能源研究与信息  2023, Vol. 39 Issue (4): 214-221, 241   PDF    
县级市碳达峰碳中和规划案例分析
孙培锋, 陆启亮, 鲍佳麒, 蒋信, 龚正, 李政, 白鹏     
上海发电设备成套设计研究院有限责任公司,上海 200240
摘要:温室气体排放的持续增加已成为制约经济社会可持续发展的重要因素。为实现温室气体减排,我国提出了“碳达峰碳中和”发展战略。以西北地区某县级市为对象,采用联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)制定的IPCC清单指南核算了该县CO2和温室气体排放现状。基于不同情景和假设,对CO2和温室气体排放趋势进行分析,发现在GDP高速增长和正常增长情景下,该县分别于2029年和2027年实现碳达峰,达峰时CO2年排放量分别为2 181.33万t和1 931.48万t;分别于2046年和2044年实现碳中和。分析了影响碳排放的因素,并对该县实现“双碳”目标的重点工作和保障措施提出了建议,以期助力该县“双碳”目标的顺利实现。
关键词碳达峰     碳中和     县级市     规划    
Case study on carbon peak and carbon neutrality planning in a county-level city
SUN Peifeng, LU Qiliang, BAO Jiaqi, JIANG Xin, GONG Zheng, LI Zheng, BAI Peng     
Shanghai Power Equipment Research Institute Co., Ltd., Shanghai 200240, China
Abstract: The continuous increase of greenhouse gas emissions has become a bottleneck of the sustainable development of economy and human society. To reduce the greenhouse gas emissions, China has proposed to achieve carbon peak by 2030 and carbon neutrality by 2060. Taking a county-level city in Northwest China as an example, the intergovernmental panel on climate change (IPCC) checklist guidelines method was adopted to account CO2 and greenhouse gas emissions in this county-level city. The trend of CO2 and greenhouse gas emissions was analyzed based on different scenarios and assumptions. Results show that this county can achieve carbon peak in 2029 and 2027 with CO2 emission of 21.813 3 and 19.314 8 million tons, respectively. This country can achieve carbon neutrality in 2046 and 2044, respectively. The influential factors on carbon peak and carbon neutrality were analyzed. The key work and safeguard measures were proposed to realize its local “dual carbon” goals.
Key words: carbon peak     carbon neutrality     county-level city     planning    

中国已是世界最大能源生产国和消费国。根据国家统计局数据,2019年我国能源消费总量为48.6亿t标准煤,CO2排放量为102亿t,占全球总排放量的27.9%,因此降低碳排放已刻不容缓。我国主动降低碳排放,为发展中国家碳达峰碳中和行动的实施做出了良好的国际示范,也彰显了负责任大国的使命与担当。

2020年12月12日,国家主席习近平在气候雄心峰会上宣布中国将提高国家自主贡献力度,采取更加有力的政策和措施,力争2030年前CO2排放达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和,并承诺:到2030年,中国单位GDP二氧化碳排放将比2005年下降65%以上,非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右,森林蓄积量将比2005年增加60亿m3,风电、太阳能发电总装机容量将达到12亿kW以上1

1 碳达峰、碳中和定义及温室气体排放核算模型 1.1 碳达峰定义

碳达峰指某个地区或行业年度CO2排放量达到历史最高值,然后经历平台期进入持续下降的过程,是CO2排放量由增转降的历史拐点。达峰目标包括达峰年份和峰值。碳达峰概念中所指的温室气体仅为CO2

1.2 碳中和定义及温室气体种类

碳中和是指某个区域或行业在一定时间内,通过植树造林、碳捕捉与封存、购买碳减排量指标等形式,抵消自身产生的温室气体排放,实现温室气体“净零排放”。碳中和概念中所指温室气体包括CO2、CH4、N2O、六氟化硫(SF6)、氢氟碳化物(HFCs)和全氟化碳(PFCs)六种气体2-3,其各自的全球变暖潜势值如表1所示。

表 1 温室气体球变暖潜势值 Table 1 Global warming potential of greenhouse gases
1.3 温室气体排放核算模型

温室气体排放与人类的生产生活密切相关,受经济增长、人口规模、城镇化率、能源消费结构、产业结构、技术进步等诸多因素的影响。目前国内外关于温室气体排放核算方法主要有GHG Protocol、ISOl4064、PAS2050、联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)清单指南法、MARKAL模型、LEAP模型、EKC模型、STIRPAT模型、IPAC模型、LMDI分解法等4-15。其中,IPCC清单指南法是基于表观能源消耗量估算法,根据各地统计年鉴中的能源平衡表来核算城市或地区的温室气体排放16-17。该方法数据可获得性高,计算工作量小,应用较为广泛。

目前中国城市温室气体排放清单研究主要集中在学术界,政府并未采用统一的标准对核算内容、核算方法等进行规范。由于大多数地区开展双碳规划编制时可获得的相关统计数据大多数来源于《能源平衡表》《分行业能源消费总量》《分行业终端能源消费量》,以及统计年鉴和政府统计公报等,因此本文采用IPCC清单指南法进行温室气体排放核算,并进行碳达峰排放量及达峰时间预测,并最终预测碳中和时间。

2 双碳规划编制的意义和流程 2.1 双碳规划编制的意义

为更好地实现某一城市或地区的双碳目标,首先需从顶层规划实现双碳目标的具体步骤和行动。但我国政府并未采用统一的标准对温室气体的核算内容、核算方法等进行规范。目前广泛使用的《省级温室气体清单编制指南2011版》[2]虽然对中国城市温室气体排放究具有重要的参考作用16,但其并没有很好地与中国城市的数据统计体系相结合 [17。国家层面在2021年颁布了《省级二氧化碳排放达峰行动方案编制指南》[18],很多省份的碳达峰行动方案尚未正式发布,市级的双碳规划方案则更为稀少,这给编制某一城市或地区的双碳规划带来了一定的难度。因此,如何快速、有效地根据地区实际情况核算当地温室气体排放,进而编制双碳规划,以促进当地双碳目标的顺利实现是一个值得研究的问题。

2.2 双碳规划编制的流程

中国要实现双碳目标,能源是主战场,电力是主阵地。因此,需特别关注能源领域的相关数据,重点围绕能源领域开展双碳规划编制工作。基于通常的要求和双碳规划的“科学性、规范性、可行性和战略性”的基本原则,开展双碳规划编制时可参照如下步骤实施:

(1)分析地区基本经济社会情况和资源禀赋;

(2)分析地区能源生产供应与消费现状;

(3)核算并分析地区当前温室气体排放现状和结构特点;

(4)确定未来温室气体排放核算方法;

(5)研判碳达峰时间及峰值CO2排放量及实现碳中和时间;

(6)分析碳排放影响因素;

(7)分析实现碳达峰碳中和的重点工作;

(8)提出碳达峰碳中和规划实施保障措施。

3 双碳规划编制案例

本文以西北某县级市为例,按2.2节中的步骤编制了针对县级市的双碳规划。

3.1 该县基本情况

该县位于中国西北地区,面积约2.4万km2。截至2020年11月,全县常住人口12.9万人,人均可支配收入约3.8万元。工业主要以新能源(首位产业)、硅材料、新型煤化工、精细化工、装备制造、农副产品深加工等产业。全县地区生产总值115.7亿元,其中第一、二、三产业生产总值分别为19.7亿元、56.8亿元和39.3亿元。

该县光资源可开发量超过5 500万kW;风能总储量达2 500万kW。截至2020年底,该县发电设备总装机容量约862.95万kW,其中,风电、火电、光伏装机分别为650.15、200、12.8万kW。2020年该县全年发电量163亿kW·h,其中,风电、光伏、火电发电量分别为132、2.2、132亿kW·h。

县城内天然气供气主管网长度为40 km,其中:低压管网长度为16.4 km,天然气日供气能力5.5万m3。2020年该县天然气消费量约为5 400万m3

3.2 温室气体排放现状 3.2.1 温室气体排放核算

根据《省级温室气体清单编制指南2011版》[2]和《省级二氧化碳排放达峰行动方案编制指南》[18]两个指南,按照能源活动、工业生产过程、土地利用变化和林业、废弃物处理等不同领域开展该县温室气体核算工作,同时参考《工业企业温室气体排放核算和报告通则》[19]《温室气体排放核算与报告要求》[20]《基于项目的温室气体减排量评估技术规范通用要求》[21]《组织温室气体排放核查通用规范》[22]等相关标准、规范和通则,以保证所开展的温室气体核算的科学性、合理性和可信性。

基于该县统计公报、能源平衡表和相关部门统计数据,核算得到该县温室气体排放清单,如表2所示,表中“空白”表示没有该项目的CO2或温室气体排放。从表中可知,2019年该县CO2总排放量约为720.54万t,考虑到CH4和N2O等其他温室气体,总计温室气体排放量约为767.02万t。

表 2 温室气体排放清单汇总表(2019年) Table 2 Inventory of greenhouse gas emissions in 2019
3.2.2 温室气体排放特点

(1)CO2排放特点

表2可知,CO2是该县温室气体排放的主要部分。CO2排放绝大部分来自于能源活动(691.36万t),占CO2总排放量(720.54万t)的95.95%,其中2 × 1 000 MW火电机组CO2排放量(扣除外调电量的CO2排放后为436.24万t)占能源活动CO2排放量的63.10%,占全部CO2排放量的60.54%。该县其他领域CO2排放量均非常小。

(2)温室气体排放特点

表2可知,该县温室气体排放量绝大部分来自于能源活动(694.78万t),占温室气体总排放量(767.02万t)的90.58%,其中2 × 1 000 MW火电机组温室气体排放量占能源活动中温室气体排放量的62.79%,占全部温室气体排放量的56.87%。

其他领域温室气体排放量均非常小:农业领域排放温室气体(折算为CO2当量值,下同)约为26.49万t,占总量的3.45%;土地利用变化和林业领域排放温室气体约为26.30万t,占总量的3.43%;废弃物处理领域排放温室气体约为9.9万t,占总量的1.29%。工业生产领域排放温室气体约为4.01万t,占总量的0.52%。从表2可见,该县CO2排放主要来自于以煤为主的化石燃料燃烧,CH4和N2O等温室气体的排放主要来自于农业生产过程和废弃物处理过程。

3.3 该县温室气体排放趋势预测 3.3.1 发展规划

根据该县国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标纲要,到2025年,该县生产总值年均增长8%以上。

该县的规划定位为:国家新能源产业基地的核心示范区,精细化工和煤化工产业基地的重要承载区,矿产资源开发利用产业基地的转型升级样板区,寒旱农业生产和加工基地。

3.3.2 发展情景

温室气体排放主要来源于经济社会发展过程中的生产活动和生活领域,因此该县GDP增长对温室气体排放总量有着至关重要的影响。本文设置了截至2060年,该县GDP高速增长和正常增长两种情景来分析温室气体排放情况,结果如表3所示。

表 3 GDP增速预测 Table 3 Forecast of GDP growth

另外,万元GDP能耗指标是影响排放总量的另一个关键性指标。该指标需要严格遵循国家、省、市和县的要求。目前该县尚未提出新的万元GDP能耗指标,故以国家要求的“十四五”末万元GDP能耗降低13.5%为基础开展后续分析工作,如表4所示。

表 4 万元GDP能耗降幅 Table 4 Decrease of energy consumption per 10 000 yuan GDP

在预测该县温室气体排放趋势时,影响温室气体排放的主要因素的假设如下:

(1)能源生产与加工领域年能源消耗增速与该县能源消耗增速相等;

(2)“十四五”期间工业和建筑领域能源消耗增速取6%,“十五五”及以后按照每年增加3%考虑;

(3)该县“十四五”期间交通领域能源消耗年均增速取10%,“十五五”“十六五”期间取5%,“十七五”开始交通领域能源消耗量增速取当年GDP增速的一半;

(4)“十四五”“十五五”期间建筑领域CO2排放年均增速取6%,“十六五”开始建筑领域CO2排放量增速取当年GDP增速;

(5)“十四五”期间服务业及其他领域能源消耗增速取当年GDP增速,“十五五”开始取GDP增速的一半;

(6)居民生活领域能源消耗增速取当年GDP增速;

(7)“十四五”期间水泥生产过程中CO2排放量每年增加10%,“十五五”“十六五”期间水泥生产过程中CO2排放量年均降幅5%,“十七五”开始水泥生产过程年均降幅2%;

(8)“十四五”期间将森林砍伐后生物质焚烧量减少到0,森林碳汇未来几年保持稳定;

(9)“十四五”期间风电年装机增加2 000 MW,“十五五”期间风电年装机容量增加到20 000 MW后不再增加,风电机组发电量消纳及配套储能后整体利用效率取为0.9;

(10)“十四五”期间光伏年装机增加1 000 MW,“十五五”期间光伏年装机容量增加到2 000 MW,直至2042年光伏总装机容量增加到40 000 MW后不再增加,光伏系统发电量消纳及配套储能后整体利用效率取为0.9;

(11)碳捕集利用与封存(CCUS)技术从“十五五”期间开始商业化,从而使得相关领域在“十五五”期间的CO2减排力度更大。

3.3.3 碳排放预测结果

基于上述情景和假设,采用IPCC清单指南法逐年核算温室气体排放,结果表明:GDP高速增长情景下,该县可于2029实现碳达峰,峰值CO2排放量约2 181.33万t,于2046年实现碳中和;GDP正常增长情景下,该县可于2027实现碳达峰,峰值CO2排放量约1 931.48万t,于2044年实现碳中和。CO2、温室气体排放量趋势如图1所示。

图 1 CO2、温室气体排放趋势 Fig.1 Trend of carbon dioxide emission and greenhouse gas emissions in the future
3.4 温室气体排放影响因素分析 3.4.1 产业结构

该县第一、二、三产业中的碳排放比例为0.8∶88∶11.2。第二产业的碳排放量占比最大,因此调整该县产业结构会对碳排放量变化造成显著影响。

3.4.2 新能源资源禀赋

一个地区的新能源资源禀赋直接关系到当地新能源发电量。同时,高效清洁的新能源发电量能有效促进能源结构转型,推进区域碳排放的减少。

该县风光资源富集,属于国家风资源二类区和太阳能资源国家光资源一类区。开发利用该县丰富的新能源资源,可转变能源结构,从而早日实现碳达峰碳中和。

3.4.3 能源消费结构

能源消费结构方面,要减少碳排放,需要提高新能源资源的利用率,增加新能源发电装机容量,从供给侧提升零排放的新能源发电量比例。煤炭使用占比的扩大对于CO2排放量有着显著的正效应。减少煤炭等化石能源供能比例,对于该县碳排放降低而言是必要条件。

3.4.4 人口因素

人口因素是影响碳排放的重要因素之一。人口对温室气体排放的影响并不只与人口数量有关,人口增长速度、年龄构成等都与碳排放存在内在联系,对气候变化具有长远的影响。通过激励人口出生率来调整人口年龄结构,将有利于减缓碳排放增加速度23

3.4.5 城镇化率

通常认为,城镇化与碳排放正相关。近年来,我国城镇化及城镇工业化进程加快,不仅深刻地影响并改变着城镇居民的消费水平和消费方式,而且这种影响通过“示范效应”也改变着农村居民的消费结构,即高消费水平和高碳消费方式,这种改变将会对碳排放量的增加产生极大的促进作用24

截至2019年,该县城镇化率40.32%,仍有较大的上升空间。因此,建立良好的城镇居民对农村居民的“示范效应”,对于碳减排具有重要现实意义。

3.5 实现碳达峰碳中和的重点工作

为实现双碳目标,应研究制定科学合理、有效可行的时间表和路线图,将双碳目标全面融入县中长期发展规划,统筹发展和安全,坚持稳中求进,先立后破,通盘谋划,科学把握工作节奏,在降碳的同时确保能源安全、产业链供应链安全、粮食安全,确保群众正常生活。

为保障该县双碳目标的顺利实现,建议该县可在不同领域开展如下重点工作:

(1)能源生产与加工转换领域:大力开发新能源资源,转变电源结构,同时配套建设储能系统;大力发展虚拟电厂、智能电网,构建新型电力系统;实行化石燃料消耗总量控制;研究该县新能源消纳配套火电调峰机组的减排方案,提高其调峰运行控制水平。

(2)农业领域:推进农业领域用能电气化替代;积极发展农业光伏大棚。

(3)工业生产领域:优化产业结构;淘汰落后产能,提高效率;优先部署节能减排技术,控制总能源需求;提高电气化水平,推进电能替代。

(4)建筑领域:全面推广绿色建筑;加快建筑节能技术的研发与应用;大力推广建筑光伏一体化;提高建筑电气化水平。

(5)交通运输领域:实施公交优先战略,完善绿色出行系统;控制燃油车总量增长,大力推动电动汽车和氢能汽车应用;发展智能交通,提高现代交通管理和运输服务水平。

(6)服务业及其他领域:打造现代服务业,重点发展旅游、康养等绿色服务业,降低能耗,优化用能结构;做好服务业节能减排工作。

(7)居民生活服务领域:倡导绿色生活方式;节约用电、用油和用气。

3.6 双碳规划实施保障措施

为了更好地协调和推动该县碳达峰碳中和进程中的各种问题,还需要做好组织、政策、技术和资金等多方面保障。

3.6.1 组织保障

建议该县成立碳达峰碳中和领导小组,协调碳达峰碳中和实施过程中遇到的困难,并统筹各个政府部门、相关企业、金融机构和个人的行动和步骤。加强对该县碳达峰碳中和目标完成情况的评估、考核。明确各镇、街道、工业区的重点部门、行业主管机构的责任清单。

3.6.2 政策保障

一是通过顶层设计明确量化指标。发布碳达峰碳中和实施意见、碳达峰专项行动方案等顶层设计。同时,根据该县区域资源特征、不同行业领域能耗结构等实际情况,将零碳电力增长目标和消纳目标、年度指标分解到各区域和领域。

二是出台清洁能源发电用地支持政策。适当放宽光伏、风电项目建设的土地限制。支持利用废弃土地、荒山荒坡、农业大棚、滩涂、鱼塘、湖泊等建设就地消纳的分布式光伏电站。研究出台建筑光伏一体化发展指导意见,扩大建筑外立面光伏利用率。

三是建立新能源市场化发展新机制。优化新能源市场交易和合约调整机制,建立政府授权的中长期差价合约机制,完善新能源参与跨省跨区交易机制。

四是完善财税、价格、金融政策。引导企业节能降碳,引导资本投入碳达峰碳中和领域。完善和落实资源综合利用和可再生能源发展的税收优惠政策,比如资源税、碳税、税收减免或抵免等,推动可再生能源发展。

3.6.3 技术保障

加大开展低碳发展能力建设的培训工作力度,对相应负责部门和技术团队定期开展培训工作,加快推动低碳相关技术进步,积极推广和应用新产品、新技术、新材料。积极学习吸收国内外先进理念、技术和管理经验。

3.6.4 资金保障

构建多元化财政资金投入机制。完善绿色金融政策框架和激励机制。做好政策设计和规划,引导金融资源向有助于实现碳达峰碳中和的绿色发展领域倾斜。

4 结 语

实现碳达峰、碳中和是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革,是我国经济绿色转型发展的要求,也是党中央具有极其重大意义的战略决策。本文依据《省级温室气体清单编制指南2011版》《省级二氧化碳排放达峰行动方案编制指南》和相关的标准、规范及要求,以西北地区某县为例,探讨针对县级市的双碳规划编制流程。采用IPCC清单指南法分领域核算了该县温室气体排放现状,分析了温室气体排放构成,预测了碳达峰时间及峰值碳排放量和实现碳中和的时间,并结合该县实际情况和发展规划,对该县实现双碳目标的近期重点工作和保障措施提出了建议,以期该县早日实现双碳目标,并为其他城市开展碳达峰碳中和方案规划提供参考。

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