北京市碳排放达峰的思考

王继龙 左晓利 刘觅颖

温室气体大量排放导致的全球气候变暖问题已经成为人类社会健康可持续发展面临的巨大挑战。确定积极合理可实现的碳排放峰值目标是应对气候变化的战略选择，也有利于倒逼经济发展方式向绿色低碳转型。我国明确提出到2030年左右碳排放达到峰值，并要求低碳试点城市尽快明确碳排放达峰时间，推动一部分城市率先达峰，北京、上海、苏州及宁波等低碳试点城市公布的碳排放达峰预期时间均在“十三五”末。从已跨越碳排放峰值的发达国家实践来看，一个地区何时达到碳排放峰值，与当地的人口、经济、社会、能源消费等多重因素密切相关。北京是全国能源消费和碳排放大市，已提出力争2020年实现碳排放达峰的目标，本研究立足发达国家碳排放达峰先行经验规律和北京市未来几年发展总体形势，深入分析影响碳排放达峰的关键因素，为全国其他省市“十三五”乃至更长一段时期内做好碳减排工作和推动碳排放尽早达峰提供有益参考。

一、碳排放峰值研究综述

（一）碳排放达峰时间

1.主要发达国家已经实现碳排放达峰

从相关统计数据来看，主要发达国家已经实现了碳排放达峰，如表1所示，德国、法国、英国及丹麦等国在21世纪之前就已达到碳排放峰值，美国、日本、挪威等国在2000—2010年期间达到碳排放峰值。美国、日本和丹麦三个国家分别在2007年、2004年和1996年实现了碳排放和能源消费同时达峰。德国、法国、英国三个国家的碳排放和能源消费峰值实现时间出现了交错，碳排放先于能源消费达峰：德国碳排放达峰时间是1980年，比能源消费达峰时间早了5年；法国碳排放达峰时间是1979年，比能源消费达峰时间早了26年；英国碳排放达峰时间是1971年，比能源消费达峰时间早了25年。法国、丹麦、英国、德国等国主要是通过迅速提高非化石能源消费比重，经济长期持续低速增长，从而实现了碳排放和能源消费较早达峰[1]。

表1 主要发达国家碳排放和能源消费达峰时间

2.对中国碳排放达峰时间的预测

自从中国在2014年11月《中美气候变化联合声明》中宣布CO2排放在2030年左右达到峰值并争取尽早达峰的目标以来，国内很多研究机构及相关专家开始围绕中国碳排放和能源消费达峰问题展开了大量的积极研究。研究结果可归纳为两类：一是认为中国在2030年左右实现碳排放峰值。国网能源研究院的研究分析表明，到2030年，我国一次能源消费总量将控制在51亿吨—59亿吨标煤，非化石能源占比23%—25%，2030年碳排放达到峰值时，排放总量在100—110亿吨[2]。中国石油经济技术研究院发布的《2050年世界与中国能源展望》报告指出，我国能源消费将在2035年前后达到峰值，化石能源消费将在2030年达到峰值，二氧化碳排放可在2030年左右达到峰值[3]。二是认为中国碳排放峰值实现时间可提前至2025年或更早。中国能源研究会2016年发布的《中国能源展望2030》报告预测，未来我国能源需求总量增长放缓，2016—2030年年均增长1.4%，能源生产结构持续优化，2030年非化石能源产量比重有望达到27%，碳排放峰值可能提前至2025年[4]。北京理工大学能源与环境政策研究中心发布的《“十三五”及2030年能源经济展望》报告提出，中国煤炭消费量将在2019年左右达到峰值，之后逐年下降；预计在“十三五”期间，中国石油需求量温和增长，年均增长率约为1.7%；非化石能源需求占比将超过石油，碳排放峰值有望在2025年出现，非化石能源占比20%的目标也能提前出现。国家发展改革委能源研究所姜克隽研究团队公布的研究结果显示，中国在2020—2022年有实现碳排放达峰的可能，碳排放实现提早达峰不是通过对经济发展进行限制，而是主要依靠调整经济结构、强化节能、发展可再生能源和核电、利用碳捕捉和存储技术，倡导低碳生活方式和消费等[5]。

（二）碳排放达峰的基本规律

1.国外基本情况

一个地区何时达到碳排放和能源消费峰值，与当地的经济社会发展阶段和发展方式密切相关，从对已跨越碳排放峰值的发达国家的相关研究来看，碳排放达峰和能源消费峰值的实现有其自身的客观规律，并非刻意或随意设定时间，基本统计规律涉及五个主要经济社会发展指标[1][6][7]：

一是城市化和工业化水平。城市化和工业化水平达到一定程度是一个地区碳排放达峰的基本前提，进入工业化后期，城市化率达到75%以上时，城市不再需要大量的钢筋水泥进行住房和基础设施建设，相应的重工业产品和能源消费需求也大大缩减，高端制造业和现代服务业快速发展，碳排放开始下降，峰值才可能出现。

二是经济增速（GDP年增长率）。碳排放峰值一般出现在地区经济增长速度较低时，不超过3%，此时经济增长所需的能源消耗增速也大大减弱。

三是人均GDP。碳排放峰值一般出现在人均收入水平较高时，大多在2万美元以上，此时人们对能耗较高的产品消费所占比例已经很小，甚至随着节能措施的实施，人均能耗开始下降。实现碳排放峰值时，美国人均碳排放量为22吨左右，对应的人均GDP为2.5万美元；德国人均碳排放量为14吨左右，对应的人均GDP为2.4万美元；法国人均碳排放量为10吨左右，对应的人均GDP为2.3美元。

四是第三产业占比。碳排放峰值一般出现在第三产业占比达到65%以上之后，能耗较高的第二产业比重逐渐下降，地区经济增长主要依赖第三产业。

五是人口总数。碳排放峰值一般出现在人口总数达到峰值以后，总人口不再增加。

2.对中国碳排放形势的判断

参照发达国家实现碳排放峰值的一般规律，结合当前我国经济社会发展现状，我国碳排放达峰尚有一段艰难的路要走。综合专家学者的研究成果来看，对中国碳排放形势的判断有五方面[1][5][8][9]：

工业化是排放峰值能否尽早达到的首要因素。我国目前整体已经进入工业化后期，工业化水平已达到60%以上，距离完成工业化（80%以上）还有20个百分点的空间。从工业化国家和我国历史数据比较来看，工业化水平每增长1个百分点，二氧化碳则相应增加0.6亿吨，意味着我国在2020年基本完成工业化时工业部门至少还要增加约10亿—12亿吨排放量，2025年以前工业部门总体达到峰值有难度。

城市将是中国未来排放的主要增长来源。中国城镇人均生活能耗是农村人均水平的1.5倍，城镇单位建筑面积能耗是农村地区的4.5倍，相应的总能耗和排放约为农村水平的3倍。部分研究机构预测结果显示，到2030年，中国城市化率还有约20个百分点的上升空间。中国当前的城镇化速度是每年约1个百分点，这1个百分点意味着每年新增建筑面积近20亿平方米、机动车近2000万辆。从发达国家和中国历史数据比较来看，城市化水平每增长1个百分点，交通和建筑等部门新增能源需求约8000万吨标煤，二氧化碳排放将相应增加约2亿吨。

能源结构调整将对峰值目标的实现起到决定性作用。当前我国能源消费品种结构仍以煤炭、石油等高碳能源为主，相比于国际平均水平，能源结构清洁化和低碳化的空间至少有20个百分点，也就意味着同等消费总量下可以减排10%—25%左右。

中国尽早实现碳排放达峰，并与能源消费实现错峰面临较大挑战。为确保我国2030年二氧化碳排放达峰，2035年左右实现能源消费峰值，错开二氧化碳排放和能源消费峰值，一方面及早达到二氧化碳排放峰值，实现我国的承诺；另一方面又要通过非化石能源的增长确保我国经济增长不因为二氧化碳排放峰值的承诺而使经济陷入停滞。但是，碳排放和能源消费要实现错峰也并非易事，只有经济增长早就进入低速徘徊阶段、非化石能源比重较大且发展较快的国家才实现了错峰。

技术因素将是我国碳减排及实现碳排放达峰的重要因素。有学者预测，到2030年之前，我国可达到目前发达国家生活水平，同时比发达国家的人均能耗低很多，这些都源于新能源、节能与低碳技术的快速发展。自“十一五”期间我国大规模推进节能以来，节能技术与应用在我国取得了突飞猛进的进展。技术节能指标大大提高，不少产品的单耗已经接近发达国家。“十二五”至“十三五”期间，持续性、强有力的节能政策还在进行，可以预计我国在未来一段时间内，节能对能源消费增长的控制效果还会很明显。碳捕获和封存（carbon capture and storage，CCS）作为负排放技术，也必将成为我国进一步减排的重要技术。

二、北京市碳排放来源及核算方法

碳排放量是指一定区域内人类活动排放的温室气体的全面汇总。碳排放源是指向大气中排放温室气体的任何过程或活动，一般包括：能源活动、工业生产过程、农业活动、土地利用变化和林业、城市废弃物处理五大领域。另外，对于一个地区来说，外调电力（不含绿电）虽然不在本地消耗一次能源，但也间接产生温室气体，应计入调入地温室气体排放核算中。

碳排放计算一般基于碳排放源的活动水平数据和排放因子等参数，其中活动水平数据是指特定时期内（一年）以及在界定地区内，产生温室气体排放的人为活动量，如化石燃料消费量等；排放因子是与活动水平数据相对应的系数，用于量化单位活动水平的温室气体排放量，如单位化石燃料燃烧的二氧化碳排放量等。本研究中对北京市碳排放量的核算方法和排放因子均参照2011年国家发改委组织编写的《省级温室气体清单编制指南》和2013—2015年国家发改委发布的24行业企业温室气体排放核算方法与报告指南；能源活动水平数据均来源于北京市统计局官方网站，由于能源统计口径的变化，仅采用了2013年新口径调整后的数据。

三、北京市碳排放基本情况

（一）全市碳净排放总量超过1.5亿吨，人均碳排放量7吨左右

2013—2015年，北京市碳排放总量超过1.5亿吨，总体呈现逐年下降趋势。全市人均碳排放量7吨左右，远低于发达国家碳排放峰值时的人均水平，且呈逐年下降趋势。

（二）全市能源活动与外调电力是碳排放主要来源，占比超过90%

北京市境内的能源活动是全市碳排放的第一大来源，年排放量在1亿吨左右，近三年占全市碳排放总量的比重有所增加，从2013年的62.8%上升至2015年的64.9%。北京是典型的资源依赖型城市，2013—2015年外调电力达到500多亿千瓦时，在全市能源消费中所占比重达30%左右。扣除可再生能源和新能源产生的绿色电力（以下简称“绿电”）部分，由外调电产生的间接碳排放量在4000万吨以上，占全市碳排放总量的比重接近1/3，成为全市不可忽视的重要碳排放来源。

（三）石油取代煤炭成为主要碳排放源，占比超过40%

北京市境内能源活动产生碳排放，主要源于煤炭、石油和天然气三大化石能源燃烧。从碳排放的能源品种构成来看（见表2），2013年，煤炭使用产生的碳排放量最大，占化石能源燃烧碳排放总量的42.0%；其次是石油，所占比重为38.2%；天然气使用产生的碳排放量最小，所占比重仅为19.8%。随着北京市“清洁空气行动计划”和“压减燃煤”工作的强力推进，煤炭消费大幅减少，2014年开始石油取代煤炭成为主要碳排放源，石油使用产生的碳排放量所占比重超过40%，煤炭使用产生的碳排放量所占比重大幅下降，至2015年下降了约17个百分点。

表2 北京市碳排放的化石能源来源构成（2013—2015）

（四）碳排放部门构成以能源加工转换行业和第三产业为主，占比超过2/3

从北京市碳排放的部门构成来看（见图1），发电、供热等能源加工转换行业和第三产业贡献最大，2013～2015年，这两大部门所占比重之和在2/3以上；近1/5的碳排放来自居民生活部门；第二产业碳排放所占比重较小，仅为11%左右。

图1 北京市碳排放部门构成（2013—2015）

（五）综合能源碳排放系数逐年降低，能源结构调整对碳减排作用显著

为综合反映一个地区一段时期（一年）内能源结构变化对碳排放的影响，并实现周期可比性，本研究采用综合能源碳排放系数进行表征，该系数是指一个地区在一年内，平均每消耗1吨标准煤能源燃料所产生的二氧化碳排放数量。北京市近几年化石能源的综合能源碳排放系数情况（见表3）。三大化石燃料中，煤炭的综合碳排放系数最高，石油次之，天然气系数最低。1吨标准煤当量的煤炭燃烧产生的CO2量最多，约为2.60吨；1吨标准煤当量的天然气燃烧产生的CO2量较少，约为1.63吨；1吨标准煤当量的石油燃烧产生的CO2量约为2.03吨。

“十二五”以来，北京市加快推进能源发展方式转变和结构优化转型，实现了煤炭消费总量大幅削减。2013—2015年，通过能源结构优化调整，煤炭在化石能源消费中的比重从34.2%下降到了19.2%，下降了15个百分点，天然气比重从25.8%上升到39.8%，上升了14个百分点，如表3所示。碳排放系数最高的煤炭消费减少了约800万吨，直接带动综合能源碳排放系数从2.13下降到1.98，即平均消费1吨标准煤当量的化石燃料产生的CO2量从2.13吨下降到1.98吨，下降了7.0%，年均下降3.4%。能源结构调整对碳减排作用显著，每燃烧一吨标煤当量的化石能源，碳排放量减少了0.15吨，年均可实现碳减排量300多万吨。

表3 北京市化石能源的综合能源碳排放系数

四、北京市碳排放达峰形势预测

北京是全国能源消费大市，“十三五”期间，交通运输业、居民生活等领域的能源消费刚性需求仍然强劲，全市规划新增能源消费总量约800万吨标准煤。执行本市“十三五”规划和北京城市总体规划（2016—2035年）目标，即到2020年北京市能源消费总量达到7650万吨标准煤，煤炭消费量削减至500万吨，届时优质能源所占比重将由2015年的86.3%提高到95.3%，新能源和可再生能源利用占比也将由2015年的6.6%提高到2020年的8.0%，外调电中绿电所占比重将由2015年的8.5%提高到13.0%（见表4）。预计2020年全市碳排放总量约为1.66亿吨，人均碳排放量7.2吨左右。

表4 北京市能源消费总量控制及结构调整规划目标

根据京津冀协同发展要求，结合2022年雄安核心区基本建成的进度安排，预计“十四五”时期内，北京市非首都功能疏解任务基本完成，人口规模控制在2300万内。到2025年，北京市“高精尖”产业结构渐趋稳定，第三产业比重将超过85%。交通运输业继续推动全市能源消费总量逐年增长，大兴新机场将于2019年建成投运，初期3至5年内全市航空运输业能源消费会有较大幅度攀升，随着电动汽车、生物燃料汽车等新能源汽车的逐步推广以及机动车拥有量的饱和，预计2025年左右北京市交通运输能耗增速将逐步放缓。随着能源利用效率的大幅提升，2026年以后全市能耗总量增速将明显放缓，2030年之前服务业和居民生活领域能源消费总量可出现小幅下降趋势，交通运输体系逐步完善，预计在2030年左右北京市将迎来能源消费总量峰值，约为8800万吨标准煤。2031-2035年，北京市能源消费将处于动态调整过渡期，总量基本维持在8800万吨标准煤左右，如表4所示，能源结构继续优化调整，但空间逐渐收窄。

根据着力改善大气环境质量以及努力构建以电力和天然气为主，地热能、太阳能和风能等为辅的优质能源体系的要求与目标，进入“十四五”时期以后，北京市将持续推进压减燃煤工作，因地制宜开发本地新能源和可再生能源，积极引进外埠清洁优质电力，化石能源利用增速将大大放缓，全市能源消费增量将由新能源和可再生能源（包括外调绿电）支撑。同时，在京津冀大气污染联防联控和举办绿色冬奥会的严格要求下，北京市周边地区不仅一次绿色电力比重会大大提升，且二次化石能源电力也会更加清洁化，碳排放因子也随之下降（华北、东北、华东、华中、西北和南方六大区域电网中，华北电网的二氧化碳排放因子最高）。

综合以上分析，北京市能源消费总量增速将在“十四五”到“十五五”期间实现明显下降，并有望在2030年达到峰值，境内能源消费结构将得到明显优化，高碳能源逐步由零碳的新能源和可再生能源替代，计入全市碳排放的外调电力碳排放因子也将有所削减，预计2020年碳排放达峰目标可以实现，碳排放峰值约为1.66亿吨，碳排放趋势如图2所示。

图2 北京市碳排放趋势预测

五、北京市碳排放达峰的关键因素分析

（一）能耗增量较大是北京市碳排放达峰的首要制约因素

根据发达国家先行经验，要实现碳排放达到峰值，城市化和工业化水平、经济增速、人均GDP、第三产业占比及人口总数这五类与能源消费和碳排放密切相关的指标要达到一定水平（如表5所示）。以北京市“十三五”时期发展形势判断，到2020年，仅有经济增速不能满足低速（不超过3%）要求，其他四类指标均符合碳排放达峰的经济社会发展特征：进一步提高工业化和城市化水平，城市化率可达87%；在GDP增速为6.5%的预期水平下，人均GDP水平将超过2万美元；随着非首都功能疏解加快进行，“高精尖”经济结构初显雏形，第三产业比重有望高达85%；全市常住人口规模控制在2300万人以内，2020年以后长期稳定在这一水平。一般来说，经济增速超过4%时，能源消费总量将持续增加，如果没有新能源和可再生能源的支撑，要实现碳排放达峰，就需要付出更多的努力。

虽然北京市从“十二五”时期进入了经济增速换挡期，从先前年均两位数的高速增长下降至“十二五”期间年均7.5%的增速，且在“十三五”期间仍持续下降至6.5%左右。“十三五”时期，换挡后的经济增速仍需要消耗大量能源来支撑，而且石油、天然气等化石能源消费仍占据绝对主导地位，全市新增800万吨标准煤的能耗总量中，零碳的新能源和可再生能源增量所占比重仅为21%左右。因此，短期内北京市碳排放总量刚性增长趋势强劲，为保证顺利实现2020年碳排放达峰的目标，应持续加强能耗总量控制，特别是高碳能源消费总量的控制。

从测算结果来看，进入“十四五”时期以后，随着燃气发电和供热项目完成以及第三产业发展规模和人口总量逐步得到稳定控制，北京市燃气消费增量和外调非绿电增量将得到有效控制，预计全市新增能耗总量650万吨标准煤，其中高碳化石能源消费增量比重大幅下降，仅为12%左右。“十五五”期间，北京市清洁高效的交通运输体系将逐步完善，油品消费新增量也将得到有效控制，预计全市新增能耗总量500万吨标准煤，其中高碳化石能源消费增量比重下降至6%左右。因此，未来5-15年内，新能源和可再生能源利用量的大幅增加将成为支撑全市经济增长的主要动力，高碳化石能源消费的大幅削减直接推动全市碳排放在2020年实现达峰目标。

表5 碳排放达峰时主要经济社会发展指标比较（北京VS发达国家）

（二）大幅提高非化石能源和外调绿电比重是北京市尽早实现碳排放达峰的主要途径

煤炭、石油等高碳能源品种大量消耗是碳排放快速增长的主要驱动力，德国、法国、英国等发达国家在20世纪七八十年代就实现了碳排放达峰，且先于国家能源消费总量达峰，主要是通过迅速提高非化石能源消费比重，以非化石能源消费总量的快速扩张来支撑经济的持续增长。

北京市境内的化石能源消耗和京外的外调非绿电来源占据了全市碳排放核算量的90%以上。随着压减燃煤工作空间的逐渐压缩，“十三五”后半期优化能源品种结构的方式将主要靠提高天然气和外调电比重。“煤改气”虽然使用了相对清洁的化石能源，但仍会带动碳排放量的刚性增长。因此，在能源消费总量刚性增长需求下，只有通过大幅提高非化石能源比重，包括加快开发利用新能源和可再生能源以及加大外调绿电比重，北京市才能在“十三五”末期顺利实现碳排放达峰的目标。

北京市新能源和可再生能源开发利用量仍然较小，2015年为400多万吨标准煤，占全市能耗总量的比重约为6.6%；预计“十三五”时期全市新能源和可再生能源利用量可新增170万吨标准煤左右，占全市能耗总量的比重可提升至8%，相当于实现碳减排300多万吨。北京市未来几年仍依赖大量的外调电力供给全市用电需求，外调电力在全市能源消费中所占比重将超过30%，借助举办绿色冬奥会的契机，北京市应加强与周边城市开发和使用绿色电力的合作，快速提升一次绿电调入比重，同时调入更多、更加清洁化的二次能源电力。从测算结果来看，“十三五”时期，外调绿电比重从2015年的8.5%提升至2020年的13.0%，可实现碳减排约300万吨；“十四五”末期，将外调绿电比重从13.0%提升至30.0%，且电力碳排放因子从8.843万吨CO2/亿千万时下降到8.5万吨CO2/亿千万时，可实现碳减排约1600万吨，对推动北京市碳减排及在2020年实现碳排放达峰起到显著作用。

（三）加快推进政策与技术节能减碳成为北京市实现碳排放达峰的重要保障

北京作为一个大都市，自身可开发利用的新能源和可再生能源体量十分有限，这就使得以上提及的碳减排主要途径“大幅提高非化石能源比重”面临较大挑战。事实上，节能减碳政策及技术在生产和消费领域的应用，可大大提升能源利用效率，即在保持同样经济增速的情况下，可实现能源消费量和碳排放量的显著缩减。“十二五”期间，北京市以年均1.5%的能耗增长支撑了年均7.5%的经济增长，万元地区生产总值能耗和碳排放分别累计下降25%和30%，能源利用效率位居全国首位。“十三五”期间，持续性、强有力的节能减排政策还在进行，万元地区生产总值能耗和碳排放至少累计下降17%和20.5%，节能目标考核、合同能源管理、碳核查、能效领跑等节能减碳政策对能源消费和碳排放增长的控制效果仍然较为明显。另外，碳捕获和封存负排放技术，也正在探索成为地区进一步减排的重要技术。

参考文献：

[1]周勇.基于能源消费和CO2排放峰值的中国未来经济增长速度预测[J].科学与管理，2016，36（4）:75-79.

[2]程路，邢璐.2030年碳排放达到峰值对电力发展的要求及影响分析[J].中国电力，2016，49（1）：174-177.

[3]安娜.中国石油经济技术研究院发布报告称我国化石能源消费将在2030年达到峰值[N].中国矿业报，2016-7-14（001）.

[4]刘泊静.需求结构变化，碳排路径改变[N].中国电力报，2016-3-22（002）.

[5]孙楠.能源研究所研究员姜克隽：中国碳排放存在提前达峰值可能性[N].中国气象报，2015-10-29（003）.

[6]孙维，余卓君，廖翠萍.广州市碳排放达峰值分析[J].新能源进展，2016，4（3）：246-252.

[7]郭士伊.气候变化新阶段下工业控制碳排放峰值管理[J].节能与环保，2016，（7）：50-53.

[8]柴麒敏.分解中国碳排放峰值 [J].中国经济报告，2015，（7）：54-56.

[9]姜克隽，贺晨旻，庄幸等.我国能源活动CO2排放在2020-2022年之间达到峰值情景和可行性研究[J].气候变化研究进展，2016，12（3）：167-170.

[10]刘长松.我国实现碳排放峰值目标的挑战与对策[J].宏观经济管理，2015，（9）：46-50.