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天然气输送管道,背景是风力涡轮机;德州,我们。 图源:Jim Parkin / Alamy Stock Photo
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2017年8月15日17:38

分析:为什么美国碳排放量自2005年以来下降了14%

齐克Hausfather

08.15.17

齐克Hausfather

15.08.2017 | 5:38pm
betway88必威 分析:为什么美国碳排放量自2005年以来下降了14%

2005年之前,美国的碳排放量年复一年地上升,几乎没有放缓的迹象。在这之后,它们迅速下跌,到2016年底,从峰值下降了14%。

对于这种显著的转变,研究人员给出了许多不同的原因。一些认为这主要是由于天然气和风力在较小程度上取代了煤炭发电。其他人建议这一下降是由金融危机及其对经济的持久影响造成的。

这里,碳简必威手机官网报对2005年以来美国二氧化碳排放量下降的原因进行了分析。减少的原因不是单一的。相反,它们是由一系列因素推动的,包括从煤炭到天然气的大规模过渡、风力发电的大幅增加、工业能源使用的减少以及运输模式的变化。必威体育在线注册

尽管美国经济已从金融危机中复苏,但二氧化碳排放量仍持续下降。尽管减排的步伐可能会放缓,但其中许多因素将继续推动减排,尽管国际社会倾向于这样做当前政府

必威手机官网碳简报的分析显示,在2016年……

  • 总体而言,如果潜在因素没有改变,二氧化碳排放量比本应达到的水平低了18%左右,比2005年的峰值低了14%。
  • 电力行业的煤制气转换是最大的驱动力,占2016年减排的33%。
  • 风力发电减少了19%的排放量。
  • 太阳能发电占3%。
  • 减少的用电量(主要是在工业部门)占18%。
  • 如果没有这些变化,电力部门的二氧化碳排放量将比现在高出46%。
  • 家庭和工业燃料消耗的减少对整体减排的额外贡献为12%。
  • 交通运输排放的变化,如人均英里数减少、车辆效率提高和人均航空旅行排放减少,占最后的15%。

“大局”

美国的排放量在2005年达到峰值,略低于60亿吨二氧化碳(MtCO2),并在2016年降至5200亿吨二氧化碳以下。下图以黑色表示美国的实际排放量,并以彩色“楔形”表示每种不同原因造成的排放量减少。

如果驱动排放的根本因素没有改变,在过去十年中,人口增长将导致排放量增加而不是下降。

美国每年能源排放的二氧化碳(百万公吨)用黑色表示,估计减少的因素用彩色楔形表示。必威体育在线注册上面的图表显示了用截断的y轴进行的缩小,而下面的图表显示了同样的图表,y轴从0开始。有关图表创建的详细信息,请参见末尾的方法。图表由Carbon必威手机官网 Brief使用Highcharts

在碳简必威手机官网报的分析中,如果潜在因素没有改变,总体二氧化碳排放量比应该达到的水平低了18%左右,比2005年的峰值低了14%。美国二氧化碳总量下降的三分之一以上,没有一个单一因素可以解释。

天然气发电的增长是最大的驱动因素,占2016年减排总量的33%。天然气离零碳很远,但是减少二氧化碳因为它主要取代了高碳煤。

风力发电贡献了19%的减排,而减少的用电量(主要是在工业部门)贡献了18%。非电力来源(如现场燃烧石油或天然气)减少的工业二氧化碳排放量又占7%

其他重要因素包括减少驾驶里程、提高汽车燃油经济性以及通过减少每乘客英里二氧化碳排放量来降低航空旅行的排放。太阳能发电在减排量中所占比例虽小,但仍在不断增长,2016年占减排量的3%。

为了评估美国二氧化碳排放量减少的原因,有必要创造一个“一切如常”的情景,即这些减少背后的因素没有改变。为了做到这一点,碳简报采必威手机官网取了将能源使用和排放固定在2005年人均水平的方法。必威体育在线注册这表明,如果情况保持2005年的水平,各个经济部门的排放量将会是多少。

经济中每一个排放二氧化碳的能源部门将在下面的章节中进行更详细的探讨。必威体育在线注册这包括:发电,运输,以及建筑和工业的燃料使用。

本文中的分析建立在IIASA研究人员,美国能源部必威体育在线注册,突破研究所而且其他人,并将数据扩展到2016年底。它还延伸到经济中的大多数二氧化碳排放源,而不仅仅是集中在发电上。

值得注意的是,这一分析仅涉及能源排放的二氧化碳,而不涉及土地利用变化或其他温室气体排放的二氧化碳。必威体育在线注册然而,由于来自能源的二氧化碳排放量占温室气体总排放量的90%以必威体育在线注册上,而且在官方清单中,美国大部分非二氧化碳排放量近年来一直在下降,对过去10年所有温室气体来源进行更彻底的评估可能会得出类似的结果。

这一分析也没有考虑贸易中体现的二氧化碳排放,尽管自2005年以来,通过制造业外包出口的二氧化碳排放份额有所增加略有下降

发电

美国约36%的二氧化碳来自燃烧煤炭、石油和天然气发电,使该行业成为最大的单一排放源。

自2005年以来,煤炭在这一组合中的份额急剧下降,从占总发电量的55%下降到目前的33%。这在很大程度上已被天然气和风能所取代。

下图显示了1990年至2016年间每种燃料的发电量。它还包括一个“一切如常”的场景,用虚线表示每种燃料。在这种情况下,发电组合和人均用电量都将保持在2005年的水平,总用电量将随着人口的增长而增加。

以燃料为单位的年发电量太瓦时(TWh)(实线),以及“一切如常”情景(虚线),其中电网组合和人均用电量保持在2005年水平不变。图表由Carbon必威手机官网 Brief使用Highcharts

这让我们了解到,如果没有近年来推动重大变化的因素,美国电力行业将会是什么样子。煤炭将继续占据主导地位,天然气和风能将保持在同一水平,太阳能仍然可以忽略不计。核能发电量将基本保持不变,只是比实际发电量略有增加。

必威手机官网“碳简报”的“一切如常”情景还将人均用电量固定在2005年的水平,包括家庭、商业和工业这三个主要用电部门。

下图将这种固定需求情景(虚线)与实际需求(实线)进行了比较。

按行业划分的年度太瓦时用电量(实线),以及“一切如常”情景(虚线),其中按行业划分的人均用电量保持在2005年水平不变。图表由Carbon必威手机官网 Brief使用Highcharts

人均用电量的总体下降主要集中在工业领域。随着美国经济逐渐摆脱重工业,该行业的用电量正在下降。由于最近的经济衰退,工业的降幅也比其他行业更大,尽管经济已经复苏,用电量仍在继续下降。居民人均用电量也有所下降,这是增加部署的结果必威体育在线注册节能措施

这些发电和消费“一切如常”的情景提供了一种计算美国二氧化碳排放下降贡献的方法。下图以黑色显示了电力行业的实际二氧化碳排放量,以及如果没有天然气、风能、太阳能的增加和用电量的减少,本应产生的额外排放量。

美国每年发电产生的二氧化碳排放量(以MtCO2为单位)为黑色,天然气(灰色)、减少的用电量(深紫色)、太阳能发电(粉红色)和风力发电(浅蓝色)估计会减少。图表由Carbon必威手机官网 Brief使用Highcharts

煤制气转换是电力行业二氧化碳减排的最大驱动力,占2016年总量的45%。风能和减少的用电量各占25%左右,而太阳能贡献了剩下的5%。

必威手机官网碳简报对天然气和风能造成的二氧化碳减少的估计与美国能源部的估计几乎相同必威体育在线注册必威体育在线注册能源信息管理局

如果没有天然气、风能和减少用电量的影响,预计该行业的二氧化碳排放量将按照过去的趋势继续增长。到2016年,电力部门的二氧化碳排放量将比今天高出近46%。

对电力行业排放的分析是不完整的,因为它没有考虑甲烷泄漏。而官方库存表明能源的甲烷排放量在美国页岩热潮期间有所下降,必威体育在线注册其他的研究展览的排放量可能会大得多。这将抵消一部分至少在短期内,从煤炭转向天然气对二氧化碳的好处。同样,一些建议美国的天然气繁荣压低了煤炭价格,可能导致煤炭进口增加其他国家使用

运输

交通运输是美国碳排放的第二大来源,仅次于发电。它包括个人车辆、公司车队、卡车、航空、公共交通、船舶和任何其他移动排放源。

交通运输排放的减少主要来自三个方面:人们少开车;车辆变得更加省油;航空公司每位乘客使用的燃料也减少了。

下图显示了自20世纪70年代末以来这些因素的趋势。虚线表示“一切如常”的情况,即经济状况仍维持在2005年的水平。

人均年行驶里程,汽车燃油经济性(每加仑英里数)和人均航空燃油使用量。每个图中的虚线代表固定的2005年水平。图表由Carbon必威手机官网 Brief使用Highcharts

在过去的40年里,美国人的驾驶里程急剧增长,从1973年的每人每年6000英里左右增长到2007年的每年1万多英里。

然而,2007年后,人均驾驶里程开始下降。尽管自金融危机结束以来有所反弹,但仍远低于2005年的峰值,这或许意味着更长期的增长驾驶行为的改变

近年来,汽车和卡车也变得更加省油。燃油经济性在20世纪70年代和80年代有所提高,1992年以后达到了标准,但没有延长。

2005年后,随着新标准的引入,这一数字又开始上升。近年来,这些标准逐步提高,现在车辆的燃油效率平均比2005年提高了5%。

航空旅行也变得更加高效,在过去十年里,由于发动机更好、飞机更轻、航班更满,航空旅行可以用更少的燃料运送更多的乘客。

该图表还显示,在2001年9月11日恐怖袭击和2008/2009年经济衰退之后,由于航班减少,航空公司人均燃油使用量大幅下降。近年来,人均航空燃油使用量略有回升,但仍远低于10年前的水平。

这三个因素的综合影响如下图所示,其中黑色区域是实际排放量,三个楔形反映了人均驾驶里程减少、燃油经济性提高和人均航空燃油使用量减少所减少的排放量。

美国交通运输的二氧化碳年排放量(以MtCO2为单位)为黑色,驾驶里程减少(橙色)、汽车燃油经济性(紫色)和航空效率排放(红色)估计会减少。图表由Carbon必威手机官网 Brief使用Highcharts

然而,这并不是对交通部门的完整分析,因为它没有涵盖其他排放源的变化,包括公共交通和航运。

建筑与工业

必威体育在线注册建筑和工业使用的能源(不包括发电)以现场燃料燃烧的形式出现。对于家庭和企业来说,这主要是用于空间和水加热的天然气和石油。对于工业来说,许多不同的燃料燃烧过程都会释放二氧化碳。

下图显示了1990年至2016年间住宅、商业和工业部门的二氧化碳排放量,以及在“一切如旧”的情况下,排放量保持在2005年的水平不变。这是将排放量固定在2005年的水平,而不是2005年的人均水平,因为他们已经在人均基础上持平或下降。

按部门划分的能源使用产生的年度非电力二氧化碳排放量(实线),以及“一切必威体育在线注册如常”情景(虚线),即部门能源使用保持在2005年水平不变。图表由Carbon必威手机官网 Brief使用Highcharts

工业非电力二氧化碳排放量的减少是推动排放量下降的主要因素,电力行业的情况也是如此。

由于能源效率和环境保护的结合,家庭的排放量也显著下降必威体育在线注册开关了从使用石油作为空间和水加热。请注意,每年的变化受到天气和其他因素的影响。

商业非电力二氧化碳排放量保持稳定。这反映了经济活动和效率的相反影响,两者都在增加。

下图显示了这些部门的二氧化碳减排总量。非电力二氧化碳排放总量用黑色表示,而每个部门的减少量用彩色楔形表示。这一数字比以前的数字要平坦得多,因为“一切如常”情景将排放量固定在2005年的水平,而不是2005年的人均水平。

美国家庭、企业和工业使用非电力燃料所产生的二氧化碳排放量(MtCO2)为黑色,工业(浅蓝色)、企业(黄色)和家庭(深蓝色)估计的排放量减少量。图表由Carbon必威手机官网 Brief使用Highcharts

结论

近年来,许多因素共同推动了美国排放量的下降。虽然天然气、风能和减少电力和能源使用发挥了最大作用,但其他部门也做出了重要贡献。必威体育在线注册

随着美国经济从金融危机和相关衰退中复苏,排放量继续下降,这表明这不是减排的主要原因,尽管它可能起到了催化剂的作用。

天然气、风能和太阳能的价格不断下降,不断提高效率的努力以及汽车燃料经济标准意味着,无论联邦政府目前在气候变化问题上不作为,美国的排放量可能会保持持平或继续下降。

各州也越来越多地采取自己的行动在没有联邦政策的情况下达到减排目标。在这种背景下,美国排放量的显著增加将是意料之外的,除非煤炭补贴或者同样非常规的市场干预。

然而,美国目前的二氧化碳减排速度还不足以满足其在《气候变化框架公约》下作出的承诺巴黎协定.自前工业化时代以来,要避免超过2摄氏度的变暖,这个速度也太慢了。

虽然了解迄今为止二氧化碳减排背后的因素是有用的,但联邦和地方政策都需要发挥作用,推动深度减排,以避免潜在的危险变暖。

方法

按行业和燃料划分的用电量和排放量来自美国能源情报署(eia)的数据必威体育在线注册每月能源回顾必威体育在线注册

“一切如常”假设电网混合(燃料百分比)和人均用电量保持在2005年的水平不变。人口数据来自美国经济分析局

减少用电量对二氧化碳减排的贡献是通过将每月实际发电量和“正常业务”(BAU)情景发电量的差值乘以当月BAU情景电网混合排放因子的平均值来计算的。

为了计算风能、太阳能和天然气对二氧化碳减排的相对贡献,假设它们的额外电力输出相等地取代了相对于BAU情景下降的能源。必威体育在线注册换句话说,如果煤炭、石油和核能相对于BAU情景有所减少,则假定风能、天然气和太阳能的新一代发电量将相等地替代它们。

选择何种燃料进行抵消,可以对估计的减排量产生很大影响,并有助于解释不同的结果其他组.本文所采用的方法试图给予所有来源相同的权重,并产生与本文所使用的方法几乎相同的结果美国能必威体育在线注册源信息管理局这类分析也可以在州一级做得更细一些。

运输

每月车辆行驶里程的数据来自美国交通部联邦公路管理局.汽车燃油经济性是基于每月能源回顾必威体育在线注册柴油和汽油的运输和车辆行驶里程。航空公司座位里程来自美国交通统计局,而航空燃料的使用来自每月能源回顾必威体育在线注册

燃油经济性的计算方法是用每月汽车总燃油消耗量(包括汽油和柴油)除以所有车辆的总行驶里程。

BAU情景是假设人均车辆行驶里程、人均航空燃油使用量和车辆燃油经济性都保持在2005年的水平。二氧化碳的减少是根据BAU情景和实际行为之间的差异来计算的。

建筑与工业

来自家庭、商业和工业的非电力二氧化碳排放从每月能源回顾必威体育在线注册.BAU情景是通过将每个部门的非电力二氧化碳排放固定在2005年的水平来创建的。通过比较BAU情景和每种情景的实际行为来计算二氧化碳减排。

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