低碳发展时代的世界与中国能源格局，本文主要内容关键词为：格局论文,中国能源论文,时代论文,低碳论文,世界论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
1 哥本哈根会议揭开了世界低碳发展的序幕
12天的哥本哈根会议尽管争吵不断，甚至在会议结束后一段时间内西方国家还在发泄失望、牢骚和指责、不满，但是，站在人类历史的高度，应该给这次会议以高度的评价。因为它以世界192个国家的声音，在《哥本哈根协议》中肯定了会议前夕国际能源署提出的“450情景方案”3个具体目标中的2个——第一，“承认这一科学观点”，即全球平均气温不应比工业化开始前高出2℃。第二，对减排的远期目标达成了共识，重申了“共同但有区别的责任”，即在2050年前全球排放量减到1990年(209×
t二氧化碳当量)的一半。发达国家应在这个时间内减少至少80％的排放量；发展中国家的温室气体排放量应比“通常情况下”低15％～30％，即要考虑能源消耗与经济产出的比例[1]。
会议对450情景方案的第三个具体目标，即减排中期目标的排放数额和时间点以及减排指标和进度在不同国家间的分配和资金援助问题发生了尖锐的争论。“丹麦方案”把排放峰值时间点定为2025年，遭到中、印等国反对。中国科技部部长万钢指出，中国的排放峰值应在2030-2040年间；都低于450情景方案的“到2020年将达到最高峰(307×t二氧化碳当量)，2030年降到240×～260×t二氧化碳当量”的中期目标。
之所以出现这种局面，是因为从现在到2050年是大部分发展中国家实现工业化的关键时期。总人口约10亿、占世界人口仅15％的OECD国家在此前的150年间，在无节制地使用低价能源和原材料条件下陆续完成工业化的同时，排放了导致目前气候危机的80％的二氧化碳。而当占人口85％的发展中国家经济起飞时，气候变化却迫使世界进入低碳发展约限能源消耗的时代。《哥本哈根协议》中提到“考虑(发展中国家)能源消耗与经济产出的比例”，就是捍卫发展中国家“发展权”的努力的成果。
会议做出在2010年11月之前，达成有约束力的协定的决定。留下一年的时间给所有人认识和厘清这些具体的、牵涉每一个国家利益的、有争议的问题，以期在达成深度共识的基础上再做决定，这种“求同存异”的方法，也体现了中国风格的政治智慧。中国代表团的表现可圈可点，对会议达成历史性协议做出了重大贡献，这包括在会议前夕发布的“到2020年，单位GDP的二氧化碳排放比2005年降低40％～45％”的主动、无条件的二氧化碳减排目标，协调发展中国家的立场，以及在最后关头为达成《哥本哈根协议》而做出的努力。
无论在中期目标时间点、减排份额以及资金分配上存在多少争议，只要192个国家都共同认定了“2℃”和“在2050年前全球排放量减到1990年的一半”的远期目标时间点，哥本哈根会议就足以载入史册。因为这是影响人类命运和今后发展模式的重大抉择，是世界能源和环境历史发展的里程碑。
2 低碳发展时代碳排放与能源消耗之间的关系
2.1 气候变化推动世界能源构成第三次大转型
“在2050年前全球排放量减到1990年的一半，即100×～110×t二氧化碳当量”这句话决定性地影响着今后40年的世界能源格局、发展模式和整个面貌。笔者曾在《中国低碳能源战略探讨》一文中，从历史的角度展示了气候变化将如何推动世界一次能源消费结构大转型的图景。指出2050年将是世界依靠低碳能源运转的时代，“非碳”的核能和可再生能源将接近总能耗的半壁江山，油气和煤(大部分还必须CCS利用)都将低于总能耗的3成。不这样就不能保证实现“2℃”的目标。
然而，一次能源构成只能定性地反映碳减排的要求，不能保证2050年全球温室气体排放量不超过100×～110×t二氧化碳当量的总量约限。而为了进一步展示低碳发展的量化图景，就必须揭示碳排放与能源消耗总量和构成之间的规律性关系。
2.2 能源消耗和碳排放之间的关系
温室气体排放和动态平衡的模型极其复杂，尽管还有能源开采、动植物代谢等其他各种因素，但毕竟近150年来化石能源使用造成的排放增加是最主要因素。本研究是基于下列假设：①由化石能源使用所排放的二氧化碳占温室气体排放的绝大多数；②由其他各种原因所净排放(排放量与碳汇吸收量之差)的各种温室气体量并非常数，也随人类发展而动态变化，在难以建立严格模型条件下，暂按与用能排放的二氧化碳同步变化处理。
表1给出了美国能源情报署(EIA)发布的2004年主要国家GDP、能耗、能源强度ε和碳强度κ的数据。表中最右边一栏“能源碳强度”ω=κ/ε数据，是本研究提出并计算的一个反映碳排放与能源结构关系的新指标。
ε和κ数据取决于一个国家的发展程度(GDP)；而ω=κ/ε就排除了GDP的影响，是只与一次能源消费结构有关的参量。从这3个指标的因次可以看出，当以GDP代表一个国家的经济发展程度时，ε反映其能效，κ反应其二氧化碳排放强度，而ω是一次能源消费中生成并排放二氧化碳的各种形式能源所占比率γ的函数。显然，γ与可再生能源(除生物质能以外)的数量无关，与生成二氧化碳较少的天然气弱相关。若一次能源中煤、石油、天然气和生物质能的分率分别表示为：C、O、G和B，并且定义：β=CCS利用的煤和生物质能/煤和生物质能的总耗量，则可以把生成并排放二氧化碳的能源在总能耗中的分率定义为参数γ：
γ=[(C+B)(1-β)+O+0.33G] (1)
天然气由于其分子中氢原子多，燃烧产生的二氧化碳少，并且能源利用效率高，估算天然气能源利用的二氧化碳生成率为煤和石油的1/3。必须说明的是，当未来CCS利用大发展时，式(1)还需进一步严格定义和修改完善。
图1是在迄今基本尚无CCS利用，即β=0的条件下，采用根据BP公司发布的2005年不同国家一次能源构成数据推算出的γ值(见表2)和表1中2004年的ω数据，回归出来的一次能源中化石能源所占的比率γ与能源碳强度ω之间的线性关系，关联式见式(2)。
ω=2.4γ (2)
图1 不同国家高碳排放一次能源比率与能源碳强度的关系
之所以把关联式设为通过原点的直线，是基于前述假设做出的推论。由于笔者目前所能掌握的数据有限，这种关联和回归还是比较宏观和粗略的。但沿着这样的思路，是有可能建立比较严格的γ与能耗构成以及ω=f(γ)关联式的。
表1中的数据可以反应不同国家的能源结构和能效状况。例如，法国的能效不是最高的，但法国的κ和ω值都最低，这是因为法国电力的80％依靠核能，二氧化碳排放最少；俄罗斯和韩国的ε和κ值都很高，但他们的ω值却同美国和欧洲国家同样水平，这是因为他们一次能源中天然气所占比率较高的缘故；印度和中国这两个发展中国家产业结构完全不同，ε和κ值相差1倍以上，但ω值居然非常接近，这说明两国的一次能源构成是相近的。
利用这个关联式所给出的ω和γ关联，便可以利用世界或某个国家的碳排放量、总能耗、一次能源构成等数据进行相互推算了。
3 按照“450情景方案”2020-2050年世界低碳发展新格局
按照450情景方案，2020-2030-2050年间，二氧化碳排放必须按307×～250×～×t的程度降低，即2030年减少到2020年的81％，2050年减少到2020年的35％。按照《哥本哈根协议》对于发展中国家“能源消耗与经济产出的比例”的考虑，发展中国家在一定时期内还要增加能耗总量。因此，气候变化制约碳排放的峰值在2020年，但随着一次能源中可再生能源比率的提高以及煤CCS利用的发展，ω和γ值会有显著降低，世界能耗峰值不在2020年，而是在2030年左右。
文章根据IEA对世界能源需求的预测以及对CCS技术进展的估计[2]，在2020年、2030年、2050年3个关键年份二氧化碳排放量的绝对约束下，对能耗构成、γ和ω值、总能耗进行迭代估算，获得了以2005年为基点，到2020年、2030年、2050年的世界能源消耗、碳排放和一次能源构成数据，见表3。
许多研究者和机构认为世界对能源的需求将是一直增加的。而上述结果显示，到2050年，碳减排要求世界总能耗必须回落。除非是到2050年人类能够使90％的煤(包括生物质能)通过CCS利用(β=0.9)，并把石油消耗量控制在10×t/a以下。换句话说，届时人类所消耗能源的90％以上都应是不排二氧化碳的，那样才可以在二氧化碳排放不超过100×t的条件下，继续增加总能耗。这种可能性固然存在，但需权衡这样做与进一步提高能效之间在经济效益上的得失。同时也必须意识到，通过不断的科技进步和能效提高，在人均2.5t标煤/a能耗下人类也能够享受舒适的生活。
4 按照“丹麦方案”中期目标世界碳排放和能源格局
按照丹麦方案，二氧化碳排放峰值在2025年。将IEA对世界能源需求的预测做适当调整，并考虑到世界核能及可再生能源比率增加、美国奥巴马的能源新政策实施等因素，在2025年二氧化碳排放峰值为320×t的约束下，对能耗构成、γ和ω值、总能耗进行迭代推算，获得了2025年和2030年世界能源消耗、碳排放和一次能源构成的数据，见表4(表3中基准年份2005年和远期目标2050年数据不变)。
由表4数据可见，世界二氧化碳排放峰值推迟5年并增加了13×t，到2025年相应的碳排放情景是：总排放比2008年(289×t二氧化碳当量/a)增加了31×t二氧化碳当量/a，达到世界人均排放4t二氧化碳当量/a。图2给出了2005年各国二氧化碳排放量和人均排放量的比较。人均排放的大致情景是：美国19.5t二氧化碳当量/a，其余OECD国家均为10t二氧化碳当量/a左右；而发展中国家除中国外，普遍在2t二氧化碳当量/a左右。若发达国家到2025年能够如约减排1990年的40％即67×t二氧化碳当量/a，相当于人均减排6.7×t二氧化碳当量/a，除美国外均已大致达到世界均值4t二氧化碳当量/a的水平。而发展中国家可比2008年增加排放98×t二氧化碳当量/a。按70亿人口计，人均多排1.4t二氧化碳当量/a，也已大致接近世界均值4t二氧化碳当量/a的水平(中国除外)。
图2 世界各国二氧化碳排放总量和人均排放量比较
说明：圆形大小反映的是各国二氧化碳排放总量
资料来源：World Development Indicators data files
能耗峰值(也大约在2030年)也相应增加了33×t，达到273×t标煤/a，人均3.3t标煤/a。而伴随着OECD国家的减排，人均能耗和总能耗也会减少。表5给出了随着科技进步和能源涨价，历史上有关国家人均GDP达到1万美元时的人均能耗。
如果承认科技进步是改变世界的最强大力量，就必须意识到，在2030-2050年的历史时期，目前占世界人口85％的发展中国家实现“人均GDP达到1万美元”为标志的现代化时，人均能耗决不能超过3t标煤/a。表4给出的人均能耗约限是2030年3.3t标煤/a，2050年2.5t标煤/a。也就是说，在发达国家提供技术，发展中国家采用跨越式发展、发挥后发优势的情况下，发展中国家是能够在世界低碳发展的大格局下实现自己的经济发展的。问题在于，一方面不能采用历史上发达国家的发展模式来外推今后发展中国家发展对能源和排放的需求；另一方面，发达国家必须在尽到自身减排义务的同时，在资金和科学技术成果援助方面履行承诺，这就是中国有责任向世界推销的价值观：“和谐”。
还必须指出，发展永远是不均衡的，2004年人口10.65亿的印度人均能耗只有0.57t标煤/a，而中国已达1.56t标煤/a，是印度的近3倍。今后20-40年中，总人口70亿的100多个发展中国家将各有自己的发展之路，其中中国是最独特的。
5 不同中期目标对2030-2050年减排任务的影响
图3分别给出了代表巴厘岛路线图、450情景方案和丹麦方案所描绘的到2050年碳减排3种路径的3条曲线。
图3 不同中期目标对2030-2050年碳减排的影响
---沿原有模式发展趋势；
巴厘岛路线图目标；
——450情景方案目标；
丹麦方案目标
从图3可以看出，碳排放峰值年越推迟，达到2050年远期目标的减排曲线越陡，即完成每年减排任务的难度越大。按照峰值在2025年的丹麦方案，2030-2050年的20年间，需平均每年减排10×108t二氧化碳。人类必须采取哪些措施才能完成这项任务，还有待仔细推敲。
另外，比较代表丹麦方案和450情景方案的两条曲线可以看出，在2020-2040年的20年间，前者比后者每年会多排20×～40×t二氧化碳。换言之，20年里大气中二氧化碳总量将增加400×108t以上，相当于把控制升温不超过2℃的启动时间推迟了一年半。这又会不会，或者在多大程度上，影响到“450ppm”和“2℃”目标的实现呢？这还有待于气候学家们去论证。
综合这两点考虑，如果碳排放峰值年份再往2030年之后进一步推迟，那么，能不能在2050年实现“450ppm”和“2℃”的远期目标，或者说能不能控制住地球表面不走向恶性升温，便值得考虑了(本研究纯粹是采用科学方法针对客观数据的分析、归纳和推论，不涉及任何政治方面的考虑)。
6 中国2020年主动减排中期目标的可实现性
前已述及，在目前世界能源转型和低碳发展格局中，中国处于最特殊的地位。这是由下列因素决定的：中国是人口第一大国，事实上的第二大经济体，但由于煤占一次能源近70％的能源禀赋，二氧化碳排放不仅总量最多，人均也已超过世界均值。然而中国人均GDP还远远落在后面，属于发展中国家之列。这就决定中国在今后10-20年里，第一要发展，第二必须是低碳发展，中国政府也正是这样坚持和实践着的。下面运用文章提出的能源碳强度分析方法，对中国政府已宣布的和今后能够采用的低碳发展途径做一个概要分析。
6.1 基准年份2005年的能源消耗、二氧化碳排放情景和指标
根据国家公布的数据，将2005年相关主要指标核算并列举如下：人口13.07亿，GDP为18.35万亿元，人均GDP为1.4万元/a；总能耗22.2×t标煤，人均能耗1.7t标煤/a，能源强度ε为1.21t标煤/万元；二氧化碳净排放51×t二氧化碳当量，人均排放3.9t二氧化碳当量/a，碳强度κ为2.78t二氧化碳当量/万元；单位能耗排放二氧化碳，即能源碳强度ω为2.3t二氧化碳当量/t标煤。
然而，按照关联式(2)计算，中国2005年的γ值约为0.93，ω值应为2.23t二氧化碳当量/t标煤。实际上，在拟合关联式(2)时，同中国的数据点相比曲线值也是有负偏差的。
6.2 2020年中国主动减排目标详解
文献[4]披露了中国政府2010-2020年间减排措施的“六大目标”，将其中前4个涉及节能和减排的目标摘录如下：第一个是节能目标：从“十一五”规划算起，每一个五年规划期间单位GDP能耗减少20％，2005-2020年期间累计减少50％左右；第二个是清洁能源目标：2005-2020年可再生能源和核能比例从7.7％提高到17.7％；第三个是清洁煤炭使用目标：2010-2020年清洁煤使用比例累计提高15个百分点；第四个是二氧化碳排放减缓排放目标：从“十二五”规划算起，每一个五年规划期间单位GDP二氧化碳排放量下降20％，在2010-2020年期间累计下降36％，比2005年下降40％～45％。
按照前3个目标，可以推算出2020年中国的ε值将降低到0.62t标煤/万元，若该年GDP达到66万亿元，则总能耗为41×t标煤。根据对中国石油、天然气供需双方走势的研究，预计2020年中国天然气消耗量约为4000×
/a，石油消耗应不超过5×t/a，加上“可再生能源和核能比例提高到17.7％”的预计[4]，便可推算出2020年中国的一次能源构成(见表6)。
按照2008年公布的煤化工发展规划和CCS技术可能的进展，估计2020年中国的β值与世界均值相同，约为0.1。但天然气CCHP利用还难以达到发达国家的规模，式(1)中G的系数只能达到0.5，故推算的γ值为0.71，ω值为1.7t二氧化碳当量/t标煤。考虑到上述偏差修正为1.8t二氧化碳当量/t标煤，则推算出二氧化碳排放量约为74×t。
6.3 按照第四个目标，即碳强度减少40％～45％的情景核算与分析
把宣布的以2005年碳强度2.78t二氧化碳当量/万元为基础降低40％～45％的结果，乘以2020年的GDP，便可计算出2020年的数据。又可以按照“比2010年降低36％”反算出目标所预计的2010年的碳强度是2.39～2.61t二氧化碳当量/万元。也就是说，估计“十一五”期间的2010年比2005年能够降低6％～14％。而从“十二五”起，强化减排措施，每5年降低20％。按宣布的指标推算，从κ=2.78t二氧化碳当量/万元开始：降45％时，κ=1.53t二氧化碳当量/万元，二氧化碳排放101×t二氧化碳当量/a，人均7.2t二氧化碳当量/a(中国2020年总人口按14亿计)；降40％时，κ=1.67t二氧化碳当量/万元，二氧化碳排放110×t二氧化碳当量/a，人均7.9t二氧化碳当量/a。而按照450情景方案，2020年世界排放307×t二氧化碳，人均排放4.0t二氧化碳当量/a。中国人口占世界人口的18％，排放份额占世界的33％～36％。这就不难理解，为何美国和欧盟在哥本哈根会议上强调中国减排不够了。
6.4 两种估算结果的差异分析和走势判断
为什么按照文献[4]中披露的中国政府2010-2020年间减排措施“六大目标”中的前3个(能源强度ε)算出来的结果，与按照第四个目标计算出来的不一样呢？原因在于，二氧化碳排放量的降低，与能耗的降低并非线性关系。中国在保持能源强度ε每5年降低20％的同时，大力发展天然气，提高可再生能源比率，并发展煤的CCS利用以降低β值，从而可降低γ值和能源碳强度ω。根据上述分析，γ值从2005年的0.93降低到2020年的0.71。因此，只要能源强度ε每5年降低20％的目标能够实现，2020年中国碳排放不高于74×108t二氧化碳的目标就完全能够实现。
7 中国如何实现能源强度ε每5年降低20％的目标
能源强度ε是单位经济发展的能效指标。从表1数据可见，按照购买力平价(PPP)法计算，中国的ε值与美国相近，低于俄罗斯和韩国，但高于欧洲各国和日本。然而如果按照现行汇率计算，则远高于任何国家。那么原因何在呢？
7.1 产业结构对ε的影响
从能源经济学角度来看，ε值取决于产业结构和能效两方面因素。根据中国2006年的统计数据，三个产业的ε值以及在GDP中的比率见表7[5]。
由表7可见，我国第二产业的ε值是第三产业的4.22倍。众所周知，发达国家第三产业在GDP中的比率均达到70％以上。而中国第三产业比率的增加与第一产业比率的降低同步，第二产业比率保持5成基本未变。这是30年来中国外向型经济发展模式及其导致的产业结构所决定的。中国选择的“世界工厂”的定位，使她消耗着世界42％的煤、50％的水泥、39％的钢铁，工业在GDP中一直保持半壁江山，由此ε值怎么能不高居世界榜首呢？
7.2 能效对ε值的影响
按通常算法，总能效=一次能源转换效率×终端利用效率。2002年世界平均能效为50.32％，中国则为36.81％，相差13.51个百分点。中国能效低的原因在于，一方面一次能源转换效率低。中国核电加水电占17％，煤、油电占83％，气电比率极小。2007年中国6MW以上大煤电转换效率仅42％，而发达国家天然气联合循环效率可达55％～60％。另一方面，中国工业燃料和城市供热均以煤为主，近70×104台锅炉中小于10t/h的占92％，燃煤的占80％，相应的热效率70％都不到，而天然气锅炉热效率可接近90％。天然气冷热电联供分布式能源系统的总能效可高达70％～80％。由于中国发展天然气晚了30年，到2008年还只占一次能源的3.6％，加上产业结构因素，能效低于世界均值是很自然的。当然，工业规模、技术等其他因素也有影响。
7.3 提高能效、降低能源强度的前景
中国政府已经宣示了产业转型的决心以及加速发展天然气的战略决策。论及在中国发展天然气的作用和重要意义，提高能效远大于减少二氧化碳排放[5]。如果中国能抓住产业转型和能源结构转型同时发生的历史机遇，运用强势的政府规划和支撑作用，使天然气在一次能源中占到15％～20％，同时，在工业和建筑物用能系统大力推进能量系统优化技术的基础上，尽可能推广应用发达国家30年来已发展成熟但还未能全面推广的天然气分布式冷热电联供系统技术，那么中国就能够以“后发优势”实现“跨越式发展”，在10-20年间把能效提高十几个百分点，赶上发达国家的水平。这是胜利完成节能减排目标的根本保证。
8 气候变化、低碳发展大局下的中国长期能源走势
8.1 2030年后，与世界同行的中国减排目标
文献[4]在详述中国2005-2020年“减排路线图”之后有一段话：“从长远来看，中国减排意味着中国选择绿色现代化，这需要分三步走：第一步就是实现上述目标，即使得我国在2020年前后二氧化碳排放达到峰值；第二步是在2020年之后二氧化碳排放开始下降，到2030年降至2005年的水平；第三步是到2050年使我国的二氧化碳排放降至1990年水平的一半，与世界减排同行”。
作为世界最大的、处于工业化中后期的发展中国家，中国选择这样的目标是极不容易的，充分体现了“负责任的大国”的风范。因为这意味着从现在到2050年的40年里，中国要与实力强大的美国完成同样数量[约40×t二氧化碳当量/a)的碳减排任务，并且要在以煤炭为主的自身能源禀赋下完成低碳发展的工业化，其艰巨性可谓空前绝后。同样，可以按照前述关联模型和2030年、2050年两个年份的二氧化碳排放指标的约束条件和完成工业化的能源需求，估算出相应的总能耗、ω和γ值，进而得出一次能源构成数据，见表8。
由于世界的中期目标尚在争论中，因此中国2030年的减排目标至少有两种约束条件。按照丹麦方案，中国的碳排放和能耗约束都将较为宽松[见表8中“2030年(1)”栏]；而按照450情景方案则较为严格[见表8中“2030年(2)”栏]。但是，“2℃”所约限的2050年目标，是与全世界一样极为严苛的。
关于总能耗在2030年之后是否会降低，与表3之后对世界能耗走势的分析是相同的。但可以看出，2020-2030年间，中国的人均碳排放量、能源碳强度ω和人均能耗都略高于世界均值。这是因为中国必须在这段时间完成工业化，达到中等发达国家的水平，而中国自身的能源资源禀赋又使中国一次能源构成与世界有所区别的缘故。
中国应对由丹麦方案和450情景方案所决定的2030年两种外部情景的措施是有差别的，一是发展可再生能源的力度(25％和27％)，二是天然气的发展速度(15％和17％)，三是煤CCS利用的程度(β为0.3和0.5)。这3个方面20年后的实际情况现在很难确切预测，但两种情况都有实现的可能。
8.2 2030年后中国能否与世界减排同行
建国以来的前40年，在“冷战”格局下被封锁的中国，发展靠的是“自力更生，奋发图强”。近20年，在高油价时代，中国靠快速开发自己的煤炭资源，满足了依靠制造业产品出口的外向型经济发展对能源的需求。即使没有2008年的金融危机和2009年的气候变化主题，中国的能源环境状况也已无法再支撑这种“三高一低”的发展模式。中国的经济和能源结构都必须转型，气候变化只不过是增加了一股外来的推动力而已。
中国在发展中国家群体中的特殊性，既有不利的一面，也有有利的一面。有利的一面是，在2009年这个世界历史转折时刻，中国已走上了经济起飞的快车道，融入了全球化的世界经济格局，奠定了相对于其他发展中国家较为厚实的经济和科技基础，而且在深厚的文化积淀基础上具备了极强的学习能力；加上最近世界在热议的中国社会政治架构、模式对经济发展的强有力的推动作用，所以中国不缺乏在重大历史关头把握机遇、调整方向的能力和实力。
对中国来说，最关键的是从现在开始到2020年、2030年的这一历史时期，中国必须在继续发展的同时应对完成产业转型和能源转型两个巨大的挑战。在“科学发展观”的指引下，近年来中国在加速发展天然气、可再生能源和现代煤化工方面的努力和进展举世瞩目，这极大地增强了低碳发展的信心。中国只要能够完成2020-2030年的中期目标，到了2030-2050年的“后工业化时期”，能源效率不断提高、可再生能源比例不断增大，都会使化石能源总需求量减少，能源供需格局发生变化。所以，中国完全能够“与世界减排同行”。