低碳经济  >> Vol. 7 No. 3 (August 2018)

河南省商用及民用领域碳排放峰值研究
Research on Peak Carbon Emissions in Commercial and Civil Areas in Henan Province

DOI: 10.12677/JLCE.2018.73012, PDF, HTML, XML, 下载: 525  浏览: 1,006 

作者: 徐夏楠*:河南省工程咨询中心,河南 郑州

关键词: 商用民用碳排放系统动力学Commercial Civil Carbon Emission System Dynamics

摘要: 环境问题日益引起人们的重视,绿色低碳发展已成为国际社会普遍选择的发展路径,我国高度重视应对气候变化问题,党的十九大报告对生态环境保护和生态文明建设进行了全面总结和重点部署。河南省工业化、城镇化加速发展,低碳发展是实现经济转型的必由之路,因此本文进行河南省商民领域碳排放峰值研究,为河南省低碳发展提供参考。
Abstract: Environmental issues have increasingly attracted people’s attention. Green and low-carbon development has become a generally chosen development path for the international community. China attaches great importance to addressing climate change issues. The report of the 19th National Congress of the Communist Party of China comprehensively summarized ecological environmental protection and ecological civilization construction. The industrialization and urbanization of Henan Province are accelerating, and low-carbon development is the only way to achieve economic transformation. Therefore, this paper conducts a study on the peak carbon emissions of commercial and commercial sectors in Henan Province, which provides a reference for low-carbon development in Henan Province.

文章引用: 徐夏楠. 河南省商用及民用领域碳排放峰值研究[J]. 低碳经济, 2018, 7(3): 97-108. https://doi.org/10.12677/JLCE.2018.73012

1. 引言

我国高度重视应对气候变化问题,党的十九大报告从推进绿色发展、着力解决突出环境问题、加大生态系统保护力度、改革生态环境监管体制等4个方面,对生态环境保护和生态文明建设进行了重点部署,力度更大、措施更严、要求更高。在2014年、2015年发表声明,承诺计划2030年左右二氧化碳排放达到峰值,到2030年单位国内生产总值二氧化碳排放将比2005年下降60%~65% [1]。河南省资源丰富,是全国农产品主产区和重要的矿产资源大省,正处于工业化、城镇化加快发展阶段。从历年能耗数据来看,河南省能源消耗强度始终高于全国平均水平,与经济发达的沿海地区相比更高。从能源消费角度考虑,河南省分部门能源消费中,农林牧渔业、工业、建筑业、交通运输、商业及其他、生活消费6个部门能源消费占比分别为2.79%、77.06%、0.64%、5.35%、3.71%、10.45% [2]。商业及其他和生活消费部门(主要指除交通运输外的服务业)在能源消费中占比可以达到14.16%,是第二大碳排放源。

根据国家统计局《三次产业划分规定》和《国民经济行业分类》(GB/T 4754-2011)中关于服务业的定位,本文将商业及其他和生活消费领域合并简称为商用和民用领域,广义上包括了除交通运输外的第三产业碳排放,具体包括:批发和零售业,仓储和邮政业,住宿和餐饮业,信息传输、软件和信息技术服务业,金融业,房地产业,租赁和商务服务业,科学研究和技术服务业,水利、环境和公共设施管理业,居民服务、修理和其他服务业,教育,卫生和社会工作,文化、体育和娱乐业,公共管理、社会保障和社会组织,国际组织,以及农、林、牧、渔业中的农、林、牧、渔服务业,采矿业中的开采辅助活动,制造业中的金属制品、机械和设备修理业 [3](图1)。

2. 问题识别及系统边界

商用及民用相关的能源消费主要指商业活动居民生活工作中,由于采暖、空调、照明、炊事和电器使用等行为所引起用气、用电、用煤产生的碳排放,主要包括了城镇和农村居民生活以及服务业和其他行业的能源消费和碳排放。

根据居民生活能源消耗建立模型,系统边界为居民工作生活用电、用煤、用气三个二级子系统,对系统行为产生影响的变量纳入系统边界内,无影响的变量不纳入。

假设模拟时间段内,人口增长速度稳定,居民用能方式没有新的科技替代(图2)。

3. 因果关系图

民用和商用碳排放子系统因果关系图见图3,图中主要回路为:能源消耗与排放 → +碳排放 → −居民生活 → +能源消耗与排放。

Figure 1. Commercial and civil carbon emission boundary map

图1. 商用和民用碳排放系边界图

Figure 2. Commercial and civilian carbon emissions subsystem frame

图2. 商用和民用碳排放系统框架图

Figure 3. Commercial and civilian carbon emissions subsystem causal diagram

图3. 商用和民用碳排放子系统因果关系图

4. 系统动力学流图

根据系统边界,本简化模型并未完全考虑所有现实因素(图4)。

5. 模型变量及方程

5.1. 变量

商用和民用碳排放子系统模型中包含时间变量共32个变量,其中状态变量5个,速率变量5个,辅助变量15个,常量7个,整理如表1

5.2. 初始值和常量

用电量初始值:取《中国能源统计年鉴》中城镇居民、农村居民和第三产业(除交通运输)用电量的加和值,2005年用电量初始值为203.38亿kWh。

用气量初始值:根据《中国统计年鉴》中城市天然气供气总量,2005年用气量初始值为5.33亿m3

Table 1. Model variables table

表1. 模型变量表

Figure 4. Commercial and civilian carbon emissions subsystem flow chart

图4. 商用和民用碳排放子系统流图

用煤量初始值:取《中国能源统计年鉴》中城镇居民、农村居民和第三产业(除交通运输)煤炭用量的加和值,2005年用煤量初始值为1230.09万吨。

电力折标系数:根据《综合能耗计算通则(GBT 2589-2008)》,取电力折标系数为12.29万吨标煤/亿kWh。

天然气折标系数:根据《综合能耗计算通则(GBT 2589-2008)》,取天然气折标系数为0.0133万吨标煤/亿m³。

煤炭折标系数:居民生活用煤大部分为散煤,此处按原煤折标系数取值,为0.7143万吨标煤/万吨原煤。

电力排放因子:根据《国家发展改革委办公厅关于开展“十二五”单位国内生产总值二氧化碳排放降低目标责任考核评估的通知》发改办气候[2016]1238号,河南省电网排放因子为80.63万吨CO2/亿kWh。

天然气排放因子:根据《国家发展改革委办公厅关于开展“十二五”单位国内生产总值二氧化碳排放降低目标责任考核评估的通知》发改办气候[2016]1238号,天然气排放因子为1.63吨CO2/吨标煤。

煤炭排放因子:根据《国家发展改革委办公厅关于开展“十二五”单位国内生产总值二氧化碳排放降低目标责任考核评估的通知》发改办气候[2016]1238号,煤炭排放因子为2.64吨CO2/吨标煤。

居民用电量上限,取6200亿kWh。

5.3. 方程

商民能源累计消耗量 = INTEG (能源消耗量,0),Units:万吨标煤

商民能源消耗量 = 天然气能源消耗 + 煤炭能源消耗 + (商民用电量 * 电力折标系数),Units:万吨标煤

商民CO2累计排放量 = INTEG (商民CO2排放量,0),Units:万吨

商民CO2排放量 = 用气碳排放 + 用煤碳排放 + 用电碳排放,Units:万吨

电力能源消耗=商民用电量 * 0.1,Units:亿kWh。由于河南省电力只有10%是由外省电力调入,其余为省内自供,而省内自供部分能源消耗已在工业碳排放子系统中计算过,此处不再重复计算,在商用和民用碳排放子系统中只计算商民用电量的10%作为商民电力能源消耗,进而计算由其产生的CO2排放量。

天然气能源消耗 = 商民用气量 * 天然气折标系数,Units:万吨标煤

煤炭能源消耗 = 商民用煤量 * 煤炭折标系数,Units:万吨标煤

用电碳排放 = 电力排放因子 * 电力能源消耗,Units:万吨

用气碳排放 = 天然气能源消耗 * 天然气排放因子,Units:万吨

用煤碳排放 = 煤炭排放因子 * 煤炭能源消耗,Units:万吨

商民用电量 = INTEG (用电量增长,203.38),Units:亿kWh

商民用气量 = INTEG (用气量增长,5.33),Units:亿m³

商民用煤量 = INTEG (用煤量增长,1230.09),Units:万吨

用电量增长 = 用电负荷制约因子 * 用电量随人口增长率 * 电价影响因子,Units:亿kWh

用气量增长 = 用气量随人口增长率 * 城镇化率影响因子,Units:亿m3

用煤量增长 = 城镇化率影响因子 * 用煤量随城镇化增长率,Units:万吨

电价影响因子 = 电价影响因子表函数(电价),Units:Dmnl

电价 = 电价约束因子表函数(CO2累计排放量/2.75 + 能源消耗累积量)/2,Units:元/亿kWh

用电量随人口增长率 = 用电量随人口增长表函数(Time),Units:Dmnl

用电负荷制约因子 = 用电负荷制约因子表函数(商民用电量/居民用电量上限),Units:Dmnl

用气量随人口增长率 = 用气量随人口增长表函数(Time),Units:Dmnl

用煤量随城镇化增长率 = 用煤量随城镇化增长率表函数(Time),Units:Dmnl

6. 系统仿真及结果

在Vensim仿真程序中,设定河南省商用和民用碳排放系统仿真时间为2005年~2030年,步长为2年,模型中输入上文设定的初始值、参数估计值和方程,运行系统,得到商民用电量、商民用气量、商民用煤量、商民能源消耗量及商民CO2排放量预测值如图5~9及表2所示。

7. 模型检验

7.1. 模型有效性检验

在设立方程过程中,已通过check model和check Units检验。选取三个状态变量,即商民用电量、商民用气量及商民用煤量,对比2005~2015年仿真值与实际值之间的误差来检验模型准确性,如表3,可以看出这两个变量的预测误差都不超过10%,有较好的预测效果。

Figure 5. Commercial and civilian sub-system power consumption simulation results

图5. 商用和民用子系统用电量仿真结果图

Figure 6. Simulation results of natural gas volume for commercial and civilian sub-systems

图6. 商用和民用子系统用气量仿真结果图

Figure 7. Simulation of coal usage in commercial and civilian subsystems

图7. 商用和民用子系统用煤量仿真结果图

Figure 8. Commercial and civilian subsystem energy consumption simulation results

图8. 商用和民用子系统能源消耗量仿真结果图

Table 2. Summary of simulation results of commercial and civilian subsystems

表2. 商用和民用子系统仿真结果汇总表

Table 3. Commercial and civilian carbon emissions subsystem simulation history checklist

表3. 商用和民用碳排放子系统仿真历史检验表

Figure 9. Simulation results of CO2 emissions from commercial and civilian subsystems

图9. 商用和民用子系统CO2排放量仿真结果图

7.2. 模型灵敏度检验

选2009年和2013年两个时间点,取模型中的状态变量(商民用气量、商民用电量、商民用煤量)和速率变量(商民能源消耗量、商民CO2排放量)做灵敏度分析。使所选定的变量的值增加或减少10%,将改变后的变量值重新录入系统,运行模型,计算系统中状态变量结果的变化率,结果如表4表5。由表4表5可以看出,河南省商用和民用碳排放子系统灵敏度值均小于0.03,说明系统稳定性可以满足模拟预测要求。

8. 情景设计

考虑到2030年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降60%~65%的目标约束,根据系统动力学中改变参数取值的原则和河南省商用和民用领域碳排放实际情况,本文分别选取用电量随人口增长率和居民用电量上限变量调控以进行情景分析。

通过合理改变以上选定的变量值,反复运行试验调节参数值,观察结果变化后,确定河南省低碳发展的不同情景方案2种,为现情景和强约束情景。现情景是结合河南省实际,以目前的经济发展和宏观调控水平下的河南省各领域碳排放结果走势,是仿真结果的对照情景;强约束情景是在现情景的基础上,考虑2030年比2005年碳排放强度下降60%~65%的目标,在现情景的基础上加强与碳排放有关的各项指标约束。经过反复实验改变各领域所选定的参数值,本文确定现情景和强约束情景下各领域所选定参数值的改变情况如表6

9. 能耗和排放对比分析

模拟运行河南省商用和民用领域碳排放强约束情景得到系统结果,对比现情景结果,得到能源消耗和CO2排放量对比见图10图11表7。由图表可知,强约束情景下能源消耗和CO2排放从2021年左右开始低于现情景能源消耗和CO2排放,到2029年,河南省商民能源消耗、CO2排放量分别为11,321.1万吨标煤、7621.34万吨ce,对比现情景的12,661.5万吨标煤、8500.76万吨ce分别下降了10.59%、10.35%。

分析原因,主要是碳排放目标的提高,节能减排力度更加加大,随着绿色低碳理念的宣传深入人心,公共机构、居民生活和出行过程中注意节能减排,减少照明、电器的待机能耗,降低生活用电。且由于经济衰退到复苏过程较为缓慢,各领域节能减排逐渐进入瓶颈期,因此,参数调整后,能耗和CO2排放

Figure 10. Comparison of commercial and civilian energy consumption

图10. 商用和民用能源消耗对比分析

Table 4. Sensitivity test for 2009

表4. 2009年灵敏度检验

Table 5. Sensitivity test for 2013

表5. 2013年灵敏度检验

Table 6. The parameters of carbon emission control parameters in different conditions of Henan province

表6. 不同情景河南省碳排放系统调控参数取值

Figure 11. Comparison of CO2 emissions from commercial and civilian

图11. 商用和民用CO2排放量对比分析

Table 7. Summary of simulation results for energy and CO2 emissions from strong consumption scenarios

表7. 强约束情景商民领域能源消耗及CO2排放量仿真结果汇总表

量变化在时间和强度上虽都较为微小但也有一定效果显现。总的来说,CO2排放源的减少,汇的增加,会导致河南省全社会CO2排放量的下降,从而促使河南省CO2排放总量的早日达峰,实现国家所设定的2030年碳排放强度比2005年下降60%~65%。

10. 结论

通过对河南省商用和民用领域能源消耗和碳排放进行综合整理以及系统分析,同时通过运用系统动力学对河南省商民领域碳排放情景进行模拟,并进一步比较现情景和强约束情景,综合考量能源结构、城镇化率等因素,得到河南省商民领域碳排放结论如下:

能源刚性需求快速增长,节能降碳有压力。随着全省经济社会仍将保持平稳发展、城市化进程继续加快、建筑规模持续扩大势头,商民领域能源刚性需求将大幅增加,不断增长的能源消费需求与能源消费总量控制间的矛盾日渐突出,实现以有限的能源消耗和较低的碳排放保障经济社会的持续较快发展压力大,继续实现有限能源消耗和低碳排放保障经济社会持续较快发展的难度逐步加大 [4]。

根据上文分析和结论,为河南省早日实现碳排放量达到峰值,和更好参与全国碳排放权交易市场建设做好准备,河南省需加快转变发展方式、调整经济结构、推进产业升级,走节能低碳发展道路。在商民领域,本文提出以下建议:

弘扬节能低碳文化,实施全民节能低碳行动。通过实施节能减排全民行动、节俭养德全民节约行动,开展社团组织节能低碳专项宣传行动等多方位开展节能低碳教育,普及生活方式低碳化的知识和方法。倡导低碳消费理念,提高消费者低碳环保意识,倡导绿色低碳消费模式,开展反过度包装、反食品浪费、反过度消费等全社会反对浪费行动。推行绿色生活方式,提倡家庭节约用电,倡导低碳出行,减少一次性用品使用,完善居民社区再生资源回收体系。保持和增加森林碳汇,鼓励植树造林和加强森林管理。

参考文献

[1] 中美元首气候变化联合声明[Z], 2015.
[2] 王莹, 徐夏楠. 河南省碳排放状况浅析[J]. 价值工程, 2017, 36(7): 44-48.
[3] 国家统计局. 2017年国民经济行业分类(GB/T 4754-2017) [S]. 北京: 国家统计局, 2017.
[4] 河南省人民政府. 河南省“十三五”控制温室气体排放工作方案[Z]. 郑州: 河南省人民政府, 2017.