文献阅读 | 衡量中国城市的低碳能源转型

题目

Measuring the low-carbon energy transition in Chinese cities

作者

Shen, Yifan; Shi, Xunpeng; Zhao, Zhibo; Sun, Yongping; Shan, Yuli

期刊

iScience

时间

2023年1月

一作

单位

School of Economics and Management, Tongji University, Shanghai 200092, China.

链接

https://www.cell.com/iscience/fulltext/S2589-0042(22)02076-4?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS2589004222020764%3Fshowall%3Dtrue

研究背景

城市在应对气候变化和可持续发展目标（SDG）这两个全球性的挑战中扮演着重要的作用。城市是减缓气候变化目标的关键因素，它们占全国能源消耗的三分之二和全球碳排放的70%以上。此外，可持续发展目标也要求城市更加具有包容性、安全性、复原力和可持续性。这两个目标的实现都取决于城市向低碳能源系统的转型，因而城市的能源转型被认为是实现减缓气候变化和可持续发展的重要渠道。

中国提出了振奋人心的“双碳”目标，但由于中国各地区之间的巨大差异，实现这一目标的进展必须是循序渐进和因地制宜的。不当的时机可能导致不公正或不可持续的能源转型，例如在2021年下半年，中国一些省份普遍实行电力配给，就是因为不现实的能源限制和煤价暴涨。因此，根据城市层面的异质性进行区域政策调整，使多样化的区域努力朝着“双碳”目标前进是有必要的。

现有的能源转型评估主要集中在能源转型的部分方面，如可持续性、能源安全、和能源贫困。然而，能源转型应该包括所有这些方面，因此评估它将需要多层次和多维度的衡量标准。尽管世界经济论坛和世界能源理事会提出了对各国能源转型的各种综合衡量标准，但在国家以下层面--特别是城市层面--全面量化能源转型的进展仍是空白。

研究方法

本研究以中国为例，旨在通过从能源系统转型绩效和转型准备度两个维度考察城市的能源转型指数（ETI），开发一个全面的次国家能源转型测量。按照世界经济论坛的框架，ETI包括两个子指数：系统绩效指数，衡量当前能源系统的成熟度，以改善系统结构和环境可持续性；转型准备指数，评估是否存在一个有利的生态系统，即经济发展、资本、技术和人力资源，以实现有效的能源转型。

由于中国是世界上最大的能源消费国和二氧化碳排放国，其能源转型的成功（或不成功）具有全球影响。本研究为282个中国城市能源转型的时空进展提供了基线和定量证据，以及不同未来路径的潜在影响。我们阐明了能源系统转型的进展和社会经济准备情况在国家和次国家层面的演变。我们通过介绍不同类型城市的能源系统性能和转型准备情况，阐明了中国的能源转型和去碳化路线图，并确定了四种转型状态：新兴、潜在挑战、跨越式发展和领先。我们还利用该框架探讨了如果更多的城市能够在其集团内效仿前沿城市的发展道路，可能会有哪些改进，表明向前沿城市学习可以大大降低中国的能源和碳强度，以及二氧化碳排放。

研究结果

结果表明，中国的全国平均ETI得分随着时间的推移提高了约38.1%，从2003年的34.7分提高到2016年的47.9分（图1）。这与世界经济论坛对中国国家层面的调查结果相吻合。值得注意的是，转型准备度分指数的得分随着时间的推移不断提高，反映了中国社会经济在样本期的快速发展（图1B）。然而，能源系统绩效分指数的得分在 2000 年代仍然停滞不前（图1B），直到 2011 年后才转入快速提高的轨道。2001年中国加入世界贸易组织后，中国经济经历了十多年的快速增长，导致能源消耗和二氧化碳排放快速增长。中国的煤炭消费从2003年的31.1EJ急剧增加到2011年的79.7EJ的历史最高水平。2011年后，能源系统绩效得分的稳步提高是由于中国政府开始向新的和更可持续的发展模式转变。

图1. 2003年至2016年中国国家ETI及其分项指数得分的变化

在城市层面，2015年的ETI分数显示出巨大的区域差异。中国东部的ETI得分明显高于中国西部，而中国南部的ETI得分则高于中国北部，这表明不同区域在实现能源转型的进展方面存在巨大差异（图2）。东南沿海地区不仅在转型准备度方面得分较高，这主要反映了其在能源转型方面的社会经济发展潜力，而且在系统性能方面得分也较高，这反映了能源系统的发展。

图2. 2005年、2010年和2015年中国282个城市ETI得分空间格局分析

自2005年以来，虽说大多数城市都在稳步改造其能源系统，但各地区的改善并不一致（图3）。在282个城市中，有279个城市的ETI综合得分在这10年中有所提高。所有的282个城市都提高了他们在转型准备方面的表现。然而，54个城市（19%）的能源系统表现有所下降，主要原因是它们对煤炭的依赖性增加，或者在社会经济发展过程中碳排放增加。从2005年到2010年，19个城市（6.7%）的ETI得分下降，93个城市（32.9%）的能源系统表现更差，没有一个城市的转型准备度更差。而从2010年到2015年，17个城市（6.0%）的ETI得分下降，其中45个城市（16.0%）的能源系统表现更差，16个城市（5.6%）的转型准备更差。

图3 2015年至2005年，中国282个城市的ETI及其分类指数得分变化

在这十年中，处于最高和最低四分位数的城市的ETI得分之间的差距仍然存在，甚至扩大了（图4）。尽管大多数处于底层四分之一的城市都在逐步改善，但其改善的速度明显慢于处于顶层四分之一的同类城市。前10个城市的ETI平均得分增加了18.0分，但后10个城市只有7.9分。前100名城市的平均ETI得分增加了13.1分，但后100名城市只有11.0分。这些结果反映了一个事实，即目前各城市的能源转型路径没有趋同。这意味着在能源转型中落后的城市需要额外的推动其能源转型，不仅要取得进展，而且还要缩小与前沿城市的差距。

图4. 排名靠前和靠后城市ETI平均得分的比较

图5A显示了五个城市组的ETI平均值和SDs。高科技城市的ETI平均分最高（71.9分），而能源生产城市由于其能源系统性能最低，转型准备不足，记录的ETI平均分最低（36.3分）。服务业（58.4）、制造业（45.7）和其他城市（44.5）处于两者之间。尽管能源生产城市的能源系统表现明显低于其他城市，但正是转型准备度的差异导致了群体的异质性。服务城市和高科技城市的转型准备度得分明显高于其他三类城市。虽然整个组别有一个明显的平均值，但每个组别内部也有类似的变化记录。ETI得分的SD为8.6（能源生产）、8.0（其他）、8.1（制造业）、8.5（服务业）和6.5（高科技），表明有潜在的机会通过让表现不佳的城市在每个组别中努力追赶，有可能改善城市的能源转型状况。

图5B显示了各组城市的地理分布，以及二氧化碳的排放量。能源生产城市集中在中国的东北和中部，特别是山西和内蒙古。这些地区的人均排放量最高（25吨），但平均ETI得分最低，这表明他们的能源转型是紧迫和具有挑战性的。相比之下，高科技城市主要位于经济发达地区，如京津冀、长江三角洲和珠江三角洲。鉴于其相对较高的人均排放量（15吨）和最高的ETI得分，这些地区应该成为能源转型的领导者。同样，主要位于沿海地区的制造业城市（人均二氧化碳排放量为12吨）也应在能源转型中被优先考虑。

图5. 不同城市群的能源转型指标和空间模式

结论与展望

结果表明，中国的全国平均ETI得分提高了约38.1%，从2003年的34.7分提高到2016年的47.9分。在城市层面，我们的研究结果表明，不同地区存在着巨大的异质性，表现不佳的城市主要是聚集在中国中部或西部的能源生产城市（如淮北、晋城和榆林），而表现最好的城市主要在中国东部，并以高科技或服务业为支柱（如深圳、厦门和杭州）。处于最高和最低四分位数的城市之间的差距在十年间一直存在。

对发展路径的分析表明，城市能源系统可以在不妨碍或阻碍社会经济发展的情况下实现去碳化，但这并不是在所有城市都发生的。以两个能源生产城市为例，河南省的平顶山在发展中实现了经济增长和二氧化碳排放的脱钩（从2010年到2015年，其排放量下降了24.6%，而人均GDP增长了27.2%）。相比之下，山西省朔州则表现出经济增长和排放的耦合性（从2010年到2015年，其排放量增加了142.3%，而人均GDP增加了24.7%）。总的来说，我们估算了二氧化碳减排能力，并表明如果每个城市都能走可持续发展道路，中国的能源和碳强度可以分别下降34%和32%，而人均碳排放量可以下降17%。如果每个城市都能遵循具有类似经济结构的前沿城市的可持续发展道路，那么中国的能源和碳强度可分别下降34%和32%，而人均碳排放量可下降17%。从从去碳化的角度来看，鼓励城市追随其集团领导者的集团特定政策，如 "领先者"。诸如最初在日本实施的 "领跑者 "计划，对于促进城市的绿色发展是可取的。具体来说，中国目前的新发展理念应该坚持绿色增长的要求，对于仍在成长中的工业城市和欠发达城市来说，应该坚持绿色增长的要求。

鉴于城市的异质性，需要具体的低碳路线图，而不是一刀切的方法来实现中国的碳达峰和碳中和目标。城市应该根据其目前的能源系统表现和转型准备情况，制定不同的减排和能源转型目标。在为城市设定目标时，应采用国际气候谈判中已经确立的共同和有区别的责任原则。那些领先的城市（如深圳、苏州、无锡）可以在中国的能源转型中发挥领导作用。因为它们可能已经达到或接近排放峰值，同时具有最高的减排能力。能源转型政策应该优先考虑那些在能源系统表现或转型准备方面落后的城市，我们对属于滞后群体的城市（如鹤岗、晋城、淮北和榆林）的识别是帮助他们的第一步。例如，作为能源生产城市在能源转型中面临着最困难的挑战，他们应该讨论如何提高其能源系统的性能和转型的准备程度。在性能方面方面，能源生产城市应促进经济结构调整，以实现低碳能源结构并降低能源和排放强度。在转型准备方面，资源型城市可以吸引投资、人力资源和技术，以提高其经济发展水平和未来增长潜力。未来的增长潜力。

编辑：吴凯

排版：肖逸龙

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