编者按：我国力争2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和，是党中央经过深思熟虑作出的重大战略决策，事关中华民族永续发展和构建人类命运共同体。能源领域碳排放总量大、占比高，是实现绿色低碳转型和高质量发展的关键。公司能源业务部成立了以张宗玟等部门领导为核心、以青年党员为骨干的“3060”研究小组，贯彻新发展理念和能源安全新战略，对以新能源为主体的新型电力系统、碳排放和水电、新能源、核电、储能、煤炭等方面高质量发展进行了探索性研究，以推动构建清洁低碳安全高效的能源体系。为促进研究成果的应用，本公众号将核心研究成果以系列文章的形式陆续刊发，供业界同仁参考。

我国碳排放分布特征与动态演进研究

梁双 潘小海 张宗玟 张茗洋

摘要：实现碳达峰、碳中和是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革，事关中华民族永续发展和构建人类命运共同体。深刻认识我国碳排放总量变化、分布特征和动态演进过程，有助于科学有效地测度碳排放路径、分析碳排放模式和推进碳减排工作。本文首先概述了世界和我国碳排放总体情况，然后详细分析了我国年度碳排放、行业碳排放和碳排放来源，在此基础上基于重心模型研究了我国碳排放的分布特征和动态演进过程，并对碳排放重心与经济重心的迁移轨迹进行了对比分析，提出推进落实碳达峰、碳中和战略的发展建议。

全球工业化以来，化石能源大量开发和使用导致能源资源紧张、环境恶化、气候变暖等问题突出，严重威胁人类生存和可持续发展。自1992年联合国推出《气候变化框架公约》以来，世界大部分国家先后签订了《京都议定书》《哥本哈根协议》和《巴黎协定》，共同推动全球生态环境治理。

2020年9月22日，习近平总书记在第七十五届联合国大会一般性辩论上提出，中国将提高国家自主贡献力度，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和，明确了我国绿色低碳发展的时间表。推动落实碳达峰、碳中和发展战略，需要“放眼全球”，全面了解世界碳排放总体分布和变化趋势，更需要“摸清家底”，深入分析全国以及不同省区、不同行业、不同时期的碳排放发展变化，在此基础上科学有效地制定碳减排实施方案。

根据联合国政府间气候变化专门委员会（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）的分类[1]，碳排放包括能源相关，工业过程和产品使用，农业、林业和其他土地利用，废弃物四部分，其中能源相关碳排放占据绝大部分。能源相关碳排放又包括燃料燃烧、燃料的逸散、二氧化碳的运输和储藏产生的碳排放。一般而言，能源相关碳排放特指煤、石油、天然气等化石燃料燃烧产生的排放，其余部分占比极小忽略不计。

对于世界碳排放情况的研究，本文采用国际能源署（International Energy Agency，IEA）和英国石油公司（British Petroleum，BP）的数据[2][3]，统计范围为能源相关碳排放，数据范围为1965~2020年；对于我国碳排放情况的研究，采用中国碳核算数据库（Carbon Emission Accounts and Datasets，CEADs）[4][5]，其数据包括能源相关碳排放和水泥生产过程碳排放，数据范围为1997~2019年；地区生产总值数据源自《中国统计年鉴》[6]。

（图源：网络）

一、世界碳排放总体情况

（一）碳排放总量

2018年、2019年世界能源相关碳排放量约344亿吨，2020年受新冠疫情影响经济活动放缓，能源相关碳排放量降至323亿吨，同比下降6%，是第二次世界大战以来的最大年度降幅。

从发展趋势来看，世界能源相关碳排放量增速趋缓，但达峰尚需时日。1965~2010年年均增速为2.3%，2011~2019年年均增速为1.0%，2020年由于疫情影响出现较大的负增长（见图1）。随着疫情缓解和经济复苏，2020年12月世界能源相关碳排放量已超过同期，增长约2%。按目前的经济发展模式、人口变化趋势和节能降碳政策，世界能源相关碳排放量还将缓慢增长。

图1 1965年~2020年世界能源相关碳排放量及增速

从地区分布来看，能源相关碳排放较为集中。2020年碳排放量排名前十的国家依次为中国、美国、印度、俄罗斯、日本、伊朗、德国、韩国、沙特阿拉伯和印度尼西亚，约占世界总排放的68.6%；其中，排名前三的中国、美国、印度总排放量占比超过50%。（见表1）

表1 2020年世界主要国家碳排放情况

从长时间尺度来看，碳排放与工业化发展阶段密切相关。我国于2001年12月加入世界贸易组织（World Trade Organization，WTO），而后碳排放量进入高速增长阶段，2005年超过美国成为世界第一碳排放国，到2020年我国能源相关碳排放在世界中占比从2000年的14%升至30.7%。德国1979年达到峰值11亿吨，欧洲1987年达到峰值55亿吨，美国2007年达到峰值59亿吨。（见图2）

图2 2000~2020年各国碳排放量变化情况

（二）人均碳排放量

2020年，世界人均二氧化碳排放量为4.2吨/人。沙特阿拉伯、美国的人均碳排放量最高，在13吨/人以上，其次为韩国和俄罗斯，在10吨/人以上，然后为日本、德国和伊朗，人均碳排量在7吨/人以上。印度和印度尼西亚的人均碳排放低于世界平均水平，分别为1.7吨/人和2.0吨/人。我国人均碳排量为7.1吨/人，约为世界平均水平的1.7倍。

（三）碳排放强度

2020年，世界平均碳排放强度（即单位国民生产总值的增长所产生的二氧化碳排放量，碳排放强度=碳排放量/GDP）为0.39kgCO2/美元（2010年不变价，下同）。伊朗、俄罗斯、印度、沙特阿拉伯和中国的碳排放强度较高，分别为1.36kgCO2/美元、0.86kgCO2/美元、0.85kgCO2/美元、0.85kgCO2/美元和0.84kgCO2/美元。印度尼西亚、韩国、美国碳排放强度次之，分别为0.46kgCO2/美元、0.39kgCO2/美元、0.25kgCO2/美元。日本和欧盟碳排放强度最低，分别为0.18kgCO2/美元（2019年）和0.16kgCO2/美元。

由此可见，我国碳排放强度仍处于世界较高水平，是世界平均水平的2.1倍、美国的3.4倍、欧盟的5.3倍。

二、我国碳排放总体情况

（一）碳排放总量

2019年，我国碳排放总量98亿吨，同比增长1.8%。总体来看，我国碳排放量的增长大致可以分为三个阶段（见图3）：

第一阶段（1991~2001）：平缓增长阶段。从1991年至2001年加入WTO，全国碳排放量从22.4亿吨增长至33亿吨，排放总量增加了34%，年均增速3.8%。

第二阶段（2002~2012）：高速增长阶段。自加入WTO后，我国工业蓬勃发展，迅速成为“世界工厂”，2012年我国碳排放增长至90.8亿吨，增长了1.8倍，年均增速9.8%。

第三阶段（2013~2019）：波动达峰阶段。党的十八大以来，以习近平同志为核心的党中央提出并深入贯彻创新、协调、绿色、开放、共享的新发展理念，积极推进构建清洁低碳、安全高效的能源体系。全国碳排放增速明显趋缓，排放总量增加了7.9%，年均增速1.1%。可以预见，在经济高质量发展背景下，我国碳排放即将进入高峰平台。

图3 1991~2019年全国碳排放量及增速

（二）各行业碳排放贡献

从各行业碳排放贡献来看，能源生产行业碳排放占比最高，2019年约49亿吨，占比50%，且呈逐年上涨趋势；重工业碳排放次之，约32亿吨，占比33%。能源生产行业和重工业的碳排放占比超过了80%，是未来低碳转型发展的重点。

轻工业和高新技术产业占比较低，2019年约0.834亿吨、0.182亿吨，占比1%、0.2%，且随着新技术、新工艺的推广应用和生产效率的不断提高，呈下降趋势，排放量分别较2010年下降了66%、64%。（见表2、图4）

表2 我国各行业二氧化碳排放量（单位：百万吨）

图4 2000年、2010年和2019年我国各行业二氧化碳排放占比

（三）碳排放来源

从碳排放来源看，我国碳排放主要来自化石燃料燃烧和水泥生产过程，排在前五位的依次为原煤、焦炭、煤气、水泥生产和柴油，合计占比约84%，是清洁能源加速替代的重点。（见图5）

图5 2000~2019年化石燃料燃烧和水泥生产过程的碳排放量

三、我国碳排放分布特征与演进过程

（一）碳排放分布特征

按省区来看，我国碳排放量前四的省份分别是山东、河北、江苏和内蒙古，均在7亿吨以上，四省份排放总量占全国的31.7%。碳排放量最低的三个省份依次为海南，青海和北京，均在1亿吨以下。（见图6）

图6 2019年全国碳排放量分布情况

分区域来看，我国碳排放量呈现“三分天下”格局，即京津冀、长三角、粤港澳大湾区等经济发达区域的碳排放量占三分之一，黄河流域九省份占三分之一，其他地区占三分之一。（见图7）

图7 2019年区域碳排放占比情况

（二）碳排放演进过程

1.重心模型

为准确描述碳排放的空间分布与变化规律，本文引入重心模型。“重心”概念源于物理学，指物体内各点所受重力产生合力的作用点，在地理学中指区域空间上存在一点，在该点各个方向的力量对比保持相对平衡。近些年来，社会学、环境学、经济学等领域引入“重心”的概念以分析某些问题的时空变化情况，如人口重心、生态重心、经济重心等[7]。

根据重心模型，碳排放重心的经纬度坐标可表示为：

式中，图片为地区i人民政府所在地的经纬度坐标，图片 表示该地区对应年份的碳排放量，n表示地区数量。

根据不同年份的重心坐标位置，可以计算出重心的移动距离，考虑地球表面的弧形结构，将重心移动的球面距离换算为平面距离。重心的空间移动距离公式为：

式中，m、n代表不同的年份，图片 分别代表第m年和第n年重心的地理坐标，c为常数，一般取值111.11公里。

2.重心及其迁移轨迹分析

基于我国31个省（市、区，不含港澳台）1997~2019年碳排放量和人民政府所在地地理坐标数据计算，我国碳排放重心位于河南省境内，2019年重心坐标为（113.58°E，34.36°N）。

从长时间尺度来看，我国碳排放重心长期位于经济重心的西北方向，二者距离从1997年的187.1公里增大至2019年的298.7公里，如图8所示。碳排放与经济发展的不均衡态势长期存在，且呈逐年扩大趋势。

图8 我国碳排放重心和经济重心的迁移轨迹

从经济发展轨迹来看，1991~2019年全国经济重心迁移轨迹大致可分为三个阶段：

第一阶段（1991~2003年）：经济重心向东南移动。这一阶段以深圳、珠海、汕头、厦门和海南等经济特区为中心的沿海地区优先发展，带动全国经济重心以较快的速度向东南移动，年均移动距离10.9公里。

第二阶段（2004~2012年）：经济重心向西北移动。随着西部大开发战略、振兴东北老工业基地战略和中部崛起战略的实施，中西部地区和东北地区经济发展速度加快，带动全国经济重心向西北移动，年均移动距离5.1公里。

第三阶段（2013~2019年）：经济重心向西南移动。长江经济带等战略推动长江沿岸的重庆、四川、湖北、湖南等省份经济高速增长，带动全国经济重心快速向西南移动，年均移动距离16.9公里。

从碳排放演进过程来看，1997~2019年全国碳排放重心迁移轨迹大致可分为两个阶段：

第一阶段（1997~2001年）：碳排放重心向东南移动，年均移动距离12.3公里。

第二阶段（2002~2019年）：碳排放重心整体向西移动，年均移动距离10.5公里。其中2002~2006年向西南方向，2007~2019年向西北方向移动。

3.轨迹一致性分析

2000年前，我国碳排放重心与经济重心的迁移轨迹基本一致。自2001年起，碳排放重心先于经济重心且明显快于经济重心向西迁移，二者东西方向的距离由42.1公里快速增加至2012年的103.8公里，主要原因在于我国自2001年起开始实施西电东送战略，形成北、中、南三路送电格局。北线由内蒙古、陕西等省（区）向华北电网输电，中线由四川等省向华中、华东电网输电，南线由云南、贵州、广西等省（区）向华南输电，其中半数左右通道以输送煤电为主，西部地区碳排放量快速增长。

自2013年起，碳排放重心与经济重心的迁移轨迹在东西方向上基本一致，但南北方向上越来越远，二者南北方向的距离由156.4公里快速增加至2019年的282.4公里。主要原因在于西北地区的经济发展仍建立在“高污染、高耗能、高排放”的基础上，碳排放量增速较快；同时，随着2013年大气污染防治行动计划的实施，我国西电东送、北电南送的格局进一步加强，依托鄂尔多斯、锡盟、晋北、哈密、准东等煤电基地建设了10余回输电通道向京津冀、长三角、珠三角等大气污染重点防控区域供电。截至2020年底，我国西电东送规模已超过2.7亿千瓦，其中半数左右以输送煤电为主。

（图源：网络）

四、研究结论与主要建议

本文概述了世界和我国碳排放总体情况，详细分析了我国年度碳排放、行业碳排放和碳排放来源，在此基础上基于重心模型研究了我国碳排放的分布特征和动态演进过程，并就碳排放重心与经济重心的迁移轨迹进行了对比分析，总结主要观点并提出建议如下：

1.从世界范围来看，我国碳排放量占世界的30.7%，居世界首位，且人均碳排放量7.1吨/人，碳排放强度0.84kgCO2/美元，均高于世界平均水平，与先进国家存在较大差距，碳减排任务十分艰巨。

2.从我国碳排放总体情况来看，大致分为三个阶段，1991~2001年为平缓增长阶段，2002~2012年为高速增长阶段，2013年及以后为波动达峰阶段；各行业碳排放贡献中，能源生产行业碳排放量占比最高，约占50%，重工业碳排放量次之，约占33%，是我国低碳转型发展的重点；碳排放来源中，前五位依次为原煤、焦炭、煤气、水泥生产和柴油，合计约占84%，是我国清洁能源加速替代的重点。

3.从我国碳排放分布特征来看，碳排放量前四的省区分别是山东、河北、江苏和内蒙古，均在7亿吨以上，占全国总排放量的31.7%，重点区域为京津冀、长三角、粤港澳大湾区和黄河流域九省，占全国总排放量的68%，是碳减排的重点区域。

4.从我国碳排放演进过程来看，总体分为两个阶段，1991~2001年碳排放重心向东南移动，2002~2019年碳排放重心整体向西北方向移动，其中2002~2006年向西南方向，2007~2019年向西北方向移动。碳排放与经济发展的不均衡态势长期存在，且呈逐年扩大趋势。我国西北地区的经济发展仍建立在“高污染、高耗能、高排放”的基础上，亟需向“高标准、高效率、高质量”的绿色低碳模式转型。

参考文献

[1] IPCC. 2006 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventory [R]. 2006.

[2] IEA. International Energy Agency Data and statistics [OL]. Available: 

https://www.iea.org/data-and-statistics.

[3]  British Petroleum. Statistical Review of World Energy 2021 [OL]. Available: 

https://www.bp.com/en/global/corporate/energy-economics/statistical-review-of-world-energy.

[4]  Shan et al. (2018) “China CO₂ emission accounts 1997-2015. Scientific Data.

[5]  Shan et al. (2020) “China CO₂ emission accounts 2016-2017. Scientific Data.

[6]  国家统计局. 中国统计年鉴 [M]. 北京: 中国统计出版社, 2020.

[7]  梁双,孟繁瑾,刘宇轩,朱宁. 我国风电发展布局与迁移轨迹研究 [J]. 中国工程咨询, 2020(12): 69-74.

注：本文发表于《中国工程咨询》杂志2021年第9期。