究CCUS技術與高碳行業(yè)融合度測算及CCUS技術與高碳行業(yè)的融合對生態(tài)環(huán)境影響時,以CCUS技術領先省份為代表(即北京、江蘇、浙江、廣東、天津等13個省份)進行分析。

        1.2 高碳產(chǎn)業(yè)化石燃料消費與利用現(xiàn)狀

        根據(jù)中國2000—2021年能源消耗與占比情況可知,我國能源消費量呈增長趨勢,2021年能源消費總量比上年增長5.15%,其增速相對2020年翻倍。從整體來看,自2008年起,我國煤炭占比呈下降趨勢;天然氣、一次電力及其他能源占比逐漸增多,而石油消費占比穩(wěn)定未見明顯變化。

        2 CCUS技術與高碳行業(yè)融合度測算

        2.1 指標體系構建

        為科學分析中國CCUS技術與高碳產(chǎn)業(yè)之間的耦合協(xié)調(diào)度,現(xiàn)構建CCUS技術與高排放產(chǎn)業(yè)融合度測算評價指標體系。指標體系考慮耦合機理和指標的可獲得性、合理性、層次性以及可操作性原則,具有一定的科學性。

        指標的類型有碳捕獲、利用、封存發(fā)展水平指標和碳抑制水平指標。碳抑制水平主要用源頭碳產(chǎn)水平和碳排水平表示。碳捕獲、利用、封存發(fā)展水平指標用CCUS技術發(fā)展水平指標來表示,CCUS技術發(fā)展水平指標用CCUS技術相關專利授權數(shù)表示。由于難以獲得CCUS技術成本投入的權威數(shù)據(jù),因此該指標體系未涉及成本等經(jīng)濟方面的耦合分析,指標體系情況見表1。

        2.2 耦合協(xié)調(diào)模型建立與估計

        2.2.1 數(shù)據(jù)來源與處理

        基于CCUS技術的發(fā)展歷程及對應年份數(shù)據(jù)指標的準確性和可獲取性。同時也為更全面地測算CCUS技術與高排放產(chǎn)業(yè)融合度,選取我國2013—2019年北京市、江蘇等14個省份耦合分析。數(shù)據(jù)來源于2013—2019年《中國統(tǒng)計年鑒》《中國能源統(tǒng)計年鑒》國家知識產(chǎn)權局以及中國碳排放核算數(shù)據(jù)庫(CEADs)。

        為實現(xiàn)實證分析的客觀性,首先對收集的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)清洗,采用線性插值法對部分省份的少數(shù)缺失數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)填充。其次,為了使指標數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間具有可比性,對填充后的數(shù)據(jù)進行無量綱化處理,即對二級指標對應數(shù)據(jù)歸一化。

        正向指標的標準化處理如公式(1)所示。

        (1)

        負向指標的標準化處理如公式(2)所示。

        (2)

        式中:i為對應的第i個省份;j為指標體系中第j個三級指標;X'ij和Xij分別為第i個省份第j項指標標準化后的值和原始值。

        另外,為避免數(shù)據(jù)預處理結(jié)果出現(xiàn)偏差,即標準化處理結(jié)果出現(xiàn)1或0的極端情況,分別取第j項指標數(shù)據(jù)最大值的1.01倍和最小值的0.99倍為max(Xij)和min(Xij)。

        數(shù)據(jù)預處理完成后,為直觀觀察13個省份兩類指標在2013—2019年的發(fā)展變化,通過CCUS技術與高排放產(chǎn)業(yè)融合度評價指標體系確定指標權重。熵權法是一種適用于多指標的綜合評價方法,指標信息熵值越小,離散程度越大,其對綜合評價影響(即權重)就越大,不同于層次分析法的主觀性,其評價結(jié)果主要根據(jù)客觀資料,可以很大程度地避免人為因素干擾。因此采用熵權法確定指標權重。

        指標熵值計算,即熵值法的運用步驟如下。

        計算第i個省份第j項指標值的比重Yij如公式(3)所示。

        (3)

        第j指標信息熵ej如公式(4)所示。

        (4)

        當Yij=0時,令Yij×lnYij=0。

        第j個指標的差異性系數(shù)dj,即信息熵冗余度如公式(5)所示。

        dj=1-ej (5)

        某項指標的信息效用值取決于該指標的信息熵與1之間的差值,該值直接影響權重的大小。信息效用值越大,對評價的重要性就越大,權重越大。

        第j個指標指標權重wj如公式(6)所示。

        (6)

        利用熵值法估算各指標的權重,本質(zhì)是利用該指標信息的差異系數(shù)來計算權重,其差異系數(shù)越高,對評價的重要性就越大,即權重越大,對評價結(jié)果的貢獻就越大。

        據(jù)此計算的各指標權重結(jié)果見表1。

        計算各省份綜合得分zi,如公式(7)所示。

        (7)

        2.2.2 省份CCUS技術發(fā)展水平時序演變分析

        從2013—2022年代表省份碳捕獲、利用與封存發(fā)展水平的變化宏觀視角來看,13個代表省份CCUS技術發(fā)展水平考察期間整體呈上升的趨勢,綜合得分翻多倍。這表明代表省份CCUS發(fā)展水平呈增強態(tài)勢,碳捕獲、封存發(fā)展趨勢顯著。2013—2022年我國CCUS技術發(fā)展綜合得分如圖1所示。

        從各省份的微觀視角來看,2013—2022年大部分代表省份CCUS技術水平呈猛增態(tài)勢。

        2.2.3 碳抑制水平時序演變分析

        對各省份碳抑制水平綜合指標得分進行比較發(fā)現(xiàn),碳抑制水平影響綜合指標得分的主要因素為源頭資源利用水平,占比為0.747。說明控制源頭資源利用水平是碳抑制的基礎,直接影響省份的碳抑制水平的整體質(zhì)量。2013—2019年我國碳抑制水平綜合得分如圖2所示。

        2013—2019年,代表省份碳抑制水平平均值逐年增長。整體來看,14省份的碳抑制排序名次基本未發(fā)生太大變化,證明代表省份的發(fā)展幅度都相對穩(wěn)定,未出現(xiàn)突增或突減的情況。

        2.2.4 耦合協(xié)調(diào)模型實證分析

        分析前先對數(shù)據(jù)的年份使用進行說明:碳抑制水平指標數(shù)據(jù)僅搜集至2019年,而大多代表省份的CCUS水平在2021年和2022年卻出現(xiàn)多倍數(shù)增長發(fā)展,因此在單獨評估CCUS技術發(fā)展水平時,有必要分析至2022年。因此,為配合碳抑制水平指標數(shù)據(jù)的可獲取性,當研究CCUS技術發(fā)展與高碳產(chǎn)業(yè)之間的耦合協(xié)調(diào)度時,僅選取2013—2019年的指標數(shù)據(jù)。

        根據(jù)采集的相關數(shù)據(jù),用CCUS技術與高碳行業(yè)直接的耦合協(xié)調(diào)度表示二者直接的融合程度,模型如公式(8)所示。

        (8)

        T=αf(x)+βg(x)

        式中:D為耦合協(xié)調(diào)度;T為協(xié)調(diào)指數(shù);α、β為待定系數(shù)(α+β)=1,反映CCUS技術與能耗強度的影響系數(shù),本研究認為CCUS技術發(fā)展水平和能耗強度同等重要,因此令α=β=0.5;f(x)、g(x)分別為CCUS技術發(fā)展水平與能耗強度的綜合指數(shù);C為系統(tǒng)耦合度,取值為0~1,如果C越大,那么說明兩者之間相互作用程度越大。

        將耦合度與耦合協(xié)調(diào)度劃分為不同階段,劃分標準見表2。

        根據(jù)分析看出,碳捕獲、利用、封存發(fā)展與碳抑制發(fā)展均向好發(fā)展,但由于省份地區(qū)內(nèi)部情況復雜,差異明顯,因此使部分省份未實現(xiàn)協(xié)調(diào)發(fā)展,需要從省份地區(qū)差異視角研究各地區(qū)的差距與不足。根據(jù)數(shù)據(jù)的可獲性,研究年份為2013—2019年,探究14個省份地區(qū)耦合協(xié)調(diào)水平。整體來看,CCUS技術與碳抑制發(fā)展耦合協(xié)調(diào)水平得到提升,但仍未達到協(xié)調(diào)發(fā)展的省份占1/3,說明CCUS技術發(fā)展水平與碳抑制耦合協(xié)調(diào)水平仍然較低。

        從時序視角來看,CCUS技術與碳抑制耦合協(xié)調(diào)大致可分為2個階段,2013—2015年為耦合協(xié)調(diào)失調(diào)階段;2016—2019年為耦合協(xié)調(diào)磨合階段。

        整體來看,CCUS技術與碳抑制的耦合協(xié)調(diào)水平的空間層次結(jié)構明顯,可以直觀看出耦合協(xié)調(diào)水平呈上升趨勢;耦合協(xié)調(diào)度高水平主要集中于華北地區(qū)和華中地區(qū),分別以北京和湖南為核心;協(xié)調(diào)水平以2個核心代表省份向外過渡擴延,因此同水平省份空間集中性較差,而區(qū)域協(xié)調(diào)水平過渡比較突出。

        3 結(jié)語

        通過分析我國各地域當前CCUS技術與高碳產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀,得出主要結(jié)論如下:我國高碳產(chǎn)業(yè),即原煤、原油、天然氣產(chǎn)業(yè)能源消耗量自2013年起逐年增加,由于減排工作的落實,二氧化碳排放量反而呈負增長,并向零排放甚至負排放方向發(fā)展,效果逐年顯著。

        基于耦合協(xié)調(diào)模型分析新興技術CCUS技術與高碳產(chǎn)業(yè)之間的協(xié)調(diào)發(fā)展程度的結(jié)果來看,我國CCUS技術與高碳產(chǎn)業(yè)融合度還具有很大上升空間。根據(jù)耦合協(xié)調(diào)空間分布圖可知,我國各個省份、各個區(qū)域融合度發(fā)展不平衡,東部地區(qū)產(chǎn)業(yè)間融合度高,西北部地區(qū)融合度有待提升,例如陜西、新疆等地CCUS技術應用與貫徹落實不夠完善、不夠全面,導致無法與當?shù)馗咛籍a(chǎn)業(yè)高度融合,直接導致該部分地區(qū)碳排放量降低趨勢小。

        基于以上研究發(fā)現(xiàn),CCUS技術與高碳產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展過程中仍然存在問題。因此,給出以下建議。1)政府層面上,政府應優(yōu)化產(chǎn)業(yè)鏈布局,錨定高碳產(chǎn)業(yè)核心應用點。技術方面重獎關鍵技術突破及示范項目先鋒,強力推動企業(yè)與科研深度聯(lián)合。2)企業(yè)層面上,深度強化產(chǎn)學研無縫融合,攜手共建高端研發(fā)中心,形成社會信息資源網(wǎng),建立有效的科技成果轉(zhuǎn)化機制,培養(yǎng)復合型人才。3)國際層面上,通過建立國際技術交流中心等方式與CCUS技術發(fā)展前列國家實現(xiàn)知識共享,同時加強知識產(chǎn)權保護。

        參考文獻

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