我国电力能源生产与消费过程碳强度时空特征

石建屏，徐黎黎，王忠祥

(绵阳职业技术学院材料工程系， 四川 绵阳 621000)

我国电力能源生产与消费过程碳强度时空特征

石建屏，徐黎黎，王忠祥

(绵阳职业技术学院材料工程系， 四川 绵阳 621000)

采用IPCC碳排放数学模型，测算2001—2010年中国电力能源生产与消费环节碳排放量，研究电能碳排放强度的时空演变特点，为优化电力能源产品结构、制定差异化节能减排政策提供依据。结果表明：第一，我国电力能源生产与消费过程的碳排放量、碳排放强度相差不大，碳排放量以9.99%的速度逐年增长，单位GDP碳排放强度每年下降4.42%，“十一五”期间，碳排放强度共下降33.95%。第二，省际间电能生产与消费过程碳排放量、碳排放强度的空间格局呈现出显著差异性，西部省份碳排放强度普遍高于东部发达地区，西部经济发展对电能消费碳排放的依赖性强，东部地区低碳经济格局开始形成。

电力能源；生产与消费；碳排放强度；时空特征；低碳经济

随着我国经济发展和社会进步，电力能源生产与消费不断增长，2010年电能消费量达到41 934×108kW·h。火力发电长期以来是电力能源产品的主要组成部分，2010年火电占总发电量的79.20%，电力工业成为化石燃料消耗及CO2排放的主要部门，每年碳排放量接近全国能源碳排放总量的50%[1]。电能生产和消费过程碳排放与经济、社会、环境的相互关系成为人们关注的热点问题。

目前，国内外学者主要研究能源碳排放演变机制和区域特征，Obas等采用Laspeyres模型研究表明碳排放强度与能源消耗强度、能源类型和经济结构相关[2]；Wu等采用IPCC方法研究发现能源生产与消费碳排放存在差异性，但在时间序列上总体趋势相同[3]。也有学者从国家、区域和省际层面研究能源碳排放强度特征、区域差异水平和空间格局演变[4- 6]。有关我国电力能源碳排放研究相对比较少[7- 8]，缺少电能生产和消费过程碳排放与经济、社会、环境之间时空特征研究。以我国及各省(自治区和直辖市)2001—2010年电力能源实物生产与消费量为依据，采用IPCC方法分别测算碳排放量、单位GDP碳排放强度，研究电能碳排放强度时空变化特征和省际间差异性，比较分析电能生产与消费过程碳排放的变化特点。以期能为调整电力工业布局、优化电能产品结构、发展低碳产业经济提供参考。

1 研究方法

1.1 计算模型

基于联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)《国家温室气体排放清单指南》CO2排放量(以C计)计算模型[9- 10]：

(1)

式中，E为电力能源生产或消费过程碳排放量，kg；i为电能生产中使用一次能源的种类；ei为第i种一次能源碳排放系数，kg/kgce，即每千克标准煤碳排放量；ri为生产单位电能第i种一次能源的消耗量，kgce/(kW·h)，各类一次能源均折算为标准煤用量；Q为生产或消费的电能，kW·h；Ei为单位电能第i种一次能源的碳综合排放系数，kg/(kW·h)。

碳排放强度计算模型：

(2)

式中，I指碳排放量与国内生产总值(GDP)的比值，kg/万元，即单位GDP的二氧化碳排放量反映经济增长对高能耗产业的依赖程度，即低碳经济发展水平的评价指标。

1.2 数据来源

以我国30个省、自治区、直辖市(西藏自治区、台湾省、香港及澳门特别行政区的数据统计不全，计为空值)为研究对象，应用数学模型分别测算全国、各省(自治区和直辖市)2001—2010年电力能源碳排放量和碳排放强度。电能生产与消费量、火电厂单位产品标准煤耗等数据来自《中国能源统计年鉴》(2001—2010年)，GDP等数据来自《中国统计年鉴》(2001—2010年)。化石能源碳排放系数采用国际通用的IPCC默认值，相当于单位标准煤(29 307 kJ/kg)的化石燃料燃烧碳排放量，本文采用国家发改委能源研究所推荐值0.67 t/tce[11]。

2 结果与讨论

2.1 电力能源结构演变特征

2001—2010年我国电力能源产量及结构变化如图1所示，电能产量由2001年的14 714×108kW·h连续增加到2010年的42 072 ×108kW·h，平均增长速度为12.05%。火力发电历年都是电力生产的重要组成部分，火电所占比例每年仅下降0.38%；其中2010年火电占总发电量为79.20%、水电占17.17%、核电占1.76%、风电占1.06%；10年间火力发电量平均增长速度为11.66%、水电12.32%、核电19.06%，风电只有2010年统计数据。可以看出，核电发展速度最快，火电落后于电能总产量增长速度。水电、核电等清洁能源发电量比重明显提升。2001—2010年

图1 2001—2010年中国电能产量及结构变化Fig.1 China’s power products and electricity output from 2001 to 2010

我国每年电能进出口贸易顺差约为90亿千瓦小时(108kW·h)，占消费量的0.35%，2010年我国电能消费量为41 934×108kW·h，每年电能生产与消费量基本保持平衡状态。

2.2 碳排放动态特征

2001—2010年我国电力能源碳排放量呈波动式上升趋势，如图2所示，生产过程的碳排放量由2001年的3.053×108t增加到2010年的7.479×108t，消费碳排放量由3.035×108t增加到7.454×108t；由于每年的电能生产与消费量基本保持平衡状态，因此生产与消费过程碳排放量的平均相对误差仅为0.35%。2001—2010年碳排放量平均年增长速度为9.99%，小于电能产量增长速度12.05%。“十一五”期间碳排放量增长速度为8.18%，低于“十五”期间的11.80%，主要原因是火力发电量比重逐年下降，电能产品的碳综合排放系数由0.207 kg/(kW·h)下降到0.178 kg/(kW·h)，相当于每年减少碳排放量11.03×106t；特别是在 “十一五”期间，每年减少碳排放量17.35×106t。我国在促进电力工业技术进步、优化电力能源产品结构、实施节能减排措施等方面取得了初步效果。

2001—2010年，我国电力能源碳排放强度呈波动式下降趋势，如图2所示，生产与消费碳排放强度具有相同的变化特征；生产过程碳排放强度由2001年的278 kg/万元减小到2010年的183 kg/万元，消费碳排放强度由276 kg/万元减小到182 kg/万元，平均每年降低4.42%。

图2 2001—2010年电能生产与消费碳排放量E和碳排放强度I变化Fig.2 Power carbon emissions and intensity in China from 2001 to 2010

10年间，我国GDP增长3.09倍，而碳排放量仅增长1.46倍。“十五”期间平均每年降低1.10%，2005年比2000年下降了5.73%；“十一五”期间平均每年下降7.74%，2010年比2005年下降了33.95%。我国经济增长对化石能源的依赖程度逐步降低，“十一五”低碳经济发展水平明显好于“十五”，为实现国民经济和社会发展规划中的碳减排目标奠定了基础。

2.3 碳排放强度空间格局

由2001—2010年我国30个省(自治区、直辖市)碳排放量和碳排放强度测算结果可知，2010年省际间电力能源生产与消费碳排放量和碳排放强度分布状态如图3、图4所示。比例系数是指生产与消费过程碳排放的比值，即某地区电能生产与消费的平衡状态；同时反映省际间电能碳排放量及低碳经济发展水平的差异性。由图对比可知，贵州省比例系数最大为1.66，其他依次是内蒙古、山西、湖北、安徽、云南、陕西等，为电能生产能力比较强并且一次能源储量比较丰沛的地区；比例系数小于1的地区是北京、上海、湖北、辽宁、广东等，北京市最小为0.32，是最具代表性的电能消费型碳排放城市。

图3 2010年省际间电能生产与消费碳排放量E比较Fig.3 Carbon emissions of provincial-level power production and consumption in China in 2010

图4 2010年省际间电能生产与消费碳排放强度I比较Fig.4 Carbon emissions intensity of provincial-level power production and consumption in China in 2010

2010年我国省际间电力能源碳排放量的空间分布具有以下特点，如图3所示，按照消费过程碳排放量大小，排放量最大的分别是广东、江苏、山东、浙江、河北和河南，排列在前5位的省(自治区、直辖市)均属东部地区；排列在后3位是海南、青海与宁夏，海南省碳排放量最低，我国4个直辖市碳排放规模均处于较低水平。生产过程碳排放量的空间格局发生了变化，排列前5位的省(自治区、直辖市)分别是江苏、广东、山东、浙江、内蒙古和河南，海南、北京与青海排列在后3位。

2010年我国省际间电力能源碳排放强度的空间分布具有以下特点，如图4所示，按照电能消费过程的单位GDP碳排放强度排序，北京市碳排放强度最低为105 kg/万元，其他依次是吉林、天津、黑龙江、江西等省(自治区、直辖市)；青海碳排放强度最高为612 kg/万元，其次是宁夏、贵州、甘肃、山西。北京市生产碳排放强度仍然为最低，其次为上海、重庆、天津、黑龙江、江西；宁夏生产碳强度最高，其次是青海、贵州、山西、内蒙古、甘肃。2010年碳强度空间分布状态说明，省际间低碳经济发展水平存在较大差异性，总体呈现“东高西低”、“南高北低”、“局部跳跃”的格局；各省(自治区、直辖市)电能碳强度表现出下降趋势，与我国省域低碳经济发展水平相一致[12- 14]。

3 结论

(1)2001—2010年我国电力能源产量以12.05%的速度逐年增长，而火力发电量每年以0.38%的速度下降；2010年火电占总发电量的79.20%，火电仍然是电能生产与消费的重要组成部分；核电发展速度最快，水电、核电等清洁能源比重明显增加。

(2)我国电力能源生产与消费过程的碳排放变化规律相同，且数值相差不大。碳排放量以9.99%速度逐年增长，通过调整电能产品结构减少碳排放量的效果不明显。“十一五”单位GDP碳排放强度下降33.95%，经济增长对电能消费的依赖程度逐年下降，低碳经济发展水平不断提高。

(3)省际间电能生产与消费过程碳排放量、碳排放强度的空间格局呈现出显著差异性，西部大多数省份低碳经济发展水平普遍偏低，经济增长对电能消耗的依赖性高于东部。宁夏、青海、内蒙古碳排放强度超过全国平均值，上海、北京已经表现出低碳经济发展雏形，经济增长与碳排放相对脱钩。

(4)我国每年电能生产与消费量保持平衡状态，省际间碳排放量、碳排放强度存在较大差异性；贵州、北京分别属于电能生产型、消费型碳排放地区，因此需要制定地区间差异化的产业发展、节能减排政策。

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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

四川省教育厅重点研究基地——四川循环经济研究中心资助项目(XHJJ-1213)

石建屏(1963—)，女，四川巴中人，教授，本科，主要研究方向为工业分析、环境监测与评价，E-mail： lixinshijianping@163.com

10.14068/j.ceia.2015.02.020

X22

A

2095-6444(2015)02-0074-04