我國電力能源生產與消費過程碳強度時空特征

石建屏，徐黎黎，王忠祥

(綿陽職業技術學院材料工程系， 四川 綿陽 621000)

我國電力能源生產與消費過程碳強度時空特征

石建屏，徐黎黎，王忠祥

(綿陽職業技術學院材料工程系， 四川 綿陽 621000)

采用IPCC碳排放數學模型，測算2001—2010年中國電力能源生產與消費環節碳排放量，研究電能碳排放強度的時空演變特點，為優化電力能源產品結構、制定差異化節能減排政策提供依據。結果表明：第一，我國電力能源生產與消費過程的碳排放量、碳排放強度相差不大，碳排放量以9.99%的速度逐年增長，單位GDP碳排放強度每年下降4.42%，“十一五”期間，碳排放強度共下降33.95%。第二，省際間電能生產與消費過程碳排放量、碳排放強度的空間格局呈現出顯著差異性，西部省份碳排放強度普遍高于東部發達地區，西部經濟發展對電能消費碳排放的依賴性強，東部地區低碳經濟格局開始形成。

電力能源；生產與消費；碳排放強度；時空特征；低碳經濟

隨著我國經濟發展和社會進步，電力能源生產與消費不斷增長，2010年電能消費量達到41 934×108kW·h。火力發電長期以來是電力能源產品的主要組成部分，2010年火電占總發電量的79.20%，電力工業成為化石燃料消耗及CO2排放的主要部門，每年碳排放量接近全國能源碳排放總量的50%[1]。電能生產和消費過程碳排放與經濟、社會、環境的相互關系成為人們關注的熱點問題。

目前，國內外學者主要研究能源碳排放演變機制和區域特征，Obas等采用Laspeyres模型研究表明碳排放強度與能源消耗強度、能源類型和經濟結構相關[2]；Wu等采用IPCC方法研究發現能源生產與消費碳排放存在差異性，但在時間序列上總體趨勢相同[3]。也有學者從國家、區域和省際層面研究能源碳排放強度特征、區域差異水平和空間格局演變[4- 6]。有關我國電力能源碳排放研究相對比較少[7- 8]，缺少電能生產和消費過程碳排放與經濟、社會、環境之間時空特征研究。以我國及各省(自治區和直轄市)2001—2010年電力能源實物生產與消費量為依據，采用IPCC方法分別測算碳排放量、單位GDP碳排放強度，研究電能碳排放強度時空變化特征和省際間差異性，比較分析電能生產與消費過程碳排放的變化特點。以期能為調整電力工業布局、優化電能產品結構、發展低碳產業經濟提供參考。

1 研究方法

1.1 計算模型

基于聯合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)《國家溫室氣體排放清單指南》CO2排放量(以C計)計算模型[9- 10]：

(1)

式中，E為電力能源生產或消費過程碳排放量，kg；i為電能生產中使用一次能源的種類；ei為第i種一次能源碳排放系數，kg/kgce，即每千克標準煤碳排放量；ri為生產單位電能第i種一次能源的消耗量，kgce/(kW·h)，各類一次能源均折算為標準煤用量；Q為生產或消費的電能，kW·h；Ei為單位電能第i種一次能源的碳綜合排放系數，kg/(kW·h)。

碳排放強度計算模型：

(2)

式中，I指碳排放量與國內生產總值(GDP)的比值，kg/萬元，即單位GDP的二氧化碳排放量反映經濟增長對高能耗產業的依賴程度，即低碳經濟發展水平的評價指標。

1.2 數據來源

以我國30個省、自治區、直轄市(西藏自治區、臺灣省、香港及澳門特別行政區的數據統計不全，計為空值)為研究對象，應用數學模型分別測算全國、各省(自治區和直轄市)2001—2010年電力能源碳排放量和碳排放強度。電能生產與消費量、火電廠單位產品標準煤耗等數據來自《中國能源統計年鑒》(2001—2010年)，GDP等數據來自《中國統計年鑒》(2001—2010年)。化石能源碳排放系數采用國際通用的IPCC默認值，相當于單位標準煤(29 307 kJ/kg)的化石燃料燃燒碳排放量，本文采用國家發改委能源研究所推薦值0.67 t/tce[11]。

2 結果與討論

2.1 電力能源結構演變特征

2001—2010年我國電力能源產量及結構變化如圖1所示，電能產量由2001年的14 714×108kW·h連續增加到2010年的42 072 ×108kW·h，平均增長速度為12.05%。火力發電歷年都是電力生產的重要組成部分，火電所占比例每年僅下降0.38%；其中2010年火電占總發電量為79.20%、水電占17.17%、核電占1.76%、風電占1.06%；10年間火力發電量平均增長速度為11.66%、水電12.32%、核電19.06%，風電只有2010年統計數據。可以看出，核電發展速度最快，火電落后于電能總產量增長速度。水電、核電等清潔能源發電量比重明顯提升。2001—2010年

圖1 2001—2010年中國電能產量及結構變化Fig.1 China’s power products and electricity output from 2001 to 2010

我國每年電能進出口貿易順差約為90億千瓦小時(108kW·h)，占消費量的0.35%，2010年我國電能消費量為41 934×108kW·h，每年電能生產與消費量基本保持平衡狀態。

2.2 碳排放動態特征

2001—2010年我國電力能源碳排放量呈波動式上升趨勢，如圖2所示，生產過程的碳排放量由2001年的3.053×108t增加到2010年的7.479×108t，消費碳排放量由3.035×108t增加到7.454×108t；由于每年的電能生產與消費量基本保持平衡狀態，因此生產與消費過程碳排放量的平均相對誤差僅為0.35%。2001—2010年碳排放量平均年增長速度為9.99%，小于電能產量增長速度12.05%。“十一五”期間碳排放量增長速度為8.18%，低于“十五”期間的11.80%，主要原因是火力發電量比重逐年下降，電能產品的碳綜合排放系數由0.207 kg/(kW·h)下降到0.178 kg/(kW·h)，相當于每年減少碳排放量11.03×106t；特別是在 “十一五”期間，每年減少碳排放量17.35×106t。我國在促進電力工業技術進步、優化電力能源產品結構、實施節能減排措施等方面取得了初步效果。

2001—2010年，我國電力能源碳排放強度呈波動式下降趨勢，如圖2所示，生產與消費碳排放強度具有相同的變化特征；生產過程碳排放強度由2001年的278 kg/萬元減小到2010年的183 kg/萬元，消費碳排放強度由276 kg/萬元減小到182 kg/萬元，平均每年降低4.42%。

圖2 2001—2010年電能生產與消費碳排放量E和碳排放強度I變化Fig.2 Power carbon emissions and intensity in China from 2001 to 2010

10年間，我國GDP增長3.09倍，而碳排放量僅增長1.46倍。“十五”期間平均每年降低1.10%，2005年比2000年下降了5.73%；“十一五”期間平均每年下降7.74%，2010年比2005年下降了33.95%。我國經濟增長對化石能源的依賴程度逐步降低，“十一五”低碳經濟發展水平明顯好于“十五”，為實現國民經濟和社會發展規劃中的碳減排目標奠定了基礎。

2.3 碳排放強度空間格局

由2001—2010年我國30個省(自治區、直轄市)碳排放量和碳排放強度測算結果可知，2010年省際間電力能源生產與消費碳排放量和碳排放強度分布狀態如圖3、圖4所示。比例系數是指生產與消費過程碳排放的比值，即某地區電能生產與消費的平衡狀態；同時反映省際間電能碳排放量及低碳經濟發展水平的差異性。由圖對比可知，貴州省比例系數最大為1.66，其他依次是內蒙古、山西、湖北、安徽、云南、陜西等，為電能生產能力比較強并且一次能源儲量比較豐沛的地區；比例系數小于1的地區是北京、上海、湖北、遼寧、廣東等，北京市最小為0.32，是最具代表性的電能消費型碳排放城市。

圖3 2010年省際間電能生產與消費碳排放量E比較Fig.3 Carbon emissions of provincial-level power production and consumption in China in 2010

圖4 2010年省際間電能生產與消費碳排放強度I比較Fig.4 Carbon emissions intensity of provincial-level power production and consumption in China in 2010

2010年我國省際間電力能源碳排放量的空間分布具有以下特點，如圖3所示，按照消費過程碳排放量大小，排放量最大的分別是廣東、江蘇、山東、浙江、河北和河南，排列在前5位的省(自治區、直轄市)均屬東部地區；排列在后3位是海南、青海與寧夏，海南省碳排放量最低，我國4個直轄市碳排放規模均處于較低水平。生產過程碳排放量的空間格局發生了變化，排列前5位的省(自治區、直轄市)分別是江蘇、廣東、山東、浙江、內蒙古和河南，海南、北京與青海排列在后3位。

2010年我國省際間電力能源碳排放強度的空間分布具有以下特點，如圖4所示，按照電能消費過程的單位GDP碳排放強度排序，北京市碳排放強度最低為105 kg/萬元，其他依次是吉林、天津、黑龍江、江西等省(自治區、直轄市)；青海碳排放強度最高為612 kg/萬元，其次是寧夏、貴州、甘肅、山西。北京市生產碳排放強度仍然為最低，其次為上海、重慶、天津、黑龍江、江西；寧夏生產碳強度最高，其次是青海、貴州、山西、內蒙古、甘肅。2010年碳強度空間分布狀態說明，省際間低碳經濟發展水平存在較大差異性，總體呈現“東高西低”、“南高北低”、“局部跳躍”的格局；各省(自治區、直轄市)電能碳強度表現出下降趨勢，與我國省域低碳經濟發展水平相一致[12- 14]。

3 結論

(1)2001—2010年我國電力能源產量以12.05%的速度逐年增長，而火力發電量每年以0.38%的速度下降；2010年火電占總發電量的79.20%，火電仍然是電能生產與消費的重要組成部分；核電發展速度最快，水電、核電等清潔能源比重明顯增加。

(2)我國電力能源生產與消費過程的碳排放變化規律相同，且數值相差不大。碳排放量以9.99%速度逐年增長，通過調整電能產品結構減少碳排放量的效果不明顯。“十一五”單位GDP碳排放強度下降33.95%，經濟增長對電能消費的依賴程度逐年下降，低碳經濟發展水平不斷提高。

(3)省際間電能生產與消費過程碳排放量、碳排放強度的空間格局呈現出顯著差異性，西部大多數省份低碳經濟發展水平普遍偏低，經濟增長對電能消耗的依賴性高于東部。寧夏、青海、內蒙古碳排放強度超過全國平均值，上海、北京已經表現出低碳經濟發展雛形，經濟增長與碳排放相對脫鉤。

(4)我國每年電能生產與消費量保持平衡狀態，省際間碳排放量、碳排放強度存在較大差異性；貴州、北京分別屬于電能生產型、消費型碳排放地區，因此需要制定地區間差異化的產業發展、節能減排政策。

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Spatiotemporal Characteristics of Carbon Dioxide Emission Intensity from Power Energy Manufacture and Consumption in China

SHI Jian-ping, XU Li-li, WANG Zhong-xiang

(Sichuan Research Center of Circular Economy, Mianyang 621010, China)

The methodology provided by the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC)is used to estimate the carbon dioxide (CO2) emissions and emission intensity in power energy production and consumption in China from 2001 to 2010. The characteristics of spatial disparity and temporal change of carbon emission intensity from power energy are analyzed on national, provincial and industrial level. This provides references for the power energy industry to optimize the structure of power energy products, and constitute policies of differential carbon emission reductions. The results indicate that: firstly, total carbon emissions and emission intensity have little change in power energy production and consumption in China. The carbon emissions of power energy increase by 9.99% annually, whereas the carbon emission intensity decreases by 4.42% annually. The carbon emission intensity has totally decreased by 33.95% during the 11thFive Year Plan; secondly, total carbon emissions and emission intensity between provinces have significant spatial disparity in power energy production and consumption. The emission intensity in western regions of China is generally higher than that in eastern developed regions. The economic development of western regions heavily relies on power energy and carbon emissions. The low-carbon economy pattern begins to form in eastern regions of China.

power energy; production and consumption; carbon emission intensity; spatiotemporal characteristics; low-carbon economy

2015-02-11

四川省教育廳重點研究基地——四川循環經濟研究中心資助項目(XHJJ-1213)

石建屏(1963—)，女，四川巴中人，教授，本科，主要研究方向為工業分析、環境監測與評價，E-mail： lixinshijianping@163.com

10.14068/j.ceia.2015.02.020

X22

A

2095-6444(2015)02-0074-04