多情景模拟下资源枯竭型城市能源消费碳达峰预测研究——以铜陵市为例

杨桂才 张 峰

1. 铜陵学院建筑工程学院 安徽 铜陵 244000

2. 祥源文化旅游研究院有限公司 上海 201100

当前控碳、减碳成为世界关注的焦点。习近平总书记在第七十五届联合国大会上提出，中国将于2030年二氧化碳排放力争达到峰值这一庄严承诺。资源枯竭型城市相对于普通城市，具有能源结构单一、利用率低等特点，在“碳达峰”背景下面临能源结构调整和能源消费制约等问题，如不能正确处理，将会严重限制资源枯竭型城市经济和社会发展。

1 文献综述

我国学者对国家尺度和省域尺度碳排放测算和能源消费进行了深入研究。方琦等从我国能源消费总量与结构出发，对我国“2030年实现碳达峰，2060年实现碳中和”目标下的碳排放量进行了预测[1]。王少剑等结合多情景分析等方法，动态模拟2021～2035年珠江三角洲城市群的碳排放量并分析了2006～2035年碳排放的演化路径、碳达峰与碳减排潜力，丰富了后新冠肺炎疫情时期城市碳排放的相关情景研究[2]。朱法华等通过对比中国与主要发达国家的能源消费、经济发展、碳排放情况，预测中国碳达峰时的能源消费量及能源结构，提出减碳路径，探讨碳达峰、碳中和目标下能源与经济发展对策[3]。

朱琳以土地资源为载体，多角度探讨资源枯竭城市转型发展的可持续性。通过多角度多方位对资源枯竭城市转型做出了一系列客观评价[4]。李宪海等研究了铜陵市转型的主要路径，即资源型产业多元化延伸、非资源型产业发展升级、深化循环经济，以及不同转型路径产生的效果；提出了协调稳固替代产业、提升工业产品层次、拓展原材料供应渠道等巩固区域经济转型成果的建议[5]。

综上所述，目前碳排放测算和能源消费的研究主要聚焦于国家和省域尺度，对于资源枯竭型城市能源消耗碳达峰预测研究大多数都处于起步阶段，且多为资源枯竭型城市的转型问题与能源消耗对碳排放量影响因素的研究，资源枯竭型城市的能源消耗对碳达峰预测研究尚有一定空缺。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

研究所涉及的不同类型能源消费数据来自于2006—2017年《铜陵市统计年鉴》、《中国统计年鉴》和《中国能源统计年鉴》。

2.2 碳排放核算方法

社会活动产生的二氧化碳90%以上是由于含碳能源消费导致[6]，所以本文将采用区域能源消费碳排放总量替代区域碳排放总量的核算方法。城市能源消费碳排放总量等于城市各类型能源消费总量乘以不同类型能源的碳排放系数之和。城市各类型能源主要包括煤炭、石油、天然气及电力。

计算公式如下：

公式中，P表示能源发热量，Cj表示电力二氧化碳排放量，C表示二氧化碳排放量，θ表示能源所占百分比，δ表示能源消费量，φ表示碳排放系数(φ4表示电力的碳排放系数），ω表示能源平均地位发热量（ω1表示煤炭的平均低位发热量）。其中5.83是指1kg煤炭产生的二氧化碳量约等于5.83kw·h电力产生的二氧化碳排放量。

煤炭、石油、天然气及电力的碳排放系数，其中煤炭和石油以原煤和汽油作为取值依据，其中参数参考张保留等[7-9]研究中的数值（表1）。由于不同年份发电的能源结构有差异，导致每年的电力碳排放系数不同，本文在计算电力碳排放时，从2006年到2017年按照个年份的碳排放系数来逐年计算电力的碳排放量，其中参数参考王烨等[9-10]研究中的数值（表1）。（表2）。

表1 化石能源碳排放/［104t/104t(以CO2计)］[7-9]

表2 不同年份电力碳排放系数/［kg/(kW·h)］[9-10]

3 铜陵市能源消费总量及结构

研究表明，铜陵市能源消费总量呈上升趋势，2006-2017年，能源消费总量由2006年的587.2×104t(以标煤计)增至2017年的1643.6×104t(以标煤计)，增长了3倍左右。其中，煤炭作为主要消费能源，且每年的消费量逐年上升，电力、天然气的消费量同样呈上升趋势，石油的消费量呈下降趋势（图1）。

在能源消费组成中，煤炭消费量在2006-2017年呈上升状态，占比一直在90%左右，石油消费呈下降状态；电力消费逐渐上升，且占比也越来越高；天然气消费总体也是呈上升状态，但总体占比很小，到2017年也仅仅只有0.6%左右。

4 铜陵市碳排放及碳达峰分析

4.1 铜陵市碳排放核算

通过核算，铜陵市碳排放情况如下（图2），在2006-2017年碳排量整体呈上升状态，由2006年的441.0×104t上升至2017年的1217.1×104t，总体上翻了1.5倍左右。在碳排放来源构成中，90%都由煤炭和电力碳排放作为主要来源，石油的碳排放占比一直在减少，2006-2017年天然气碳排放量逐渐上升，但在2017年其占比也仅为0.2%左右。

4.2 铜陵市碳达峰预测分析

2006-2017年，铜陵市碳排放总量主要呈上升趋势（图3）。以2006-2017年铜陵市碳排放量进行预测，在此期间铜陵市二氧化碳年均排放增长率为14%左右，若未来仍以此增速计算，铜陵市在2030年碳达峰值约为6163.9×104t；

本文模拟基准情景、政策规划情景、优化政策情景三种情景对其进行分析。

（1）基准情景。这里根据铜陵市206-2017年能源消费结构的各能源消耗变量的年平均增长率计算平均值，其中煤炭年均增幅约0.01%，石油年均降幅约0.08%，天然气年均增幅约0.05%，电力年均增幅约0.02%，煤炭、石油、天然气及电力以2017年为基准对未来能源结构进行预测。

（2）政策规划情景。在基准情景的基础上，结合铜陵市能源发展“十四五”规划以及国家能源发展长期规划，鉴于国家提出非化石能源占比在2030年占比在25%以上，所以对于电力年均增幅设为1.36%；同时对煤炭消费做出限制，煤炭占比年均降幅为1%～2%；石油占比年均降幅为0.02%；天然气消费占比年均增幅为0.5%～0.7%。以此幅度进行计算。

（3）优化政策情景。在政策规划情景的基础上，积极落实全民低碳经济意识，使铜陵市的能源消费结构进一步优化，假设电力消费不变，石油消费不变，进一步降低煤炭消费占比，提升天然气消费占比，预设煤炭消费占比年均降幅为2%～3%；天然气消费占比年均增幅为1%～1.5%。

模拟结果为：

基准情景：在此情境下，铜陵市碳排放量处于上升趋势，到2030年其峰值量为4119.7×104t；其中化石能源的碳排放量降低，非化石能源（电力）的碳排放量上升。

政策规划情景：相对于基准情景，在政策规划的影响下，碳排放量将在2029年达到最大，其峰值约为3913.7×104t；而在2030年其碳排放量下降至3910.1×104t。此时煤炭占比下降至65.99%，而电力占比上升至25.04%。

优化政策情景：对比政策规划情景，优化后的碳达峰时间有所提前，在2027年达到最大峰值3832.3×104t；而在2030年其碳排放量下降至3809.7×104t，此时煤炭占比为58.71%、天然气占比为16.22%（见图4）。

4.3 结果讨论

综上所述，在三种能源消费结构情景模拟下，其中在基准情景下，从2018-2030年其碳排放量都是处于上升的趋势，而政策和优化情景下，都是在2030年之前达到峰值。

5 结论与对策

5.1 研究结论

（1）铜陵市在2006-2017年能源费量整体呈上升状态。其中，碳排放量由2006年的1345.4×104t，上升到2017年的3653.5×104t。从2006-2017年的能源消费数据中，煤炭消费一直占主要地位，由于近些年对于化石能源消费的控制，电力消费结构占比呈上升趋势，由2006年的7.15%，上升至2017年的7.36%。而石油消费则呈下降趋势；天然气消费虽有所上升但占比依旧很少，由2006年不到0.1%，到2017年的0.62%。

（2）从情景模拟的结果来看，若以2006-2017年的基本数据进行达碳峰预测，那么直至2030年也不会出现峰值；要想提前实现“碳达峰”，还需要继续优化能源消费结构，对各类能源进行合理使用和消费，同时为实现“碳中和”这一目标与要求做铺垫。

5.2 对策建议

（1）拥有明确目标，发掘潜能。由于铜陵市属于资源枯竭型城市，许多能源不可再生，因此需对能源的利用达到最大化，提高其利用效率，避免不必要的损失与能耗；可积极推进新能源建设如氢能、氨能等发电可减少二氧化碳的排放。

（2）推动产业转型，定位清晰。随着能源的不断消费，资源枯竭型城市终将面临转型。铜陵市经济发展相较于之前是有所下降的，面临社会经济的高度发展，不得不做出改变，现阶段在绿色节能、低碳环保的前提下，可大力发展战略性新兴产业、数字经济产业和新能源产业，并不断优化和改进其产业结构，走可持续发展道路。

（3）加大政策改革，构建体系。尽管铜陵市近几年颁布落实了许多减排政策，但仅仅对于不可再生资源的限制使用，是远远不够的，需要加大对可再生能源的开发和使用，在政策改革上多多扶持，逐渐构建出一个全新的能源消费结构体系。

（4）普及低碳生活，节能减排。将绿色节能、低碳环保的思想融入到群众生活里，例如从日常的出行活动、住宅的节能改造及能源的循环利用等，一点一滴，养成低碳生活的好习惯，为实现“碳达峰”这一目标做出贡献。