煤炭的碳排放研究及情景分析

第9卷第12期管理學(xué)報Vol.9 No. 122012年12月Chinese Journal of ManagementDec. 2012煤炭的碳排放研究及情景分析田立新金汝蕾(江蘇大學(xué)能源發(fā)展與環(huán)境保護戰略研究中心)摘要:基于動(dòng)態(tài)演化系統理論,引入煤炭碳排放演化動(dòng)態(tài)系統、演化因子和演化因子推進(jìn)率,對未來(lái)煤炭的能源消耗總量和產(chǎn)生的碳排放進(jìn)行預測分析。在此基礎上引入情景分析,通過(guò)對煤炭占一次能源消費的比重逐步下降的比例的設定,引入4種不同的煤炭碳排放情景進(jìn)行演化分析,量化分析中國未來(lái)煤炭產(chǎn)生的碳排放趨勢,更能反映實(shí)際且有利于促進(jìn)減排目標的實(shí)現。關(guān)鍵詞:系統工程;碳排放;動(dòng)態(tài)系統;煤炭中圖分類(lèi)號: C93; N945文獻標識碼: A文章編號: 1672-884X(2012)12- 1864-05The Analysis of Carbon Emissions due to Coal and Scenario AnalysisTIAN Lixin JiN Rulei(Jiangsu University, Zhenjiang, Jiangsu, China)Abstract: Based on the study of dynamic systems, this paper introduces a model of dynamic evo-lutionary system, evolutionary factors and advance rate of carbon emissions due to coal in order topredict coal consumption and carbon emissions due to coal. Furthermore, scenario analysis is intro-duced, and by setting the gradual dropped coal ratio of primary energy consumption four scenarios ofcarbon emissions due to coal are introduced and evolutionary analysis is made. Quantitative analysis ofchina's future carbon emissions due to coal helps to realize the goal of the mitigate carbon emissions.Key words: systems engineering; carbon emissions; dynamic systems; coal全球氣候變化是人類(lèi)迄今面臨的最復雜的能源導致的CO2排放量進(jìn)行了變化因子分析。問(wèn)題之--,也是能源發(fā)展面臨的巨大挑戰。解徐國泉等”認為，能源效率對抑制我國碳排放決氣候變化問(wèn)題的根本措施是減少溫室氣體的的作用正在減弱。MA等[6]利用LMDI方法分人為排放,特別是能源生產(chǎn)、消費過(guò)程中的CO2析了1980~2003年中國能源強度的分解變化。排放。中國是一個(gè)以煤為主要燃料的國家,煤ZHANG'利用Ghosh投人產(chǎn)出模型，引人炭占一次能源消費量的70. 4%。特別是自SDA法分析中國1992~2005年碳排放情況并2002年以來(lái)重工業(yè)進(jìn)入加速發(fā)展、能源消耗高提出相應的減排策略。FaN等”采用AWD方速增長(cháng)的階段,這種增長(cháng)態(tài)勢帶來(lái)CO2排放量法對我國1980~2003年間的能源消費引起的的迅速增長(cháng),引起了各方面的關(guān)注,成為當今社碳排放強度,以及原材料部門(mén)的最終能源消費會(huì )的熱點(diǎn)問(wèn)題之--.出。煤炭消耗是造成中國碳所帶來(lái)的碳排放強度進(jìn)行了實(shí)證分析,認為我排放快速增長(cháng)的主要原因,因此碳排放問(wèn)題就國碳排放強度下降的原因很大- -部分來(lái)自于實(shí)成了研究的關(guān)鍵。際能源強度的下降。林伯強等9也基于Kaya由于中國在世界碳排放問(wèn)題上具有舉足輕恒等式,運用對數平均迪式分解法分析研究了重的影響,因此中國未來(lái)碳排放的變化趨勢受我國1990~2007年人均CO,排放影響因素的到廣泛關(guān)注生。WU等[以分析了我國1980~貢獻率。WANG等0展示了中國未來(lái)的碳排.2002年間能源消費導致碳排放的驅動(dòng)因素。放情景.提出了中國走上低碳發(fā)展之路的關(guān)鍵LIU等[“對1998~2005 年我國工業(yè)最終消費因素。L.1 等分析了，上海市1995~ 2006年的收稿日期: 2011-07-27中國煤化工基金項目:國家自然科學(xué)基金資助項目(71073072,91010011);國家社會(huì )科學(xué)MYHC N M H G2);國家教育部博士點(diǎn)基金資助項目(20093227110012);江蘇省社會(huì )科學(xué)基金資助重點(diǎn)項目(07EYA040);江蘇省高校哲學(xué)社會(huì )科學(xué)重點(diǎn)研究基地資助重大項目(2010-2-7);江蘇高校優(yōu)勢學(xué)科建設工程資助項目●1864●煤炭的碳排放研究及情景分析一田立新金 汝蕾碳排放情況,以此來(lái)預測上海市在2020年之前T*時(shí)期內,煤炭產(chǎn)生的碳排放演化因子隨時(shí)間的能源需求量,并對未來(lái)能源消費和CO2排放l的變化率M(t)(即煤炭的碳排放動(dòng)態(tài)演化因進(jìn)行情景分析。以上研究都只從總體方面研究子)與M(t)成正比;與碳排放增長(cháng)潛力的份額碳排放的影響因素的重要性，而未從某--個(gè)或1- MC成正比,這里的煤炭產(chǎn)生的碳排放增某一些重要的影響因素出發(fā)有針對性地研究碳長(cháng)潛力受科技進(jìn)步、減排技術(shù)、碳源碳匯變化的cKM排放。盡管近年來(lái)已經(jīng)有一些學(xué)者開(kāi)始嘗試專(zhuān).門(mén)研究煤炭與碳排放之間的關(guān)系，例如邵帥影響;同時(shí)還與影響碳排放的政策調控、系統外等:田基于STIRPAT模型的上海分行業(yè)動(dòng)態(tài)面部因素、調控行為的調控函數f(t)相關(guān)。此時(shí)板數據得出煤炭消費比重對碳排放規模和強度T" ={1996, 1999,2009},設Ti = 1996,Ti =均具有顯著(zhù)的促進(jìn)作用。趙奧等采用EG協(xié)2009 ,調控函數f(t)為(54. 197 9t-1. 036 3X10° +r(3.948 1X10-34-整檢驗證明碳排放強度與煤炭消耗之間存在長(cháng)30. 197 2t +8.6558X104t-1. 1021X10*+期穩定關(guān)系,并以此建立VAR模型和脈沖響5. 2585X10*)，1990≤≤T; ;應函數,考察碳排放強度與煤炭消耗之間的長(cháng)f(t)=-3. 735 6X102+1.497 9X 1091-1.501 5X 10° +期動(dòng)態(tài)影響特征。然而,此類(lèi)研究仍顯不足,因r(8. 336 1X10~*p°-1.002 8X10*P +5.026 0X 10°e4 -為碳排放是一一個(gè)動(dòng)態(tài)演化的過(guò)程,僅僅從幾個(gè)1. 343 5X1010p +2.020 1X10°μ2 -影響因素方面建立簡(jiǎn)單的線(xiàn)性模型無(wú)法很好地1. 620 0X 10*l+5.412 9X10*)，Ti<1≤Ti.解釋煤炭與碳排放之間的關(guān)系。適當地調控碳減排系數,可得到方程式(1)本研究基于動(dòng)態(tài)演化系統理論,引人煤炭的解(見(jiàn)圖2)為:碳排放演化動(dòng)態(tài)系統，嘗試對未來(lái)煤炭的能源(27.098 9r2 - 1.036 3X10*1+9.899 1X10')c.消耗和產(chǎn)生的碳排放進(jìn)行連續預測分析。在此1990≤I≤Ti ;基礎_上引人碳排放情景分析，量化分析中國未來(lái)M(t)=(-1.2452X102+7. 4983X1052 - 1.501 5X109+煤炭產(chǎn)生的碳排放趨勢,使情景預測從離散轉為1. 0034X101*)c,T;0,放量;t為時(shí)間;T"為煤炭產(chǎn)生的碳排放量在這表示煤炭產(chǎn)生的碳排放量在1996年之前增1990~2050年之間的臨界時(shí)間點(diǎn);c為演化系長(cháng)迅速。19中國煤化工996 ~ 1998數,c>0;Kx取2020年之前中國煤炭碳排放的年,動(dòng)態(tài)演CHCNMHGx生的碳排最大估計值Km=1. 860X10*萬(wàn)們。放量增加逐漸變緩，而1998年后,煤炭產(chǎn)生的模型式(1)的建模思想如下:在1990年到碳排放量隨時(shí)間的變化率為正，即碳排放量的●1865●.管理學(xué)報第9卷第12 期2012年12月增長(cháng)越來(lái)越快。應適時(shí)調控f(t),使Fm<0,以2回歸分析此來(lái)緩解碳排放壓力,使系統向理想方向發(fā)展。從表1可見(jiàn),模型式(1)的碳排放動(dòng)態(tài)演化2.118 52.118 0因子和實(shí)際數據的變化率的殘差非常小,且模2.117 5-型的擬合度很高,說(shuō)明模擬效果很好,這個(gè)模型2. 117 (是成功的。2. 116 5表1模型的回歸分析醫2.11602.115 5年份原始變化率Fu(t差2.1501991 0. 050 087655 0. 055 316 4190. 005 228 76319901991 1992 1993 1994 1995 19961/年1992 0. 046377307 0. 053085 640 0. 006708 3331993 0.048 463 2030. 051044639 0. 002 581 4362.0廣19940. 062 391 0040.049 169 810一 0.0132211941.5|1995 0. 063 0567360.047 441 315 -0.015 615 4211.0個(gè)1996 0. 015 418615 0. 045842 363 0. 030423 7481997 -0.023 419391 -0.051 603 194 -0.028 183 8041998 -0.004 993558 -0.040 137 353 -0.035 143 79519990.027 831 528 0. 012735077 - 0.015096 450-0.52000 0. 014769374 0. 058 579 428 0. 043 810 054-1.02001 0. 020 056569 0. 091 371 107 0. 071314 538-1. 51996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 20102002 0. 055 3483070. 109 934 2670. 054 585 9612003 0. 183 3149280. 116 532533 - 0. 066 782 396 .0. 156 408 1530. 114541 648 -0.041 866 506圖3碳排放量的動(dòng)態(tài)演化因子(c-1)20050. 126 280 5090.106970633-0.019309877進(jìn)一步引人煤炭的碳排放動(dòng)態(tài)演化因子的2006 0. 100 743165 0. 095 978 373 -0. 004 764 7922007 0. 084399017 0. 082915175 -0.001 483 841 .推進(jìn)率(見(jiàn)圖4):2008 0. 027 310086 0. 068 515952 0. 041205 866Pm= FM(t)=20090. 053 646 6120.053079210-0.000567402(54.197 9c，1990≤l≤T: ;平均殘差0. 000727 538判定系數_0. 940 053 7971(-7.471 2X10*t+1.497 9X10*)c， T: <1≤T;。當1990≤t≤1996 時(shí),PM為54. 197 9,恒為正;(4)3煤炭的能源消耗預測而當1996(1- M()) +0.9f(t)， 2009<<2035;(N()= rM()(1- MO.) +0.8f(1)， 2009<<2035;0.9Km0. 8KM(7)(9M(M(1)[M(t)=rM()(1-086K.) +0.86(t), 20350,演化因子型及實(shí)證分析:1995 ~2004[J].中國人口●資源與環(huán)境，2006,16(6): 158~ 161.的推進(jìn)率Pw恒為正，碳排放量增長(cháng)越來(lái)越快;[6] MAC B. DAVID 1. China’ s Changing Energy1996~ 1998年,FM(l)<0,PM>0,碳排放量出Intensity Trend: A Decomposition Analysis[J]. En-現下降;1998~2005年,Fx(1)>0,Pm>0,碳排ergy Economics, 2008 ,30(3): 1 037~1 053.放量又開(kāi)始出現增長(cháng);2005~2009年,FM(t)>[7] ZHANG Y G. Supply side Structural Effect on Car-0,PM<0,碳排放量增長(cháng)逐漸變慢。由此,必須bon Emissions in China[J 了. Energy Economics. .調控減排政策和措施,使得演化因子出現負值、2010. 32(1): 186~ 193.演化因子推進(jìn)率持續為正,使得碳排放量加速[8]FAN Y, LIUIG, WUG, et al. Changes in CarbonIntensity in China: Empirical Findings from 1980 ~減少,實(shí)現碳排放減排的目標。在此基礎上,預2003[J]. Ecological Economies. 2007， 62(3/4):測了未來(lái)煤炭的消費總量,并對煤炭占一次能源消費的比重逐步下降的比例進(jìn)行設定,提出[9]林伯強,蔣竺均.中國CO2的環(huán)境庫茲涅茲曲線(xiàn)預測4種演化情景分析,分析未來(lái)煤炭產(chǎn)生的碳排及影響因素[J].管理世界.2009(4): 27~36.放量的演化趨勢。通過(guò)情景1和情景2的分[10] WANG T, WATSON J. Scenario Analysis of Chi-析,可以發(fā)現,如果繼續保持現有煤炭在一次能na's Emissions Pathways in the 21st Century for .源消費中的比重不變或只略微下降,那么要實(shí)Low Carbon Transition[J]. Energy Policy, 2010 ,38現既定的減排目標是十分困難的。將情景3(7):3 537~3 546.(b)作為未來(lái)中國煤炭的發(fā)展前景，符合實(shí)際情[11]L1I. CHENCH, XIESC. et al, Energy Demandand Carbon Emissions under Different Development況,有利于促進(jìn)減排目標的實(shí)現。鑒于此,必須Scenarios for Shanghai, China[J]. Energy Policy,大力發(fā)展風(fēng)電、水電等清潔能源,降低化石燃料2010，38(9): 4 797~4 807.燃燒過(guò)程中的CO2排放，尤其是提高煤炭發(fā)電12]邵帥,楊莉莉,曹建華.工業(yè)能源消費碳排放影響因技術(shù),促使化石燃料向低碳方向發(fā)展,逐漸降低素研究一基于STIRPAT模型的上海分行業(yè)動(dòng)態(tài)高碳產(chǎn)業(yè)在整個(gè)國民經(jīng)濟中的比重，逐步使煤面板數據實(shí)證分析[].財經(jīng)研究.2010. 36(11);炭在一次能源消費中的比重下降為50%左右。16~27.在實(shí)現情景3(b)的基礎，上,仍需要加大發(fā)展[13]趙奧,武春友.中國碳排放強度與煤炭消耗的沖擊效CCUS技術(shù).1GCC技術(shù),煤氣化新技術(shù)和超臨應分析[J].中國人口●資源與環(huán)境，2011,21(8):107~112.界、超超臨界燃燒技術(shù)等新技術(shù)的開(kāi)發(fā)和利用，(編輯丘斯邁)以解決煤炭的清潔高效利用問(wèn)題,走出一條符合中國國情的“清潔煤炭"之路。通訊作者:田立新(1963~),男，江蘇姜堰人。江蘇大學(xué)(江蘇省鎮江市”中國煤化工士研究生導參考文獻師。研究方向E-mail: tian-[1]國家發(fā)展和改革委員會(huì )能源研究所課題組.中國Ix@ ujs. edu. c1TYHCNMHG2050年低碳發(fā)展之路一一能 源等求暨碳排放情景分析[M].北京:科學(xué)出版社,2009.68 '