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北京提前实现碳排放达峰及未来路径研究
作者:钟良1,王红梅1,刘之琳1 发布时间:2020-07-24

 

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  要: 本文首次阐释了北京市提前实现碳排放达峰的经济社会基础,提出了北京市已经率先实现人均碳排放量和人均能耗量达峰;通过KAYA公式自上而下分析了北京市未来中长期低碳发展路径,描绘出各领域低碳政策路径图,指出北京要实现低碳领先发展,必须在可再生能源利用、产业高精尖化和非首都功能疏解(控制人口和城市规模)等方面深入开展工作,形成持续减碳的良性绿色发展道路。

关键词:碳排放达峰,低碳路径,KAYA公式

中图分类号            文献标志码A

 

The way of realizing carbon emission peak in advance in Beijing


Zhong Liang1Wang Hongmei1Liu Zhilin1

(1.Beijing Municipal Engineering Consulting Company , Beijing 100084, China)

 

AbstractThis paper first explained the economic and social basis of realizing the peak of carbon emissions in advance in Beijing, put forward that the per capita carbon emissions and per capita energy consumption have achieved the peak, analyzed the  long-term low-carbon development path of Beijing through the KAYA formula from top to bottom, maped out the low-carbon policy path in various fields, and pointed out that if Beijing wants to achieve low-carbon leading development, it must carry out in-depth work on renewable energy utilization, industrial sophistication, and non-capital function dissolution(control population and urban scale) to form a benign green development path for continuous carbon reduction.

Key wordscarbon emission peak, low-carbon path, KAYA formula


北京坚持推动低碳领先发展,是应对气候变化、加快生态文明建设的现实需要,是疏解非首都功能、加强京津冀协调发展的必然选择。北京市已成为2012年国家的低碳省区和城市的试点,并在全国各省级行政区中第一个提出了达峰目标,即2020年左右实现二氧化碳排放峰值,这对城市建设发展提出了更高要求。《北京城市总体规划(2016年-2035年)》提出,到2050年将北京建成国际一流的和谐宜居之都、具有全球影响力的大国首都和超大城市可持续发展的典范。无论是从内在动力和外在影响需要,北京市在全国率先实现温室气体排放达峰具有现实意义。

  1. 北京已经具备全国率先碳排放达峰的经济社会基础

1.1 经济社会发展与能源、碳排放增长出现“脱钩”

在发展初中期,经济增长主要依靠资源和能源的投入,呈现等速平行的增长趋势,这是一种粗放型增长模式;而在发展的高级阶段,则是用较少的原料和能源,特别是无害或少害的资源投入来达到既定的生产目标和消费目标,这是高质量的增长模式,从而实现经济发展与能源、排放增长的脱钩。北京的发展规律非常明显。在2010年之前,二氧化碳排放增速与经济、能耗增速保持亦步亦趋的态势;在2012年后,北京的二氧化碳排放增速和能耗增速出现脱离现象,并出现了碳排放的高峰(见图12)。

 

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注:1. 2012年北京市碳排放量出现历史性的峰值;2. 图中的GDP总量按照2000年可比价计算;3. 2010年后为新口径下的能源统计数据。

北京人口规模、GDP、能耗、碳排放总量变化(2000-2015年)

1.2 城市产业发展进入后工业化发展阶段

北京早已进入后工业化阶段,并朝着有世界影响力的国际城市高级阶段发展。根据有关研究[1],工业化进程可划分为前工业化、工业化实现和后工业化三个阶段,其中工业化实现阶段又分为初期、中期、后期三个时期,见表12015年,北京市人均GDP达到12939.45美元(按2005年购买力平价计算);第一产业就业占比仅为4.2%,远小于10%;城市化率达到86.5%,大于75%。因此北京属于后工业化阶段,也是国内最先进入后工业发展阶段的省市之一,其显著特征就是不完全依赖于能源和资源等推动经济社会发展。该特征主要表现在三个方面,一是由产品生产经济转向服务性经济。受2008年奥运会成功申办的推动,北京经济结构发生巨大变化。2006年第三产业增加值占GDP的比例突破70%2007年第三产业从业人员数量占总从业人数的比例超过70%,北京市在国内率先进入了以服务性经济为主导的后工业发展阶段。二是经济实力显著增强。2010年实现地区生产总值14113.6亿元,人均GDP超过1万美元。2018年,人均GDP更是超过2万美元。按照国际发展经验,北京早已进入中上等国家和地区的发展水平。三是经济增长已由投资主导型转向投资与消费“双拉动”。2006年,消费对全市经济拉动作用首次超过投资,呈现投资与消费“双拉动”。2009年社会消费品零售总额达到5309.9亿元,比全社会固定资产投资总量多451.5亿元。

 

QQ截图20200724160250.png


 我国工业化发展阶段的判断标准

 

1.3 城市能源结构出现根本性变化,新增能源需求主要依靠清洁低碳能源满足

1997年国内第一条天然气管道——陕甘宁线贯通运行开始,北京逐步开展减煤替煤的工作。随着1998年第一阶段大气空气质量治理工作的启动和2000年成功获得奥运会举办权,北京对中心城区几万座燃煤大灶、茶炉和锅炉进行了清洁改造,首钢、焦化厂、东方化工厂等工业企业陆续完成了调整搬迁,全市燃煤量在2005年达到3069万吨高峰后,开始快速下降(见图3)。2017年煤炭消费量490.5万吨,城市能源结构出现根本性变化,已经由过去以煤炭为主的结构转变成为以电力、天然气、清洁油品为主导,新能源可再生能源为补充的清洁能源结构。

 

 

                                                                                                      

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1.4 首个减量型城市总规奠定了未来持续减碳的基础

围绕“建设一个什么样的首都,怎样建设首都”这一核心问题,《北京市城市总体规划(2016-2035年)》(简称“总规”)成为了是北京市历史上第一个减量化发展规划,也是国内副省级以上的城市中第一个减量型规划。总规提出了要以资源环境承载能力为硬约束,切实减重、减负、减量发展,实施人口规模、建设规模双控,倒逼发展方式转变、产业结构转型升级、城市功能优化调整。围绕城市新的功能定位的一系列政策计划的出台,将形成影响未来十几年甚至更长远时期的发展路径。

从未来看,随着《总规》的颁布,为北京市未来持续降碳工作提供十分有利的条件和发展基础。一是控制人口。2007年北京人均碳排放量和能耗量均达到峰值(见图4),若人口增量趋于平缓直至为零,意味着将达到碳排放总量峰值。《总规》确定北京常住人口规模到2020年控制在2300万人以内,2020年以后长期稳定在这一水平。这是未来持续减碳的根本基础。二是优化城市空间布局。到2020年城乡建设用地规模由现状2921平方公里减到2860平方公里左右,到2035年减到2760平方公里左右,同时加强城市生产系统和生活系统循环链接,促进职住平衡发展、地上地下协调发展,提供更平等均衡的公共服务等。三是重点领域系统减排。在绿色建筑领域,高标准推广绿色建筑,全面强化建筑运行能耗管理;在交通领域,提出坚持公共交通优先战略,加强交通需求调控,加强静态交通秩序管理,改善城市交通微循环系统等。四是大气环境治理。大气治理和温室气体减排具有高度的协同性。当期越来越严格的大气污染防治目标,对碳排放具有极大促进作用和倒逼效应,尤其是压减燃煤、散乱污企业治理、柴油车治理等措施加快了能源清洁低碳化步伐。根据规划,2020年中心城区和重点地区实现无煤化;2035年全市基本实现无煤化。总之,北京已经走上了持续减碳的不可逆轨迹。

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2 北京市未来持续减碳潜力分析

经分析,北京市的碳排放重点领域是产业、能源、交通、建筑、居民等。通过对重点减排领域尽最大可能挖潜进行减排,得到北京市未来近中期内的节能减碳的潜力,汇总见表2。尽管北京市碳减排强度已经处于全国较高水平,但未来仍有较大潜力。

其中,潜力最大的前五项措施依次是增加绿电调入量、实现无煤化、推广新能源汽车、淘汰“散乱污”企业和提高第三产业比重,同时发展可再生能源、提高绿色出行比例以及减少交通拥堵的效果也比较显著,见图5。实践上,采用何种政策和技术路径,需要结合成本、土地、商业模式等可承受的条件,选择不同的措施和路径组合,最终实现预期的低碳城市发展目标。

北京市未来减碳潜力分析


领域

主要措施

减排潜力

万吨CO2

占比

产业

提高第三产业增加值比例

2100

26%

继续淘汰上千家“散乱污”企业

发展高精尖产业结构

能源

非煤炭的清洁能比重达到100%(全面无煤化)

4240

52%

最大可能扩大可再生能源利用面积

最大可能增加绿电调入量

新重点建设区域实现高标准的区域冷热电综合能源系统

城市交通

最大可能增加公共交通和步行、自行车等的出行比例

1650

20%

最大可能推广应用新能源汽车

积极发展交通引导系统

最大可能推广停车引导系统

减低拥堵程度

建筑

新建建筑实行第五步居住建筑节能设计标准

220

3%

最大可能实行绿色建筑二星及以上标准

全部实现非节能居住建筑节能改造

最大可能实现非节能公共建筑节能改造

消费

积极引导居民低碳生活方式

100

1%

合计

8090

100%

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3 利用KAYA公式自上而下辨别未来低碳发展路径

利用Kaya公式分析预测环境排放是一种简单直观的分析方法,它可以将社会、经济、能源、排放等宏观总体因子之间的关系以简单的数学关系加以描述,考察二氧化碳排放量变化的影响和趋势。该公式的因子构成[2],即碳排放总量=GDP×万元GDP能源消耗×单位能耗碳排放(CO2==)。其中,CO2是能源活动产生的二氧化碳;E是一次能源消费量;GDP代表国内生产总值。式中,CE表示单位能源碳排放量;EG表示单位GDP能耗量;G表示GDP

结合北京市发展实际和规划,对未来假设三种情景。

基准情景。即不额外采取减排行动,在城市未来经济增长、产业结构、人口、建筑和交通方式、能源服务、技术发展和政策措施等保持原有惯性趋势下,城市产生温室气体排放方式的情景。

低碳情景(以现行规划为路径)。即在基准情景上,加大技术、资金、政策等方面的投入,创新政策并加大执行深度和广度的情景方式。结合北京市实际,该路径将以颁布的“十三五”规划及《北京城市总体规划(2016-2035年)》确立的社会经济发展目标能够基本实现为基础进行参数设定并分析。这些规划的具体目标和举措,已经考虑到了城市发展的资源禀赋和资源条件,并积极体现北京作为首都在全国的先进性。

强化情景(在现行规划基础上的增强型路径)。即将在既定的规划路径基础上,参考借鉴国内外其他领先城市建设经验,进一步扩大应用范围和加强执行力度,包括在经济发展、能源结构、能源总量等方面超越或提前实现现行规划目标,进一步探索使北京市在各领域发挥全国领先作用的增强型工作措施,在此基础上的碳排放路径情景。该情景是一个非常乐观、更为理想的情景,是从产业结构到能源结构的进一步优化,以及从生产方式到生活方式的深入变革。

3.1 经济增速继续缓步回落

与全国趋势趋同,未来北京市经济增速将逐步趋缓。结合《北京市国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》、《北京城市总体规划(2016-2035年)》及其前期研究成果,借鉴国内相关专家对全国经济增速预判[3],未来北京市经济增速将逐步放缓,具体设定以下经济增速。

3 北京市各阶段经济增速预估

阶段

2016-2020

2021-2025

2026-2030

2031-2035

经济年均增速

6.5%

5.5%

4.5%

4.0%

3.2 能源消费强度继续较快下降

“十二五”期间,北京市万元GDP能耗累计下降25.08%,超额完成“十二五”国家下发北京市的节能任务。2015年,全市能源消费总量6852.55万吨标准煤,万元GDP能耗0.298/万元。综合已经发布的《北京市“十三五”时期节能降耗及应对气候变化规划》、《北京市“十三五”时期能源发展规划》以及《北京城市总体规划(2016-2035年)》中对全市节能减排提出的约束性指标,以及全市节能潜力,未来各阶段的能源强度下降趋势存在三种可能,见表4

4 北京市2016-2035年能源强度下降趋势设定

阶段

2016-2020

2021-2025

2026-2030

2031-2035

基准情景

17%

16%

15%

15%

低碳情景

18%

17%

16%

15%

强化情景

24%

20%

19%

18%

3.3 能源结构深度优化推动能源碳排放强度下降

以天然气、可再生能源等代替煤炭等传统能源的使用,促进能源结构清洁低碳,进而带来地区能源碳排放强度的下降。三种情景的能源结构如下:

基准情景。2015年,北京市一次能源消费结构中化石能源占比47%,可再生能源(含外调绿电)占比6.6%,仅为全国平均水平的1/2。基准情景下,假设未采取任何结构调整措施,能源消费结构在2015年基础上,长期保持不变。

 

 

 


低碳情景。该情景下,《北京市“十三五”时期能源发展规划》、《北京市“十三五”时期新能源和可再生能源发展规划》以及《北京城市总体规划(2016-2035年)》中能源清洁转型目标全部实现。预计到2020年北京市可再生能源比例达到8%,煤炭消费总量控制在500万吨。到2035年,可再生能源比例达到20%,实现全市无煤化。

强化情景。即在低碳情景基础上,全面实施并加快清洁能源替代,包括加快锅炉煤改气、农村地区煤改电,大幅提升公共交通和慢行交通出行比例,交通领域油改电(发展电动汽车),大力开发本地可再生能源,推广地源热泵,太阳能光热和光电一体化建筑,提高能源效率,增加外调电力中绿色电力比例,提高非化石能源占比等。预计到2020年北京市可再生能源(含外调绿色电力)比例超过12%,到2030年化石能源消费基本实现达峰(力争提前达峰)。到2035年,可再生能源占比达到30%左右。

在不同情境下,北京市未来的单位能源碳排放强度均显著下降,见图6,尤其是在强化路径下下降的程度更明显。正是由于煤炭等高排放性能源的加快推出,以地热、光伏、光热等为代表的新能源广泛推广应用,天然气比重逐年提高,进而降低了每单位能源的碳排放量,形成低碳型能源结构。

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3.4 低碳路径或强化路径均可实现规划既定的目标

不同情景下北京市碳排放发展路径见图7。总体上看,一是按照既有规划的路径(低碳情景),仅能确保2020年左右碳排放总量达峰,实现了对外目标承诺,而能耗总量仍然持续低缓增长,见图8。二是在强化路径下,即在现行规划路径基础上进一步优化结构(产业、空间、能源等),提高可再生能源利用、提高主要领域能效、加大控管措施,不仅确保在2012年后的碳排放持续降低,也在2030年左右实现能耗达峰(见图8),而能耗达峰是更强化的一种低碳路径。三是在强化路径下,到2035年能耗总量达到7500万吨标煤左右,碳排放总量12907万吨,分别比基准情景减少21%34%。因此,若北京在未来低碳发展中实现引领,提前实现碳排放达峰,有必要在原有规划路径基础上强化措施。

 

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4 主要结论

4.1 既有的规划路径可以实现2020年左右碳排放达峰,但仍有较大潜力挖掘

在既有规划路径下,按照《北京市“十三五”时期能源发展规划》、《北京市“十三五”时期新能源和可再生能源发展规划》以及《北京城市总体规划(2016-2035年)》,到2020年,二氧化碳排放总量约15960万吨,达到历史峰值,此后持续缓慢下降;到2035年,碳排放量下降到15373万吨。也要看到,在既有规划路径下,能耗总量仍然持续增长,预计到2035年能源消费总量达到8800万吨标准煤左右。这与纽约、东京等世界城市早在2000年前后均已实现碳排放和能耗总量峰值的情况还有较大差距,也与北京市减量型城市规划的总体方针不符,因此北京节能减碳的措施还有空间可挖。

4.2 尽早实现无煤化和加大可再生能源利用是持续减碳的重要基础

无论是低碳情景还是强化情景,无煤化和发展可再生能源都是重要的选项。强化情景中,北京市实现无煤化比低碳情景提前了10年,且可再生能源占比比低碳情景高10个百分点,在此两项重要措施带动下,2035年强化情景比低碳情景的碳排放总量减少2466万吨,效果明显。尤其是无煤化措施的实施,将使北京成为北方第一个完全使用清洁能源的城市,减碳降霾作用使用十分明显;其次,加强外部绿电的引入等,是弥补本地可再生能源资源不足的重要措施,同时减少外地化石能源发电的消耗,间接降低碳排放。

4.3 实施强化路径不仅可以确保提前实现碳排放达峰,并且推动在2030年左右实现能源消费总量达峰

实现能耗总量达峰是在实现碳排放达峰后的更高和更有难度的低碳目标,也是其他世界城市在城市规模和建设相对稳定后曾经出现的规律,从北京城市总体规划提出的减量提质高效的城市发展方向也提供了能耗达峰的基础。在强化路径下,北京市在2012年已出现碳排放的峰值,到2030年左右可实现能耗达峰,资源环境效率将显著提高。

 

【参考文献】

[1] 钟良, 王红梅. 北京市碳排放达峰规律研究[J]. 中国能源, 2019(4).

[2] 冯飞, 王晓明, 王金照. 对我国工业化发展阶段的判断[J]. 中国发展观察, 2012(8).

[3] 中国深度脱碳路径及政策分析[J]. 中国人口·资源与环境, 2017(9).

[4] 胡鞍钢,鄢一龙等. 2050中国:全面实现社会主义现代化[M], 浙江人民出版社, 2017.9:119-123.

[5] 钟良, 杨明坤, 胡紫月. 国际先锋城市低碳发展规划与经验借鉴[J]. 中国工程咨询, 2019, 228(5):52-55.

 

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