上海碳减排的目标测算与分析

一、已有的相关成果回顾

　　目前国内的学者对中国能源消费和碳排放问题进行了深入的研究。针对上海快速经济增长和发展产生的能源消费和碳排放状况,有关学者正进行密切关注和深入研究。赵敏等(2009)对上海市1994~2006年能源消费碳排放量进行了测算,将上海的碳排放强度和人均碳排放量和全国、全球的进行了比较,分析了上海市1994~2006年间碳排放强度下降的原因。梁朝晖(2009)利用1978~2007年的历史数据,分析和估计了上海市能源消费总量、结构和碳排放之间的关系式,对未来一定时期的能源消费和碳排放进行了预测,模拟碳排放相关指标的演变趋势。谢士晨等(2009)测算上海市能源消费二氧化碳排放,绘制了2007年上海市的碳流通图。胡建一(2007)、林艳君等(2006)、唐忆文(2006)、钱杰(2003)等对上海的能源消费和碳排放也进行过相关研究。赵敏等、梁朝晖、谢士晨等的三项对2005年上海市碳排放量的测算结果存在一些差异,具体情况见表1-3。从表中的直接结果对比看,赵敏等和谢士晨等的研究结果较为接近,实际上赵敏等的研究采用的是能源终端消费量数据,谢士晨等采用的是能源消费总量的数据,如果统一调整到能源消费总量的数据,赵敏等碳排放量的研究结果将由4 802.40万吨,调整到5 089.17万吨,梁朝晖的研究结果与前两者差异较大(参见表1-3)。

表1-3有关2005年上海市碳排放量研究结果列示

研究者

碳排放量

(万吨)

测算方法说明

赵敏等

(2009)

4 802.40

分15项能源,利用IPCC碳排放指南参数,估算能源碳排放系数,与15项能源终端消费实物量相乘,得到分项能源消费的碳排放量,然后汇总,得到估算结果。

谢士晨等

(2009)

4 863.74^*

分15项能源,利用IPCC碳排放指南能源低位热值、单位热值含碳量、氧化率参数以及二氧化碳分子式中的二氧化碳和碳的比率,和六类用途的分项能源消费实物量相乘,得到六类用途的能源消费二氧化碳排放量,然后汇总六类二氧化碳排放量,得到估算结果。

梁朝晖

(2009)

5 554.65

将各项能源分成煤、油、天然气、外来电四类能源,估算煤、油、天然气三类能源的综合碳排放系数,三类能源的综合标准煤当量系数,煤、油、天然气、外来电四类能源标准煤当量在能源消费总量的权重,估算出综合加权的标准煤能源碳排放系数,然后直接与能源总消费量的标准当量相乘,得到估算结果。

　　注:谢士晨等的研究测算得到2005年上海市二氧化碳的排放量为17 833.7万吨,转换为碳排放量4 863.74万吨。

　　上述研究者从研究方法的运用上看,其研究的源方法都是一致的,源于采用IPCC指南的基础参数和计算公式,不一样的地方就是能源消费碳排放系数的确定,梁朝晖的研究采用了综合参数,一旦综合参数确定后计算直接简便,对于进一步分析碳排放的变化趋势、采取控制和降低碳排放措施产生的效果比较有利,但如果综合参数选取和确定不合理,测算结果会有较大的偏差;赵敏等和谢士晨等的研究采用了分项参数,对于对应统计年鉴提供数据应用和结构分析比较有利,数据的处理计算工作量较大一些。

　　本书在已有研究成果的基础上,保留并结合其测算碳排放方法上的优点,利用IPCC指南参数和赵敏等研究参数数据,对关键的综合参数重新估算,梁朝晖的研究是采用国际研究机构和我国全国性的能源消费碳排放系数。本书利用《上海市统计年鉴》数据,对上海市综合能源消费碳排放参数进行估算,进而测算上海市在“十二五”期间乃至2020年的碳排放量,以及进一步分析上海市控制和降低碳排放路线图和时间表,为政策制定提供参考。

二、上海碳减排目标测算与分析

(一)上海市2020年二氧化碳排放强度和降低的目标值测算

　　中国政府宣布以2005年为标准年的单位国内生产总值二氧化碳排放,在2020年要下降40%~45%,因此,2005年单位国内生产总值的二氧化碳排放量需要测算,本文根据2003~2005年的能源消费数据,对煤炭和石油类能源消费的综合参数即碳排放系数和标准煤当量进行了估算,天然气是单一的清洁能源,直接引用梁朝晖的研究结果,具体见表1-4。

表1-4上海市能源消费的碳排放强度测算的相关基础参数

煤炭类

石油类

天然气

外来电(水电、

核电)、新能源

比重%

52.8

36.4

3.1

7.7

碳排放系数

0.772

0.594

0.423

0

标准煤当量

0.76

1.44

1.70

-

各类能源单位

碳排放系数

0.536

0.149

0.008

0

能源消费的综合

碳排放系数

0.692

　　根据表1-4测算出的综合能源消费碳排放系数,以及2005年的能源消费总量8 069.43万吨标准煤,可以计算得到能源消费的碳排放总量为5 582万吨,与梁朝晖的研究结果非常接近,也说明基于IPCC指南的基本参数,即使利用《上海统计年鉴》数据和全国乃至国际研究测算的碳排放系数和标准煤当量相比较,其差异也不大。

　　上海市在2005年的GDP为9 154.18亿元,通过和上海能源消费的5 582万吨碳排放总量相比较,得到单位国内生产总值碳排放强度为0.61吨/万元,转换为二氧化碳排放强度指标为2.24吨/万元,在确定上海于2005年以后各年份碳排放强度指标时,出于可比性的要求,2005年以后上海国内生产总值需要以2005年不变价格来计算调整。每万元国内生产总值排放的2.24吨二氧化碳这个指标,可作为上海市根据中国政府控制二氧化碳排放的行动目标,确定上海控制二氧化碳排放的行动目标的参照依据和标准。

　　当上海能源消费的二氧化碳排放强度到2020年要比2005年下降分别为40%、45%、50%和55%时,其二氧化碳排放强度目标测算的结果见表1-5。根据表1-5中的测算结果,在2020年上海市的碳排放强度在40%、45%、50%和55%下降率的情况下分别为1.344吨/万元、1.232吨/万元、1.12吨/万元、1.008吨/万元。根据测算的2009年的上海能源强度(见表1-6)各类能源的碳排放系数和标准煤当量系数(见表1-4),以及能源的消费结构数据³,即煤炭类能源消费占47.6%,石油类能源消费占36.8%,天然气能源消费占5.7%,外来电和新能源等占9.8%,可以测算出在2009年的上海市实际能源消费二氧化碳的排放强度为2吨/万元。

表1-5上海能源消费的二氧化碳排放强度2020年目标测算

年份

40%

45%

50%

55%

2005

2.24

2.24

2.24

2.24

2006

2.165

2.152

2.139

2.124

2007

2.093

2.068

2.042

2.014

2008

2.022

1.988

1.950

1.909

2009

1.955

1.910

1.862

1.810

2010

1.889

1.835

1.778

1.717

2015

1.593

1.504

1.411

1.315

2020

1.344

1.232

1.120

1.008

表1-6上海市能源消费2005~2009年的能源强度

年　份

2005

2006

2007

2008

2009

现行价GDP

(亿元)

9 164.10

10 366.37

12 188.85

14 069.87

14 900.93

GDP修正指数

100.00

100.70

103.51

109.25

108.82

2005年不变价

GDP(亿元)

9 164.10

10 294.58

11 775.62

12 878.12

13 693.56

能源消费量

(万吨)

8 069.43

9 018.74

10 116.75

10 958.52

11 477.32

现行价计算的

单位GDP

(吨标准煤)能耗

0.88

0.87

0.83

0.80

0.78

不变价计算的

单位GDP

(吨标准煤)能耗

0.88

0.88

0.86

0.85

0.84

　　注:现行价GDP来源于《上海统计年鉴》,2008年的GDP采用新统计方法调整修正后的数据;GDP修正指数是利用统计年鉴中的居民消费物价指数和零售物价指数平均得到;2005~2008年能源消费量的数据根据“上海市国民经济和社会发展统计公报”单位GDP能耗数据计算得到。2009年的能源消费量和能源强度是估算的数据。

　　2吨/万元的二氧化碳的排放强度和表1-5中2009年的目标二氧化碳的排放强度相参照比较,可以发现2009年时上海市控制二氧化碳排放的行动目标,按照年均下降率变化没有实现中国政府在哥本哈根会议中承诺的水平,年均下降率转换的总下降率可以表达为:r=[1-(2.00/2.24)^15/4]×100%=34.1%,远低于40%的下限目标,当然随时间推移,保持一定的经济增长、能源消费规模在增加的同时,能源消费强度在下降,大量消耗能源的第二产业的能源利用效率在提高,第二产业的比重下降而相对能源强度较低的第三产业比重在上升,清洁能源利用的比例在上升,和2005年相比,二氧化碳排放强度及其下降率还会高于34.1%的水平。就上海而言,上海市是中国经济的龙头,具有经济、科技等实力强的优势,确定控制温室气体排放的行动目标,应该高于国家的目标,因此,上海市控制温室气体排放的行动目标,到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放强度的下降率,和2005年比较,应该取控制目标的上限值45%甚至高一些,但目前2009年的测算结果,上海市控制和降低的二氧化碳排放的任务艰巨,上海市需进一步挖掘控制温室气体排放,降低二氧化碳排放强度的潜力。

(二)上海市控制和降低二氧化碳排放的影响因素和潜力分析

　　毫无疑问,通过提高能效降低能源强度、提高第三产业比重优化产业结构、扩大利用新能源和清洁能源优化能源结构、采用碳捕获技术降低单位能源消费的碳排放等,是最终控制和降低二氧化碳的主要途径,这也成为了人们的共识。但在经济规模和结构、能源结构及能源利用的有效性和技术水平等条件下,进一步分析上述控制和降低二氧化碳的主要途径和主要因素的影响程度,对于挖掘控制和降低二氧化碳排放的潜力起到很好的作用。

　　碳排放强度=能源强度×碳排放系数,公式如下:

C=(44/12)×(∑E_i×a_i)×(∑δ_j×b_j/ρ_j)

　　其中,C表示二氧化碳排放强度,E_i表示三类产业能源强度,a_i表示三类产业比重,i=1,2,3表示第一、二、三产业,δ_j表示各类能源消费的碳排放系数,ρ_j表示各类能源的标准煤当量系数,b_j表示各类能源所占比重,j=1,2,3,4表示煤炭、石油、天然气、外来电及新能源等四类能源。根据上述二氧化碳排放强度计算公式,可以推导出不同产业的能源强度、比重变化,以及各类能源比重变化对二氧化碳排放强度影响的弹性系数。

　　这里需要进一步分析的是,产业比重的变化是相互影响的,如第三产业比重增加,将会降低第二产业的比重,这里第一产业比重低、影响小,第二产业比重a₂=1-a₁-a₃。同样的情况,能源结构的比重也是相互影响的,近年来上海能源消费结构是石油类能源、天然气和外购电以及新能源使用的比重在增加,煤炭消费的比重降低,b₁=1-b₂-b₃-b₄,推导结果见表1-7。

　　利用表1-8的数据和表1-4中的二氧化碳排放系数、各类能源标准煤当量系数,测算得到的能源强度、产业结构调整、能源结构调整对二氧化碳排放强度影响的弹性系数值(见表1-9)。

表1-7各项因素影响二氧化碳排放的弹性系数推算公式

分项内容

弹性系数计算式

分项内容

弹性系数计算式

第一产业比重

变化的

弹性系数

煤炭能源消费

比重变化的

弹性系数

第二产业比重

变化的

弹性系数

石油能源消费

比重变化的

弹性系数

第二产业能源

强度变化的

弹性系数

天然气能源

消费比重变化

的弹性系数

第三产业比重

变化的

弹性系数

外来电和新能

源等能源消费

比重变化的

弹性系数

第三产业能源

强度变化的

弹性系数

表1-82009年上海市国内生产总值和能源消费量与结构

第一产业

第二产业

第三产业

合　计

现行价GDP

(亿元)

113.82

5 939.96

8 847.15

14 900.93

不变价GDP

(亿元)

104.60

5 458.67

8 130.30

13 693.56

产业比重(%)

0.8

39.9

59.4

能源消费量

(万吨标准煤)

89.34

5 728.02

5 702.80

11 520.16

能源消费比重

(%)

0.78

49.72

49.50

能源强度

(吨/万元)

0.85

1.05

0.70

0.84

能源消费结构

煤炭=47.6%;石油类能源=36.9%;

天然气=5.7%;外来电、新能源等=9.8%

　　注:2009年上海市国内生产总值和第一、二、三产业增加值,以及产业结构数据来源于“2009年上海市国民经济和社会发展统计公报”。按不变价计算的GDP是按照2005年现行价为不变价标准,通过结合居民消费物价指数和零售物价指数计算得到的修正指数,修正GDP。2009年的能源消费量和能源消费强度指标值及能源消费结构的比重数据是估算的数据。

表1-9各项因素影响二氧化碳排放的弹性系数结果

分项内容

弹性系数值

分项内容

弹性系数值

第一产业比重变化

的弹性系数

0.008

煤炭能源消费比重

变化的弹性系数

0.744

第二产业比重变化

的弹性系数

0.497

石油能源消费比重

变化的弹性系数

-0.141

第二产业能源强度

变化的弹性系数

0.497

天然气能源消费比重

变化的弹性系数

-0.017

第三产业比重

变化的弹性系数

-0.246

外来电和新能源等

能源消费比重变化

的弹性系数

-0.154

第三产业能源强度

变化的弹性系数

0.495

　　从表1-9的弹性系数值看,影响二氧化碳排放强度的因素重要性排序中最关键的是降低煤炭在能源消费结构中的比重,然后依次为:煤炭能源消费、第二产业能源强度和比重、第三产业的能源强度、第三产业比重增加、外来电和新能源等能源消费比重增加、石油能源消费比重增加、天然气能源消费比重增加、第一产业比重变化状况等。值得注意的问题是,在测算产业结构和能源结构变化对二氧化碳排放强度影响时,第三产业比重增加对降低第二产业比重的替代、其他能源比重对降低煤炭能源消费比重的替代是一个问题的两个方面,不要重复计算。对于石油能源消费比重增加的重要性高于天然气能源消费比重增加,关键是天然气能源消费比重过低,同等量的比重百分比变化对降低二氧化碳排放强度的影响很小,同时石油的能源消费比重和煤炭消费比重存在替代关系的前提下才成立。

　　(三)上海市2020年控制和降低二氧化碳排放强度可行性模拟测算

　　如果按照2009年的能源强度、产业结构、能源结构及能源消费碳排放系数等指标保持不变,上海到2020年显然难以达到中国政府所宣布的降低二氧化碳排放强度的最低目标,当然根据已有的经济增长惯性,上海市能源强度在下降,第三产业的比重在上升,天然气、太阳能、风能、水电、核电等清洁能源利用的比重在增加;同时人们也非常清楚资源能源和环境对经济增长和发展的紧约束,转变经济发展方式已成为今后中国经济保持可持续发展的紧迫要求,上海市经济在今后的发展过程中,将不断提高能源效率,不断优化产业结构和能源结构。这里根据几种不同的目标进行情景模拟,测算到2020年二氧化碳排放强度与2005年相比的下降率,能否实现中国政府承诺的二氧化碳排放强度的控制和下降目标,对于上海作为中国经济发展的龙头和经济发展的最发达区域,可行的和超过国家平均水平的目标应该如何确定。

　　根据2009年的数据,第三产业的增加值比重已经近60%,今后上海将大力发展现代服务业等第三产业,模拟情景的目标值确定为第一产业比重维持2009年的0.8%不变,第三产业比重为70%,第三产业比重的增加量,就是第二产业比重的减少量。“十一五”期间上海能源效率提高率不到2%,模拟情景的目标值确定为能源效率年均提高率2%和3%两种情景。2009年的能源结构为煤炭︰石油︰天然气外来电和新能源=46.2%︰36.8%︰7%︰10%,今后随着中国新能源政策实施,能源利用中天然气不断增加,新能源利用不断增加,水电和核电利用增加,坑口电站增加,这些因素将使得上海外来电和风能、太阳能等新能源利用增加。外来电和新能源模拟情景的目标值确定为15%,这是国家确定的水电和核电以及新能源利用所占的比重,目前天然气比重为7%,今后十年的时间达到10%和12%的水平完全有可能。我国的汽车产业是一个处于快速发展的大产业,汽车的年销售量已经领先世界,在新能源汽车的技术和市场还没有完全成熟之前,传统的汽车消费增加必然带来石油能源的消费增加,2009年石油能源消费的比重为36.8%,到2020年,达到40%甚至更高是完全可能的,因此,能源结构的模拟情景目标确定了三种情景(见表1-10),这里暂不考虑碳捕获技术进步带来的影响。根据能源效率、产业结构和能源结构的模拟情景目标方案和目标值,测算得到2020年上海市控制二氧化碳排放强度比2005年下降率的结果,具体见表1-10。

表1-102020年与2005年相比的二氧化碳排放强度下降率测算结果单位:%

能源效率年均提高率2%

能源效率年均提高率3%

第三产业

比重60%

第三产业

比重70%

第三产业

比重60%

第三产业

比重70%

能源

46.2︰36.8︰7︰10

29.6

32.5

37.1

39.7

35︰40︰10︰15

39.9

42.4

46.2

48.5

结构

33︰42︰10︰15

41.2

43.7

47.4

49.6

30︰45︰12︰15

42.7

45.0

48.7

50.8

　　注:能源结构中的比例次序分别为煤炭︰石油︰天然气︰外来电和新能源。

　　根据表1-10的结果分析可知,按照现有的能源结构,能源效率年均提高率3%和第三产业的比重达到70%,才刚接近中国政府承诺的40%下限水平。如果以煤炭︰石油︰天然气︰外来电和新能源=35︰40︰10︰15的能源目标结构,能源效率年均提高率3%,第三产业比重70%,上海市二氧化碳排放强度2020年比2005年的下降率为48.5%,考虑到国家和上海市“十二五”期间提高能效技术、新能源技术等低碳技术的大量运用和大力发展第三产业,上海市可以确定二氧化碳排放强度2020年比2005年的下降率为50%的行动目标,实现该目标是很有可能的。

三、小结与建议

　　以上分析结果可知,上海市作为中国经济的龙头和最发达的经济区域,确定到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降50%,这一目标是很有可能实现的。

　　二氧化碳排放强度两个关键的影响因素是能源强度和单位能源二氧化碳排放系数。能源强度受到产业能源强度和产业结构的影响,单位能源二氧化碳排放系数受到不同种类能源的二氧化碳排放系数和标准煤当量系数以及能源结构的影响,因此降低能源强度、优化产业结构和能源结构、降低单位能源消费的碳排放系数等,是最终控制和降低二氧化碳的主要途径,这也成为了人们的共识。分析研究表明影响二氧化碳排放强度的因素重要性排序依次为:煤炭能源消费、第二产业能源强度和比重、第三产业的能源强度、第三产业比重增加、外来电和新能源等能源消费比重增加、石油能源消费比重增加、天然气能源消费比重增加、第一产业比重变化状况等,从这些因素的重要性排序可以了解到各种因素对二氧化碳排放强度影响程度的高低,有助于确定各种措施的影响效果。

　　仅就2009年的产业结构和能源结构以及能源效率的提高程度而言,测算得到的二氧化碳排放强度,与2005年相比较,其年下降率转化的总降低率为34.1%,无法实现在2020年中国政府承诺的单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%~45%的下限目标,说明上海控制和降低二氧化碳排放的任务艰巨。因此,上海市切实降低能源强度能够不低于3%的能源效率提高率的水平,进一步优化产业结构,大力发展第三产业提高第三产业的比重达到70%,进一步优化能源结构,提高清洁能源的使用比例使天然气消费比重高于10%以上,外来电、水电、核电和太阳能、风能等利用比重达到国家提出的15%的水平,将能保证上海市实现到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降50%的目标。

　　控制二氧化碳的排放以缓解全球气候变暖是世界普遍的共识,我国和上海经济可持续发展需要转变经济发展方式,需要和资源环境相协调,低碳排放强度将成为一个硬约束的指标。就上海而言,需要围绕确定的二氧化碳排放强度降低50%的目标,将节能减排的系列政策和当前发展低碳经济和控制碳排放政策进行整合和梳理,把二氧化碳排放强度的约束指标和节能减排、环境保护的系列指标,以及相关的激励和约束机制与政策有机整合,形成一个与经济发展相协调的资源、能源和环境支撑系统,形成合力发挥系统的作用,最终实现上海控制二氧化碳排放的行动目标。

　　上海是我国经济最发达的地区,具有资本和技术优势,缺乏资源和能源优势,支撑经济发展的资源和能源几乎全部依赖外部的来源,二氧化碳排放强度一定程度上依赖于全国的经济和技术发展水平,如果说外来的电力及水电、核电和低碳新能源多用一些,则对煤炭和石油等高碳化石能源的替代性就大一些,上海在发展低碳产业和碳交易市场服务全国,以及上海作为经济中心发挥巨大的集聚和辐射力的同时,建立和全国其他具有局域影响的良好区域合作机制,将有利于提高能源的整体利用效率和降低二氧化碳的排放强度。

　　上海自身具有很大的降低二氧化碳排放强度的潜力,比如说,人们深刻认识到并正在实施的节能减排,就是降低二氧化碳排放强度的重要途径,但就“十一五”期间成效而言,能源强度的降低率较低,与发达国家的能源强度相比,还有很大的降低能源强度的空间,这需要加大技术创新和激励技术创新的政策力度。

　　转变经济发展方式、调整和优化经济结构是上海“十二五”时期的一项重要工作。上海作为未来世界经济、贸易、金融和航运四大中心建设的目标定位,尽管现在的第三产业比重接近60%,但其高端现代服务业依然是需要进一步大力发展的内容,因此,需要梳理目前制约和限制现代第三产业加快发展的各种因素和各项政策,促进第三产业的发展,总体上降低二氧化碳排放强度。

　　上海已举办世博会,世博会展运用了大量的低碳技术和节能技术,应尽快把这些技术转化、推广运用到上海经济社会生活的各个方面,如新能源汽车的使用,如果上海的公交车和出租车系统全面采用新能源技术的汽车,无疑对降低上海的二氧化碳排放强度具有很好的作用。另外,建筑节能也是一个很重要的方面,太阳能建筑、节能建筑、节能技术和上海市居民采用低碳生活方式都会对上海市降低二氧化碳排放强度产生重要的影响,有效实施上述措施有助于上海市控制二氧化碳排放的行动目标的实现。降低二氧化碳排放强度是一项系统工程,需要继续开展细化和深化的研究。