朱瑞娟, 吳媛媛

(北京市燃?xì)饧瘓F(tuán)研究院,北京100011)

1 概述

減污降碳是一個復(fù)雜且受眾多因素影響的體系,特別是在不同歷史時期、不同經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平條件下,影響因素極其復(fù)雜,包括能源結(jié)構(gòu)變化、環(huán)保政策趨嚴(yán)、植樹造林等[1]。二氧化碳和污染物大多來自化石能源的燃燒,因此本文重點從各國能源結(jié)構(gòu)的變遷對減污降碳的貢獻(xiàn)角度進(jìn)行研究。

本文數(shù)據(jù)主要來自BP世界能源統(tǒng)計、中國生態(tài)環(huán)境狀況公報等公開發(fā)布渠道[2-3]。

2 發(fā)達(dá)國家減污降碳的經(jīng)驗分析

發(fā)達(dá)國家污染物和碳排放在國家發(fā)展初期都經(jīng)歷過排放較多的階段,但是經(jīng)歷多年治理及能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整,污染物和碳排放基本處于下降階段。本文研究發(fā)達(dá)國家減污降碳的經(jīng)驗,總結(jié)對我國減污降碳具有參考價值的經(jīng)驗啟示。本文中,將質(zhì)量濃度年均值簡稱均值。

2.1 美國減污降碳經(jīng)驗

美國減污降碳經(jīng)驗是減煤、穩(wěn)油、增氣,提高可再生能源結(jié)構(gòu)占比。1980—2020年美國二氧化碳排放量與能源結(jié)構(gòu)占比見表1。2010—2019年美國PM2.5均值見表2。

表1 1980—2020年美國二氧化碳排放量與能源結(jié)構(gòu)占比

表2 2010—2019年美國PM2.5均值

由表1、2可知,1980—2020年,美國能源結(jié)構(gòu)大調(diào)整,總體趨勢為:煤炭結(jié)構(gòu)占比大幅下降,煤炭產(chǎn)生的二氧化碳占比也大幅下降,煤炭消耗量降低對減碳作用貢獻(xiàn)度最大;美國石油結(jié)構(gòu)占比比較穩(wěn)定,減碳作用較小;天然氣結(jié)構(gòu)占比逐漸升高,雖然天然氣產(chǎn)生的二氧化碳占比有所上升,但是在美國能源消費總量增加的情況下,二氧化碳排放總體趨勢下降,證明了天然氣的清潔性;可再生能源結(jié)構(gòu)占比也大幅提升。2010—2019年隨著美國能源結(jié)構(gòu)的變化,美國PM2.5均值降幅也非常明顯,由此可以看出,天然氣及可再生能源的大量使用促使美國二氧化碳排放量及空氣污染物質(zhì)量濃度下降。

2.2 英國減污降碳經(jīng)驗

英國減污降碳的經(jīng)驗是穩(wěn)油、減煤,大幅提升天然氣和可再生能源結(jié)構(gòu)占比。1980—2020年英國二氧化碳排放量與能源結(jié)構(gòu)占比見表3,2010—2019年英國PM2.5均值見表4。

表3 1980—2020年英國二氧化碳排放量與能源結(jié)構(gòu)占比

表4 2010—2019年英國PM2.5均值

由表3、4可知,1980—2020年,英國能源結(jié)構(gòu)大調(diào)整,總體趨勢為:煤炭結(jié)構(gòu)占比大幅下降,下降幅度達(dá)92.06%,煤炭基本退出英國的能源市場,煤炭產(chǎn)生的二氧化碳占比降幅高達(dá)88.05%,減碳作用最大;石油結(jié)構(gòu)占比比較穩(wěn)定,變化較小;天然氣結(jié)構(gòu)占比大幅提升,從1980年的19.71%提升到2020年的37.85%,天然氣產(chǎn)生的二氧化碳占比有所提升;在英國能源消費總量增加的情況下,二氧化碳排放量總體趨勢下降,證明了天然氣的清潔性;可再生能源結(jié)構(gòu)占比也大幅提升。英國能源結(jié)構(gòu)的巨變促使二氧化碳排放量穩(wěn)步大幅降低。2010—2019年英國PM2.5均值降幅非常明顯,從12.39 μg/m3降低到10.02 μg/m3,由此可以看出,天然氣及可再生能源的大量使用促使英國二氧化碳排放量及空氣污染物質(zhì)量濃度下降。

2.3 德國減污降碳經(jīng)驗

德國減污降碳的經(jīng)驗是減煤、減油,大幅提升天然氣和可再生能源結(jié)構(gòu)占比。1980—2020年德國二氧化碳排放量與能源結(jié)構(gòu)占比見表5,2010—2019年德國PM2.5均值見表6。

表5 1980—2020年德國二氧化碳排放量與能源結(jié)構(gòu)占比

表6 2010—2019年德國PM2.5均值

由表5、6可知,1980—2020年,德國能源結(jié)構(gòu)大調(diào)整,整體趨勢為:煤炭結(jié)構(gòu)占比大幅下降,降幅為60.91%,煤炭產(chǎn)生的二氧化碳占比也從49.14%下降到26.77%,降幅高達(dá)45.52%;天然氣結(jié)構(gòu)占比大幅提升,天然氣產(chǎn)生的二氧化碳占比從10.70%提升到26.57%,雖然天然氣產(chǎn)生的二氧化碳占比有所提升,但是在德國能源消費總量增加的情況下,二氧化碳排放量總體趨勢下降,證明了天然氣的清潔性?？稍偕茉唇Y(jié)構(gòu)占比提升幅度最大,提升了139.31倍,減碳作用也非常明顯。德國能源結(jié)構(gòu)的巨變促使二氧化碳排放量大幅降低。2010—2019年隨著德國能源結(jié)構(gòu)變化,德國PM2.5均值降幅非常明顯,從16.25 μg/m3降低到11.93 μg/m3,由此可以看出,天然氣及可再生能源的大量使用促使德國二氧化碳排放量及空氣污染物質(zhì)量濃度下降。

2.4 日本減污降碳經(jīng)驗

日本減污降碳的經(jīng)驗是穩(wěn)煤、減油、增氣,提高可再生能源結(jié)構(gòu)占比。1980—2020年日本二氧化碳排放量與能源結(jié)構(gòu)占比見表7,2010—2019年日本PM2.5均值見表8。

表7 1980—2020年日本二氧化碳排放量與能源結(jié)構(gòu)占比

表8 2010—2019年日本PM2.5均值

由表7、8可知,1980—2020年,日本能源結(jié)構(gòu)大調(diào)整,石油結(jié)構(gòu)占比大幅下降,降幅高達(dá)42.93%,石油產(chǎn)生的二氧化碳占比從72.38%下降到42.20%,對減碳貢獻(xiàn)度最大;煤炭結(jié)構(gòu)占比比較穩(wěn)定,減碳作用較小;天然氣結(jié)構(gòu)占比大幅提升;可再生能源結(jié)構(gòu)占比從1980年的0.07%提升到2020年的6.64%。日本能源消費總量增長促使二氧化碳排放量在1980—2012年總體上在波動中呈上升趨勢,2013—2020年逐步降低。隨著日本能源結(jié)構(gòu)變化,日本PM2.5均值也從2014年穩(wěn)步下降。由此可以看出,減油、增氣且提升可再生能源結(jié)構(gòu)占比促使日本減污降碳。

2.5 小結(jié)

從美國、英國、德國、日本能源品種減碳效果分析可知,減煤、減油、增氣且提高可再生能源結(jié)構(gòu)占比的先清潔再低碳最后無碳化路徑是發(fā)達(dá)國家已經(jīng)證實的能源轉(zhuǎn)型路線。

3 中國面臨減污降碳雙重任務(wù)

3.1 中國空氣污染比發(fā)達(dá)國家嚴(yán)重

3.1.1中國空氣污染標(biāo)準(zhǔn)和國際相比過于寬松

常規(guī)污染物的標(biāo)準(zhǔn)限制,反映當(dāng)?shù)匚廴疚锟刂频乃胶鸵?。本文選取世界衛(wèi)生組織(WHO)、發(fā)達(dá)國家的常規(guī)污染物標(biāo)準(zhǔn)限值和中國標(biāo)準(zhǔn)限值(GB 3095—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定值)進(jìn)行對比,找出差距,尋找中國空氣質(zhì)量繼續(xù)提升的方向。

① 中國標(biāo)準(zhǔn)限值僅與WHO過渡時期第1階段標(biāo)準(zhǔn)限值基本齊平

WHO發(fā)布的AQG—2005《全球空氣質(zhì)量指導(dǎo)值(2005)》中過渡時期各階段污染物標(biāo)準(zhǔn)限值、WHO發(fā)布的AQG—2021《全球空氣質(zhì)量準(zhǔn)則》規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)限值與中國標(biāo)準(zhǔn)限值對比見表9。其中—表示未作規(guī)定。

表9 WHO發(fā)布的污染物標(biāo)準(zhǔn)限值與中國標(biāo)準(zhǔn)限值對比

由表9可知,AQG—2005規(guī)定了過渡時期4個階段的標(biāo)準(zhǔn)限值,中國標(biāo)準(zhǔn)限值在PM10、PM2.5、NO2這3種污染物均值方面沿用了過渡時期第1階段標(biāo)準(zhǔn)限值,但是SO2質(zhì)量濃度年均值,中國標(biāo)準(zhǔn)限值為60 μg/m3,嚴(yán)于AQG—2005過渡時期第1階段標(biāo)準(zhǔn)限值125 μg/m3?？傮w看,中國空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)僅處于AQG—2005過渡時期第1階段,離世界先進(jìn)水平還有較大差距。2021年9月,WHO發(fā)布了AQG—2021,PM10、PM2.5、NO2均值嚴(yán)格限制為15 μg/m3、5 μg/m3、10 μg/m3,差距進(jìn)一步拉大,說明中國空氣質(zhì)量還有非常大的提升空間。

② 中國PM2.5標(biāo)準(zhǔn)限值高于歐美等限值

世界各國或組織PM2.5限值見表10,其中—表示未作規(guī)定。

表10 世界各國或組織PM2.5限值

由表10可知,中國PM2.5標(biāo)準(zhǔn)限值明顯高于澳大利亞、美國、日本、歐盟,說明中國空氣質(zhì)量上升空間依然較大,中國需要進(jìn)一步采取措施,改善空氣質(zhì)量,進(jìn)而降低污染物質(zhì)量濃度的標(biāo)準(zhǔn)限值。

3.1.2中國空氣污染物實測值比發(fā)達(dá)國家嚴(yán)重

① 中國PM2.5實測值遠(yuǎn)高于發(fā)達(dá)國家

各國PM2.5實測均值見表11?？梢钥闯?2019年中國PM2.5實測均值為36.00 μg/m3,而美國僅為7.68 μg/m3,中國環(huán)境質(zhì)量與世界發(fā)達(dá)國家差距較大,仍有較大的改善空間,空氣治理仍然是中國未來關(guān)注的焦點。

表11 各國PM2.5實測均值 μg/m3

② 北京、上海PM2.5實測值遠(yuǎn)高于國外發(fā)達(dá)城市

國內(nèi)外發(fā)達(dá)城市PM2.5實測均值見表12。

表12 國內(nèi)外發(fā)達(dá)城市PM2.5實測均值 μg/m3

由表12可以看出,北京、上海是中國近幾年空氣質(zhì)量較好的城市,但北京、上海PM2.5實測均值遠(yuǎn)超國外發(fā)達(dá)城市,說明中國空氣治理仍有較大的改善空間。

③ 中國中東部人口密集區(qū)域污染高于北京和上海

山東、山西和河北是中國中東部人口密集區(qū)域,也是中國污染較嚴(yán)重的區(qū)域,北京、上海與這3個省份的PM2.5實測均值對比見表13。

表13 北京、上海與中國污染較嚴(yán)重省份的PM2.5實測均值對比 μg/m3

由表13可以看出,北京2015—2018年P(guān)M2.5實測均值高,污染也很嚴(yán)重,但是隨著北京大規(guī)模煤改氣,2019—2020年,PM2.5實測均值下降明顯,空氣質(zhì)量明顯變好。同時可以看出,中國污染較嚴(yán)重的區(qū)域與北京、上海有較大差距,進(jìn)而與國外發(fā)達(dá)城市的差距更大,說明空氣質(zhì)量改善任重道遠(yuǎn)。

3.2 中國高碳高污染的癥結(jié)是對煤炭的高度依賴

中國二氧化碳排放量與能源結(jié)構(gòu)占比見表14,2013—2020年中國PM2.5均值見表15。

表14 中國二氧化碳排放量與能源結(jié)構(gòu)占比

表15 2013—2020年中國PM2.5均值

由表14、15可以看出,中國能源結(jié)構(gòu)一直以煤炭為主,高度依賴煤炭,雖然煤炭結(jié)構(gòu)占比從1980年的72.88%降低到2020年的56.56%,但是煤炭結(jié)構(gòu)占比依然是最高的,相比較發(fā)達(dá)國家的能源結(jié)構(gòu)占比,可以看出中國要實現(xiàn)碳中和,必須剝離對煤炭的高度依賴。中國天然氣結(jié)構(gòu)占比從1980年的2.96%提升到2020年的8.18%,和發(fā)達(dá)國家相比,中國天然氣結(jié)構(gòu)占比較低,未來還需提升天然氣的用量。中國可再生能源結(jié)構(gòu)占比雖然逐年提升,2020年占比5.36%,但和發(fā)達(dá)國家相比,差距很大,因此可再生能源結(jié)構(gòu)占比提升也是亟待解決的問題。

3.3 天然氣占比增加對減污降碳有一定促進(jìn)作用

北京空氣治理是中國空氣治理的楷模之一,中國空氣污染較重的地區(qū)可以參考北京的治理經(jīng)驗,進(jìn)一步改善當(dāng)?shù)氐目諝赓|(zhì)量。

空氣污染主要來自于能源的使用,因此能源結(jié)構(gòu)的變遷標(biāo)志著空氣質(zhì)量的改變,表16展示出北京能源結(jié)構(gòu)與空氣污染物均值的關(guān)系,其中—表示沒有監(jiān)測值。

表16 北京能源結(jié)構(gòu)與空氣污染物均值

由表16可以看出,2005—2020年北京市能源結(jié)構(gòu)占比變化最大的是煤炭和天然氣,煤炭結(jié)構(gòu)占比由42.90%大幅下降到1.50%,天然氣結(jié)構(gòu)占比由7.00%提升到37.16%。隨著煤炭結(jié)構(gòu)占比下降和天然氣結(jié)構(gòu)占比大幅提升,污染物均值處于逐年下降的趨勢,從2005年到2020年P(guān)M10均值下降60.56%,NO2均值下降56.06%,SO2均值下降92.00%,從2013年到2020年P(guān)M2.5均值下降57.54%,污染物治理成果顯著。北京空氣質(zhì)量顯著改善是各種因素共同推動的結(jié)果,但是北京能源結(jié)構(gòu)的改善是主要貢獻(xiàn)者之一。國內(nèi)其他污染較重的地區(qū),可以參考北京污染治理模式,提升天然氣的結(jié)構(gòu)占比,降低污染物的排放量。

根據(jù)北京市統(tǒng)計數(shù)據(jù),北京二氧化碳排放量在2012年已達(dá)峰,2012以后處于穩(wěn)步下降的趨勢。北京已經(jīng)進(jìn)入碳中和階段,隨著北京天然氣用量提升,北京天然氣占比基本和發(fā)達(dá)國家天然氣占比持平,按照發(fā)達(dá)國家的先清潔再低碳的減排路徑,北京下一步要穩(wěn)氣、減油、發(fā)展可再生能源。中國其他污染較重的省份,可以參照北京的減污降碳能源結(jié)構(gòu)調(diào)整路徑進(jìn)行。

4 先清潔再低碳最后無碳化是中國減污降碳的較好路徑

中國空氣污染治理任重而道遠(yuǎn),減污降碳要協(xié)同推進(jìn)。中國2030年碳排放達(dá)峰,意味著中國能源結(jié)構(gòu)調(diào)整勢在必行,本文提煉出發(fā)達(dá)國家減污降碳的經(jīng)驗:走減煤、減油、增氣、發(fā)展可再生能源的先清潔、再低碳、最后無碳化的能源轉(zhuǎn)型路線。

① 天然氣是可再生能源的終身伙伴

2020年中國能源消耗總量(以標(biāo)準(zhǔn)煤計)為49.8×108t,中國一次能源需求在2035年前后達(dá)峰,峰值(以標(biāo)準(zhǔn)煤計)約為56×108t。如果用可再生能源來全部滿足新增一次能源的需求比較困難,現(xiàn)階段可再生能源存在不連續(xù)、不穩(wěn)定、時空分布不匹配等問題,因此需要靈活、穩(wěn)定的調(diào)節(jié)手段保障安全穩(wěn)定供應(yīng)。與煤炭和石油等化石能源相比,作為清潔化石能源的天然氣靈活性強、供應(yīng)穩(wěn)定、污染物排放少,對可再生能源起到有效補充作用,可以成為可再生能源的終身伙伴。

② 天然氣的供應(yīng)安全有保障

我國天然氣進(jìn)口格局多元化,已形成東西南北四大通道。國內(nèi)的天然氣資源豐富,開采潛力大,2017—2020年間“十三五”全國油氣資源評價獲得了常規(guī)油氣、致密油氣、頁巖油氣、煤層氣、油頁巖油、油砂油、天然氣水合物共10種資源類型、129個盆地或地區(qū)的最新油氣資源量。儲氣庫建設(shè)日漸加速,“十四五”期間,中國石油計劃在全國逐漸建成東北、華北、西北、西南、中西部和中東部等六大儲氣調(diào)峰中心,規(guī)劃新建設(shè)儲氣庫23座,總工作氣量達(dá)到270×108m3。天然氣基礎(chǔ)設(shè)施逐步完善,天然氣管道建設(shè)逐步推進(jìn)。這些方面都表明,我國天然氣供應(yīng)安全是有保障的,未來天然氣能夠為高比例可再生能源系統(tǒng)保持安全性和穩(wěn)定性提供重要支撐。