青海高原城镇家庭能源消费碳排放空间特征研究.pdf

收稿日期:基金项目:国家自然科学基金项目()中国博士后科学基金项目()作者简介:史晓楠()女吉林长春人硕士研究生研究方向:能源地理与可持续发展.通讯作者:姜璐:.辽宁大学学报 自然科学版第 卷 第 期 年 .青海高原城镇家庭能源消费碳排放空间特征研究史晓楠李瑾柔赵晶文姜 璐(.青海省人民政府 北京师范大学 高原科学与可持续发展研究院青海 西宁.青海师范大学 地理科学学院青海 西宁.青海师范大学 青藏高原地表过程与生态保育教育部重点实验室青海 西宁.北京师范大学 地理科学学部北京.中国科学院 东北地理与农业生态研究所吉林 长春)摘 要:本文以青海高原城镇家庭为研究对象利用 个地级市、个自治州实地调研数据分析了青海高原城镇家庭能源消费现状及基本特征通过计算碳排放相关指标对青海高原城镇家庭能源消费碳排放空间特征进行探讨分析.研究发现:)青海高原城镇家庭日人均能源消费碳排放量存在区域差异该差异在不同类别家用设备上均有体现青海省全省家庭能源消费碳排放强度.(元)除家庭人均收入高于青海省平均水平的 个州市即海东市、海南藏族自治州、海西蒙古族藏族自治州之外的余下调研区均有不同程度的能源浪费.)青海省家庭能源消费碳排放指数为.通过对比发现州市层面家庭能源消费碳排放指数最高为黄南藏族自治州最低为海北藏族自治州区县层面最高的为黄南州尖扎县最低的为玉树州曲麻莱县.本文基于以上计算分析结果提出了优化青海高原城镇家庭能源消费结构有效降低碳排放量的系列建议.关键词:城镇家庭能源消费碳排放青海高原中图分类号:文献标志码:文章编号:()(.):.:).().).:引言目前世界正面临着一系列挑战如:不均衡的新冠疫情复苏、创纪录的通货膨胀以及俄乌战争下不断演变的国际格局均可能破坏全球能源市场对全球气候议程产生重大影响.中国则正处于从油气时代向可再生能源时代转变的关键时期消费侧对于碳中和进程有着不可忽视的影响消费侧对碳中和的意识行为以及对碳排放的消费意愿等很可能是实现碳中和目标的决定性因素.过去十年家庭能源消费增速持续高于工业部门生活能源消费量占能源消费总量的比重从增加至.这主要源于两大原因:一是城镇化进程持续加快家庭能源消费实现了从满足基本需求到个人提升的跃迁能源消费用途更加多样化二是能源价格的变化导致家庭能源消费结构出现变化居民支出中用于能源密集型产品的占比逐渐降低主要体现在电力消费与非电力消费两方面.值得关注的是 年生活能源消费量较 年增加了.人均生活能源消费量增加.这主要因为新冠疫情致使大部分居民居家办公学习生活能源消费量出现回升.家庭适应在一定程度上替代了产生污染的户外活动与家庭生活方式密切相关的能源密集型的适应可能比适应全球气候变化产生更大的影响.因此在后疫情时代各地区通过微观尺度下的家庭消费层面数据有针对性地推进能源部门进行重大转型逐步落实“双碳”目标成为中国气候行动的重要 辽宁大学学报 自然科学版 年 内容.由此如何合理有效地研究家庭能源消费及其碳排放的结构特征和驱动机制成为了研究的重点.家庭能源研究自 世纪 年代就已经引起了学者的关注研究所用数据主要为历史统计数据与微观调研数据.近 年各国学者关于家庭能源消费碳排放的研究主要聚焦于碳受限的背景下如何解决家庭能源问题同时分析各国碳减排的现状以及碳足迹的影响.宏观尺度上更多利用经济学模型对国家层面或工业型重点城镇进行研究针对家庭尺度的能源消费碳排放模型研究大多以单一要素为核心的家庭能源消费的空间特征生成机制为侧重展开而多要素平衡家庭尺度的能源消费也成为精细化研究的一大趋势.国内的学者在碳排放的测算和分解方法、碳排放影响因素等方面取得了可观成果研究尺度在国家(地区)、城市、社区甚至家庭均有展开.研究发现中国碳排放呈现出时间异质性、空间异质性和时间滞后的特征而这主要受人口规模、居民消费水平、能源消费结构、碳排放强度、能源消费强度等因素影响.同时受制于县域、社区、家庭等中微观尺度数据的缺失已有研究尺度大多聚焦于全国或省域等宏观尺度有关家庭能源消费碳排放区域差异的研究仍占少数.综上所述亟须使用多源数据根据研究区域选取适宜变量开展消费侧家庭能源消费碳排放研究揭示家庭能源消费现状和碳排放情况深入刻画家庭能源消费及碳排放空间特征.青藏高原是全球气候变化的敏感区域.位于青藏高原东北缘的青海省是中国首个清洁能源示范省它的省际经济扩张和能源强度变化对调节碳排放起到了主导作用清洁能源有着巨大的开发利用价值和可观的碳减排潜力家庭能源消费及碳排放优化空间很大对实现国家“双碳”目标具有重大意义.事实上近几年青海省持续优化能源使用结构进行绿色高效的能源转型但在此过程中仍面临开发与资源储量不匹配、绿电消纳问题突出等困难和挑战.在此背景下如何深入挖掘青海省碳排放驱动机制有针对性地提升能源利用率、优化能源结构成为本文的研究主题.随着经济水平的不断提升快速的城市化和气候变化会带来复合风险尤其是对青海省这类本身增长规划不善、贫困和失业率居高以及缺乏基础服务的省份.但城市化也可为气候行动提供机遇如:绿色建筑、可靠的清洁水和可再生能源供应以及连接城乡地区的可持续运输系统.这些都可带来更为包容和更加公平的社会环境.所以城市既是影响碳排放的风险点也是解决方案的关键部分.本文基于家庭能源消费碳排放中微观研究尺度、边缘省县域研究范围存在空白点的研究需求利用调查数据定量分析青海高原城镇家庭生活碳排放情况(文中的“碳排放”指“排放”)将能有效弥补目前青海高原城镇碳排放现状的数据缺失.数据和研究方法.研究区概况青海省处于青藏高原的东北部平均海拔超过 呈现西高东低的地势走向.全省地貌复杂兼具了青藏高原、内陆干旱盆地和黄土高原的 种地形地貌地区差异大垂直变化明显同时存在高原、河谷和大漠.作为青藏高原的重要组成部分青海省拥有独特的地理位置和气候特征清洁能源资源丰富水、风、光互补固碳增汇潜力大化石能源消耗总量小、碳排放总量小零碳电力系统 第 期 史晓楠 等:青海高原城镇家庭能源消费碳排放空间特征研究 建设得天独厚 年发电量中清洁能源占比为.随着“双碳”目标和国家清洁能源产业高地的推进青海省绿色产业不断做大第三产业占比也逐渐提高成为中国重要的生态安全屏障、战略资源储备基地.表 调查问卷抽样情况调研区样区人口/人抽样数量/份西宁市 海东市 海南藏族自治州 海西蒙古族藏族自治州 黄南藏族自治州 海北藏族自治州 果洛藏族自治州 玉树藏族自治州.数据来源本文数据按照调研点能够代表周围地区碳排放水平的原则在 年 月至 年 月选择青海省 个州市 个区县对城市家庭进行了调查采取入户访谈调查方法共回收 份问卷.按照第七次全国人口普查数据设定抽样比例为/.四舍五入后最终确定各州市抽样数量(表).在 中对调研地区采用科隆巴赫系数进行信度和效度分析结果发现青海高原样区的调研数据整体信度达到.说明本次调研数据具有可靠性.研究方法.家庭能源消费能耗标准化家庭日常衣食住行等活动通常伴随不同程度的能源消费量不同活动对能源种类需求并不相同即使同一活动其所使用能源的种类亦可能并不唯一.除此以外不同地区不同家庭出于地区获取能源的便捷性和经济性考虑其能源消耗活动所涉及的能源种类更为多样且由于不同家庭的活动频率存在差异其对应的能源消费量亦有区别.因此在核算家庭能源消费时需具体至每个家庭在每项能源消费活动中所使用的能源种类并根据其活动特征(如使用频率、使用时长等)得出该能源的实际消费量并核算家庭各项活动的各类能源消耗量从而得出该家庭的能源消费总量.调研样本的家庭能源消费按照其终端用途可分为炊事、家用电器、采暖、照明、热水 类.根据郑新业等研究方法假设有 个家庭使用了 类能源种类(如煤、生物质能等)能源主要用于 类消费活动(如烹饪、取暖等)用途有 种(如自用提供餐饮服务等).对于第 个家庭以.表示第 种能源用于第 类消费活动第 种用途的实物消费量综合能耗按公式()计算:()()式中:为综合能耗主要用于考察用能单位的能源消耗总量 为消耗的能源种类数为生产和/或服务活动中实际消耗的第 种能源量(含耗能工质消耗的能源量)为第 种能源的折标煤系数.家庭能源消费碳排放上述 类用能活动需要利用能耗和碳排放系数进行碳排放量、碳排放强度与碳排放指数的计算并从质和量两方面进行具体分析.其中家庭能源消耗的主要类别包括煤气、天然气、电力等对应碳排放计算主要参考()温室气体清单指南的核算方法公式如下:()辽宁大学学报 自然科学版 年 式中:表示总的能源消耗碳排放量表示第 种能源的消耗量表示第 种能源的净发热值表示第 种能源的含碳量表示第 种能源的氧化率 指代电力、天然气、煤气等能源类别.其中由于太阳能这一能源在使用时不产生碳排放因此将以太阳能为能源的热水器等家用设备碳排放视为零.家庭能源消费碳排放分析.家庭能源消费碳排放基本现状利用所回收的有效调研数据依据综合能耗计算通则/本文首先采用折标煤系数将能源消费量单位转化为标准煤其次根据碳排放系数进行碳排放量的计算碳排放量的测算参考文献 的做法排放系数如表 所示.表 各种家庭能耗碳排放参数能源类别平均低位发热量/()排放系数/()氧化率排放系数/()煤气.天然气.煤炭.液化石油气.注:电力二氧化碳排放系数为./()依据家庭能源消费终端碳排放的 个方面本文选取煤炭、汽油、柴油、天然气和电力等能源最后将各种能源的碳排放量进行加总求和可得到家庭能源消费碳排放量基本现状(表).由表 可知我国青海全省高原城镇家庭日人均能源消费碳排放量为.其中厨房设备人均碳排放量占比、家用电器人均碳排放量占比.、热水器家庭人均碳排放量占比.、家庭照明人均碳排放量占比(最低).、家庭采暖人均碳排放量占比(最高).表 青海省家庭日人均能源消费碳排放量现状设备类别厨房设备家用电器家庭照明家庭采暖热水器总计碳排放量/.全省 个州市调研范围家庭日人均碳排放量从高至低顺序如下:海北藏族自治州.、海南藏族自治州.、果洛藏族自治州.、玉树藏族自治州.、西宁市.、海西蒙古族藏族自治州.、海东市.、黄南藏族自治州.其中各类别家庭设备层面即厨房设备、家用电器、家庭照明、热水器、家庭采暖日人均碳排放量由高至低的排列顺序如表 所示.可见青海省各地级市和自治州家庭人均能源消费碳排放量存在明显差异.全省调研涉及的区县层级各类别家用设备也存在较明显的区际差异同时各区县与其所处州市进行对比后可初步判断各区县的碳排放水平.对比数据计算结果后发现:从各类别家用设备层面的整体数据来看厨房设备日人均碳排放量最低的是果洛藏族自治州班玛县为.西宁市城东区家用电器日人均碳排放量最高为.海东市民和县家庭照明日人均碳排放量最低为.热水器日人均碳排放量均在 以下家庭采暖均为 大类家用设备中占比最高的 第 期 史晓楠 等:青海高原城镇家庭能源消费碳排放空间特征研究 类别州市层面日人均碳排放量最高的是海南藏族自治州区县层面日人均碳排放量最高的是果洛藏族自治州甘德县.总的来看青海省各州市和各区县家庭能源消费日人均碳排放量具有明显空间差异.其中家庭采暖人均碳排放量均为各调研区中占比最大、差异最大的类别通过家庭采暖能耗和家庭采暖碳排放量的计算公式得知影响家庭采暖碳排放区际差异的因素主要为人均住房建筑面积和采暖天数且人均住房建筑面积、采暖天数与家庭采暖日人均碳排放量呈线性正相关.表 青海省 个调研区家庭能源消费日人均碳排放量现状调研区总量/厨房设备/家用电器/家庭照明/家庭采暖/热水器/西宁市.海东市.海西蒙古族藏族自治州.海南藏族自治州.果洛藏族自治州.玉树藏族自治州.黄南藏族自治州.海北藏族自治州.家庭能源消费碳排放强度家庭能源消费碳排放强度用家庭能源消费碳排放总量与家庭人均收入之比表示(单位:吨/万元).随着时间发展中国省际碳排放强度在空间上的集聚效应逐渐减弱.当不同地区家庭能源消费支出一致时会出现同等支出但某一地区无法满足日常能源消耗则该地区需要投入更多支出以满足日常需求.这侧面反映出该地区的能源利用率(即用能效率)较低.因此家庭能源碳排放强度反映了一个地区能源利用的技术水平.受访家庭中家庭人均收入最高的区县为西宁市城北区.万元最低的区县为玉树藏族自治州囊谦县.万元.总结 个区县的家庭人均收入通过进一步的计算得到调研区家庭能源消费碳排放强度.通过与青海省.(元)的全省数据进行对比州市层面除海东市、海南藏族自治州、海西蒙古族藏族自治州的碳排放强度低于全省平均水平余下 个调研区均有不同程度的能源浪费最突出的为玉树藏族自治州是全省平均水平的.倍从区县层面分析 个区县中仅有 个区县低于全省平均水平能源浪费现象最为显著的是玉树州曲麻莱县高达全省平均水平的.倍.出现以上现象的主要原因:一是由于部分州市或区县以农牧业为主更偏向于使用柴薪、秸秆、牛羊粪等方便获取且支出较少的生物质能这类能源大部分为一次性使用能源可循环性较差同时由于利用方式传统单一没有最大效能地发挥其作用二是由于部分州市以及区县基础设施和公共服务设施配备不完善大部分能源利用技术水平不达标许多能源技术还没有得到更新.即使出现了太阳能等清洁能源其覆盖范围较小利用率不高能源消费结构仍有待优化.家庭能源消费碳排放指数家庭能源消费碳排放指数是指单位家庭能源消费碳排放能力即在调研区碳排放总量中的贡献率.因此当指数越高时能力越强其对碳排放总量的影响程度就越大.为了使碳排放指数具有可对比性本文利用逆指标无量纲化具体的计算公式如下:辽宁大学学报 自然科学版 年 ()其中:表示不同时间 下的碳排放指数(本文计算 年数据)表示人均二氧化碳排放量的最大值表示人均二氧化碳排放量的最小值表示不同时间 下的人均二氧化碳排放量由此可得出青海省碳排放指数相关数据表(表).通过计算 年青海省碳排放指数为.表 青海省全省碳排放指数相关数据调研区家庭能源消费碳排放总量/家庭总人口/人人均碳排放量/碳排放指数西宁市.海东市.海西蒙古族藏族自治州.海南藏族自治州.果洛藏族自治州.玉树藏族自治州.黄南藏族自治州.海北藏族自治州.青海省全省.以此类推将调研数据所分布地区在地级市和自治州的基础上再进行一次分类根据区县相应数据计算各州市碳排放指数(表)同理根据各街道及社区划分计算各区县人均碳排放量数值可计算得出各个区县碳排放指数.依照标准化无量纲进行计算使得以上碳排放指数存在可比性.经公式()计算结果可知在州市层面对碳排放贡献最大和最小的分别是青海东南部的黄南藏族自治州和青海东部的海北藏族自治州分别为.和.在区县一级贡献最大的是黄南藏族自治州尖扎县贡献最小的是玉树藏族自治州曲麻莱县为.总的来说在家庭能源消费碳排放指数较高的地区这一指数对该区域的总排放量具有显著影响而在碳排放指数较低的地区这种影响则相对较小.结合本文调研发现出现以上结果的原因如下:海南藏族自治州拥有世界上最大的光伏发电园区和世界上最大的水力光互补电站.但是由于绿色输电项目的输电容量和当地清洁能源的供应等一系列问题新能源的使用比例并不高.此外最接近青海高原平均海拔的黄南藏族自治州是畜牧业发展的主要基地因此对总碳排放的贡献最大.总体而言青海省目前是重点发展新能源产业及光热发电的地区在全力打造区域电力调蓄中心的背景下部分州市和区县清洁能源资源储量丰富光能、水能和风能潜力巨大具有富光丰水风好的特色优势.为了打造清洁低碳的新型城镇化能源体系和绿色循环的乡村振兴能源体系部分州市或区县加快实施电能替代工程全力推进清洁取暖工程加速推广绿色交通工程以绿色共享促进经济社会低碳转型.以上这一系列措施与建设在短时间内都可能会导致居民生活方式趋于高能化.讨论青海省城镇居民对传统资源依赖性较强且全省不同类别的设备家庭人均能源消费碳排放量存在明显差异家庭采暖日人均碳排放量均为各调研区中占比最大、差异最大的类别达.针对家庭能源消费碳排放强度分析除海东市、海南藏族自治州、海西蒙古族藏族自治州之外的余下 第 期 史晓楠 等:青海高原城镇家庭能源消费碳排放空间特征研究 调研区均超过青海省全省平均水平该结果侧面反映出部分州市和区县能源利用存在浪费用能效率即能源利用技术水平有待提高.同时通过计算各家用设备碳排放强度进一步得出:家庭采暖和热水器的碳排放强度相较其他类别明显地高于全省数据因此这两方面可以作为提升能源利用水平、优化家庭能源消费结构的重要研究方向.黄南藏族自治州尖扎县碳排放能力最弱果洛藏族自治州甘德县最强形成以上结果的原因除了家庭设备数量结构差别之外调研区的地理区域性质对该结果也产生了一定影响这在姜璐等 的研究中已得到验证.青海高原本身良好的地理位置使风能、光能、热能拥有优秀的开发利用基础在恶劣天气下三大清洁能源相互补给、相互依存能够保障供给解决目前新能源供给不稳定的挑战建立清洁能源为主体、风光电伏为主要增长力的能源体系.目前全省的清洁能源开发尚未成熟技术创新可以有效抑制碳排放.政府应该把提升能源科技水平作为能源转型发展的突破口加快能源科技自主创新步伐形成能源科技创新上下游联动的一体化创新和全产业链协同技术发展模式.政府应将目前的政策支撑和民生福祉相结合鼓励技术人员在调研地进行新型清洁能源的开发在有条件的地区开展清洁能源工程试验示范针对性地解决目前可利用能源种类少的问题应加大部分地区生物质能、地热能等各类清洁能源开发利用规模创新发展模式打造新型清洁能源集体经济以清洁能源产业发展支撑经济发展.同时政府要通过提升技术水平加强能源计量工作优化能源管理标准建立和保障清洁能源开发利用的良性循环.针对碳排放强度较高的州市和区县来说计算结果反映出该地区需要重点关注清洁能源的利用效率可以通过能源利用技术更新优化用能效率减少居民家庭能源消费支出同时针对不同地区、不同程度的用能浪费提供相应的补贴降低能源投入倒逼低碳生产与碳排放.针对家庭采暖国家政策与战略加速了中国北方住宅供暖的清洁转型目前青海省内除集中采暖之外在城镇化水平不太高的村镇仍存在较多使用秸秆柴薪、牛羊粪、煤炭等传统能源进行自采暖的情况出现该情况的主要原因是这部分居民能源消费支出不足因此政府有效增加清洁能源的补贴能促进家庭能源消费碳减排.结论本文发现在青海省高原城市家庭能源消费方面全省日人均碳排放量为.在青海 个州市中海北藏族自治州的日人均碳排放量最高达到.最低则是黄南藏族自治州为.在能源用途上采暖设备产生的日人均碳排放量占比最高其次为厨房设备.一定程度上说明青海高原城镇家庭日人均能源消费碳排放量存在区域差异该差异在不同类别家用设备上均有体现.与此同时本文发现青海省全省家庭能源消费碳排放强度为.(元)除家庭人均收入高于青海省平均水平的 个州市即海东市、海南藏族自治州、海西蒙古族藏族自治州之外的余下调研区均有不同程度的能源浪费.最后经计算本文得到青海省家庭能源消费碳排放指数为.通过对比发现州市层面黄南藏族自治州的家庭能源消费碳排放指数最高最低为海北藏族自治州区县层面最高的为黄南藏族自治州尖扎县最低的为玉树藏族自治州曲麻莱县.总体而言本研究主要通过实地调研弥补青海高原城镇家庭能源消费数据的缺失从省县域及家庭视 辽宁大学学报 自然科学版 年 角为青海高原制定各区域差异化能源政策提供空间统计上的参考依据.同时本文从中微观尺度对高原城镇家庭各家用设备碳排放差异及区际碳排放差异展开研究明确产生差异原因为政府关注家庭能源消费具体特征、制定差异化能源政策提供有效参考.参 考 文 献:杨宇.中国与全球能源网络的互动逻辑与格局转变.地理学报():.林伯强.碳中和进程中的中国经济高质量增长.经济研究():.():.().:/.().:/./.王宇澄.我国城镇居民能源消费增长影响因素研究.城市发展研究():.国家统计局.中国统计年鉴/.().:/./.国家统计局.中国统计年鉴/.().:/./.姜璐黄耿志谢惠春等.空间尺度视角下的家庭能源消费研究进展与展望.地理科学进展():.张艳秦耀辰.家庭直接能耗的碳排放影响因素研究进展.经济地理():./:.():.():.():.:.:.().:.:()().青海省统计局.青海省统计年鉴 年统计公报/.().:/./.国家标准化管理委员会.综合能耗计算通则:/:.北京:国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会.郑新业魏楚虞义华等.中国家庭能源消费研究报告.北京:科学出版社.第 期 史晓楠 等:青海高原城镇家庭能源消费碳排放空间特征研究 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