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京津冀協(xié)同推進碳達峰碳中和路徑研究丨中國工程科學

 藍林觀海 2023-05-22 發(fā)布于山東

本文選自中國工程院院刊《中國工程科學》2023年第2期

作者:黃昱杰,劉貴賢 ,薄宇 ,王潔 ,曹明悅 ,魯璽 ,賀克斌

來源:京津冀協(xié)同推進碳達峰碳中和路徑研究[J].中國工程科學,2023,25(2):160-172.

編者按

京津冀地區(qū)作為我國三大城市群之一,是我國能源消耗、碳排放的集聚區(qū),碳排放量約占全國的11%,碳排放強度高出全國平均水平約40%,在推進“雙碳”目標的進程中,京津冀地區(qū)“分量”較重。京津冀三省市所處發(fā)展階段有差異,面臨的低碳轉型挑戰(zhàn)也有區(qū)別,因此,全面把握京津冀協(xié)同發(fā)展的新內涵,辨識并提出有利于推動“雙碳”工作的協(xié)同措施,對京津冀地區(qū)的更高質量協(xié)同發(fā)展具有重要意義。

中國工程院賀克斌院士研究團隊在中國工程院院刊《中國工程科學》2023年第2期發(fā)表《京津冀協(xié)同推進碳達峰碳中和路徑研究》一文。文章構建了考慮京津冀地區(qū)特征的長期能源替代規(guī)劃系統(tǒng)模型(LEAP-BTH),設置了基準情景、低碳情景、協(xié)同情景等主要情景以及8個子情景,完成了2021—2060年京津冀地區(qū)相應發(fā)展路徑的預測分析。結果表明:在基準情景下,京津冀地區(qū)能源需求將持續(xù)增長,2060年北京市、天津市、河北省的碳排放量分別下降為2020年的41%、40%、53%,實現(xiàn)碳中和目標面臨較大挑戰(zhàn);在低碳情景下,2060年北京市、天津市、河北省的碳排放量分別下降為2020年的20%、26%、46%,相比碳中和目標仍有一定差距;在協(xié)同情景下,2060年北京市、天津市、河北省的碳排放量分別下降為2020年的13%、15%、21%,能夠基本實現(xiàn)碳中和目標。文章建議,京津冀三省市需針對各自的重點減排部門和路徑,提出更明確、更嚴格的應對措施,如北京市重點推動交通、建筑部門的低碳轉型,天津市、河北省著力開展可再生能源替代與工業(yè)綠色升級;優(yōu)化頂層設計,挖掘區(qū)域內工業(yè)、能源、交通等部門的協(xié)同發(fā)展?jié)摿?,重點推動產業(yè)協(xié)同升級和能源協(xié)同發(fā)展,據(jù)此支撐京津冀地區(qū)的“雙碳”工作和高質量發(fā)展。

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一、前言

2020年,我國正式提出了碳達峰、碳中和(“雙碳”)戰(zhàn)略目標,以積極應對氣候變化并著力化解資源環(huán)境約束。京津冀地區(qū)作為我國三大城市群之一,是能源消耗密集區(qū),碳排放量約占全國的11%,碳排放強度高出全國平均水平約40%。在推進“雙碳”目標的進程中,京津冀地區(qū)“分量”較重。然而,京津冀三省市所處發(fā)展階段有差異,面臨的低碳轉型挑戰(zhàn)也有區(qū)別:北京市已完成工業(yè)化,碳達峰目標容易實現(xiàn),但受限于風光資源短缺、綠電供應不足等約束,能源、建筑、交通等部門的電氣化轉型面臨挑戰(zhàn),碳減排進展相對緩慢;天津市以制造業(yè)為支柱(第二產業(yè)占比為34.1%且保持較快增長),能耗和碳排放強度較高,產業(yè)低碳轉型以及結構性調整面臨挑戰(zhàn);河北省仍處于工業(yè)化階段(第一、二產業(yè)占比分別為10.1%、37.6%),鋼鐵等重工業(yè)占比較高,在淘汰落后產能、推動產業(yè)轉型升級、提升能效方面壓力較大。

作為國家戰(zhàn)略,京津冀協(xié)同發(fā)展以產業(yè)協(xié)同、交通一體化等為重點領域,構成推進區(qū)域內“雙碳”工作的有力依托:產業(yè)協(xié)同有利于三省市發(fā)揮各自比較優(yōu)勢,共同形成京津冀地區(qū)的產業(yè)鏈和創(chuàng)新鏈,協(xié)同開展產業(yè)轉型升級和能效優(yōu)化;能源協(xié)同可同步解決河北省綠電消納、北京市綠電短缺等問題;交通一體化在優(yōu)化運輸結構、提高交通效率、助力交通部門減排方面潛力突出。在“雙碳”背景下,全面把握京津冀協(xié)同發(fā)展的新內涵,辨識并提出有利于推動“雙碳”工作的協(xié)同措施,對京津冀地區(qū)的更高質量協(xié)同發(fā)展具有重要意義。

目前,學術層面的京津冀協(xié)同發(fā)展以定性研究居多,而定量研究不顯充分;現(xiàn)有的京津冀地區(qū)協(xié)同減碳路徑定量研究主要包括三類。

① 針對京津冀地區(qū)的單一或多個城市進行建模,如北京市、張家口市、京津冀及周邊“2 26”城市;多針對道路交通、鋼鐵等單一部門 / 行業(yè),所采用的模型結構精細度不高、適應性一般。

② 將京津冀地區(qū)當作整體,開展單一部門的建模研究,如交通、鋼鐵、電力、能源等,而未考慮區(qū)域協(xié)同效應;將三省市的數(shù)據(jù)直接加總并整體性構建模型,未考慮三省市在經(jīng)濟結構、能源結構、發(fā)展政策等方面的不同,沒有反映京津冀協(xié)同中的差異性定位。

③ 定量分析單一協(xié)同措施對京津冀地區(qū)的影響作用,如產業(yè)轉移、能源協(xié)同、污染治理協(xié)同。

梳理現(xiàn)有文獻可見,有關京津冀協(xié)同減碳研究存在一些不足之處:

① 政策背景考慮不充分,如京津冀“雙碳”路徑研究的情景設定沒有及時全面地引入“十四五”規(guī)劃內容,導致情景設置與最新規(guī)劃脫節(jié)(“十四五”時期是低碳轉型、碳達峰的窗口期,對京津冀“雙碳”發(fā)展路徑有著重要影響);

② 未能整體性考慮協(xié)同措施,有關定量研究基本沒有將交通一體化、產業(yè)轉移與協(xié)同升級、能源協(xié)同發(fā)展等跨領域協(xié)同措施納入統(tǒng)一分析框架;

③ 模型結構不夠精細,應用于鋼鐵等重要部門時難以充分體現(xiàn)行業(yè)能效提高、產量控制等對減碳工作的影響。

針對于此,本文嘗試在以下方面開展探索:盡量全面考慮京津冀協(xié)同發(fā)展、“十四五”規(guī)劃等政策,基于情景分析法評估現(xiàn)有政策對京津冀地區(qū)的碳減排效應;自下而上地構建考慮京津冀地區(qū)特征的長期能源替代規(guī)劃系統(tǒng)(LEAP-BTH)模型,將交通一體化、產業(yè)協(xié)同升級、能源協(xié)同發(fā)展等跨領域協(xié)同措施納入統(tǒng)一框架,力求系統(tǒng)分析京津冀協(xié)同發(fā)展的碳減排潛力;合理提高模型精細度,體現(xiàn)高能耗部門的能效提高、產量控制等對碳減排的影響,改善模型結果的準確性。

二、研究方法和基礎數(shù)據(jù)

(一)基于LEAP模型的能源需求與碳排放核算方法

1. 模型框架

LEAP模型支持基于情景分析的能源需求預測,加總各部門的能源需求,比較并分析本地資源產出能否滿足需求;若不滿足需求則計算由此引起的資源進出口量,實現(xiàn)資源、能源需求量、產量、進出口的平衡。在LEAP模型中,根據(jù)各經(jīng)濟部門的歷史數(shù)據(jù)和政策措施,輸入各個情景的具體設置,據(jù)此計算給定情景下未來年的能源需求,進而計算能源結構和溫室氣體排放量;具有較高的建模靈活性、較強的情景分析能力,在區(qū)域經(jīng)濟、能源、碳排放的情景分析研究方面獲得較多應用。本文基于LEAP模型框架,結合京津冀地區(qū)的能源結構、產業(yè)結構等特征,構建了LEAP-BTH模型(見圖1);包含了關鍵假設、終端能源需求、能源加工轉換等主要模塊,將各部門的活動簡化為能源、物質的消耗與產出。LEAP-BTH模型以2020年為基準年,預測期為2021—2060年,時間步長為1年,區(qū)域范圍是北京市、天津市、河北省。

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圖1 LEAP–BTH模型結構

2. 關鍵假設

常住人口及城鎮(zhèn)化率。2020年北京市、天津市的城鎮(zhèn)化率約為85%,處于較高水平;北京市人口趨于穩(wěn)定,天津市、河北省近5年平均變化幅度均小于0.3%,沒有出現(xiàn)明顯的增 / 減趨勢。因此,假設京津冀地區(qū)在預測期內的常住人口保持不變。受數(shù)據(jù)可得性的限制,將北京市、天津市的城市和農村居民生活部門的能源消耗合并計算。2020年,河北省城鎮(zhèn)化率為60.1%,據(jù)歷史趨勢預測2030年城鎮(zhèn)化率上升至75%,之后保持不變。

地區(qū)生產總值及三次產業(yè)結構。根據(jù)京津冀協(xié)同的整體布局、三省市各自的功能定位及其“十四五”規(guī)劃,參照實際發(fā)展趨勢及相關文獻預測結果,結合對相關管理部門的訪談內容,開展京津冀地區(qū)年均經(jīng)濟增速、三次產業(yè)結構等參數(shù)的評估和假定(見表1、表2)。例如,預測天津市第二產業(yè)占比提高的主要原因是政策層面高度重視工業(yè)發(fā)展,近5年的占比有逐漸提高趨勢;預測北京市經(jīng)濟增速的主要依據(jù)是有關文獻測算的中長期經(jīng)濟增長率(0.2%至4%)以及當前發(fā)展政策、管理部門調研內容等;其余參數(shù)設置的考慮類似,為凝練表達而不贅述。研究期內北京市、天津市、河北省的第三產業(yè)占比分別于2035年、2025年、2035年之后保持不變。

表1 京津冀地區(qū)年均經(jīng)濟增速預測

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表2 京津冀地區(qū)三次產業(yè)結構現(xiàn)狀及預測 

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3. 能源加工轉化

能源加工轉化模塊包括天然氣、煤炭、石油等一次能源開采,石油加工、焦化等一次能源加工,電力、熱力生產與供應等過程;主要應用LEAP模型的缺省峰值負荷曲線、各發(fā)電類型的最大可利用率。

4. 能源需求

能源需求模塊涵蓋居民生活、交通運輸、工業(yè)、服務業(yè)、農業(yè)、建筑業(yè)等主要用能部門。工業(yè)部門下各產業(yè)的能耗計算方法有兩種:針對鋼鐵、水泥、平板玻璃、造紙等高能耗部門,采用產品產量代表活動水平、單位產品能耗代表能源強度;對于其他工業(yè)部門,采用增加值代表活動水平、單位增加值能耗代表能源強度。

交通運輸分為客運和貨運,其中客運包括私人汽車、公交車、出租車、軌道交通,活動水平以行駛里程衡量。2020年北京市交通部門中各類交通方式的活動水平與能源結構如表3所示,天津市、河北省的數(shù)據(jù)結構與北京市相似,而行駛里程、能耗類型占比等參數(shù)依據(jù)地區(qū)特征而設置。

表3 北京市交通部門活動水平與能源結構(2020年)

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注:vkm表示車千米;tkm表示噸千米。

5. 碳排放

碳排放的核算范圍是與能源生產、轉換、消耗相關的各種經(jīng)濟活動及其產生的直接碳排放,不考慮電力等二次能源調入產生的間接碳排放以及農業(yè)、畜牧業(yè)、林業(yè)、土地利用等方面的碳排放變化,甲烷等非CO2溫室氣體排放等。采用聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC,2006)方法計算碳排放量。

(二)基礎數(shù)據(jù)與情景設置

研究采用的數(shù)據(jù)來自公開資料、課題組對管理部門的調研訪談。京津冀三省市的社會經(jīng)濟、能源生產及使用等歷史數(shù)據(jù)主要源于2020年和2021年《北京統(tǒng)計年鑒》、《天津統(tǒng)計年鑒》、《河北統(tǒng)計年鑒》;更詳細的現(xiàn)狀數(shù)據(jù)來自對管理部門調研訪談(見表4)。此外,能源的碳排放因子源于LEAP模型中的技術和環(huán)境數(shù)據(jù)庫。研究設置的京津冀地區(qū)發(fā)展情景主要有基準情景、低碳情景、協(xié)同情景(見表5)。

表4 研究采用的核心指標及數(shù)據(jù)來源 

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表5 3類情景的主要內涵及子情景 

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1. 基準情景

2021—2060年京津冀三省市各部門的活動水平、能源強度等參數(shù),主要依據(jù)國家和區(qū)域“十四五”規(guī)劃、現(xiàn)行的區(qū)域協(xié)同發(fā)展戰(zhàn)略等政策文件及相關文獻等進行設置。

對于交通部門,客運交通出行結構不斷優(yōu)化,綠色出行占比持續(xù)增加;軌道交通出行量年增長率在“十四五”時期為10%,隨后降為3%;主要參數(shù)有公共交通、軌道交通的出行占比,機動車保有量,新能源私人汽車、公交車、出租車、貨車的保有量等。

對于工業(yè)部門,用能結構調整、生產技術提高對工業(yè)的影響等是考慮因素,主要參數(shù)有“十四五”時期能源強度、終端用能單位電氣化率等;有關具體工業(yè)產品的產量預測,主要參照當前產量的變化趨勢以及有關產能控制的政策。需要說明的是,針對主要工業(yè)部門,采用產品產量(如鋼鐵產量)表示活動水平,由單位產品能耗(如噸鋼生產能耗)表示能源強度;課題組還調研訪談了相關管理部門,以更好把握相關數(shù)據(jù)的后續(xù)變化趨勢。例如,在推行鋼鐵行業(yè)“去產能”政策后,河北省的鋼鐵產量在2021—2023年每年下降8%,之后每年下降1%;2025年之前噸鋼生產能耗每年下降0.4%,之后每年下降1%。

對于居民生活、建筑業(yè)與服務業(yè)部門,推廣裝配式建筑等低碳綠色的建筑方式、對現(xiàn)有建筑進行節(jié)能改造等措施是考慮因素,主要參數(shù)有建筑業(yè)、服務業(yè)的能源強度,居民生活的能源消耗強度,居民終端用能電氣化率等?!笆奈濉睍r期,建筑業(yè)、服務業(yè)的能源強度每年下降3%,之后每年下降1%;2035年居民終端用能電氣化率達到90%,完全淘汰煤炭消耗。

對于能源部門,煤電、氣電、光伏發(fā)電、風電的裝機容量和發(fā)電量,供暖能源消耗總量、供暖方式、供暖能源種類等是考慮因素。

2. 低碳情景

挖掘現(xiàn)行政策的碳減排潛力,結合文獻資料,預測各子情景下相關經(jīng)濟部門的變化情況。以北京市為例,低碳情景的4個子情景及其包含的關鍵措施如表6所示。

低碳交通包括交通電氣化、運輸方式轉變:對于前者,在“十四五”規(guī)劃的基礎上加快電動汽車推廣并在2050年完全取代汽油車,公交車、出租車分別在2030年、2035年完成電氣化替代;對于后者,提高公共交通對私人交通的替代水平,實現(xiàn)軌道交通客運量、公交車數(shù)量的穩(wěn)定增長。

對于可再生能源替代,在基準情景的基礎上,加快煤電退役進度,推廣可再生能源發(fā)電和供暖模式;北京市挖掘分布式光伏和地熱供暖的潛力,河北省發(fā)展風電和光伏發(fā)電,天津市提早煤電退役時間。

對于工業(yè)綠色升級,在基準情景的基礎上,推廣應用低碳節(jié)能技術,促進能源強度持續(xù)下降,提高用能終端的電氣化替代水平;噸鋼生產能耗在“十四五”時期每年下降0.6%,之后每年下降1.5%。

對于低碳建筑,加快用能終端的電氣化替代, 2030年居民生活部門的煤炭被完全取代,電氣化率為90%;提高建筑的能源效率,居民生活的能源強度在2035年之后不再增長,建筑業(yè)、服務業(yè)在2035年之后能源強度每年下降1.5%。

表6 北京市低碳情景的子情景及關鍵措施 

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3. 協(xié)同情景

在低碳情景的基礎上,強化京津冀協(xié)同發(fā)展的政策力度,進一步提出有利于區(qū)域低碳發(fā)展的協(xié)同措施,同時體現(xiàn)一定的政策前瞻性。協(xié)同情景的4個子情景及其包含的關鍵措施如表7所示。

表7 協(xié)同情景的子情景及關鍵措施 

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對于交通一體化,結合“京津冀交通一體化”遠景規(guī)劃,2035年基本實現(xiàn)“軌道上的京津冀”,軌道交通成為出行的主要方式,而私人汽車的年行駛里程穩(wěn)步減少;發(fā)展氫能產業(yè)鏈,“十四五”時期推廣1×104輛氫能源車,2035年氫能源車占私人汽車的比例為5%;共建共享全域路網(wǎng)的電動車配套基礎設施,電動車占比進一步提高;鐵路網(wǎng)基礎設施建設穩(wěn)步實施,加速貨運部門“公轉鐵”并發(fā)展“港鐵聯(lián)運”,提高鐵路貨運占比及其電氣化率。

對于產業(yè)協(xié)同發(fā)展,北京市轉移出一般性的工業(yè)和制造業(yè),發(fā)展智能和高端制造業(yè),優(yōu)化工業(yè)結構,發(fā)揮科技引領作用;天津市、河北省承接產業(yè)轉移和對口產業(yè)幫扶,整合產業(yè)資源,推動產業(yè)鏈協(xié)同升級,進一步提高綜合能效,2060年噸鋼生產能耗下降53%。

對于低碳技術共享,將新建城區(qū)(如北京城市副中心、河北雄安新區(qū))的低碳建筑技術擴散到整個區(qū)域,推廣低能耗建筑;北京市建筑業(yè)能源強度進一步降低,2060年天津市和河北省的建筑業(yè)、服務業(yè)、城市居民生活的能源強度下降至北京市低碳情景水平。

對于能源協(xié)同,京津冀地區(qū)統(tǒng)籌構建高效、智能電力系統(tǒng),支撐更高比例的可再生能源上網(wǎng),提高可再生能源消納率,促進風光資源的充分開發(fā)利用;2050年煤電、氣電機組基本退役并轉為調峰與儲備能源,電力完全由可再生能源提供。

三、京津冀地區(qū)能源需求與碳排放模擬結果

(一)基準情景的能源需求與碳排放預測

對于基準情景,京津冀三省市的能源需求、碳排放預測結果如圖2所示。本研究獲得的模擬結果具有合理性,與兩方面數(shù)據(jù)基本吻合:中國碳核算數(shù)據(jù)庫(CEADs)的省級碳排放清單顯示,1997—2019年期間,北京市、天津市、河北省分別在2010年、2011年、2013年達到CO2排放量的最大值,之后CO2排放量略有波動,整體呈下降趨勢;京津冀地區(qū)CO2排放量測算表明,2002—2016年期間,北京市、天津市、河北省分別在2009年、2014年、2012年達到峰值。

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圖2 基準情景下的京津冀地區(qū)能源需求與碳排放情況

1. 北京市的預測結果

在預測期內,北京市的能源需求量持續(xù)上升,未能達到峰值。2035年前,能源需求仍以較快速度增長,“十四五”時期的終端能源消費量從6.29×107 tce增長到7.12×107 tce,對應增速為13.2%,低于“十四五”規(guī)劃中的增長率(19%)。到2035年,終端能源消費量繼續(xù)增加到8.97×107 tce。由于未考慮航空和管道運輸,基準年的能源需求估算略小于實際值,因而2035年北京市的實際能源需求會超過“十四五”規(guī)劃提出的9.0×107 tce控制目標,也不能實現(xiàn)“十四五”規(guī)劃要求的2035年能源需求達峰目標。在2035年之后,能源需求的增長速度放緩,但增長量依然較大。到2060年,能源需求為1.085×108 tce,較基準年增長72.4%。

根據(jù)預測,北京市2060年碳排放量下降為2.255×107 t,較2020年下降59.3%,不能實現(xiàn)碳中和目標(相關研究表明,2060年我國將通過碳捕集利用與封存、碳移除等技術捕集約2.3×109 t CO2,約占2020年CO2排放量的20%;本研究判斷區(qū)域能否實現(xiàn)碳中和目標,標準定為2060年該區(qū)域的碳排放量下降為2020年的20%以下)。受新型冠狀病毒肺炎(COVID-19)疫情對行業(yè)開工率、交通活動水平的影響,基準年的碳排放低于正常情況;2021—2023年的碳排放量比基準年略有上升(約為7.34×108 t CO2),合理推測北京市可以實現(xiàn)“十四五”規(guī)劃要求的碳排放“穩(wěn)中有降”目標。2025年之后,碳排放的下降速度有所加快,能效提高、結構轉型帶來的減排效果逐步顯現(xiàn)。2030年、2035年碳排放量分別下降為6.98×107 t CO2、6.29×107 t CO2,較2020年降低4.8%、14.2%。盡管2060年碳排放降幅接近60%,但相較碳中和目標還有一定差距。

2. 天津市的預測結果

在預測期內,天津市的終端能源需求快速增長,未能達到峰值(2060年為2.834×108 tce,約為基準年的3.4倍),相應增長主要由工業(yè)部門驅動?!笆奈濉睍r期,天津市制定的經(jīng)濟增長目標為6%,主要依賴制造業(yè)等工業(yè)部門拉動經(jīng)濟增長,第二產業(yè)增加值的占比進一步提高,導致能源需求保持高位。

根據(jù)預測,天津市2060年的碳排放量下降為7.26×107 t CO2,較2020年下降59.9%,不能實現(xiàn)碳中和目標。究其原因,煤電存在碳鎖定效應,而天津市的煤電機組難以在2060年完全退役;天津市作為我國北方的制造業(yè)中心和航運中心,工業(yè)和服務業(yè)在較長時期內都將保持一定的增速,而基準情景下的能效提高不足以抵消經(jīng)濟增長對能源的增量需求。

3. 河北省的預測結果

河北省的終端能源需求在2020—2023年隨著工業(yè)壓減產能而有所下降,2024年之后將恢復增長,在預測期內未能達到峰值。河北省的能耗集中在工業(yè)部門,受“十四五”前期的產能控制政策影響,鋼鐵等高能耗工業(yè)產品的產能出現(xiàn)下降,導致短期內能耗降低;在長期視角下,隨著政策壓力減輕、經(jīng)濟增長恢復,相應的能源需求重新出現(xiàn)增長趨勢。

根據(jù)預測,河北省的碳排放保持下降趨勢,但不能如期實現(xiàn)碳中和目標。相對基準年的碳排放量(9.299×108 t CO2),河北省碳排放一直下降的原因有三方面。① 鋼鐵減產。鋼鐵工業(yè)是河北省最主要的能耗和碳排放來源,2021年河北省發(fā)布了嚴格控制鋼鐵新增產能及產量的政策,鋼鐵產量同比下降9.9%,可以預期仍將持續(xù)壓減鋼鐵產量。② 工業(yè)限產。受COVID-19疫情防控、舉辦北京冬季奧運會的影響,河北省采取了短期內限制其他高排放工業(yè)開工的措施。③ 政策引導。河北省“十四五”規(guī)劃提出了一系列推動產業(yè)低碳轉型的任務舉措,如淘汰落后產能、推動電能替代、提高綜合能效等。

(二)碳排放總量方面的情景模擬分析

2060年,預計基準情景、低碳情景、協(xié)同情景下的京津冀地區(qū)碳排放量分別為5.87×108 t CO2、4.88×108 t CO2、2.32×108 t CO2(見圖3)。在基準情景、低碳情景下,京津冀地區(qū)的碳排放量都將保持下降趨勢;北京市、河北省、天津市先后達峰,但都不能實現(xiàn)碳中和目標。僅在協(xié)同情景下,2060年京津冀地區(qū)的碳排放量比2020年下降80.4%,能夠實現(xiàn)碳中和目標。

對于北京市,在低碳情景、協(xié)同情景下,2060年的碳排放量分別為1.46×107 t CO2、9.3×106 t CO2,分別為基準年的19.9%、12.7%,即在低碳情景下2060年可以實現(xiàn)碳中和目標,在協(xié)同情景下可以提前實現(xiàn)碳中和目標。

對于天津市,在低碳情景下,2060年碳排放量為4.76×107 t CO2,為基準年的73.7%;在協(xié)同情景下,2060年碳排放量為下2.76×107 t CO2,比基準年下降84.7%,即協(xié)同情景下可以提前實現(xiàn)碳中和目標。

對于河北省,3類情景下2020年后的碳排放量均呈下降趨勢。在基準情景下,碳排放量下降幅度不足以實現(xiàn)2060年碳中和目標;在低碳情景下,2060年碳排放量為4.259×108 t CO2;在協(xié)同情景下,2060年碳排放量為1.954×108 t CO2,為基準年的79%,能夠實現(xiàn)碳中和目標。

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圖3 3類情景下的京津冀地區(qū)碳排放量

四、京津冀協(xié)同推進碳達峰碳中和路徑分析

(一)重點減排部門

獲得了預測期內、協(xié)同情景下的京津冀地區(qū)各部門累計碳減排潛力占比(見圖4),對比各經(jīng)濟部門的累計減排量可以發(fā)現(xiàn),北京市的重點減排部門是交通運輸,河北省、天津市的重點減排部門是工業(yè)和發(fā)電。具體而言,北京市碳減排的顯著貢獻部門是交通部門(占31.2%),其次是服務業(yè)(占19.4%)、供熱(占19%)、發(fā)電(占16.1%);天津市碳減排的顯著貢獻部門是工業(yè)(占31.5%)和發(fā)電(占30%),其次是供熱(占13.5%)、服務業(yè)(占8%);河北省碳減排的顯著貢獻部門是工業(yè)(占41.3%)和發(fā)電(占25.8%),其次是供熱(占9.6%)、交通(占6.8%)。

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圖4 協(xié)同情景下的各部門累計碳減排潛力占比

由此可見,京津冀三省市的重點減排領域有所不同。北京市的能源結構以天然氣為主、依賴外調電,發(fā)電部門的碳減排潛力不大;而在終端排放中交通部門碳排放量的占比最高,加之服務業(yè)發(fā)達,因而減少碳排放依賴交通、服務業(yè)等部門。天津市、河北省的能源結構都是以煤炭為主且產業(yè)結構中的工業(yè)占比較高,因而重點減排部門都是工業(yè)和發(fā)電。此外,河北省的碳排放量相當于京津兩市的數(shù)倍,因而京津冀地區(qū)的整體碳排放情況主要由河北省決定,故京津冀地區(qū)的重點減排部門主要是工業(yè)、發(fā)電、熱力生產。

(二)關鍵減排路徑

分析各項措施累計減排的潛力占比(見圖5),據(jù)此辨識京津冀三省市及整個地區(qū)的關鍵性減排路徑。

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圖5 各項措施的累計碳減排潛力占比

北京市的關鍵減排措施是低碳交通、低碳建筑,減排潛力占比分別為28.6%、26.4%;隨后是交通一體化、能源協(xié)同發(fā)展,減排潛力占比分別為18.8%、10.7%。具體而言,加快推廣新能源汽車,力爭2035年電動車占私家車的比例為60%,氫能源車占比為5%;推動軌道交通等綠色交通基礎設施的共建共享,使軌道交通成為出行的主要方式。也要注意到,低碳情景下北京市各項措施的累計減排潛力占比為61.7%,較協(xié)同情景下減排措施的效果更明顯,這是因為北京市的交通部門電氣化、運輸模式轉變、低碳建筑推廣等措施依賴當?shù)卣叩耐苿?,而受京津冀協(xié)同的影響相對不大。

天津市的關鍵減排措施是可再生能源替代、工業(yè)綠色升級,減排潛力占比分別為33%、19.2%;隨后是低碳技術共享、能源協(xié)同發(fā)展,減排潛力占比分別為14.1%、10.4%。具體而言,煤電和氣電機組到2050年基本完成退役,轉為調峰和儲備能源,電力完全由可再生能源提供;推動工業(yè)綠色升級,更好維持天津市的制造業(yè)中心地位。低碳情景下天津市各項措施的累計減排潛力占比為59.1%,也較協(xié)同情景下減排措施的效果更明顯。究其原因,天津市的發(fā)電結構以煤炭為主且能源需求部門耗電量大,故煤電退役、可再生能源替代對當?shù)靥紲p排的影響更為直接,而受京津冀協(xié)同的影響相對不大。

河北省的關鍵減排措施是產業(yè)協(xié)同、能源協(xié)同,減排潛力占比分別為34.1%、22.2%;隨后是工業(yè)綠色升級、可再生能源替代。河北省鋼鐵產量極高,超過40%的碳排放源于鋼鐵生產的能源消耗過程,因而壓減鋼鐵產能、應用節(jié)能技術進行產業(yè)升級在碳減排工作中起著關鍵作用。河北省擁有較為豐富的風、光自然資源,通過京津冀能源協(xié)同發(fā)展,可以運用區(qū)域內的資金和技術優(yōu)勢,更好將自然資源優(yōu)勢轉化為低碳發(fā)展優(yōu)勢;京津冀地區(qū)包括包括“風光荷儲”一體化建設在內的能源基礎設施協(xié)同,有利于促進河北省的可再生能源就近消納,對河北省的碳減排工作也有積極作用。

對于整個京津冀地區(qū)而言,協(xié)同措施的碳減排潛力占比超過50%,又以產業(yè)協(xié)同、能源協(xié)為主要貢獻類別。具體而言,河北省在承接北京市制造業(yè)轉移的基礎上,推動產業(yè)鏈協(xié)同創(chuàng)新,整合優(yōu)質產業(yè)資源,進一步提高能效;2060年工業(yè)能源強度相比基準年下降75%,噸鋼生產能耗下降53%。

五、研究結論與發(fā)展建議

(一)研究結論

按照現(xiàn)有政策實施后的發(fā)展趨勢(即基準情景),北京市、河北省、天津市依次實現(xiàn)碳達峰,但三省市在2060年均不能實現(xiàn)碳中和目標。在低碳情景下,北京市可在2060年實現(xiàn)碳中和目標,天津市、河北省的碳排放量將進一步降低,但仍不能實現(xiàn)碳中和目標。對于經(jīng)濟體量大、增長速度較快、工業(yè)和城市密集的京津冀地區(qū),碳中和對經(jīng)濟社會轉型提出了更高的要求。

僅在協(xié)同情景下,京津冀三省市才能都在2060年(基本)實現(xiàn)碳中和目標。這就說明京津冀協(xié)同發(fā)展具有極大的碳減排潛力,是三省市完成碳中和目標的有效途徑。

京津冀三省市的重點減排部門和關鍵路徑存在明顯差異:北京市重在低碳交通、低碳建筑、交通一體化、能源協(xié)同發(fā)展,天津市重在可再生能源替代、工業(yè)綠色升級、低碳技術共享、能源協(xié)同發(fā)展,河北省重在產業(yè)協(xié)同、能源協(xié)同。

著眼碳中和目標,京津冀協(xié)同發(fā)展對河北省的碳減排貢獻將最為突出,也高于河北省加強自身減碳措施執(zhí)行力度(低碳情景)的效果。河北省實現(xiàn)碳中和目標最為重要的產業(yè)協(xié)同和能源協(xié)同措施,將依賴北京市、天津市溢出的資金和技術優(yōu)勢。對于北京市,交通部門電氣化、運輸模式轉變、低碳建筑推廣等措施更多依賴于本地政策的推動,故京津冀協(xié)同的收益作用相對較小。對于天津市,可再生能源替代和工業(yè)綠色升級等關鍵減排措施對碳減排的影響更為直接,而受京津冀協(xié)同的影響相對不大。

(二)發(fā)展建議

北京市增強交通、建筑部門的碳減排政策力度。對于交通部門,傾向公共交通、自行車和行人基礎設施建設,將城市副中心的步行友好示范社區(qū)建設經(jīng)驗逐步推廣到全市,改善公共交通與自行車、步行等的連接便利性;優(yōu)化市郊軌道交通布局,使城區(qū)與周邊縣區(qū)及外部城市的連接更為高效便捷。對于建筑部門,參照國際先進的建筑標準,提高被動式建筑、綠色屋頂?shù)鹊吞冀ㄖ夹g的應用水平,進一步降低建筑的能耗;加快實施現(xiàn)存建筑的節(jié)能化改造,因地制宜應用分布式光伏資源。北京市加強與河北省的可再生能源合作開發(fā),支持綠電入京,合理降低碳中和技術成本;運用科技優(yōu)勢,與河北省承德市、張家口市等風光資源豐富的地區(qū)協(xié)同開發(fā)風光資源,為外地綠電入京提供優(yōu)先保障;在構建京津冀氫能產業(yè)鏈過程中發(fā)揮引領作用,發(fā)揮技術和市場優(yōu)勢,建設并完善氫能基礎設施,推廣應用氫能汽車。

天津市側重煤電和工業(yè)部門碳減排、京津冀能源協(xié)同及交通一體化。嚴控新增煤電,盡快明確現(xiàn)役煤電的退役進度,發(fā)展分布式光伏等可再生能源,積極引入綠電。對于工業(yè)部門,以科技創(chuàng)新引領制造業(yè)低碳發(fā)展,盡量控制制造業(yè)帶來的碳排放增量。對于在交通部門,深度參與京津冀交通一體化建設,發(fā)揮區(qū)域“海上門戶”的交通樞紐作用;增強貨運“公轉鐵”水平,提高交通電氣化、智能化程度。

河北省把握京津冀能源協(xié)同、產業(yè)協(xié)同的發(fā)展機遇。實施京津冀地區(qū)的能源基礎設施協(xié)同建設,發(fā)揮西部和北部的風光資源優(yōu)勢。與北京市、天津市合作,解決可再生能源開發(fā)、儲存、消納相關的資金與技術難題,增強可再生能源的外送能力,擴大可再生能源當?shù)叵{范圍。推動京津冀產業(yè)協(xié)同發(fā)展,發(fā)揮北京市、天津市技術轉化基地作用,促進工業(yè)部門的能源結構轉型與低碳發(fā)展,降低化石能源占比并提高能源效率。

注:本文內容呈現(xiàn)略有調整,若需可查看原文。

作者簡介

賀克斌

環(huán)境工程專家,中國工程院院士。

主要從事大氣污染防治研究。

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