兰州市工业能源消耗碳排放总量演进研究

摘要：联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC，2006）碳排放计算指南的计算公式，对兰州市2002—2010年工业能源消费碳排放量进行计算。结果表明：2002年以来碳排放量逐年增加，碳排放结构分析表明，兰州市以原油和煤炭为主的工业能源消费结构并未得到有效改善；同时，运用灰色系统理论对十二五期间兰州市工业能源消耗碳排放的增长趋势予以预测。

关键词：碳排放 能源 灰色预测

1 概述

应对全球温室气体效应所带来的气候变暖，是人类面临的重大调整。有效控制和减少二氧化碳等温室气体的排放，是各个国家，均应承担的责任。我国作为一个负责任的发展中国家，承诺到2020年单位GDP的二氧化碳排放（carbon dioxide emission）下降40%～45%， 这对于能源消费以煤炭为主的我国来说，是一个十分艰巨的任务[1]。兰州是我国西部地区的重要石化基地，改革开放后，工业发展迅速，工业总产值年均增速超过10%，相应的兰州也成为西部地区的碳排放“大市”。作为甘肃省的省会城市，兰州市的减排压力不断扩大。由于工业能源消耗是碳排放（carbon emission）的主要来源，为了实现我市的碳减排目标，，对我市的碳排放，尤其是工业产生的碳排放状况进行深入细致的研究显得尤为必要。

国内外的研究者对碳排放的研究，国内的研究更多的关注在全国层面的碳减排问题，重点研究碳排放的机制、规律及减排措施[2—3]，针对地方水平上的研究并不多见。由文辉等[4—5]（1999）根据一次能源消费量计算了上海的二氧化碳排放量。1995年上海市化石燃料燃烧产业的二氧化碳排放量为1681.5×104t。赵冠伟[6]（2010）计算了广州市1992—2007年能源消费碳排放量。1992年以来广州市碳排放总量和人均碳排放量逐年增加。查冬兰[7]等（2003）把能源分为9类，通过以各类能源消费量乘以各自的碳排放系数，计算了全国28个省区的碳排放总量。王铮[8]等（2008）通过计算全国各省区的碳排放系数，将全国碳排放总量分摊到各省区。罗旭[9]（2011）通过产业—能源关联和能源—碳排放关联两个评价模型，分析兰州市碳排放区域格局变化的原因。以往人们对碳排放研究主要集中于总量研究，少有人从区域的角度进行探索，尤其是地方一级的总量变化研究较为少见。本文将在这一方面做一些尝试。不仅从总量方面进行分析，而且在碳排放结构、影响因素等方面进行研究，力争为兰州市碳排放目标及政策制定提供参考。

2 能源数据和计算方法

本研究的数据采样，采用2003—2011年《兰州市统计年鉴》[10]中的工业企业主要能源消费与库存统计表中的能源数据。因数据的限制，在计算能源消费碳排放量时认为：①产生碳排放的是能源终端消费量；②不计加工转换过程、运输和输配损失能源的碳排放；③电力既有兰州市本地火力发电也有市外来电。考虑到数据缺乏，不再区分火力发电与水力发电。热力主要是本市供热，其碳排放是按火力发电和供热投入的能源计算，故不再计算能源终端消费部门热力和电力的碳排放。

本研究对碳排放的计算，根据2006年联合国政府间气候变化专门委员会（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）的指导意见，结合中国能源消耗的实际情况，以及《兰州市统计年鉴》[10]中的工业企业主要能源消费与库存统计表中的能源消耗统计数据，分别计算工业企业能源消费的煤炭、焦碳、原油、汽油、煤油、柴油、燃料油和天然气八种石化能源的碳排放系数。

根据（IPCC，2006）第二卷（能源）第六章提供的参考方法，各种能源碳排放系数θk可以按以下公式计算得到：

可知，兰州市工业行业能源消费碳排放量逐年增长，由2002年的872.78万吨增长到2010年的1553.04万吨，年均增长率达到19.8%，而同期GDP的增长率是31.61%。对比碳排放量与GDP可知，二者总体趋势较为接近，2003—2007年间，碳排放与GDP增长尤为迅速，表明经济增长是工业能源碳排放增加的主要动力。2007年以后工业能源消费碳排放量增长放缓，2008年美国次贷经济爆发，我国经济发展受到冲击，兰州市工业发展也受到影响，碳排放总量比2007年略有下降。2009年在国家宏观经济刺激背景下，兰州市工业生产恢复快速增长，碳排放总量亦恢复增加。2010年兰州市GDP增长逐步加快，而工业能源消耗碳排放量增长速率远远小于GDP的增长速率。

3.2 能源碳排放结构分析。

能源消费结构反映能源消费中各种能源的比例关系，能源消费结构对石化能源的依赖程度决定了能源消费碳排放的高低。由于兰州市是典型的石化基地，原油消耗量巨大，原油消耗产生的碳排放量一直居于首位。由图2可知，工业行业能源结构中原油和煤炭占到90%以上，尤其是石油的消耗量占到整个工业行业中的50%以上，而焦炭、天然气、柴油。煤油和汽油占的比重较低，尚不足10%，但呈现不断增长的趋势，由2002年的4.53%增长到2010年的9.24%。

2002—2010年兰州市工业主要能源消费碳排放结构演进图

兰州市工业碳排放量反映了该市的工业生产特点：原油消耗是兰州市最大的碳排放贡献者，并呈逐年增加的趋势，排放量从2002年531.3014万吨增长到2010年的867.0257万吨，增长63.19%。煤炭是兰州市工业能源消耗碳排放的第二大贡献者，排放量从2002年303.0889万吨增长到2010年的569.1479万吨，几乎翻了一番。伴随着焦炭和天然气使用量的增加，碳排放量也呈现快速增长态势，但总量依然较低。焦炭的使用量从2002年的24.2万吨增长到2010年的135.74万吨，碳排放量则从20.0933万吨增加到112.7049万吨，增长4.6倍；天然气的使用量从2002年的0.4亿立方米增加到2010年的4.15亿立方米，碳排放量则从0.1791万吨增加到2.7540万吨，增长14倍多。而同期汽油、燃料油、柴油和煤油的消耗量则呈现持续下降的趋势。四类油品的消费总量从2002年的20.9万吨下降到2010年的4.79万吨，碳排放量则从18.2955万吨下降到4.1609万吨。见图3各类主要工业能源消费碳排放演变。

4 未来5年工业碳排放总量演进变化趋势预测

《兰州市国民经济和社会发展第十二个五年规划（2011—2015年）纲要》[12]提出，“十二五”时期，全市生产总值（GDP）年均增长16%，力争达到2500亿元以上。伴随着GDP的快速增长，作为全市能源消耗主要部分的工业能源消耗也会持续增加。为了对十二五期间的工业能源消耗碳排放有一个准确的把握，为全市削减碳排放提供决策参考，有必要对2011—2012年的工业碳排放进行预测分析。由于样本数量较小，可以采用灰色系统理论来进行预测。

灰色系统理论[13]是由邓聚龙教授首先提出来并加以发展的，以“部分信息已知，部分信息未知”的“小样本”、“贫信息”不确定系统为研究对象的系统理论。灰色预测是灰色系统理论的一个重要部分，它利用有限的信息，建立灰色预测模型，从而确定系统未来的变化趋势。目前最常用的灰色预测模型是GM（1，1）模型，因此本文主要以GM（1，1）模型来讨论十二五期间兰州市工业能源消耗碳排放演进变化趋势。

对比两次预测值，第二次预测的相对误差小于1%，可靠性显著提高。采用此预测值，预计2015年兰州市工业能源消耗碳排放总量将比2010年增加203.90多万吨，年均增长40.78余万吨，增长率低于5%，相对于GDP年均增长16%的规划目标而言，工业碳排放的增长率是比较低的。

5 结论与对策

2002—2010年间，兰州市工业能源消费碳排放总量持续增加、增长速率逐步。2010年兰州市工业能源消耗碳排放总量为1628.2686万吨，较2002年增长81.47%，年均增长率达到20.2%。在排放构成中，石油消耗产生的碳排放最大，占排放总量的55%左右，充分体现了兰州市是石化之城的特色。煤炭消耗产生的碳排放占排放总量的40%，居第二位。由于天然气、焦炭等低碳能源的大量使用，既提高了能源利用效率，又使碳排放增加较少。而汽油、柴油、煤油和燃料油的使用量缩减明显，其产生的碳排放也迅速下降。十二五期间，为实现兰州市生产总值（GDP）力争达到2500亿元以上，GDP年均增长16%的规划目标，能源消耗总量将进一步扩大，工业能源消耗碳排放总量依然会继续增加，2015年碳排放总量预计将达到2278.3520万吨，较2010年增加650.0834万吨，虽然总量在增长，但增长速率进一步放缓。为了顺利完成全市，乃至全省的减排任务，不影响全市、乃至全省的经济社会健康、高速的发展。建议从以下几个方面来采取措施：

5.1 调整产业结构，稳定第一产业发展水平和比例，进一步加大第三产业的比例。积极调整第二产业结构，切实促进产业结构合理化和高档化。目前兰州市石油化工、建材、冶金等行业中产品能耗较高，技术与工艺水平有待进一步提升，应采取有力措施，加快对这些高耗能行业的改造，不断提升产品的技术含量。同时适时加快旅游、物流、金融、保险等现代服务业的发展，提升第三产业在GDP中的比例，从总量上控制碳排放的增长。

5.2 优化工业能源消费结构，进一步提高低碳能源比重。在保持原油消耗基本稳定的前提下，继续降低煤炭的消耗总量。积极拓宽渠道，加大利用力度，增加低碳能源的使用比重。加快天然气工程的建设力度，不断提高天然气在能源消费总量中的比重。积极寻找煤炭、石油的替代燃料。

5.3 加大技术改造投入，努力攻克技术瓶颈，切实提高能源利用效率。积极推进煤改气、煤改油工程。进行联合攻关，不断提高燃煤效率，逐步降低单位生产总值能耗，减少煤炭消耗。加快实施燃煤工业锅炉改造、电机系统节能、能量系统优化，实行全面、严格的能源节约制度和措施。切实推动有色、石化、钢铁、煤炭、电力、建材等重点耗能行业和85户重点用能企业的节能工作，强化节约能源措施。

5.4 结合循环产业园的建设，借鉴丹麦卡伦堡循环经济工业园模式，利用产业上下游联系和供应关系，形成企业集聚，提高能源利用效率，降低能耗总量。丹麦卡伦堡循环经济工业园是企业间循环经济模式的典型代表，是一种生产发展、资源利用和环境保护形成良性循环的工业园区建设模式。该园区通过贸易的方式把其它企业的废弃物或副产品作为本企业的生产原料，建立工业横生和代谢生态链关系，最终实现园区的污染“零排放”。

5.5 适度规划，优化调度、输变电网络建设，增加水电、风电等可再生能源的比例。切实落实国家可再生能源发展“十一五”规划目标和政策支持措施，及时出台相关政策、法规，鼓励企业，尤其是中小企业使用水电、风电。由于兰州市全年的光照条件良好，有利于推行太阳能替代化石能源，建议政府应鼓励和扶持单位安装使用太阳能热水、照明、供热、采暖等系统。

参考文献：

[1]LEVINEM D，ADEN N T.Global Carbon emissions in the coming decades：the case of China [J].Annual Review of Environment and Resources，2008，33（11）：1—39.

[2]徐国泉，刘则渊，姜照华.中国碳排放的因素分解模型及实证分析[J].中国人口·资源与环境，2006，16（6）：158—161.

[3]戴彦德，朱跃中.中国可持续能源发展情景及其碳排放分析[J].中国能源，2002（11）：31—36.

[4]由文辉.上海市CO2排放及其减缓对策[J].上海建设科技，1999（1）：17—19.

[5]钱杰，俞立中.上海市化石燃料排放二氧化碳贡献量的研究[J].上海环境科学，2003，22（11）：836—839.

[6] 赵冠伟，陈健飞，崔海生，陈颖彪.1992—2007年广州能源消费碳排放研究[J].资源与产业，2010，12（6）：170—184.

[7]查冬兰，周德群.地区能源效率与二氧化碳排放的差异性：基于Kaya因素分解[J].系统工程，2007，25（11）：65—71.

[8]王铮，朱永彬.我国各省区碳排放置状况及减排对策研究[J].中国科学院院刊，2008，23（2）：109—115.

[9]罗旭.兰州市碳排放区域格局变化研究[J].兰州交通大学学报，2011（3）：137—140.

[10]《兰州统计年鉴》编辑部.《兰州年鉴2003》—《兰州统计年鉴2011》[M]. 兰州.

[11]兰州新闻网http：//.cn/ttnews/2011—02/23/content_2132530.htm.

[12]中华人民共和国国家标准《综合能耗计算通则》GB/T 2589—2008[M].北京.中国标准出版社，2008.

[13]刘思峰，党耀国等.灰色系统理论及其应用（第五版）[M].北京：科学出版社，2010.

基金项目：本文得到兰州市科技局科技项目资助（项目编号：1111ZTC129）。

作者简介：罗旭，男，兰州理工大学，经济管理学院，讲师，硕士，研究方向：人口、资源环境；区域经济发展。温起秀，女，学士，甘肃社会主义学院，副教授，研究方向：资源环境、民族宗教研究。