中国不同尺度能源消费二氧化碳排放时空演变分析

发布时间：2020-04-22 18:20

【摘要】：人类通过燃烧化石燃料获取能源的生存和生产活动正显著地影响着人类的生存环境和健康。IPCC研究报告显示,化石燃料燃烧和工业化生产过程中二氧化碳(CO_2)的排放占所有温室气体排放增量的78%。如何减少二氧化碳排放已经成为世界各国共同关注的焦点问题。中国是全球主要的二氧化碳排放国家,也是世界上最大的发展中国家。一方面中国未来碳排放的总量可能持续增加,另一方面不同地区社会发展模式和能源消费结构的差异也将长期存在。这两个主要因素导致了中国能源二氧化碳排放具有显著的时空变异性,可能会对碳减排政策的科学制定产生较大不确定的影响。因此对中国不同尺度能源消费二氧化碳排放时空特征和变化规律进行研究具有重要现实意义。目前关于中国不同地区能源消费二氧化碳排放已经有了一定研究,但总体而言在不同尺度上对能源消费二氧化碳等关联问题仍需进行更加深入的探讨。本研究基于现有的方法,系统地对中国省级、地区和城市三个尺度能源消费二氧化碳排放时空特征和变化规律进行定量分析研究,目的在于为制定区域差异性相关的碳减排政策提供科学依据。本文主要包括三个方面的内容:(1)省级能源消费二氧化碳排放核算与分析;(2)区域能源消费二氧化碳排放核算与影响因子分析;(3)城市能源消费二氧化碳排放核算与实例研究。在对1995-2016年中国30个省域包含电力贸易的能源消费二氧化碳排放的时空演变特征分析的基础上,引入人口、经济、技术等因素,并针对人口规模这一关键因子对区域二氧化碳排放效应作深入分析,最后从城市尺度分析四个直辖市城市内部碳排放的时空格局演变。本研究主要研究结果和结论包括:(1)1995年至2016年全国能源消费二氧化碳排放呈现逐年上升的趋势,全国二氧化碳排放总量经历了平稳--激增--缓慢增长的过程。能源加工部门(主要包括供电和供热)和工业部门是能源消费二氧化碳的主要排放源,2012年后工业部门二氧化碳排放量开始下降、而公共设施、居民生活、建筑业开始增加。(2)1995年至2016年省级包含了电力贸易的能源二氧化碳排放从4885.5Mt增长到了12092.9Mt,总排放量较高的主要分布在山东、江苏、河北、广东和河南。净电力贸易产生的二氧化碳排放量对于多数省能源消费总二氧化碳排放量影响较大,成为继能源加工和工业部门之后的又一大排放源。2016年有50%的省份净电力贸易碳排放占省总能源碳排放比重大于10%。从空间分布看,净电力输入二氧化碳排放较高的主要分布在北京和广东,而净电力输出二氧化碳排放主要分布在内蒙古和山西。值得注意的是净电力贸易二氧化碳排放有空间转移趋势,表现为江苏和浙江净电力输入二氧化碳排放增长较快,而四川和云南净电力输出二氧化碳排放增长较快。根据国家电力十三五规划,未来一段时间加强“西电东送”电网工程的建设。因此国家在分配碳减排目标时,对于东部大部分省区,不仅在制定减排政策时应承担更多的减排责任,而且也要进一步优化投资和消费结构,发展本地区的清洁能源,提高节能技术的应用;西部地区,在降低净电力调出省份的碳排放责任的同时,优化产业结构,逐步降低煤炭消费比重,优化能源消费结构。(3)对于整个中国能源消费二氧化碳排放来说,人口规模对其二氧化碳排放效应不是一个整体的变化趋势,呈现出较大的时间序列和区域差异。1995年至2016年东部和西部地区人口规模的弹性系数分别下降了12.2%和16%,中部地区则增加了30%,特大城市碳排放弹性系数尽管有较大起伏,但与1995年相比,人口规模的二氧化碳排放系数相对较稳定。因此,东部地区应积极发展新能源和高新技术产业,走低碳、节约型可持续发展之路。中西部地区对能源结构和产业结构积极进行调整,提高能源利用率来减少人口规模对二氧化碳排放的正向效应。特大城市应当与周边城市协同发展,提供区域合作和资源优化配置,将人口和资源向周边地区扩散。(4)四个直辖市市域范围内能源消费二氧化碳排放量总体呈增长趋势。能源消费二氧化碳排放空间模式有差异,中心城区能源消费二氧化碳排放量呈下降趋势,占市域能源消费二氧化碳排放的比重越来越少。1995年北京、天津、上海和重庆中心城区二氧化碳排放占市域二氧化碳比重分别为53.69%、17.56%、58.42%和34.53%,2010年分别下降到39.01%、13.06%、49.02%和9.53%,而市辖区能源消费二氧化碳排放量增长较快。四个直辖市人均二氧化碳排放量表现出中心城区—郊区—区域,逐渐升高的模式,上海除外。工业仍是四个直辖市市域和中心城区能源消费二氧化碳排放的主要贡献者。1995年至2010年北京和重庆中心城区工业碳排放的下降,是人均二氧化碳排放下降的主要的原因。因此工业碳排放的减少仍是城市低碳发展面临的严峻挑战。以北京为研究案例的分析表明:北京市能源二氧化碳排放空间格局由中心城区高外围低的特征发展为中心城区并向紧邻区县扩散的特征。空间自相关分析表明,二氧化碳排放在空间上由异质性发展为聚集性。2010年碳排放中心城区与紧邻的外围区县形成连片的高碳排放聚集区,高高类型碳排放区县的数量增加了2倍多,说明1995-2010年北京市高碳排放的区县增长较快,这些高排放主要以紧邻中心城区的外围区县为主。研究结果表明,针对北京市这种二氧化碳空间集聚效应的城市特征,需要重点关注碳排放热点地区,评估控制少数碳排放关键区域,实现全区域内管理。(5)综上所述,从电力消费角度研究中国省级能源消费二氧化碳排放问题,对于制定“共同但有区别”的碳减排政策具有很好的实际意义;地区尺度二氧化碳排放影响机制的研究,可为制定地区差异化的碳减排政策提供科学的依据;而城市尺度二氧化碳排放格局的分析,有助于更深入地理解未来能源消费二氧化碳排放的变化规律。
【图文】：

二氧化碳排放量,能源消费,世界各国,数据来源

第一章绪论特征，对比世界主要国家二氧化碳排放规律，为我国实现国家碳排放降低目学参考。我们选取的三个组织国家是根据目前国际上在对待气候变化问题上的三股力是：以德国、英国和法国为代表的欧盟，，以美国和日本为代表的伞形国家以和印度为代表的发展中国家。首先，从能源消费下的二氧化碳排放总量来看(图 1-1)，1960 年中国的排放.09 Mt，到 2006 年，中国的排放量达到了 6409.22Mt，超过了同期的美国(5732.9世界第一大二氧化碳排放国家。2013 年，中国仍然保持着逐年上升的趋势，到了 9976.97Mt。在主要的调查对象中，可以看到最早的三大高排放国家已经英国和德国转变为中国，美国和印度。

二氧化碳排放量,部分国家,能源消费,数据来源

图1-2 1960-2013年部分国家能源消费人均二氧化碳排放量(数据来源：CDIAC和EDGAR)Fig 1-2 Per capital carbon dioxide emissions form 1960 to 2013其次，二氧化碳排放强度是指单位国民生产总值的二氧化碳排放量，主要用国经济和二氧化碳排放量之间的关系。图 1-3 显示，1990 年，中国的二氧化度为 1332kg 二氧化碳/1000$，远远高于巴西 145 kg 二氧化碳/1000$和印度二氧化碳/1000$。随后中国这一指标的数值不断降低，到 2013 年时达到了 6化碳/1000$，二氧化碳排放强度下降了 51.2%。总体来看中国的二氧化碳排放保持稳定下降，平均值为 884.25 kg 二氧化碳/1000$。英国和德国在二氧化碳上平均值为282.83 kg 二氧化碳/1000$ 和290.71 kg 二氧化碳/1000$,同时逐渐和加拿大的二氧化碳排放强度平均值为 435.42kg 二氧化碳/1000$和 460.46k碳/1000$，2013 年下降至 326kg 二氧化碳/1000$和 384 kg 二氧化碳/1000$。中国要赶上发达国家和伞形国家的能源利用水平仍然乃很长的路要走。第三，对于二氧化碳燃料类型来说(图 1-4)，目前绝大多数国家使用的化石燃天然气，煤炭和石油。这些燃料的使用就是人为源温室气体排放的主要贡献
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X24

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