龐凌云，翁 慧，常 靖，李永亮*，蔡博峰，雷 宇*，嚴(yán) 剛，呂 晨，張 立，戚志強，孫偉善，曹麗斌，張 哲，李 淼，韋志浩

1.生態(tài)環(huán)境部環(huán)境規(guī)劃院碳達(dá)峰碳中和研究中心,北京 100012

2.中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會,北京 100723

應(yīng)對全球氣候變化是人類社會21 世紀(jì)的巨大挑戰(zhàn)之一，面對日益嚴(yán)峻的氣候變化形勢，《巴黎協(xié)定》提出將全球平均氣溫升高(較工業(yè)化前水平)控制在2 ℃范圍內(nèi)，并盡最大努力限制在1.5 ℃左右.但是在全球能源碳排放不斷增加的態(tài)勢下，達(dá)到這一目標(biāo)的剩余碳排放空間和時間都非常有限，亟待采取積極的政策和措施推動溫室氣體減排.截止到2021 年6 月，全球已有120 多個國家相繼提出碳中和目標(biāo)，占全球經(jīng)濟(jì)體量的70%以上.習(xí)近平總書記在2020年9 月向全世界宣布，中國二氧化碳(CO2)排放力爭于2030 年前達(dá)到峰值、努力爭取2060 年前實現(xiàn)碳中和.這一承諾將推動全球氣候治理形成新格局，同時也拉開了我國經(jīng)濟(jì)社會各領(lǐng)域向低碳綠色高質(zhì)量發(fā)展轉(zhuǎn)型的大幕.

圍繞碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)出臺的一系列國家層面的政策規(guī)劃主要內(nèi)容包括：堅決遏制高耗能、高排放項目盲目發(fā)展；出臺石化、煤化工等產(chǎn)能控制政策以實現(xiàn)深度產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整；同時對分區(qū)域分行業(yè)逐步推動達(dá)峰行動、推進(jìn)重點行業(yè)和重要領(lǐng)域綠色化改造提出明確要求[1-3].

目前國內(nèi)外碳達(dá)峰問題的研究多集中在國家和地區(qū)層面，宏觀政策研究[4]認(rèn)為，積極推進(jìn)能源生產(chǎn)和消費革命、能源技術(shù)、政策和價格機制創(chuàng)新，尤其是碳排放交易體系和國家碳排放峰值的設(shè)定是實現(xiàn)中國2030 年前碳達(dá)峰和綠色低碳發(fā)展轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵；通過建立綜合考慮經(jīng)濟(jì)、能源和氣候安全以及碳稅等因素的綜合模型，分情景預(yù)測中國碳排放達(dá)峰，提出2025?2030 年是一個關(guān)鍵窗口期[5]，通過與經(jīng)濟(jì)增長的合理權(quán)衡，考慮碳稅對能源技術(shù)的影響等，中國能源相關(guān)碳排放有望在2025 年達(dá)峰[6]，碳排放量在2030 年左右達(dá)到峰值[5-9].在區(qū)域?qū)用嫜芯糠矫妫ㄟ^中國不同區(qū)域碳排放關(guān)聯(lián)分析，認(rèn)為發(fā)達(dá)的沿海區(qū)域和發(fā)展中區(qū)域減排責(zé)任分?jǐn)偙戎剌^高[10].從研究方法看，多采用因素分解法(structural decomposition analysis,SDA)研究不同部門或某一部門的某些因素對碳排放的影響，如碳排放強度[11-14]、能源強度[15]、技術(shù)[16]、結(jié)構(gòu)需求[17-18]、消費模式[19]等對碳排放的影響.而對碳排放量或峰值的預(yù)測多采用情景分析方法實現(xiàn)[11,13-14,20-22].雖然影響因素分析方法和碳排放預(yù)測方法的科學(xué)性不斷提高，但已有研究仍主要集中在部門或者產(chǎn)業(yè)層面的減排路徑，針對分行業(yè)的研究尤其是排放達(dá)峰研究較少.針對工業(yè)部門具體行業(yè)減排的相關(guān)研究多集中在工藝過程相對單一的鋼鐵、水泥等行業(yè)[23-25]，通過分析減排影響因素探究行業(yè)的減排潛力和路徑.針對石化行業(yè)的減碳路徑研究相對較少，針對某一行業(yè)的達(dá)峰研究仍非常有限.

石化行業(yè)為經(jīng)濟(jì)發(fā)展建設(shè)提供必要的能源與材料，是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，同時能源集中度較高，一直處在工業(yè)部門中高耗能、高碳排放行業(yè)之列[26]，是我國CO2排放主要來源行業(yè)之一.“十三五”期間，中國石化行業(yè)以企業(yè)規(guī)模大型化和煉化一體化為主方向，開啟產(chǎn)業(yè)升級，但由于過去10 年間煉油規(guī)模和乙烯產(chǎn)能呈規(guī)模化增長，碳排放一直呈增長態(tài)勢[27-28].石化化工行業(yè)在2030 年前能否達(dá)峰對工業(yè)部門能否按時達(dá)峰以及峰值的影響巨大.因此預(yù)測石化化工行業(yè)未來CO2排放量的變化趨勢和達(dá)峰情況，探明達(dá)峰路徑，能夠為行業(yè)低碳發(fā)展提供針對性建議，為工業(yè)部門盡早實現(xiàn)碳達(dá)峰和綠色低碳轉(zhuǎn)型提供借鑒和參考.

1 方法與數(shù)據(jù)

1.1 行業(yè)范圍

根據(jù)GB/T 4754?2017《國民經(jīng)濟(jì)行業(yè)分類》石化和化工行業(yè)分為五大類子行業(yè)，分別是石油和天然氣開采業(yè)、石油煤炭及其他燃料加工業(yè)、化學(xué)原料及化學(xué)制品制造業(yè)、化學(xué)纖維制造業(yè)、橡膠和塑料制品制造業(yè).其中，前3 個子行業(yè)的能源消費量之和占全行業(yè)能源消費總量的95.3%，后2 個子行業(yè)占比為4.7%.前3 個子行業(yè)是石化化工行業(yè)能源消費的主體，也是碳排放的主體，其未來的發(fā)展趨勢決定了石化化工行業(yè)碳排放趨勢.根據(jù)“抓大放小、突出重點”的原則，該研究的行業(yè)邊界選取石油和天然氣開采業(yè)、石油煤炭及其他燃料加工業(yè)、化學(xué)原料及化學(xué)制品制造業(yè)這3 個子類行業(yè).根據(jù)行業(yè)統(tǒng)計習(xí)慣，石化和化工行業(yè)可劃分為三大行業(yè)板塊，分別為油氣開采行業(yè)、石油化工行業(yè)和化工行業(yè)，上述三大行業(yè)與GB/T 4754?2017 中石油和天然氣開采業(yè)、石油煤炭及其他燃料加工業(yè)、化學(xué)原料及化學(xué)制品制造業(yè)的關(guān)系如表1 所示.該研究采用上述行業(yè)劃分類別分別研究油氣開采行業(yè)、石化行業(yè)、化工行業(yè)的碳排放情況.

表1 石化化工行業(yè)涉及范圍與國民經(jīng)濟(jì)行業(yè)分類對應(yīng)Table 1 Corresponding of petrochemical and chemical industry scope and national economic industry classification

1.2 技術(shù)路線

通過歷史分析，找出重點產(chǎn)品碳排放量與全行業(yè)碳排放量之間的關(guān)系，根據(jù)石化化工行業(yè)分小類子行業(yè)的能源消費量情況，測算2010?2020 年的全行業(yè)歷史碳排放量，同時考慮若干重點產(chǎn)品的工業(yè)過程排放量，測算產(chǎn)業(yè)鏈上重點產(chǎn)品歷史碳排放量，找出重點產(chǎn)品歷史碳排放量和全行業(yè)歷史碳排放總量之間的關(guān)系.

根據(jù)三大子行業(yè)的特點分別從國家能源規(guī)劃、國民經(jīng)濟(jì)研究等角度，預(yù)測重點產(chǎn)品2021?2035 年的發(fā)展趨勢，對于乙烯等重點產(chǎn)品采用了彈性系數(shù)法、類比法、項目法等多種方法進(jìn)行相互印證，力求預(yù)測結(jié)果的合理性.根據(jù)產(chǎn)品產(chǎn)量測算未來15 年中重點產(chǎn)品的碳排放總量，進(jìn)而預(yù)測未來15 年全行業(yè)碳排放總量.采用情景分析法預(yù)測行業(yè)達(dá)峰時間和峰值，分析最近達(dá)峰路徑，提出相應(yīng)減排政策措施(見圖1).

1.3 情景設(shè)置

情景分析是假定某種現(xiàn)象或趨勢持續(xù)到未來的前提下，對可能出現(xiàn)的情況或引起的后果做出評估的方法.對未來2021?2035 年的碳排放量預(yù)測采用情景分析法，設(shè)置基準(zhǔn)情景和控排情景兩種.對未來CO2放量預(yù)測從產(chǎn)品產(chǎn)量和單位產(chǎn)品碳排放強度兩個決定因素進(jìn)行預(yù)測.

基準(zhǔn)情景下，產(chǎn)品產(chǎn)量預(yù)測分別從消費側(cè)、供給側(cè)預(yù)測，消費側(cè)預(yù)測分別用歷史增長趨勢法、國內(nèi)外人均消費量法互相印證并加權(quán)平均得出消費側(cè)的產(chǎn)品量；供給側(cè)預(yù)測分別用重大項目建設(shè)法、對外依存度自然增長法互相印證并加權(quán)平均得出供給側(cè)的產(chǎn)品量；對比消費側(cè)和供給側(cè)兩個方面的預(yù)測情況，得出基準(zhǔn)情景的重點產(chǎn)品量.在此基礎(chǔ)上，計算重點產(chǎn)品碳排放量，進(jìn)而外推得出全行業(yè)碳排放量.

控排情景下，預(yù)測方法與基準(zhǔn)情景相同；通過提高控排條件，包括根據(jù)能效領(lǐng)跑者企業(yè)能耗水平確定產(chǎn)品碳排放強度(參考中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會發(fā)布的2018 年石化、化工行業(yè)能效領(lǐng)跑者企業(yè)的先進(jìn)能耗水平)，對產(chǎn)品增長率進(jìn)行嚴(yán)格控制，提高產(chǎn)品對外依存度，加強資源回收和分類梯級利用力度等，得到全行業(yè)碳排放量.

1.4 碳排放分析方法

1.4.1 核算范圍

碳排放核算范圍包括直接化石燃燒CO2排放、直接工業(yè)過程CO2排放、企業(yè)凈購入電力和熱力對應(yīng)的CO2排放3 個部分.研究使用的歷史排放年份為2010?2020 年，其中以2020 年為基準(zhǔn)年，研究預(yù)測的年份為2021?2035 年.

1.4.2 碳排放強度法

石化和化工行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈交織，產(chǎn)品眾多，子行業(yè)關(guān)聯(lián)性強.石化和化工行業(yè)的上述特點決定了無法使用列舉產(chǎn)品的方式對碳排放進(jìn)行逐一測算和預(yù)測，這樣將導(dǎo)致各種產(chǎn)品反復(fù)混雜、梳理不清，無法形成準(zhǔn)確模型.考慮到石化和化工行業(yè)中有若干產(chǎn)業(yè)鏈上的重點產(chǎn)品，可以決定全行業(yè)的總體走勢，因此對于2010?2020 年的全行業(yè)歷史碳排放量，使用分小類子行業(yè)的能源消費量進(jìn)行測算，再加上若干產(chǎn)品的工業(yè)過程排放量而得出；同時，測算產(chǎn)業(yè)鏈上的重點產(chǎn)品的歷史碳排放量；找出重點產(chǎn)品的歷史碳排放量和全行業(yè)歷史碳排放總量之間的關(guān)系(見圖1).

圖1 石化化工行業(yè)達(dá)峰預(yù)測技術(shù)路線Fig.1 Technical roadmap of peak emission forecasting in petrochemical and chemical industry

1.5 數(shù)據(jù)來源

在現(xiàn)狀分析部分，研究了2010?2020 年10 年間的能源消費情況和CO2排放情況，數(shù)據(jù)來自國家統(tǒng)計局規(guī)上工業(yè)分類中，石化化工行業(yè)涵蓋的三大類、56 個行業(yè)小類綜合能源消費量，結(jié)合對環(huán)境統(tǒng)計數(shù)據(jù)中石化化工行業(yè)消耗煤炭石油和天然氣燃料的比例，分別計算出石化化工行業(yè)煤炭、石油和天然氣等化石燃料燃燒產(chǎn)生的直接二氧化碳排放量，根據(jù)行業(yè)生產(chǎn)消費電力計算間接CO2排放量.

2 結(jié)果與討論

2.1 行業(yè)排放現(xiàn)狀和特征

2.1.1 能源消費特征

2020 年，石化和化工行業(yè)能源消費總量為6.85×108t標(biāo)準(zhǔn)煤，較2010 年增長59.7%.年均能源消費增長率由“十二五”期間的6.73%左右降至“十三五”期間的4.22%，但2019?2020 年的能源消費增速突出，反彈明顯.

行業(yè)能源消費量集中度高，“十三五”期間石油和天然氣開采業(yè)、石油煤炭及其他燃料加工業(yè)、化學(xué)原料及化學(xué)制品制造業(yè)的能源消費量占全行業(yè)能源消費總量比例基本穩(wěn)定在95%左右(見圖2).其中，化學(xué)原料及化學(xué)制品制造業(yè)能源消費量約占全行業(yè)能源消費的55.2%，2010?2020 年約增長53.9%；石油、煤炭及其他燃料加工業(yè)的能源消費量占比約為34.7%，2010?2020 年約增長98.9%；石油和天然氣開采業(yè)能源消費量占比約為5.3%，其能源消費量先增后減，2020 年能源消費量仍比峰值年(2014 年)低1.7%.

圖2 2010?2020 年石化和化工行業(yè)五大子行業(yè)能源消費情況Fig.2 Energy consumption of five major sub industries of petrochemical and chemical industry in 2010-2020

2.1.2 二氧化碳排放特征

2.1.2.1 油氣開采行業(yè)碳排放分析

環(huán)境統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2020 年石油開采行業(yè)能源消費中，電力能耗占原油開采能耗總量的40.61%，除電力外的能源消費結(jié)構(gòu)中，煤炭、原油、天然氣的占比分別為5.95%、2.76%、91.29%；天然氣開采能源消費中，電力能耗占天然氣開采能耗總量的26.02%，除電力外能源消費全部為天然氣.根據(jù)該能源消費結(jié)構(gòu)測算2010?2020 年油氣開采行業(yè)碳排放量，“十二五”期間，原油開采和天然氣開采碳排放量分別約占油氣開采行業(yè)碳排放總量的95%和5%.“十三五”期間，我國非常規(guī)天然氣產(chǎn)量大幅增長[29]，天然氣開采業(yè)碳排放量隨之增長，原油開采和天然氣開采碳排放量占比分別調(diào)整為86%和14%左右.

2.1.2.2 石油化工行業(yè)碳排放分析

a) 行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀.石油化工行業(yè)產(chǎn)品眾多，但最重要的產(chǎn)品為煉油、乙烯、丙烯和對二甲苯，這些產(chǎn)品的發(fā)展趨勢即為石化行業(yè)的總體趨勢.從煉油產(chǎn)品看，“十三五”以來隨著煉化企業(yè)規(guī)模化和煉化一體化水平不斷提升，全國煉廠平均規(guī)模提高至497×104t/a，但與世界煉廠平均規(guī)模(759×104t/a)相比仍存在一定差距，200×104～500×104t/a 的小型煉廠占比仍高達(dá)26%；大型煉廠也有一批落后的小型裝置.2020 年成品油出口量約4 500×104t/a，供應(yīng)過剩，壓力進(jìn)一步增大.我國是全球第二大乙烯生產(chǎn)國和最大乙烯消費國，“十三五”期間，乙烯當(dāng)量消費量年均增速約為6.7%，乙烯當(dāng)量消費彈性系數(shù)為1.17[30].隨著煉化一體化發(fā)展，尤其是浙江石油化工有限公司、新浦化學(xué)(泰興)有限公司等新建大型乙烯裝置的投產(chǎn)，2020年乙烯產(chǎn)能增至3 458×104t/a，當(dāng)量消費量約為5 900×104t，當(dāng)量自給率為53.5%.我國是全球最大的丙烯生產(chǎn)國和消費國，2010 年以來國內(nèi)丙烯當(dāng)量消費彈性系數(shù)為1.08，與GDP 增速相當(dāng).2020 年國內(nèi)丙烯產(chǎn)能為4 600×104t，當(dāng)量消費量為4 400×104t，當(dāng)量自給率達(dá)到83.64%.“十二五”和“十三五”初期，我國對二甲苯(PX)嚴(yán)重短缺，50%以上需要進(jìn)口；隨著恒力石化股份有限公司、浙江石油化工有限公司等的大型裝置進(jìn)入集中投放期，2020年P(guān)X 產(chǎn)能達(dá)到2 600×104t/a，產(chǎn)量為2020×104t，自給率達(dá)到65.16%.

b) 碳排放現(xiàn)狀.石化行業(yè)能源消費仍以煤炭為主，碳排放年均增速較高.2020 年石化行業(yè)電力消耗占能源消耗總量的22.3%，碳排放仍以能源活動碳排放為主，占比達(dá)78%.除電力外石化行業(yè)的能源消費結(jié)構(gòu)分別為煤炭(73.61%)、原油(1.99%)、焦炭(1.61%)、天然氣(22.78%)，在連續(xù)重整裝置的燒焦、催化裂化、化學(xué)原料制氫和乙烯裂解等過程是主要的煤炭消耗環(huán)節(jié)(見圖3).2010?2020 年，石化行業(yè)碳排放量隨著石化行業(yè)的快速發(fā)展而保持上升趨勢，“十二五”和“十三五”期間石化行業(yè)碳排放量年均增速均達(dá)到10%.重點產(chǎn)品排放量不斷攀高，排放量占比較大.2010?2020 年，隨著石化行業(yè)轉(zhuǎn)型升級步伐逐漸加快，4 個重點子行業(yè)/產(chǎn)品?煉油、乙烯、丙烯和PX 的碳排放量均呈持續(xù)增長趨勢，碳排放量合計約占石化行業(yè)碳排放總量的55.06%.

圖3 石化行業(yè)主要生產(chǎn)過程的碳排放示意Fig.3 Carbon emission diagram of main production processes in petrochemical and chemical industry

2.1.2.3 化工行業(yè)二氧化碳排放特征

2020 年化工行業(yè)能源消費中，電力能耗占化工能耗總量的50.99%，除電力外化工行業(yè)的能源消費結(jié)構(gòu)為煤炭(78.37%)、原油(0.31%)、焦炭(5.0%)和天然氣(16.32%).2020 年化工行業(yè)碳排放總量為4.94×108t，其中電力排放2.09×108t，占化工行業(yè)碳排放總量的42.31%.“十三五”期間以上產(chǎn)品產(chǎn)能已經(jīng)過剩，化工行業(yè)碳排放已于2015 年出現(xiàn)局部峰值，之后行業(yè)進(jìn)入平臺期，整體趨于平緩.

從重點產(chǎn)品碳排放情況來看，合成氨、電石、燒堿、磷酸一銨和磷酸二銨等重點產(chǎn)品產(chǎn)能擴(kuò)張期出現(xiàn)在2015 年以前，之后隨著供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革、落實產(chǎn)能的加速淘汰，以及供大于求的不平衡情況，在2015 年之后產(chǎn)能下降或者增速放緩，CO2排放趨勢與產(chǎn)能發(fā)展趨勢大體一致.

2.2 行業(yè)發(fā)展預(yù)測結(jié)果

2.2.1 油氣開采業(yè)行業(yè)

基準(zhǔn)情景下，石化化工行業(yè)重點產(chǎn)品產(chǎn)量預(yù)測依據(jù)參考?xì)v史增長趨勢，單位產(chǎn)品的CO2排放即產(chǎn)品排放強度依據(jù)現(xiàn)有政策下能效提高水平進(jìn)行設(shè)定.同樣根據(jù)三大行業(yè)分別分析.基準(zhǔn)年為2020 年，預(yù)測2021?2035 年共15 年的產(chǎn)量.

從供給側(cè)看，油氣行業(yè)的發(fā)展受我國能源政策和行業(yè)影響，未來15 年我國仍將保持穩(wěn)油、增氣、控煤和力推非化石能源的能源供給格局.根據(jù)中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會預(yù)測，2025 年我國石油消費量將增至7.12×108t，天然氣消費量將增至4 500×108m3[31]，國內(nèi)油氣供應(yīng)保障任務(wù)十分艱巨，“十四五”期間石油和天然氣開采業(yè)仍以“穩(wěn)油增氣”為主要發(fā)展目標(biāo)，“十四五”期間石油需求年均增速顯著放緩[32-33]，約為1.5%，而在能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化、環(huán)保政策、降低用戶用氣成本、重點工業(yè)領(lǐng)域“煤改氣”等多項政策的推進(jìn)下，天然氣需求將會持續(xù)增長，年均增速約為7.1%.

未來油氣開采行業(yè)能源消費增長主要來自天然氣開采.基準(zhǔn)情景下，假設(shè)未來油氣開采業(yè)能源消費結(jié)構(gòu)不變；控排情景，由于電氣化水平的提升，2025年、2030 和2035 年石油開采和天然氣開采的電力消耗占比較2020 年分別提高5%、10%和15%，除電力外其他能源消費結(jié)構(gòu)保持不變，據(jù)此測算出基準(zhǔn)情景和控排情景下2021?2035 年油氣開采行業(yè)的能源消費量及碳排放量.

2.2.2 石油化工行業(yè)

2.2.2.1 基準(zhǔn)情景

a) 煉油.從生產(chǎn)端和消費端兩個方面綜合考慮.生產(chǎn)端綜合考慮“十四五”期間在建煉化項目新增產(chǎn)量、新型一體化煉廠造成的成品油收率下降以及成品油進(jìn)出口現(xiàn)狀等因素，預(yù)計2025 年原油加工量為7.62×108t，成品油產(chǎn)量約4.19×108t，到2030 年原油加工量和煉油能力將分別達(dá)到8.55×108和10.06×108t/a，從消費端，根據(jù)交通領(lǐng)域二氧化碳達(dá)峰研究預(yù)測，2025 年交通領(lǐng)域成品油消費量約3.79×108t，到2028 年達(dá)到峰值(約3.87×108t)，“十五五”期間成品油收率降至50%左右，開工率提升至85%左右，成品油出口量和進(jìn)口量仍然分別維持在4 500×104和480×104t/a 水平.綜合考慮碳減排目標(biāo)、成品油消費需求、結(jié)構(gòu)調(diào)整壓減成品油收率等因素，原油加工量和煉油能力在2028 年水平上不再增長(見表2).

表2 基準(zhǔn)情景下煉油行業(yè)碳排放量預(yù)測Table 2 Carbon emissions prediction of oil refining industry in benchmark scenario

b) 乙烯.生產(chǎn)端根據(jù)國內(nèi)已規(guī)劃在建的項目情況，2025 年乙烯產(chǎn)能達(dá)到6 300×104t/a，乙烯開工率保持與“十三五”期間一致的水平(90%)，2025 年乙烯產(chǎn)量約為5 670×104t，當(dāng)量自給率達(dá)到76%；為滿足國內(nèi)消費需求，乙烯產(chǎn)能仍將繼續(xù)增長，預(yù)測2030 年和2035 年乙烯當(dāng)量自給率.根據(jù)消費系數(shù)法，“十四五”期間，下游聚乙烯需求增長仍是拉動乙烯消費增長的主要驅(qū)動力，其余消費領(lǐng)域增速較為平穩(wěn).受新冠肺炎疫情及需求結(jié)構(gòu)高端化發(fā)展趨勢影響，塑料快速消耗品行業(yè)增長空間有限，聚乙烯需求增速較“十三五”放緩，與國民經(jīng)濟(jì)增速相匹配，帶動乙烯當(dāng)量消費增速整體回落.“十五五”“十六五”期間，基建和消費內(nèi)需增長是驅(qū)動乙烯當(dāng)量消費的主要因素，乙烯消費增速較“十四五”顯著放緩.“十四五”“十五五”和“十六五”期間GDP 年均增速分別約為5.5%、5.0%和4.2%[34]，結(jié)合單位GDP 乙烯當(dāng)量消費彈性系數(shù)，以此預(yù)計2025 年、2030 年和2035 年我國乙烯當(dāng)量消費量(見表3).

表3 基準(zhǔn)情景乙烯預(yù)測參數(shù)設(shè)置Table 3 Setting of ethylene prediction parameters in benchmark scenario

類比法通過與美國人均乙烯當(dāng)量消費量進(jìn)行對比確定未來我國人均消費水平，2020 年我國人均乙烯當(dāng)量消費為42 kg，僅為美國人均乙烯當(dāng)量消費水平的50%，相當(dāng)于美國七八十年代水平.考慮我國未來十年人口數(shù)量微增態(tài)勢，走資源節(jié)約型發(fā)展路線，確定2025 年、2030 年和2035 年我國人均乙烯當(dāng)量消費量，以此預(yù)測2025 年、2030 年和2035 年乙烯當(dāng)量消費量(見表3).以上兩種方法預(yù)測的乙烯當(dāng)量消費量數(shù)值差別較小，對兩種方法預(yù)測結(jié)果各取50%權(quán)重，測算得出乙烯當(dāng)量消費量.結(jié)合乙烯單位產(chǎn)品綜合能耗歷史下降趨勢和未來能效提升空間，確定“十四五”“十五五”和“十六五”期間，乙烯單位產(chǎn)品碳排放累計下降率.據(jù)此計算基準(zhǔn)情景下乙烯2025年、2030 年和2035 年的碳排放量分別為20 393×104、25 720×104和28 911×104t.

c) 丙烯.根據(jù)國內(nèi)已規(guī)劃在建的項目情況，疫情原因?qū)е虏糠猪椖垦悠谥痢笆逦濉逼陂g投產(chǎn)，2025年丙烯產(chǎn)能將達(dá)到6 000×104t/a，開工率與“十三五”期間保持一致(85%)，則2025 年丙烯產(chǎn)量約為5 100×104t，屆時丙烯當(dāng)量自給率達(dá)到95%，“十五五”和“十六五”期間，為滿足國內(nèi)消費需求，丙烯產(chǎn)量仍將繼續(xù)增長，2030 年和2035 年丙烯當(dāng)量自給率分別達(dá)到99%和100%，對應(yīng)的丙烯產(chǎn)量將分別達(dá)到6 327×104和7 244×104t，丙烯產(chǎn)能分別達(dá)到7 444×104和8 522×104t/a.未來基建和消費內(nèi)需增長將是拉動國內(nèi)丙烯需求增長的主要動力，“十四五”和“十五五”期間，丙烯當(dāng)量消費量增速分別約為43.5%、2.5%.2025 年、2030 年和2035 年丙烯當(dāng)量消費量分別為5 386×104、6 396×104和7 244×104t.結(jié)合未來丙烯生產(chǎn)的能效提升空間，“十四五”“十五五”和“十六五”期間，丙烯單位產(chǎn)品碳排放分別累計下降4%、3%、2.5%.根據(jù)以上情景計算2025 年、2030 年和2035 年碳排放量(見表4).

表4 基準(zhǔn)情景下乙烯、丙烯碳排放量預(yù)測Table 4 Carbon emission prediction of ethylene and propylene under benchmark scenario

d) 對二甲苯(PX).從生產(chǎn)端看，隨著前期規(guī)劃建設(shè)的PX 產(chǎn)能陸續(xù)投放，預(yù)計2025 年P(guān)X 產(chǎn)能將達(dá)到4 700×104t/a，PX 自給率達(dá)到96%.基準(zhǔn)情景下，“十五五”和“十六五”期間，為滿足國內(nèi)消費需求，PX 產(chǎn)量仍將繼續(xù)增長，2030 年后PX 自給率達(dá)到100%，2030 年、2035 年P(guān)X 產(chǎn)量將分別達(dá)到4 750×104和5 435×104t，按照85%開工率計，PX 產(chǎn)能分別達(dá)到5 938×104和6 793×104t/a.從需求端看，“十四五”時期，受新冠肺炎疫情影響全球經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇放緩，同時貿(mào)易摩擦導(dǎo)致出口貿(mào)易明顯受阻，但新冠肺炎疫情后國內(nèi)需求快速反彈，整體來看，“十四五”時期PX 需求增速在4%～5%范圍內(nèi)，基本與GDP 增速保持同步，預(yù)計2025 年P(guān)X 需求量約為3 900×104t.“十五五”和“十六五”期間，PX 需求增長驅(qū)動力主要為人口數(shù)量和經(jīng)濟(jì)增長，但受人工成本提高、環(huán)境資源要素日益緊張等因素影響，國內(nèi)紡織服裝行業(yè)逐步向“一帶一路”沿線國家轉(zhuǎn)移，因此未來人口增長和經(jīng)濟(jì)發(fā)展對紡織品需求的拉動將逐漸減弱，“十五五”和“十六五”期間，PX 需求增速分別約為4%和3%，預(yù)計2030 年和2035 年P(guān)X 需求量分別為4 750×104、5 435×104t.結(jié)合未來丙烯生產(chǎn)的能效提升空間，“十四五”“十五五”和“十六五”期間，PX 單位產(chǎn)品碳排放分別累計下降4%、3%、2.5%.根據(jù)以上分析，計算基準(zhǔn)情景下2025 年、2030 年和2035 年P(guān)X 碳排放量.

2.2.2.2 控排情景

a) 煉油.控排情景下，交通領(lǐng)域成品油消費量、成品油進(jìn)口量及開工率與基準(zhǔn)情景下保持一致，考慮國家對碳達(dá)峰要求，成品油產(chǎn)量在2027 年之后開始下降.綜合考慮碳減排約束目標(biāo)、結(jié)構(gòu)調(diào)整等因素，煉油產(chǎn)能維持在該水平不再增長，測算得出控排情景下煉油行業(yè)碳排放量.

b) 乙烯.生產(chǎn)端綜合考慮油價下跌、投資規(guī)模大、碳減排及環(huán)保約束加強等因素影響，控排情景下煤基乙烯產(chǎn)量達(dá)到1 000×104t/a 后不再增長.與基準(zhǔn)情景相比，降低乙烯當(dāng)量自給率預(yù)期值，2030 年乙烯當(dāng)量自給率預(yù)計為80%.在消費端，通過減少低質(zhì)包裝塑料產(chǎn)能，限制包裝塑料出口，提高包裝用廢塑料回收比例，預(yù)計到2030 年和2035 年廢棄塑料回收利用體系分別增加1 000×104、1 500×104t/a，達(dá)到高水平(能夠返回?fù)饺胄潞铣蓸渲a(chǎn)的程度)回收和處理能力.據(jù)此計算乙烯2025 年、2030 年和2035 年碳排放量.

c) 丙烯.根據(jù)前期已規(guī)劃的丙烯項目，預(yù)計丙烯新增產(chǎn)能在2028 年前后全部建成投產(chǎn)，屆時丙烯產(chǎn)量將達(dá)到6 100×104t/a，丙烯當(dāng)量自給率為98%左右.控排情境下，丙烯產(chǎn)量達(dá)到6 100×104t/a 的水平后不再增長，其中，煤基丙烯產(chǎn)量與控排情景下煤基乙烯產(chǎn)量增長情況保持一致，即達(dá)到1 000×104t/a 后不再增長，對應(yīng)2025 年、2030 年和2035 年煤基丙烯產(chǎn)量分別占丙烯總產(chǎn)量的17%、16%和16%.

d) 對二甲苯(PX).根據(jù)前期已規(guī)劃的PX 項目，預(yù)計PX 新增產(chǎn)能在“十五五”期間全部建成投產(chǎn)，屆時PX 產(chǎn)量將到4 550×104t/a，PX 自給率達(dá)到100%.控排情境下，PX 產(chǎn)量保持在4 550×104t/a 水平不再增長，對應(yīng)2025 年、2030 年和2035 年P(guān)X 碳排放量分別為8 096×104、9 536×104和9 313×104t.

原油加工、乙烯、丙烯和PX 的碳排放量約合計占石化行業(yè)碳排放總量的55.5%左右，以此推算石化行業(yè)碳排放量.根據(jù)測算，基準(zhǔn)情景下，石化行業(yè)碳排放將保持增長，2035 年達(dá)到14.02×108t，控排情景下石化行業(yè)碳排放在2029 年左右達(dá)峰，峰值約為11.93×108t.根據(jù)測算，基準(zhǔn)情景下，石化行業(yè)碳排放將保持增長，控排情景下石化行業(yè)碳排放在2028?2031 年達(dá)到峰值.

2.2.3 化工行業(yè)

根據(jù)化工行業(yè)重點產(chǎn)品歷史發(fā)展現(xiàn)狀，合成氨、電石、燒堿、磷酸一銨和磷酸二銨等在“十三五”期間均已進(jìn)入產(chǎn)能過剩階段，2015 年之后行業(yè)進(jìn)入平臺期，整體趨于平緩.因此對化工行業(yè)未來碳排放預(yù)測僅設(shè)置一種情景.

合成氨未來受下游氮肥行業(yè)產(chǎn)能過剩、優(yōu)惠政策取消、環(huán)保治理升級和落后產(chǎn)能加速退出等多重壓力的影響，預(yù)測未來需求量平穩(wěn)且出現(xiàn)小幅下降.電石受未來安全環(huán)保監(jiān)管趨嚴(yán)等常態(tài)化管理的影響，綠色發(fā)展水平持續(xù)提升，未來需求增長放緩，綜合考慮“十四五”期間下游產(chǎn)品聚氯乙烯新增產(chǎn)能計劃等因素影響，預(yù)測未來產(chǎn)量.氧化鋁是燒堿的主力下游，受國產(chǎn)鋁土礦產(chǎn)量影響國內(nèi)企業(yè)普遍改用燒堿消耗量更低的進(jìn)口鋁土礦，因此未來新增氧化鋁產(chǎn)能并未提高氧化鋁對燒堿消耗的占比，其下游其他行業(yè)如造紙、印染等面臨環(huán)保壓力增長有限，因此未來燒堿需求不會再出現(xiàn)大幅增長，預(yù)計產(chǎn)能在2030 年達(dá)到峰值.考慮未來國家環(huán)保及供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革政策持續(xù)推進(jìn)，落后產(chǎn)能被迫清退等因素，預(yù)計磷酸一銨和磷酸二銨未來產(chǎn)能產(chǎn)量呈逐年下降態(tài)勢，產(chǎn)量和碳排放峰值年出現(xiàn)在2015 年左右.

考慮上述重點產(chǎn)品單耗下降歷史和未來能效提升空間，預(yù)測不同重點產(chǎn)品單位產(chǎn)品碳排放下降率和排放因子，據(jù)此測算碳排放量.

根據(jù)前述歷史數(shù)據(jù)測算，化工行業(yè)碳排放已于2015 年左右達(dá)到峰值，隨后呈現(xiàn)緩慢下降趨勢，其中，“十三五”期間重點產(chǎn)品的碳排放量約占化工行業(yè)總排放量的90.62%左右，以此推算化工行業(yè)碳排放量.

2.3 行業(yè)碳排放預(yù)測及達(dá)峰路徑

綜上所述，分行業(yè)看，基準(zhǔn)情景下，油氣開采行業(yè)、石化行業(yè)碳排放將持續(xù)增長，到2030 年碳排放量比基準(zhǔn)年分別增加0.13×108和4.7×108t；控排情景下，油氣開采行業(yè)、石化行業(yè)在2030 年排放量分別增加0.12×108和3.7×108t.化工行業(yè)碳排放在“十三五”期間已經(jīng)達(dá)峰，未來碳排放呈下降趨勢.從石化化工全行業(yè)碳排放預(yù)測看，基準(zhǔn)情景下碳排放在未來15 年呈逐年增長態(tài)勢，到2030 年比基準(zhǔn)年增加碳排放量4.8×108t；控排情景下，預(yù)計2028?2030 年達(dá)到峰值，碳排放量比基準(zhǔn)年增加3×108～4×108t（見圖4）.

圖4 石化化工行業(yè)不同情景下碳排放的變化趨勢Fig.4 Carbon emission trends of petrochemical and chemical industry under different scenarios

2.3.1 減排路徑

根據(jù)行業(yè)特點，石化化工行業(yè)減排路徑通過能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、節(jié)能和低碳技術(shù)改造、低碳循環(huán)及高效利用等途徑實現(xiàn)(見圖5)，其中，能源結(jié)構(gòu)調(diào)整包括能源清潔化改造和可再生能源替代.在原燃料結(jié)構(gòu)、單位產(chǎn)品能耗、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)保持2020 年現(xiàn)狀的情況下，僅考慮石化產(chǎn)品產(chǎn)量的變化，石化行業(yè)2030 年BAU(僅考慮石化產(chǎn)品產(chǎn)量變化，不考慮產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、單位產(chǎn)品能耗變化)排放量為14.6×108t.通過化石能源利用清潔化改造，增加天然氣使用量，替代部分煤炭，新增年替代量1 370×104t 標(biāo)準(zhǔn)煤，2030 年相對BAU 減排1.19×108t，貢獻(xiàn)率為44%；加大節(jié)能和低碳技術(shù)改造力度，實現(xiàn)2 500×104t 標(biāo)準(zhǔn)煤年節(jié)能能力，折合約5 000×104t/a 的碳減排能力，2030 年相對BAU 減排量(0.8×108t)，減排貢獻(xiàn)率為29%；資源循環(huán)及高效利用，包括重點領(lǐng)域資源回收、產(chǎn)品高效利用建設(shè)和提高化肥行業(yè)養(yǎng)分利用率，該項措施下2030 年相對BAU 減排量為0.6×108t，減排貢獻(xiàn)率約為22%；其他措施減排貢獻(xiàn)率約為5%.

圖5 石化化工行業(yè)碳達(dá)峰路徑和主要減排措施Fig.5 Carbon emission peak pathway and main emission reduction measures in petrochemical and chemical industry

2.3.2 石化化工行業(yè)碳達(dá)峰路徑及政策建議

綜合考慮石化化工行業(yè)的發(fā)展形勢，建議從以下幾方面推進(jìn)石化化工行業(yè)碳達(dá)峰工作.

a) 推動產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，嚴(yán)控新增低端產(chǎn)能.推行減油增化優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，減少成品油產(chǎn)出規(guī)模，推進(jìn)煉化一體化發(fā)展，原料化工輕油收率到2025 年達(dá)到14%.合理控制產(chǎn)能總量，對化肥、燒堿、純堿、電石等產(chǎn)能過剩行業(yè)，新、改、擴(kuò)建項目實施產(chǎn)能“減量置換”；對于煉化一體化項目，應(yīng)對擬建項目進(jìn)行嚴(yán)格論證，抑制低端產(chǎn)能重復(fù)建設(shè)，同時實施“減量置換”.通過產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，提高煉油和石化產(chǎn)業(yè)基地化、石化和化工園區(qū)一體化、集約化程度.石化化工行業(yè)產(chǎn)品產(chǎn)量是決定行業(yè)達(dá)峰的關(guān)鍵.統(tǒng)籌考慮宏觀經(jīng)濟(jì)形勢、下游需求、國家碳達(dá)峰約束目標(biāo)等因素，應(yīng)進(jìn)一步嚴(yán)控新增低端產(chǎn)能，出臺產(chǎn)能置換政策，加強產(chǎn)能置換監(jiān)管，控制行業(yè)產(chǎn)能增長速度.開展新增產(chǎn)能碳排放評估，鼓勵低單位碳排放量的產(chǎn)品產(chǎn)出量的項目投建，禁止或限制高碳排放、低產(chǎn)出量項目的實施.

b) 提倡節(jié)約資源、能源，提高資源回收利用率.提升化肥利用率，延長塑料制品使用壽命，增加化學(xué)制品廢棄物回收利用次數(shù)，提高化學(xué)產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，從全生命周期和全產(chǎn)業(yè)鏈提高總體資源利用率.減少低質(zhì)包裝塑料產(chǎn)能，提高包裝用廢塑料回收比例，到2025 年、2030 年廢棄塑料回收利用率分別提高5%、10%，廢棄塑料回收利用體系分別增加700×104和1 000×104t/a 的回收和處理能力.

c) 提高行業(yè)整體技術(shù)水平，推動節(jié)能和低碳項目，實施提高能效和碳排放標(biāo)準(zhǔn).推廣節(jié)能低碳技術(shù)，降低單位產(chǎn)品能耗，到2025 年重點行業(yè)單位產(chǎn)品平均能耗比2020 年下降8%，到2030 年達(dá)到國際先進(jìn)水平.加快煉化系統(tǒng)能量優(yōu)化技術(shù)、高效精餾技術(shù)裝備、低品位余熱資源回收和高效利用技術(shù)、低能耗碳捕集技術(shù)、二氧化碳合成化學(xué)品技術(shù)等低碳技術(shù)的研發(fā)和推廣，提高石化和化工行業(yè)整體節(jié)能和低碳技術(shù)水平.修訂煉油、乙烯等重點產(chǎn)品能耗限額強制性國家標(biāo)準(zhǔn)，增強石化和化工生產(chǎn)企業(yè)節(jié)能和低碳技術(shù)改造項目動力；完善石化和化工企業(yè)能源管理、低碳產(chǎn)品認(rèn)證等標(biāo)準(zhǔn)，推動企業(yè)碳排放管理水平提升.

d) 全面加強石化化工行業(yè)自備電廠管控.新建煉化廠不再配備自備電廠，推動已有自備電廠逐步通過網(wǎng)電和周邊電廠供電、供熱替代，已有燃煤鍋爐逐步通過可再生能源、天然氣等替代.推動大型央企在自備電廠管控方面發(fā)揮表率作用.

e) 石化化工行業(yè)實行總量控制制度，納入全國碳市場.建立完善以嚴(yán)控新增碳排放為導(dǎo)向的石化化工行業(yè)總量控制制度，基于石化化工行業(yè)達(dá)峰年和峰值，明確“十四五”“十五五”期間二氧化碳排放總量目標(biāo)，分解落實到企業(yè)，指導(dǎo)企業(yè)實施總量減排規(guī)劃，制定合理減排路徑、將石化化工行業(yè)納入全國碳市場進(jìn)行管理.

2.4 不確定性討論

該研究的不確定性主要有以下2 個方面：①石化化工重點產(chǎn)品碳排放因子選取產(chǎn)生的誤差.目前石化化工行業(yè)產(chǎn)品碳排放系數(shù)尚未有國家層面的標(biāo)準(zhǔn)可參考，采用中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會《石油和化學(xué)工業(yè)重點產(chǎn)品溫室氣體排放限額(報批稿)》標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)重點產(chǎn)品核查基準(zhǔn)期至2020 年的技術(shù)裝備與節(jié)能減排進(jìn)步情況，選取合理值，與IPCC（聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會）推薦值[35]比較，不確定度在±5%以內(nèi).② 行業(yè)整體需求預(yù)測存在不確定性.2020 年基準(zhǔn)年重點產(chǎn)品產(chǎn)量、成品油回收率、對外依存度等數(shù)據(jù)，均來自行業(yè)協(xié)會實際數(shù)據(jù)和中華人民共和國海關(guān)總署統(tǒng)計的進(jìn)出口數(shù)據(jù).未來數(shù)據(jù)預(yù)測主要考慮供給側(cè)因素，如淘汰落后產(chǎn)能的影響，同時“十四五”期間行業(yè)內(nèi)原油、主要化學(xué)品需求量仍處于3%以上增長態(tài)勢[36]，因此供給側(cè)和需求側(cè)之間互相影響，疊加國內(nèi)外市場變化、相關(guān)行業(yè)政策影響等，造成未來產(chǎn)量預(yù)測存在一定不確定性.此外，關(guān)于電氣化水平進(jìn)步、能源結(jié)構(gòu)調(diào)整等技術(shù)因素，碳市場、碳關(guān)稅等管理因素，以及能源總量和能耗強度雙控、氣候脫鉤等政策因素對行業(yè)碳達(dá)峰貢獻(xiàn)的研究，還有待于在后續(xù)工作中深入探討.

3 結(jié)論

a) 2010?2020 年石化化工行業(yè)能源消費顯示，行業(yè)能源消費集中度高，石油和天然氣開采業(yè)、石油煤炭及其他燃料加工業(yè)、化學(xué)原料及化學(xué)制品制造業(yè)三大行業(yè)能源消費量占全行業(yè)能源消費總量比例基本穩(wěn)定在95%左右，其中化學(xué)原料及化學(xué)制品制造業(yè)能源消費量約占全行業(yè)的55.2%.

b) 基準(zhǔn)情景下，石化化工行業(yè)碳排放量將持續(xù)增長，到2030 年排放量比基準(zhǔn)年增加4.8×108t；在控排情景下，石化化工行業(yè)碳排放預(yù)計在2028?2030年達(dá)峰，排放量比基準(zhǔn)年增加3×108～4×108t.石化化工行業(yè)減排主要通過能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、節(jié)能和低碳技術(shù)改造、資源循環(huán)及高效利用等途徑實現(xiàn)，2030 年3 種減排途徑相對BAU 減排量分別為1.19×108、0.8×108和0.6×108t，減排貢獻(xiàn)率分別為44%、29%和22%.

c) 提出石化化工行業(yè)達(dá)峰關(guān)鍵舉措：調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和控制低端產(chǎn)能，通過減少成品油產(chǎn)出規(guī)模、推進(jìn)煉化一體化發(fā)展實現(xiàn)減油增化，控制化肥、燒堿、電石等產(chǎn)品過剩產(chǎn)能、低端產(chǎn)能；提倡節(jié)約資源、提高資源回收利用，通過提高化肥利用率、延長塑料制品使用壽命減少資源浪費，提高包裝用廢塑料回收利用體系等；加強自備電廠管控，現(xiàn)有燃煤鍋爐以可再生能源進(jìn)行替代；在標(biāo)準(zhǔn)制度方面，通過提高能效碳排放標(biāo)準(zhǔn)推動節(jié)能項目實施，實行總量控制，推動納入碳市場進(jìn)行管控.