煤炭的碳排放研究及情景分析

第9卷第12期管理学报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(江苏大学能源发展与环境保护战略研究中心)摘要:基于动态演化系统理论,引入煤炭碳排放演化动态系统、演化因子和演化因子推进率,对未来煤炭的能源消耗总量和产生的碳排放进行预测分析。在此基础上引入情景分析,通过对煤炭占一次能源消费的比重逐步下降的比例的设定,引入4种不同的煤炭碳排放情景进行演化分析,量化分析中国未来煤炭产生的碳排放趋势,更能反映实际且有利于促进减排目标的实现。关键词:系统工程;碳排放;动态系统;煤炭中图分类号: C93; N945文献标识码: A文章编号: 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全球气候变化是人类迄今面临的最复杂的能源导致的CO2排放量进行了变化因子分析。问题之--,也是能源发展面临的巨大挑战。解徐国泉等”认为，能源效率对抑制我国碳排放决气候变化问题的根本措施是减少温室气体的的作用正在减弱。MA等[6]利用LMDI方法分人为排放,特别是能源生产、消费过程中的CO2析了1980~2003年中国能源强度的分解变化。排放。中国是一个以煤为主要燃料的国家,煤ZHANG'利用Ghosh投人产出模型，引人炭占一次能源消费量的70. 4%。特别是自SDA法分析中国1992~2005年碳排放情况并2002年以来重工业进入加速发展、能源消耗高提出相应的减排策略。FaN等”采用AWD方速增长的阶段,这种增长态势带来CO2排放量法对我国1980~2003年间的能源消费引起的的迅速增长,引起了各方面的关注,成为当今社碳排放强度,以及原材料部门的最终能源消费会的热点问题之--.出。煤炭消耗是造成中国碳所带来的碳排放强度进行了实证分析,认为我排放快速增长的主要原因,因此碳排放问题就国碳排放强度下降的原因很大- -部分来自于实成了研究的关键。际能源强度的下降。林伯强等9也基于Kaya由于中国在世界碳排放问题上具有举足轻恒等式,运用对数平均迪式分解法分析研究了重的影响,因此中国未来碳排放的变化趋势受我国1990~2007年人均CO,排放影响因素的到广泛关注生。WU等[以分析了我国1980~贡献率。WANG等0展示了中国未来的碳排.2002年间能源消费导致碳排放的驱动因素。放情景.提出了中国走上低碳发展之路的关键LIU等[“对1998~2005 年我国工业最终消费因素。L.1 等分析了，上海市1995~ 2006年的收稿日期: 2011-07-27中国煤化工基金项目:国家自然科学基金资助项目(71073072,91010011);国家社会科学MYHC N M H G2);国家教育部博士点基金资助项目(20093227110012);江苏省社会科学基金资助重点项目(07EYA040);江苏省高校哲学社会科学重点研究基地资助重大项目(2010-2-7);江苏高校优势学科建设工程资助项目●1864●煤炭的碳排放研究及情景分析一田立新金 汝蕾碳排放情况,以此来预测上海市在2020年之前T*时期内,煤炭产生的碳排放演化因子随时间的能源需求量,并对未来能源消费和CO2排放l的变化率M(t)(即煤炭的碳排放动态演化因进行情景分析。以上研究都只从总体方面研究子)与M(t)成正比;与碳排放增长潜力的份额碳排放的影响因素的重要性，而未从某--个或1- MC成正比,这里的煤炭产生的碳排放增某一些重要的影响因素出发有针对性地研究碳长潜力受科技进步、减排技术、碳源碳汇变化的cKM排放。尽管近年来已经有一些学者开始尝试专.门研究煤炭与碳排放之间的关系，例如邵帅影响;同时还与影响碳排放的政策调控、系统外等:田基于STIRPAT模型的上海分行业动态面部因素、调控行为的调控函数f(t)相关。此时板数据得出煤炭消费比重对碳排放规模和强度T" ={1996, 1999,2009},设Ti = 1996,Ti =均具有显著的促进作用。赵奥等采用EG协2009 ,调控函数f(t)为(54. 197 9t-1. 036 3X10° +r(3.948 1X10-34-整检验证明碳排放强度与煤炭消耗之间存在长30. 197 2t +8.6558X104t-1. 1021X10*+期稳定关系,并以此建立VAR模型和脉冲响5. 2585X10*)，1990≤≤T; ;应函数,考察碳排放强度与煤炭消耗之间的长f(t)=-3. 735 6X102+1.497 9X 1091-1.501 5X 10° +期动态影响特征。然而,此类研究仍显不足,因r(8. 336 1X10~*p°-1.002 8X10*P +5.026 0X 10°e4 -为碳排放是一一个动态演化的过程,仅仅从几个1. 343 5X1010p +2.020 1X10°μ2 -影响因素方面建立简单的线性模型无法很好地1. 620 0X 10*l+5.412 9X10*)，Ti<1≤Ti.解释煤炭与碳排放之间的关系。适当地调控碳减排系数,可得到方程式(1)本研究基于动态演化系统理论,引人煤炭的解(见图2)为:碳排放演化动态系统，尝试对未来煤炭的能源(27.098 9r2 - 1.036 3X10*1+9.899 1X10')c.消耗和产生的碳排放进行连续预测分析。在此1990≤I≤Ti ;基础_上引人碳排放情景分析，量化分析中国未来M(t)=(-1.2452X102+7. 4983X1052 - 1.501 5X109+煤炭产生的碳排放趋势,使情景预测从离散转为1. 0034X101*)c,T;0,放量;t为时间;T"为煤炭产生的碳排放量在这表示煤炭产生的碳排放量在1996年之前增1990~2050年之间的临界时间点;c为演化系长迅速。19中国煤化工996 ~ 1998数,c>0;Kx取2020年之前中国煤炭碳排放的年,动态演CHCNMHGx生的碳排最大估计值Km=1. 860X10*万们。放量增加逐渐变缓，而1998年后,煤炭产生的模型式(1)的建模思想如下:在1990年到碳排放量随时间的变化率为正，即碳排放量的●1865●.管理学报第9卷第12 期2012年12月增长越来越快。应适时调控f(t),使Fm<0,以2回归分析此来缓解碳排放压力,使系统向理想方向发展。从表1可见,模型式(1)的碳排放动态演化2.118 52.118 0因子和实际数据的变化率的残差非常小,且模2.117 5-型的拟合度很高,说明模拟效果很好,这个模型2. 117 (是成功的。2. 116 5表1模型的回归分析医2.11602.115 5年份原始变化率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广19940. 062 391 0040.049 169 810一 0.0132211941.5|1995 0. 063 0567360.047 441 315 -0.015 615 4211.0个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图3碳排放量的动态演化因子(c-1)20050. 126 280 5090.106970633-0.019309877进一步引人煤炭的碳排放动态演化因子的2006 0. 100 743165 0. 095 978 373 -0. 004 764 7922007 0. 084399017 0. 082915175 -0.001 483 841 .推进率(见图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: ;平均残差0. 000727 538判定系数_0. 940 053 7971(-7.471 2X10*t+1.497 9X10*)c， T: <1≤T;。当1990≤t≤1996 时,PM为54. 197 9,恒为正;(4)3煤炭的能源消耗预测而当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,演化因子型及实证分析:1995 ~2004[J].中国人口●资源与环境，2006,16(6): 158~ 161.的推进率Pw恒为正，碳排放量增长越来越快;[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-现下降;1998~2005年,Fx(1)>0,Pm>0,碳排ergy Economics, 2008 ,30(3): 1 037~1 053.放量又开始出现增长;2005~2009年,FM(t)>[7] ZHANG Y G. Supply side Structural Effect on Car-0,PM<0,碳排放量增长逐渐变慢。由此,必须bon Emissions in China[J 了. Energy Economics. .调控减排政策和措施,使得演化因子出现负值、2010. 32(1): 186~ 193.演化因子推进率持续为正,使得碳排放量加速[8]FAN Y, LIUIG, WUG, et al. Changes in CarbonIntensity in China: Empirical Findings from 1980 ~减少,实现碳排放减排的目标。在此基础上,预2003[J]. Ecological Economies. 2007， 62(3/4):测了未来煤炭的消费总量,并对煤炭占一次能源消费的比重逐步下降的比例进行设定,提出[9]林伯强,蒋竺均.中国CO2的环境库兹涅兹曲线预测4种演化情景分析,分析未来煤炭产生的碳排及影响因素[J].管理世界.2009(4): 27~36.放量的演化趋势。通过情景1和情景2的分[10] WANG T, WATSON J. Scenario Analysis of Chi-析,可以发现,如果继续保持现有煤炭在一次能na's Emissions Pathways in the 21st Century for .源消费中的比重不变或只略微下降,那么要实Low Carbon Transition[J]. Energy Policy, 2010 ,38现既定的减排目标是十分困难的。将情景3(7):3 537~3 546.(b)作为未来中国煤炭的发展前景，符合实际情[11]L1I. CHENCH, XIESC. et al, Energy Demandand Carbon Emissions under Different Development况,有利于促进减排目标的实现。鉴于此,必须Scenarios for Shanghai, China[J]. Energy Policy,大力发展风电、水电等清洁能源,降低化石燃料2010，38(9): 4 797~4 807.燃烧过程中的CO2排放，尤其是提高煤炭发电12]邵帅,杨莉莉,曹建华.工业能源消费碳排放影响因技术,促使化石燃料向低碳方向发展,逐渐降低素研究一基于STIRPAT模型的上海分行业动态高碳产业在整个国民经济中的比重，逐步使煤面板数据实证分析[].财经研究.2010. 36(11);炭在一次能源消费中的比重下降为50%左右。16~27.在实现情景3(b)的基础，上,仍需要加大发展[13]赵奥,武春友.中国碳排放强度与煤炭消耗的冲击效CCUS技术.1GCC技术,煤气化新技术和超临应分析[J].中国人口●资源与环境，2011,21(8):107~112.界、超超临界燃烧技术等新技术的开发和利用，(编辑丘斯迈)以解决煤炭的清洁高效利用问题,走出一条符合中国国情的“清洁煤炭"之路。通讯作者:田立新(1963~),男，江苏姜堰人。江苏大学(江苏省镇江市”中国煤化工士研究生导参考文献师。研究方向E-mail: tian-[1]国家发展和改革委员会能源研究所课题组.中国Ix@ ujs. edu. c1TYHCNMHG2050年低碳发展之路一一能 源等求暨碳排放情景分析[M].北京:科学出版社,2009.68 '