我国能源电力消费及碳排放强度情景分析

２０２０年我国能源电力消费及碳排放强度情景分析

张　　斌

（中国华能集团公司技术经济研究院，北京　１０００３６）

摘要：在工业化和现代化的进程中，无论是总量还是人均，我国能源和电力消费都将快速增长，且用电量的增速更快于能源消费。我国低碳经济的发展应以不断降低碳排放强度为目标，从优化产业结构和优化能源消费结构２方面同时着手实施，情景分析表明，我国２０２０年碳排放强度有望比２００７年降低３３％～３７％。

关键词：能源消费；电力消费；碳排放强度；情景分析中图分类号：F407.6　文献标识码：A　文章编号：1003-2355(2009)03-0028-04

Abstract: In the process of industrialization and modernization in China, the primary energy and power

consumption, whether gross or per capita, will still grow rather rapidly, with power consumption increasingmore dramatically. The objectives of developing low-carbon economy in China should continuously lowerspecific carbon intensity, which means industrial structure and energy mix should be optimized simultaneously.Scenario analyses show that the carbon intensity of China in 2020 may be 33%~37% less than that of 2007.

Key words: energy consumption; electricity consumption; carbon emission; scenarios analysis

１　　工业化进程中能源电力消费的一般规律

１．１　　一次能源消费

图１是美、英、德、日和韩５国的能源消费强度随人均ＧＤＰ变化的历史趋势，由于数据源的限制，５国的时间跨度不尽相同，美国１９００～２００７，日本１９５５～２００５，英、德、韩均为１９７０～２００５。

随着经济的不断发展，各国能源消费强度都呈现先升后降的态势（英德２国的数据只限于工业化后期）。美、日、韩３国的能源消费强度分别于１９３０年、１９７０年和１９９７年达到顶峰，分别是每万美元１０．７８ｔ、２．３４ｔ和５．６０ｔｃｅ。通过曲线拟合发现，从工业化后期开始，各国能源消费强度和人均ＧＤＰ都呈现出某种互逆的倒数关系，即两者的乘积——人均能源消费都趋于一个稳定的水平。

由此，可以得出，在工业化后期以前、能源消费强度未达到顶峰时，人均能源消费都将快速上升；进入工业化后期及后工业化阶段，人均能源消费将逐渐趋近于一个稳定的水平，如图２。

收稿日期：2009-02-06

作者简介：张斌，男，高级工程师，现从事能源环境和技术经济研究。

１．２　　电力消费

人均用电量方面则呈现出不同的态势，其长

期趋势总是在不断递增，如图３，只是在后工业化时代增速有所放缓。

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　　　　Ｅｎｅｒｇｙ　ａｎｄ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　　能源与环境线都非常相似，且在进入工业化中期后，两国的能源电力消费都呈现加速上涨态势。因此，可以对比韩国工业化中期以后（即１９７０～２００５）的发展历程，来把握我国今后的发展趋势。

从消费总量看，除后发工业化国家韩国外，１９７３年都是各国能源消费趋势的转折点，最明显的是德英两国，１９７３～２００５年的能源消费弹性系数不到１９６０～１９７３年间的１０％，如表１。而各国用电量的增长没有明显的转折点，且无论在哪个时段，各国用电量的年均增速始终快于一次能源消费量。

表１　　各国一次能源和电力消费弹性系数美国能源消费／１９６０～１９７３能源消费／１９７３～２００５电力消费／１９６０～１９７３电力消费／１９７３～２００５１．０２０．３２２．１５０．７５英国０．７９０．０８１．２３１．０７德国１．５８０．０３１．８３０．５２日本１．１７０．６１１．３４１．６１韩国０．８８１．０９１．７７０．８５韩国１９７０～２００５年人均能源消费、人均用电量相对于人均ＧＤＰ增长的弹性系数分别是１．０７和１．７３。韩国在１９８０年（人均ＧＤＰ约３２２０美元）以后，人均用电量、人均能源消费和人均ＧＤＰ都呈加速上涨态势，如图５。即使在其经历东南亚金融危机的１９９５～２０００年间，人均能源和电力消费弹性系数也高达１．２３和１．８０。

整体来看，我国还处于工业化中期，能源电力消费总体还处于“爬坡”阶段，２００７年人均ＧＤＰ刚达到１８２０美元，人均能源消费首次突破２ｔｃｅ，人均用电量２４５７ｋＷｈ，分别相当于韩国２０世纪８０年代初和２０世纪８０年代末的水平。因此，可以预期，我国在完成工业化、实现现代化的进程中，无论是总量还是人均，能源和电力消费都将快速增

１．３　　中韩两国的对比

对比我国１９８０～２００７年和韩国１９６０～１９８０年间能源电力消费增长，如图４，可以看出，无论是从时间尺度还是增长倍数来看，两国的消费曲

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　　　　能源与环境　　　　Ｅｎｅｒｇｙ　ａｎｄ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ

为４‰，则２０２０年人口将达１３．９亿。

人均ＧＤＰ年均增速　（１）根据十七大报告，２０２０年我国人均ＧＤＰ要比２０００年翻两番，即达到约４０００美元的水平，则２００７～２０２０年人均ＧＤＰ年均增速约６％。（２）如表２，１９８０～２００７年我国人均ＧＤＰ年均增速为８．８％，２０００年以来更有加速上涨态势。考虑到金融危机的影响，将２００７～２０２０年人均ＧＤＰ年均增速的高方案取为８％。

能源电力消费弹性系数　表２表明，我国在进入工业化中期以后，能源电力消费弹性系数都大大高于此前的水平，且电力消费增速更快于能源消费。参考５国的历史数据，并综合考虑当下全球金融危机的持续影响、我国经济发展模式调整和大力推行节能减排等因素，本文选取２组弹性系数——（１）０．６和１，（２）０．９和１．２。２０２０年，我国人均能源消费约３．１８～４．９５ｔｃｅ，能源消费总量将达４４．２亿～６８．８亿ｔｃｅ；人均用电量将达５２４０～８０９０ｋＷｈ，约是２００７年的２．１～３．３倍，全社会用电量将达７．３万～１１．２万亿ｋＷｈ。考虑当年新增装机的影响和我国电源结构的不断调整，取利用小时数为４６００ｈ（１９７９～２００７年平均水平），则２０２０年需要发电装机容量为１５．８亿～２４．４亿ｋＷ，人均装机将达１．１３７～１．７５５ｋＷ。

长，且用电量的增速更快于一次能源消费量。

２　　２０２０年我国能源电力消费情景方案

各国能源电力消费历程可总结如表２。鉴于我国能源电力消费历程和韩国较为相似，表２专门给出了韩国的分段历史数据。

基于以下边界条件和假设，得出我国２０２０年能源电力消费的４种情景方案，如表３。

人口　根据国家人口发展规划，２０２０年人口总量控制在１４．５亿以内。２００４年，我国人口自然增长率首次降至６‰以下，以后逐年下降，２００７年降至５．１８‰。取２００７～２０２０年人口年均自然增长率

表２　　各国能源电力消费历史数据　　　　（年均增速及弹性系数）国家／时段５国／１９６０～２０００韩国／１９７０～２００５韩国／１９８０～１９９５韩国／１９９５～２０００中国／１９８０～２００７中国／１９８０～２０００中国／２０００～２００７人均ＧＤＰ年均增速（％）２．７４５．７０７．２２３．５０８．８２８．４９９．７７人均能源消费弹性系数０．５４１．０７１．０３１．２３０．５１０．３５０．９３人均用电量弹性系数１．２７１．７３１．４０１．８００．９１０．７６１．３０３　　２０２０年我国能源电力消费结构及碳排放强度

结合４种情景方案和以下边界条件，可以得出２０２０年我国一次能源和电力消费结构，如表４。

（１）根据核电和可再生能源中长期发展规划，２０２０年，我国核电、水电、风电、生物质和太阳能等其他可再生能源发电装机有望达到６０００万ｋＷ、３亿ｋＷ、１亿ｋＷ和３０００万ｋＷ。根据国家节能中长期专项规划，２０２０年，火电供电煤耗要降至３２０ｇｃｅ／ｋＷｈ。

（２）煤电、气电、水电、核电、风电和生物

表３　　２０２０年能源电力消费情景方案人均ＧＤＰ情景方案一（低方案）二（中方案１）三（中方案２）四（高方案）年均增速（％）６６８８人均能源消费年均增速（％）３．６５．４４．８７．２人均用电量年均增速（％）６７．２８９．６人均ＧＤＰ（２０００年美元价）３８７２３８７２４９３７４９３７人均能源消费（ｔｃｅ／人）３．１８３．９７３．６９４．９５人均用电量（ｋＷｈ／人）５２４０６０６６６６８２８０９０能源消费总量（亿ｔｃｅ）４４．２５５．２５１．３６８．８全社会用电量（亿ｋＷｈ）７２８３６８４３１７９２８８０１１２４５１发电装机容量（亿ｋＷ）１５．８１８．３２０．２２４．４３０

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　　　　Ｅｎｅｒｇｙ　ａｎｄ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　　能源与环境质发电的利用小时数分别取５０００、３５００、３５００、７５００、２０００和６０００。

（３）城市化进程的不断加快带动了城镇燃气需求的快速增长，随着西气东输二期工程及进口天然气、ＬＮＧ的快速发展，２０２０年，我国天然气年消费量有望达到３５００亿ｍ３，而天然气发电装机也有望增至７５００万ｋＷ左右。另据国务院发展研究中心预测，２０２０年，我国石油需求量将达５．６３亿ｔ。

４种情景方案中，清洁能源在能源消费结构中占比均有所提高，其中前３种情景清洁能源占比翻番，增幅最大的是情景１，从２００７年的１０．８％提高到２０２０年的２３．９％，其次是情景３、情景２，分别是２０．６％和１９．１％。除情景４外，煤炭占比均有所下降，降幅最大的是情景１，从２００７年的６９．５％降至２０２０年的５７．９％，情景３和情景２的降幅分别为５．８和３．２个百分点。４种方案中，石油消费占比都有不同程度

的下降，降幅最大的是情景４，达到８个百分点。

２０２０年，我国发电结构依然以煤电为主，但所占比例均有所下降，情景１最低７０．６％，中方案的降幅约５～７个百分点，情景４中煤电占比依然超过８０％。２０２０年核电发电量比２００７年增加了６倍左右，而核电占比只增加了１．１～２．３倍，至

图６　　２０２０年我国单位能耗碳排放和单位发电量碳排放情景

图７　　２０２０年我国碳排放强度和人均碳排放情景

４％～６．２％。可再生能源方面，尽管水电的发电量比２００７年增加了１．５倍左右，但水电占比都有不同程度的下降；非水电可再生能源发电比例则增加了１０～１６倍，至３．４％～５．２％。

４个方案中，发电耗能占一次能源消费的比例将从２００７年的４２％提高到５０％左右，情景３最高

５７．５％，情景２最低４８．５％，

表３　　２０２０年我国能源和电力消费结构低方案和高方案都在５２％左单位：％２００７年６９．５１９．７３．５７．３２００７年８１．９１．９１．５１４．４０．３０．１４２．０低方案（情景一）５７．９１８．２１０．３１３．６低方案（情景一）７０．６６．２３．６１４．４２．７２．５５２．３中方案１（情景二）６６．３１４．５８．３１０．９中方案１（情景二）７４．６５．３３．１１２．４２．４２．１４８．５中方案２（情景三）６３．７１５．７８．９１１．７中方案２（情景三）７７．０４．８２．８１１．３２．２１．９５７．５高方案（情景四）７２．９１１．７６．６８．７高方案（情景四）８１．０４．０２．３９．３１．８１．６５２．０右。

能源消费强度方面，２０２０年我国每万美元ＧＤＰ能耗下降最多的是情景３和情景１，分别从２００７年的１１．０７ｔｃｅ降至７．４７ｔｃｅ和８．２０ｔｃｅ，情景２和情景４的能源消费强度都在１０ｔｃｅ左右。然而，即使是单位能耗最低的情景３，也比５个发达国家２００５年的水平高出很多，因此，通过产业结构优化调整降低能源消费

（下转第２７页）

２０２０年能源消费结构煤炭石油天然气一次电力２０２０年发电量结构煤电核电气电水电风电其他可再生能源发电发电用能占一次能源消费比例Ｖｏｌ．　３１　　Ｎｏ．　３　　Ｍａｒ　　２００９第３１卷　第３期　２００９年３月

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　　　　Ｅｘｐｅｒｔ　Ｆｏｒｕｍ　　专家论坛表１　　１９８１～２００５年铁路企业能耗结构的变化单位：％年份原煤燃油电力１９８１～１９８５８９８３１９８６～１９９０７７１５８１９９１～１９９５５９２５１６１９９６～２０００４０３６２４２００１～２００５２７３９３４９９％以上用内燃和电力机车牵引，牵引动力结构的变化使能源消耗结构发生了相应的变化，已由过去以用煤为主发展到目前以用电和用油为主。也就是说，牵引机车类型和比重的变化，直接导致了与此相应的能源结构的变化。表１显示了从１９８１年至２００５年期

　　　　资料来源：根据中国铁道节能专业委员会提供的材料整理。修建１３条总长达１３３６４ｋｍ的高速铁路和大约有２０个城市扩建和新建城市轨道交通。

纵观电气化发展的历程，单纯的电气化铁路已经不能完全满足人们出行和货物运输的需要，改进的方向是迈向高速化。２０世纪９０年代以后世界就已进入建设高速电气化铁路的新时期，修建高速电气化铁路的国家越来越多，列车运行的速度也越来越高，特别是欧洲已经突破了国界，向路网化、国际化发展，高速电气化铁路已经成为国家社会经济发展水平和铁路现代化的主要标志之一。目前，德国的ＩＣＥ３型列车最高运行速度限制为每小时２３０ｋｍ。在提速试验中，最高时速达到了每小时３６９．４４ｋｍ，有望在正式运营中时速达到每小时３３０ｋｍ。因此，发展高速铁路可以有效提高电力机车使用比重，推进铁路“以电代油”进程，降低能耗，替代石油，改善铁路运输能耗结构，进而改善整个交通运输体系的能耗结构。

中国铁路几十年来致力于牵引动力结构改革，从过去以蒸汽机车为主，转变到以内燃、电力机车为主。过去８０％以上用蒸汽机车牵引，现在变为（上接第３１页）

强度将是我国在今后较长一个时期内必须始终坚持的发展主题。

单位能耗碳排放和单位发电量碳排放是能源结构和电源结构优化的综合反映，如图６。情景１的能源结构更加优化，２０２０年单位能耗碳排放降至２ｔＣＯ２左右。单位发电量碳排放方面，４种方案和２００７年相比均有较大改善，情景１仍是最低的，约５９４ｇＣＯ２／ｋＷｈ，接近美国２００５年的水平。

图７是单位ＧＤＰ碳排放和人均碳排放的结果。能源消费强度和结构决定了２０２０年我国的碳排放强度（单位ＧＤＰ碳排放）。要降低碳排放强度，必须同时从优化产业结构和优化能源消费结构两方面着手，这也是我国发展低碳经济的主要方向。２０２０年，我国的人均碳排放将增至和英德日韩４

间铁路企业能耗结构的变迁情况。如以５年为一个时间区间，可以比较清晰地看出能耗结构的历史变迁。１９８１～１９８５年间的机车能源消耗结构，原煤占８９％的比重，燃油占８％，电力仅占３％。在经过了３个５年时间后，到２００１年至２００５年期间，能源消费结构情况发生了根本性的变化。原煤比重下降至２７％，燃油和电力分别上升至３９％和３４％，其中燃油上升至第一的位置，电力所占比重仅次于燃油。铁路企业的能耗结构在经过几十年的变迁后，已从以原煤为主的能源结构转变为以燃油和电力并举的能源结构，至“十五”期间已形成了相对优化的能源结构，与我国整体能耗结构相比较，已经迈出了历史性的一步。

从表１还可以发现，尽管“十五”铁路企业能耗结构中燃油所占比重仍高于电力，但其增长速度已经大大减缓，已从十五期初的１１％的增速降至期末的３％；而电力增长速度呈现加快的趋势，从十五期初的８％升至期末１０％。可以预测，随着中长期一批高速铁路建成并投入运营，铁路企业能耗结构还将会得到极大优化，最终会形成以电力消耗为主的更为合理优化的能源结构。国２００５年相当的水平，但依然不及美国的一半。

４　　结论

（１）在完成工业化、实现现代化的进程中，无论是总量还是人均，我国能源和电力消费都将快速增长，且用电量增速更快于一次能源消费。

（２）情景分析表明，２０２０年，我国人均能源消费将达３．１８～４．９５ｔｃｅ，能源消费总量将达４４．２亿～６８．８亿ｔｃｅ；人均用电量增至５２４０～８０９０ｋＷｈ，全社会用电量达到７．３万亿～１１．２万亿ｋＷｈ，需要１５．８亿～２４．４亿ｋＷ发电装机容量，人均装机约１．１３７～１．７５５ｋＷ。

（３）要降低碳排放强度，必须同时从优化产业结构和优化能源消费结构两方面着手，这也是我国发展低碳经济的主要方向。情景分析表明，２０２０年，我国碳排放强度有望比２００７年降低３３％～３７％。

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