随着温室气体排放对气候的极端变化所带来的影响为大家所认识,国际社会共同应对气候变化的意愿越来越强烈,低碳未来已经成为社会经济发展的一个重要方向.2005年《京都议定书》第一承诺期生效以来,欧洲发达国家开始通过强制碳减排措施使全球二氧化碳排放控制在一定范围内.2009年底,国务院会议确定了将“到2020年,中国单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%~45%”的二氧化碳减排目标,作为约束性指标纳入国民经济和社会发展中长期规划^[1].2011年12月,国务院正式印发《“十二五”控制温室气体排放工作方案》,明确了“十二五”时期控制温室气体排放的主要目标,并首次把单位国内生产总值二氧化碳排放下降指标作为约束性指标分解到地方,这对推动我国绿色低碳发展具有里程碑式的重要意义^[2].

我国是一个排放大国,也是发展中国家,地区发展非常不均衡.由于各地区资源、能源及产业结构差异性极大,衡量各省市的低碳发展不能一刀切.中碳强度指数的概念由上海太比雅环保有限公司首先提出,将全国及各省级行政区(港澳台地区及西藏除外)在2005—2011年能源消耗所带来的二氧化碳排放与国内生产总值(GDP)的比值变化以数字的形式直观表现,以反映对应区域碳排放的现状.中碳强度指数体系推出了一套既适合我国国情,又符合国际碳排放核算的计算方法,并将我国各地区能源使用与经济发展水平的关系清晰地表现出来,为推动低碳发展提供了简单、直观的衡量标准.

中碳强度指数(SINO carbon intensity index,SCII)以中国碳强度目标——2020年碳排放强度比2005年下降45%为基准,将某一地区或行业每年的碳排放强度指数化,其中碳排放强度是指一个国家或地区、部门或行业内单位GDP产生的二氧化碳排放量.

中碳强度指数为全国节能减排行业提供了一个以碳排放强度为载体的指数系统,可有效反映时间序列上地区或行业碳排放强度的变化.通过比较不同地区碳强度指数,为产业和能源结构调整和发展提供参考,对地区碳减排具有很强的指导和参考意义.

数据来源于2005—2011年全国及各省级行政区(港澳台地区及西藏除外)的相关数据,其中能源消费量数据全部来自《中国能源统计年鉴》^[3]中的国家、地区能源平衡表;GDP数据分别采集自《中国统计年鉴》^[4]和陕西、贵州统计年鉴^{[5, 6]}.中碳强度指数将随时根据最新统计数据进行修订.

中国及各省级行政区的能源平衡表涵盖了我国主要能源种类及使用量,有一次能源,例如原煤、石油、天然气;也有二次能源,如洗精煤、焦炭、焦炉煤气、汽油、煤油、柴油等.考虑到一、二次能源之间的转换及化工产品加工过程中的固碳活动,中碳强度指数选取以下类别的能源种类计算其消耗:煤炭类的原煤、洗精煤、其它洗煤、型煤、焦炭、焦炉煤气,以及油气类的原油、汽油、煤油、柴油、燃料油、液化石油气、炼厂干气和天然气等.各类能源的消费量数据是以能源平衡表中对应的表观消费量为基础,扣除了作为原料、材料等非燃烧用途后的消费量.

全国及各地区的GDP数据采用的是以2005年为基期的不变价数据.

CO₂排放因子计算方法参照政府间气候变化专门委员会(IPCC)发布的《2006年 IPCC 国家温室气体清单指南》^[7]中的计算方法.各类燃料的CO₂排放量计算式为

根据全国及各地区的二氧化碳排放数据、GDP数据,以及国家2020年碳强度目标,碳强度指数计算式为

式中:SCII_k,y为地区k在y年的中碳强度指数,T_cn,2020为2020年中国碳强度的减排目标值,tCO₂·万元^-1;CI_k,y为地区k在y年的碳强度,tCO₂·万元^-1;CI_cn,2005为2005年中国的碳强度,tCO₂·万元^-1;n为碳强度的下降百分比.

中国政府计划于2020 年,全国单位GDP二氧化碳排放比 2005 年下降 40%~45%,因此中碳强度指数系统的n取上限45%.全国及各省级行政区2005—2011年中碳强度指数分别如图 1、2所示.

图 1

Fig. 1

图 1 全国中碳强度指数(2005—2011年) Fig. 1 SINO carbon intensity index of China from 2005 to 2011

图 2

Fig. 2

图 2 地区中碳强度指数(2005—2011年) Fig. 2 SINO carbon intensity index of the provinces in China from 2005 to 2011

图 1、2显示,2005—2011年全国及各省级行政区的碳强度总体呈下降趋势,说明我国虽然是能源消耗大国,但能源使用效率逐年提升.此外,各地区碳强度差异明显,因此,在碳减排规划上,应与当地的发展历程相结合.

从图 1中可看出,自2005年以来SCII_cn,y逐年下降,2011年为43.本文将以2011年SCII_cn为标准线分析地区中碳强度指数,将各省级行政区分为五类.省级行政区按照中碳强度指数分类的结果如表 1所示.

表 1 Table 1

表 1 各省级行政区按照中碳强度指数分类 Tab.1 The provinces classified by SINO carbon intensity index 地区 SCII k,2011 类别 地区 SCII k,2011 类别 北京 -51 一类 安徽 71 三类 海南 -29 一类 陕西 83 三类 广东 -18 一类 河南 88 三类 上海 -9 一类 辽宁 92 三类 浙江 0 一类 青海 94 三类 福建 10 二类 云南 94 三类 江苏 12 二类 黑龙江 97 三类 江西 14 二类 吉林 103 四类 天津 16 二类 河北 122 四类 四川 17 二类 甘肃 155 四类 广西 25 二类 新疆 204 五类 湖南 26 二类 贵州 217 五类 重庆 42 二类 内蒙古 309 五类 湖北 59 三类 山西 315 五类 山东 59 三类 宁夏 528 五类

表 1 各省级行政区按照中碳强度指数分类 Tab.1 The provinces classified by SINO carbon intensity index

一类地区的碳强度水平已低于全国计划于2020年达到的目标,在全国范围内属于低碳地区. 一类地区中,除海南外均为经济发达地区,其低碳强度水平既是经济发展快、区位优势明显的体现,也是近年来在能源使用及能源结构管理上不懈努力的成果;海南因为工业相对较少,生态环境较好,所以中碳强度指数很低.

二类地区的碳强度水平低于全国的平均水平,属于较低碳地区.江苏与同处长三角地区的上海、浙江相比,指数相对较高,应该有较大的提高空间;四川的表现对西部地区有非常大的参考价值.

三类地区的碳强度水平大于全国的平均水平,但与平均水平较接近.除青海、云南外,大部分是工业大省,碳减排的空间较大,是我国碳减排工作容易取得成绩的重点地区.

四类地区的碳强度水平远高于全国平均水平,并且碳排放强度较高,碳减排的形势比较严峻.四类地区的省份有3个,其中河北是我国重要的钢铁基地,消耗了大量的能源,也带来了大量的温室气体排放.

五类地区是全国碳强度水平最高的地区.五类地区多为煤炭生产大省和西部欠发达地区,经济较为落后,能源结构单一.其中宁夏的中碳强度指数高达528,其主要原因在于其以煤炭为主的能源结构.与宁夏GDP在同一水平的青海和海南的碳强度指数则要低很多,说明宁夏需要大力优化其能源结构.

中碳强度指数是碳排放强度的指数化形式,碳排放强度的变化与能源结构、能源强度、经济结构的变化密切相关.本文将碳强度因素分解为

变动量,t标准煤;j=1为煤炭类能源,j=2为石油类能源,j=3为天然气类能源;e为能源强度,t标准煤·万元^-1;c为表观-终端折算系数,反映整体的能源转换效率;w为能源j的加权排放系数,tCO₂·t标准煤^-1;s为能源j的能源表观消费量占比.

对数均值迪氏分解(logarithmic mean divisia index,LMDI) 法已被广泛用于碳排放强度分解的研究中^{[8, 9]}.本文亦采用LMDI法,对碳排放强度进行分解,量化各因素对碳排放强度的贡献值.由式(4)可知,CI的变化是由e、c、w_j和s_j等因素的变化引起的.根据LMDI模型,CI的变化值可表示成这四个因素的贡献值之和,即

根据LMDI模型,第T期各因素的贡献值为

本文以陕西和贵州为例,利用式(4)~(9)计算出以2005年为基准年的碳强度影响因素LMDI分解结果,如图 3所示.

图 3

Fig. 3

图 3 陕西、贵州碳强度及影响因子 Fig. 3 Carbon emission intensities and impact factors of Shaanxi and Guizhou

由图 3(a)可知,陕西温室气体减排成绩不佳,碳

强度并没有降低.能源强度的下降是导致碳强度下降的重要因素;而加权排放系数和表观-终端折算系数起到了消极作用,使碳强度在2006、2007、2008、2010年均出现上升.这也反映出陕西的能源结构和能源转换效率有较大的改进空间.

由图 3(b)可知,贵州减排工作取得了一定成效,碳强度明显下降.能源强度的下降对贵州碳强度的下降起着主要的作用;而另外3个因素对碳强度下降产生了一定的负面影响.

“十一五”期间,我国节能减排取得了阶段性的成果,完成了单位GDP能源消耗下降20%的目标.在指数和碳强度方面,2005年我国中碳强度指数为82,对应碳强度约为3.3 tCO₂·万元^-1.截至2010年,我国中碳强度指数已下降为43,对应碳强度约为2.6 tCO₂·万元^-1,碳强度下降幅度超过20%.

依照国务院文件^[2]要求,我国在“十二五”期末,即2015年,碳强度需下降17%,则中碳强度指数需下降至19.2011年全国中碳强度指数是43,与2010年持平,意味着“十二五”第一年,碳减排事业进展不大.但是我国中碳强度指数呈接近线性下降的趋势,说明我国节能减排的工作总体上是富有成效的.

考虑到我国节能减排工作已进入精细化阶段,难度比现阶段的关停落后产能更大,需要从产业结构、能源布局和新科技发展等层面将低碳发展战略提升至新的高度.因此有必要测算未来持续减排的阻力.

国务院在印发《“十二五”控制温室气体排放工作方案》时明确了各省市的减排目标^[2].本文将2011年碳强度和2015年目标差距的百分比定义为减排压力,各省级行政区目标指数和减排压力如表 2所示,而此时全国2015年目标指数为19,减排压力为16.94%.我国大部分省级行政区的减排任务艰巨:减排压力较小的省份,如河北、山东,正处于优化工业结构、加速产业升级的转型期,在产业结构调整的过程中,容易取得碳减排佳绩;产业结构比较成熟的地区,如上海、广东、江苏,结构优化的空间较小,因此减排压力与其较低的碳指数形成较明显的反差;经济发展水平较低或者是能源输出大省,如内蒙古、宁夏,产业结构、工业结构落后,能源结构较为单一,减排的空间很大,减排压力同样不小.

表 2 Table 2

表 2 各省级行政区减排压力 Tab.2 The burden of carbon emission reduction of the provinces 地区 2015年 目标指数 减排压 力/% 地区 2015年 目标指数 减排压 力/% 海南 -16 -18.16 山西 256 14.23 贵州 216 0.42 广西 7 14.62 四川 12 4.25 河南 59 15.50 云南 86 4.35 新疆 156 15.64 河北 109 5.55 天津 -2 15.72 北京 -55 8.03 湖北 34 15.84 山东 43 9.81 甘肃 112 16.67 江西 3 10.29 上海 -26 18.33 青海 73 10.69 广东 -34 19.80 黑龙江 75 11.44 陕西 45 20.64 安徽 51 11.65 吉林 60 21.35 重庆 23 13.22 江苏 -12 21.59 辽宁 67 13.42 福建 -14 22.19 浙江 -14 13.95 内蒙古 218 22.25 湖南 8 14.22 宁夏 355 27.54

表 2 各省级行政区减排压力 Tab.2 The burden of carbon emission reduction of the provinces

内蒙古、宁夏的减排压力均超过20%.图 4为内蒙古、宁夏2005—2011年中碳强度指数.可见,其面临的减排任务十分艰巨.

图 4

Fig. 4

图 4 内蒙古、宁夏中碳强度指数 Fig. 4 SINO carbon intensity index of Inner Mongolia and Ningxia

内蒙古、宁夏的中碳强度指数走势较为波折.两省均属于高排放和高经济增长类型^[10],经济发展对能源依赖很重,其在推进节能减排方面遇到的困难较大.而2011年两省(区)的指数均出现明显回升,这是因为全球经济危机之后国家出台的“4万亿元刺激经济方案”^[11]对第二产业起到了明显的拉动作用,导致了两省碳强度的反弹.

国务院把“十二五”时期的温室气体减排任务分解到各省级行政区,这标志着中国的碳减排事业进入到了具体实施阶段.中碳强度指数研究体系的推出,为省级行政区低碳经济发展提供了统一的衡量标准;为分析、改善各地区产业结构、能源结构寻找减排技术路线和对策,进而为实现二氧化碳排放的控制目标,提供工作方向和参考依据.主要结论为:

(1) 中碳强度指数体系直观地考量了我国整体和各省级行政区碳减排情况,2005—2011年全国及各省级行政区的碳强度总体呈下降趋势.依据2011年指数情况将省级行政区分为五类地区,其碳排放特点各异,其中:大部分地区的指数都集中在0~100;指数高于100的四类和五类地区主要是煤炭生产大省和西部欠发达地区;而指数低于0的一类地区主要是经济发达地区.

(2) 中碳强度指数在计算CO₂排放量时,使用的是能源平衡表中各类能源的表观消费量,扣除了作为原材料使用的固碳部分,对排放量估算更为准确.

(3) 对陕西、贵州等省份碳强度进行因素分解,运用LMDI法计算各因素贡献值,发现能源强度的下降是其碳指数下降的主要原因,而能源结构是影响其减排的薄弱环节之一.

(4) 结合“十二五”各省区的减排目标,发现我国的碳减排压力较大,其中内蒙古、宁夏等省份面临的碳减排压力最高.