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城市低碳之路 | 上海如何實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰?

分類:固廢觀察    發(fā)布時(shí)間:2021年4月12日 21:23    作者:固廢觀察公眾號(hào)    文章來(lái)源:固廢觀察公眾號(hào)















導(dǎo)





在2015年巴黎氣候變化大會(huì)上,中國(guó)政府提出“2030年前后碳排放達(dá)到峰值并加快實(shí)現(xiàn)”等一系列新階段目標(biāo)。城市是能源資源消耗和碳排放的集聚區(qū)域,推動(dòng)城市低碳發(fā)展成為各國(guó)面臨的共同挑戰(zhàn)。采用STIRPAT模型,探究上海市過(guò)去20年發(fā)展總體形勢(shì),分析碳排放影響因素,判斷上海在2025年是否可以達(dá)峰。結(jié)果表明:無(wú)論基準(zhǔn)情景還是超低碳情景,上海市在2025年之前達(dá)峰的目標(biāo)均可以實(shí)現(xiàn)。在對(duì)上海市碳排放各影響因素中,城市化率對(duì)其影響最大,其次是人均GDP水平。


張 哲1 任怡萌2 董會(huì)娟3*

(1.上海交通大學(xué) 中英國(guó)際低碳學(xué)院;2.中國(guó)人民大學(xué) 統(tǒng)計(jì)學(xué)院;3.上海交通大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院)

研究背景

《巴黎協(xié)定》指出,為了避免氣候變化對(duì)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)產(chǎn)生嚴(yán)重影響,全球平均升溫須控制在2 ℃以內(nèi)。為了實(shí)現(xiàn)溫控目標(biāo),全球溫室氣體應(yīng)在2020年或者更早達(dá)到峰值,到21世紀(jì)下半葉實(shí)現(xiàn)凈零排放。因此,2015年中國(guó)政府確定了2030年左右CO2排放達(dá)到峰值,并爭(zhēng)取盡早達(dá)峰的碳減排自主行動(dòng)目標(biāo)。碳排放達(dá)峰并不單指在某一年達(dá)到最大排放量,而是一個(gè)過(guò)程,即碳排放首先進(jìn)入平臺(tái)期并可能在一定范圍內(nèi)波動(dòng),然后進(jìn)入平穩(wěn)下降階段。

城市是人類生活主要的空間載體和溫室氣體主要的排放源,中國(guó)70%的碳排放來(lái)自城市,到2030年這一比例還將升至80%。尤其隨著城市化進(jìn)程的加快,城市碳排放減排和達(dá)峰控制對(duì)我國(guó)的達(dá)峰目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)將發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。目前,北京、上海、天津、深圳及廣州等低碳試點(diǎn)城市已經(jīng)公布碳排放達(dá)峰時(shí)間。上海作為引領(lǐng)我國(guó)城市發(fā)展的超大型城市典型代表之一,其能源消費(fèi)和碳排放也遙遙領(lǐng)先,其已提出2025年全市的碳排放總量與人均碳排放達(dá)到峰值。為了預(yù)測(cè)上海能否實(shí)現(xiàn)達(dá)峰目標(biāo),本文采用STIRPAT模型探究上海市未來(lái)發(fā)展總體形勢(shì),分析其現(xiàn)有政策下和更低碳政策下碳排放的達(dá)峰情況,并提出其碳減排和達(dá)峰路徑相關(guān)政策建議。此外,判斷上海在2025年是否可以達(dá)峰,也可為全國(guó)其他省市“十四五”期間乃至更長(zhǎng)一段時(shí)間做好低碳減排工作和推動(dòng)碳排放達(dá)峰提供參考。


摘  要

在2015年巴黎氣候變化大會(huì)上,中國(guó)政府提出“2030年前后碳排放達(dá)到峰值并加快實(shí)現(xiàn)”等一系列新階段目標(biāo)。城市是能源資源消耗和碳排放的集聚區(qū)域,推動(dòng)城市低碳發(fā)展成為各國(guó)面臨的共同挑戰(zhàn)。采用STIRPAT模型,探究上海市過(guò)去20年發(fā)展總體形勢(shì),分析碳排放影響因素,判斷上海在2025年是否可以達(dá)峰。結(jié)果表明:無(wú)論基準(zhǔn)情景還是超低碳情景,上海市在2025年之前達(dá)峰的目標(biāo)均可以實(shí)現(xiàn)。在對(duì)上海市碳排放各影響因素中,城市化率對(duì)其影響最大,其次是人均GDP水平。


01

碳排放達(dá)峰研究綜述

碳排放達(dá)峰研究主要集中在2個(gè)方面:1)碳排放究竟會(huì)不會(huì)達(dá)峰以及達(dá)峰相關(guān)理論問(wèn)題;2)具備什么條件才能出現(xiàn)峰值以及如何預(yù)測(cè)具體峰值問(wèn)題。

1.碳排放達(dá)峰理論研究

碳排放峰值理論最早是世界銀行《世界發(fā)展報(bào)告》(1992年)提出,環(huán)境污染程度與人均GDP的關(guān)系是倒U形,經(jīng)濟(jì)剛起步時(shí),環(huán)境污染隨著人均GDP增長(zhǎng)而增加,經(jīng)濟(jì)發(fā)展到一定水平之后,環(huán)境污染開(kāi)始出現(xiàn)拐點(diǎn),之后環(huán)境污染隨著人均GDP繼續(xù)增加反而逐步下降,這種現(xiàn)象也被稱為環(huán)境庫(kù)茲涅茨曲線(EKC)。
隨后,開(kāi)始有學(xué)者研究碳排放與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)之間的關(guān)系,一部分學(xué)者支持碳排放量與經(jīng)濟(jì)發(fā)展存在倒U形關(guān)系,即存在碳排放峰值。但是有一部分學(xué)者通過(guò)研究認(rèn)為不存在碳排放的峰值。

2.碳排放峰值預(yù)測(cè)研究

2014年《中美氣候變化聯(lián)合聲明》中,我國(guó)首次提出要在2030年左右達(dá)到碳排放峰值。我國(guó)碳排放總量達(dá)峰和各省市碳排放達(dá)峰方面,國(guó)內(nèi)外已有許多學(xué)者開(kāi)展了相關(guān)研究(表1)。

表1 中國(guó)CO2排放達(dá)峰的研究總結(jié)

總體而言,針對(duì)國(guó)內(nèi)省市碳排放達(dá)峰的研究方法大多是LEAP模型和STIRPAT模型分析,其參數(shù)設(shè)置均有不同,預(yù)測(cè)結(jié)果也不盡相同。在模型預(yù)測(cè)中,參數(shù)設(shè)置對(duì)結(jié)果的影響十分重要。在已有研究中,大部分的參數(shù)設(shè)定是根據(jù)歷史增長(zhǎng)率推算的,其誤差較大。因此,本文將采用STIRPAT模型預(yù)測(cè)上海市碳排放達(dá)峰情況,并根據(jù)上海市所頒布的相關(guān)政策文件設(shè)定相應(yīng)參數(shù),減少誤差。


02

研究方法和數(shù)據(jù)來(lái)源

1.STIRPAT模型

STIRPAT(stochastic impacts by regression on population, affluence, and technology,可拓展的隨機(jī)性的環(huán)境影響評(píng)估)模型的基本形式為

其中:P為人口規(guī)模;A為人均富裕程度;T為技術(shù)水平;a為人口規(guī)模系數(shù);b為人均富裕程度系數(shù);c為技術(shù)水平系數(shù);e為隨機(jī)環(huán)境誤差。因變量I為環(huán)境影響程度,如CO2排放量,該模型是STIRPAT方程的隨機(jī)形式,可對(duì)各因素對(duì)環(huán)境造成的非比例影響進(jìn)行研究(表2)。除上述自變量外,其他可以對(duì)環(huán)境造成影響的因素也可引入該模型進(jìn)行擴(kuò)展,從而分析其對(duì)環(huán)境的影響。本文選取人口總量(P)、人均GDP(A)、城市化率(U)、能源強(qiáng)度(T)、能源結(jié)構(gòu)(F)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)(C)6項(xiàng)因素作為自變量對(duì)STIRPAT模型進(jìn)行擴(kuò)展,得到擴(kuò)展后的模型見(jiàn)式(1)。

(1)

表2 STIRPAT模型變量說(shuō)明

已有關(guān)于碳排放影響因素的研究發(fā)現(xiàn),使用STIRPAT模型時(shí),選取的自變量之間可能存在一定程度的相關(guān)性,如果直接建立多元線性回歸模型,則可能會(huì)產(chǎn)生多重共線性的問(wèn)題,導(dǎo)致普通最小二乘法無(wú)法求解的情況。為解決這一問(wèn)題,本文使用偏最小二乘法(PLS)進(jìn)行回歸分析。

2.達(dá)峰情景設(shè)置

“十三五”期間,上海市出臺(tái)許多應(yīng)對(duì)氣候變化規(guī)劃政策文件,不斷加強(qiáng)應(yīng)對(duì)氣候變化工作,大力進(jìn)行產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級(jí)。根據(jù)上海市發(fā)布的政策文件,對(duì)上海市2018—2035年人口、人均GDP、城市化率、第三產(chǎn)業(yè)占比、能源強(qiáng)度、能源結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)測(cè)。將設(shè)置2個(gè)情景,其中,基準(zhǔn)情景完全參考上海市相關(guān)的氣候變化規(guī)劃政策文件,超低碳情景對(duì)參數(shù)的設(shè)置將比基準(zhǔn)情景更低碳,人口控制更嚴(yán)格,城市化進(jìn)程更緩慢,能源強(qiáng)度、能源結(jié)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)控制更嚴(yán)格。
1)人口。2018—2019年上海市常住人口數(shù)據(jù)來(lái)自《2018年上海市國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》《2019年上海市國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》,2020—2035年人口增長(zhǎng)率來(lái)自聯(lián)合國(guó)人口預(yù)測(cè)。
2)經(jīng)濟(jì)情況。2018—2019年上海市GDP數(shù)據(jù)來(lái)自《2018年上海市國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》《2019年上海市國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》;鑒于2020年新型冠狀病毒疫情對(duì)中國(guó)各省市經(jīng)濟(jì)活動(dòng)造成一定程度的影響,根據(jù)不同研究機(jī)構(gòu)的預(yù)測(cè)(表3),綜合我國(guó)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)實(shí)際情況,最終確定中國(guó)2020年GDP增速為4.5%,上海市2020年GDP增長(zhǎng)率為4.5%。

表3 各機(jī)構(gòu)對(duì)2020年中國(guó)經(jīng)濟(jì)的預(yù)測(cè)

3)城市化率。城鎮(zhèn)化是影響碳排放的重要因素之一,上海市城鎮(zhèn)化水平一直處于中國(guó)各省市前列。2018年已經(jīng)達(dá)到88.1%,位列全國(guó)第1。上海市已開(kāi)始嚴(yán)重控制外來(lái)人口數(shù)量,未來(lái)城鎮(zhèn)化水平將增長(zhǎng)緩慢。
4)能源強(qiáng)度。根據(jù)《上海市城市總體規(guī)劃(2017—2035)》要求,2035年萬(wàn)元地區(qū)生產(chǎn)總值(GDP)能耗控制在0.22 t標(biāo)煤以下。
5)能源結(jié)構(gòu)。根據(jù)《上海市能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》要求,2020年,煤炭占一次能源消費(fèi)比重從2015年的36%下降到33%。

6)產(chǎn)業(yè)占比。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)是經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的原因,也是碳排放增長(zhǎng)的原因。目前上海市第三產(chǎn)業(yè)占比在70%以上,并且呈逐漸增長(zhǎng)趨勢(shì),2015—2019年第三產(chǎn)業(yè)占比年均增長(zhǎng)1.2百分點(diǎn)。


03

結(jié)果與分析

1.回歸結(jié)果分析

原始指標(biāo)的Pearson相關(guān)系數(shù)矩陣如表4所示??梢钥闯?,大部分指標(biāo)之間存在高度相關(guān)性。其中,人均GDP和人口數(shù)的相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.96,城市化率與能源強(qiáng)度和人口之間的相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值也超過(guò)0.86。由于各個(gè)變量之間的相關(guān)性較強(qiáng),可以使用主成分分析提取主成分。

表4 Pearson相關(guān)系數(shù)矩陣

對(duì)于上海地區(qū),在保持其他變量不變的情況下,城市人口每提高1%,則碳排放平均增長(zhǎng)0.02%;人均GDP每提高1%,則碳排放平均增長(zhǎng)0.68%;城市化率每提高1%,則碳排放平均增長(zhǎng)1.32%;能源強(qiáng)度每提高1%,則碳排放平均下降0.34%;能源結(jié)構(gòu)每提高1%,則碳排放平均增長(zhǎng)0.11%;產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)每提高1%,則碳排放平均增長(zhǎng)0.44%。實(shí)際排放與擬合結(jié)果如圖1所示,誤差在-4%~3.2%。

圖1 上海市碳排放實(shí)際排放與回歸結(jié)果誤差分析

2.碳排放達(dá)峰情景分析

根據(jù)設(shè)置的2種不同情景,2018—2035年上海市碳排放如圖2所示?!冻鞘羞_(dá)峰指導(dǎo)手冊(cè)》中指出:城市碳排放達(dá)峰不僅僅指某一年碳排放達(dá)到峰值,而是城市的碳排放量出現(xiàn)持續(xù)穩(wěn)定下降。在基準(zhǔn)情景下,上海市2018—2024年一直處于平臺(tái)期,碳排放在小幅度波動(dòng)變化,維持在19500萬(wàn)t左右,在2024年達(dá)到峰值,為19671.96萬(wàn)t。在2025年后,排放量開(kāi)始有大幅度下降,在2035年降至17546萬(wàn)t。在超低碳情景下,上海市在2022年達(dá)到峰值,為19506.48萬(wàn)t。2022年之后,排放量開(kāi)始下降,在2035年降至16122萬(wàn)t。超低碳情景在2035年比基準(zhǔn)情景少排放1424萬(wàn)t。基準(zhǔn)情景和超低碳情景下,上海市均會(huì)在2025年之前達(dá)峰,碳排放峰值不超過(guò)2億t,之后均開(kāi)始有大幅度下降。

圖2 2018—2035年上海市碳排放預(yù)測(cè)
從模型系數(shù)的大小上看,城市化率是影響上海市碳排放最重要的因素,城市化率每提高1%,則碳排放平均增長(zhǎng)1.32%。在2013年的碳排放上升也證實(shí)了這一點(diǎn)。2011—2013年城市化率較高,維持在89%~90%,碳排放量可達(dá)到2億t。從2015年開(kāi)始,上海城市化率維持在87%~88%,碳排放量則保持在1.8億~1.95億t。目前來(lái)看,上海市達(dá)到城市化演進(jìn)后期階段對(duì)碳排放的抑制作用尚未體現(xiàn),也說(shuō)明國(guó)內(nèi)大都市雖然城市化水平很高,居民收入或產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)已接近國(guó)內(nèi)中等富裕水平,但是城市化率仍對(duì)碳排放正向促進(jìn)作用。

人均GDP是影響上海市碳排放的另一個(gè)重要因素,人均GDP每提高1%,則碳排放平均增長(zhǎng)0.68%。人均收入水平對(duì)應(yīng)富裕程度,通常富裕程度高的城市在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和交通等方面比富裕程度低的城市消耗的資源和能源更高,產(chǎn)生環(huán)境效應(yīng)影響壓迫更大,因此碳排放量也更高,但在發(fā)達(dá)國(guó)家城市存在截然不同的情況。2020年由于受新型冠狀病毒肺炎疫情的影響,GDP增速會(huì)有所降低,人均收入隨之降低,導(dǎo)致在情景預(yù)測(cè)下,2020年碳排放比2019年有輕微下降。之后GDP增長(zhǎng)回歸正常漲幅,碳排放將在2021年有所回升。


04

結(jié)論與政策建議

本文以上海市為研究對(duì)象,通過(guò)STIRPAT模型分析1997—2017年歷史排放,研究人口、人均GDP、城市化率、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源結(jié)構(gòu)和能源強(qiáng)度對(duì)碳排放的影響。設(shè)置不同的情景參數(shù),研究上海市未來(lái)碳排放達(dá)峰情況。結(jié)果表明:從歷史排放上來(lái)看,城市化率對(duì)于碳排放的影響最大,其次是人均GDP。無(wú)論基準(zhǔn)情景和超低碳情景,2025年上海市的碳排放達(dá)峰的目標(biāo)均可實(shí)現(xiàn)?;鶞?zhǔn)情景下,上海市碳排放于2024年達(dá)到峰值,2024年之后開(kāi)始下降。超低碳情景下,在2022年達(dá)到峰值,2011—2022年一直處于平臺(tái)期,之后開(kāi)始穩(wěn)定下降。

基準(zhǔn)情景均是參照上海市目前推行的政策文件內(nèi)容所設(shè)置的,2025年之前碳排放達(dá)峰的目標(biāo)是可以實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于現(xiàn)有的政策文件,如《上海市城市總體規(guī)劃(2017—2035)》《上海市能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》等。對(duì)于人口、能源結(jié)構(gòu)和能源強(qiáng)度等指標(biāo),需按照文件要求必須嚴(yán)格執(zhí)行并落實(shí)。在完成度較好的情況下,可以加強(qiáng)該指標(biāo)設(shè)定,力求實(shí)現(xiàn)上海市盡早達(dá)峰。

從上海市歷史排放來(lái)看,城鎮(zhèn)化進(jìn)展對(duì)上海市的碳排放影響較大。需進(jìn)一步完善城市低碳化整體規(guī)劃,不斷加大財(cái)政投入與政策扶持,探索低碳城鎮(zhèn)化的新路徑。避免傳統(tǒng)“攤大餅”式城市發(fā)展思路,建設(shè)低碳環(huán)保城市,摒棄高碳排的城鎮(zhèn)化道路。這樣才保證上海市碳排放達(dá)到峰值,甚至提早達(dá)峰。

來(lái)源:張哲,任怡萌,董會(huì)娟.城市碳排放達(dá)峰和低碳發(fā)展研究:以上海市為例[J].環(huán)境工程.2020,38(11):12-18

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來(lái)源 | 環(huán)境工程
作者 | 張哲、任怡萌、董會(huì)娟

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