基于LMDI模型的河南省CO2排放變化分析

王宗舞，龐宏建

(1.華北電力大學(xué) 能源與環(huán)境研究院,北京102206；2.黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院 環(huán)境與化學(xué)工程系,河南 開封,475004)

0 引言

河南省是農(nóng)業(yè)大省，人口大省，也是全國重點(diǎn)發(fā)展的13個(gè)煤炭基地之一，近年來也成為全國重要的新興工業(yè)大省。但經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)尚不合理，發(fā)展方式比較粗約，能源緊缺和環(huán)境污染問題比較突出，化石能源燃燒CO2排放強(qiáng)度位居全國前列。如何控制和減少CO2排放已成為亟待解決的問題，但目前尚未有針對(duì)河南區(qū)域CO2排放規(guī)律的系統(tǒng)分析。本文綜合考慮六大因素建立化石能源消費(fèi)碳排放的因素分解模型，全面分析各影響因素的作用機(jī)理并量化其貢獻(xiàn)率，在此基礎(chǔ)上提出節(jié)能減排建議。

1 研究方法和數(shù)據(jù)來源

1.1 化石能源燃燒CO2排放計(jì)算

政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）第三次評(píng)估報(bào)告指出：大量的化石能源燃燒是造成各國/地區(qū)溫室氣體激增的首要原因。據(jù)統(tǒng)計(jì)，從1997～2004年，中國溫室氣體排放總量的年均增長率約為4%，CO2排放量在溫室氣體排放總量中的比重由1994年的76%上升到2004年的83%；并且隨著工業(yè)化和城市化進(jìn)程的加快，我國能源消費(fèi)量會(huì)快速增長，使得CO2排放量也會(huì)隨之劇增，我國面臨著巨大的減排壓力。因此，開展能源活動(dòng)CO2排放的影響因素研究，對(duì)于發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排具有重要意義。

化石能源消費(fèi)活動(dòng)的二氧化碳排放量具體計(jì)算公式如下：

式中CO2表示估算的各種能源消費(fèi)的排放量；i表示各種消費(fèi)的能源，包括煤炭、石油和天然氣；Ei表示各種能源的消費(fèi)量；CFi代表各種燃料的平均發(fā)熱量；CCi表示單位熱量的含碳水平；COFi表示氧化因子。利用上述公式(數(shù)據(jù)取自國家氣候變化對(duì)策協(xié)調(diào)小組辦公室和國家發(fā)改委能源研究所(2007))經(jīng)相關(guān)計(jì)算，本文采用的CO2排放系數(shù)對(duì)于煤炭、石油和天然氣依次為：2.48、2.13和1.63tCO2/t標(biāo)煤。

1.2 LMDI模型

在過去25年中，因素分解法在能源研究及其政策制訂領(lǐng)域具有重要作用；作為一種通用方法被各國政府和國際組織廣泛采用。從理論背景、適應(yīng)性、可操作性及結(jié)果分析等方面考慮，LMDI模型都被認(rèn)為是最好的方法。參考擴(kuò)展的Kaya恒等式、LMDI模型等，本文采用的計(jì)算公式為：

式中C表示各種能源消費(fèi)導(dǎo)致的CO2排放總量，i表示產(chǎn)業(yè)或部門，j表示化石能源的消費(fèi)類型，如煤炭、石油（本文用汽油、煤油、柴油、燃料油代表）、天然氣等。p表示常住人口，Q表示國民生產(chǎn)總值，Qi表示產(chǎn)業(yè)、部門的產(chǎn)值，Ei表示i產(chǎn)業(yè)、部門的能源消費(fèi)量，Eij表示i產(chǎn)業(yè)、部門的燃料j的消費(fèi)量，Cij表示i產(chǎn)業(yè)、部門的燃料j的CO2排放量，G表示人均國民生產(chǎn)總值，S=Qi/Q，代表產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)；Ii=Ei/Qi，代表能源消耗強(qiáng)度，eij=Eij/Ei，代表能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)；Rij=Cij/Eij，代表 i產(chǎn)業(yè)、部門的燃料j的CO2排放系數(shù)。

CO2排放量變化可用式子表示為：

式中 ΔCtot、ΔCpop、ΔCgpc、ΔCstr、ΔCint、ΔCmix、ΔCemf分別表示總貢獻(xiàn)及常住人口、人均國民生產(chǎn)總值、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源消耗強(qiáng)度、能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)、CO2排放系數(shù)變化等因素的貢獻(xiàn)。其中“T”和“0”分別代表第 T 年和基年。

因?yàn)楦黝惢茉吹腃O2排放系數(shù)是固定不變的，根據(jù)式子（9），ΔCemf＝0。但是能源結(jié)構(gòu)發(fā)生變化也會(huì)引起 CO2排放的變化，所以在本研究中，Rij用平均CO2排放系數(shù)Ri代替，且：

式中rj表示第j種化石能源的CO2排放系數(shù)。對(duì)于CO2排放變化趨勢的時(shí)間序列的累積影響可用下式表示

1.3 數(shù)據(jù)來源

本文主要數(shù)據(jù)分別來自《中國能源統(tǒng)計(jì)年鑒》、《河南省統(tǒng)計(jì)年鑒》、《中國統(tǒng)計(jì)年鑒》及《綜合能耗計(jì)算通則》等。有些年鑒未能直接給出的數(shù)據(jù)，則根據(jù)相關(guān)的方法和資料由筆者整理得到。為消除價(jià)格波動(dòng)影響，若不加特殊說明，GDP均采用2000年可比價(jià)格來表示。第一產(chǎn)業(yè)終端能源消費(fèi)量是指農(nóng)林牧漁水利業(yè)終端能源消費(fèi)量，第二產(chǎn)業(yè)終端能源消費(fèi)量是指工業(yè)終端能源消費(fèi)量扣除用作原材料的量，再加上建筑業(yè)終端能源消費(fèi)量，第三產(chǎn)業(yè)終端能源消費(fèi)量是指交通運(yùn)輸、倉儲(chǔ)和郵政、批發(fā)、零售業(yè)和住宿、餐飲業(yè)終端能源消費(fèi)量之和。

2 結(jié)果分析

2.1 河南省1998～2008化石能源燃燒CO2排放量變化分析

1998～2008年間，河南省化石能源燃燒CO2年排放量從4995.03×104t增至 15373.85×104t，增加了 10189.24×104t，年均增長率為11.90%，而同期北京市的水平約為4.6%，上海市1994～2005年間的年均增長率約為2.9%[7]。由此可見，河南省1998～2008年的CO2排放增長遠(yuǎn)高于北京、上海，也遠(yuǎn)高于國家公布的1994～2004年期間中國溫室氣體排放總量的年均增長率約為4%的水平。

2.2 河南省1998～2008化石能源燃料CO2排放變化影響因素

河南省1998～2008化石能源燃料CO2排放變化影響因素的時(shí)間序列分析結(jié)果表明：拉動(dòng)CO2排放增長的因素有人均GDP增長、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、常住人口數(shù)量增加及能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)調(diào)整，共拉動(dòng) CO2排放增加 12506.04×104t，其貢獻(xiàn)份額依次為85.62%、10.13%、4.07%和4.12%和0.18%，而能源消耗強(qiáng)度變化和CO2排放系數(shù)變化起抑制作用，期間抵制CO2排放增加2485.80×104t，貢獻(xiàn)份額依次為78.27%和21.73%。

2.2.1 人均國民生產(chǎn)總值

1998～2008年期間，河南省人均 GDP由 1998年的4463.69元增長到2008年的15560.61元，增長了249%，年均增長率高達(dá)13.30%。持續(xù)人均GDP增長是拉動(dòng)河南省CO2排放增長的決定性因素，使CO2排放增加10708.03×104t，且拉動(dòng)作用逐年加強(qiáng)的趨勢非常顯著。

人均GDP與二氧化碳排放量之間呈現(xiàn)正相關(guān)，說明經(jīng)濟(jì)發(fā)展是CO2排放量增長的主要?jiǎng)恿?。但是由于河南目前的?jīng)濟(jì)發(fā)展水平仍較低，以2005年為例，全國人均GDP1729美元，為世界人均水平的1/4左右，而河南省僅1347美元[5]。只有人均GDP不受影響，制訂的能源政策才能被成功執(zhí)行，所以犧牲經(jīng)濟(jì)增長速度為代價(jià)來減少CO2排放對(duì)于河南省來說是不現(xiàn)實(shí)的。

2.2.2 產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)

河南省三次產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值構(gòu)成由1998年的24.9:45.0:30.1變?yōu)?008年的14.4:56.9:28.6，第一產(chǎn)業(yè)持續(xù)下降，第三產(chǎn)業(yè)先升后降，第二產(chǎn)業(yè)有了較大突破。河南省產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整對(duì)CO2排放增長作用表現(xiàn)為拉動(dòng)效應(yīng)，共增加排放量1266.58×104t，且不同年份這種增加效應(yīng)呈波動(dòng)上升性，貢獻(xiàn)率在-0.76%到2.63%之間，多數(shù)年份為正效應(yīng)，年平均值為0.92%，2005年以后拉動(dòng)效應(yīng)明顯有增。

總體上，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整對(duì)增加CO2排放增長的貢獻(xiàn)在逐漸加大，但不同產(chǎn)業(yè)效應(yīng)差別較大：第一產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整分別使 CO2的排放量減少了 214.86×104t、100.51×104t，但是第二產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展卻使CO2的排放量增加了1590.56×104t。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)整體變化對(duì)該階段碳排放增長未能表現(xiàn)出負(fù)效應(yīng)，其主要原因是產(chǎn)業(yè)規(guī)模占GDP近半的第二產(chǎn)業(yè)的碳排放呈現(xiàn)長期增長態(tài)勢，其貢獻(xiàn)率抵消了第一、三產(chǎn)業(yè)對(duì)碳排放增長的負(fù)效應(yīng)。陳海燕、劉春蘭等的研究表明：北京市第二產(chǎn)業(yè)中高能耗型產(chǎn)業(yè)的工業(yè)增加值在工業(yè)增加值中所占份額每降低1%，和非能源密集部門所占份額每降低1%相比，前者減少CO2排放量是后者的30倍。因此，河南省應(yīng)繼續(xù)提高第一、三產(chǎn)業(yè)比重，適當(dāng)控制第二產(chǎn)業(yè)比重的同時(shí)，調(diào)整第二產(chǎn)業(yè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)：對(duì)高能耗部門進(jìn)行淘汰和準(zhǔn)入限制，降低產(chǎn)業(yè)內(nèi)能源密集型部門增加值的比例。

2.2.3 人口數(shù)量增加

從1998～2008年，雖然河南省人口平均增長率為6.29‰，略高于全國水平6.26‰；并且由于人口基數(shù)大，期間人口共增603萬，占到全國總數(shù)的7.50%。人口數(shù)量的增加對(duì)CO2排放一直是拉動(dòng)作用，且從2004年開始拉動(dòng)效應(yīng)有微弱增強(qiáng)趨勢。人口數(shù)量與CO2排放量之間呈現(xiàn)正相關(guān)，說明隨著人口增長，CO2排放量也隨著增加，也說明較多的人口數(shù)量必然導(dǎo)致較大的能源需求以滿足電力、工業(yè)、交通等需求。對(duì)于河南省而言，人口數(shù)量增加引起CO2排放增加是短期內(nèi)無法改變的局面，能夠做到的只有提倡個(gè)人從各方面節(jié)約能源。從長遠(yuǎn)來說，實(shí)施計(jì)劃生育，有效控制人口增長，是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的有效途徑。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，從1998～2008年河南省城鎮(zhèn)人口占全省總?cè)丝诘谋壤龔?0.79%增長到了36.02%，但是處于比較低的水平。以2005年為例，全國城鎮(zhèn)人口比例為43.00%，低于世界平均水平，而河南省的僅為30.65%。所以隨著城市化進(jìn)程的加快，人均能源消費(fèi)量的增加，拉動(dòng)排放CO2排放的效應(yīng)會(huì)在相當(dāng)長一段時(shí)間內(nèi)一直存在。

2.2.4 能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)

與石油、天然氣等燃料相比，單位熱量燃煤引起的CO2排放比使用石油、天然氣分別高出約36%和61%。因此，優(yōu)化能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)一定程度上實(shí)現(xiàn)減排。但是1998～2008年間，河南省煤炭在總能源消費(fèi)中的比重呈現(xiàn)波動(dòng)性，變化幅度較小且比重一直較高。以2005年為例，河南省一次能源消費(fèi)量中煤炭的比重為87.10%，而全國和全球的水平為68.9%和27.8%。因?yàn)楹幽鲜∈侨珖?3個(gè)重點(diǎn)發(fā)展的煤炭基地之一，其煤炭產(chǎn)量連續(xù)27年保持在全國前三位，并且緊鄰我國“三西”產(chǎn)煤基地。

1998～2008年間，河南省能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)變化對(duì)CO2排放增長起到了微弱拉動(dòng)作用。煤為主的能源資源的特點(diǎn)決定了未來有限的減排空間以及對(duì)于低碳能源和可再生能源的大力依賴，要實(shí)現(xiàn)中國對(duì)外承諾的2020年非化石能源占一次能源消費(fèi)的比重達(dá)15%左右，發(fā)展低碳能源和可再生能源，改善能源結(jié)構(gòu)是十分必要的：利用地區(qū)資源優(yōu)勢發(fā)展煤基能源，加強(qiáng)水能、核能、石油、天然氣、煤層氣和油氣替代燃料開發(fā)，利用生物質(zhì)能、太陽能、地?zé)岬刃滦涂稍偕茉矗箖?yōu)質(zhì)清潔能源比重有所提高，才能從根本上解決河南能源消費(fèi)CO2排放量控制問題。

2.2.5 能源消耗強(qiáng)度

能源消耗強(qiáng)度，是指生產(chǎn)單位GDP所消耗的能源總量。1998～2008年間，河南省能源消耗強(qiáng)度變化共抑制CO2排放1945.74×104t， 三次產(chǎn)業(yè)貢獻(xiàn)率分別為：1.82%、92.55%和5.63%，但各年情況波動(dòng)較大，2007年以后，綜合抵制效應(yīng)明顯加強(qiáng)。

對(duì)于河南省第二產(chǎn)業(yè)而言，2005～2007年間 GDP從5514.14億元增至8282.83億元，能源消耗量從3353.35×104t標(biāo)煤增至5700.51×104t標(biāo)煤，能源消費(fèi)彈性系數(shù)為1.13，共拉動(dòng) CO2排放 4777.99×104t。但 1997～2004 年間，其能源消費(fèi)彈性系數(shù)為0.61，共抑制CO2排放-3937.01×104t。顯然在2005～2007年間其經(jīng)濟(jì)增長對(duì)能源消費(fèi)的增長影響要顯著得多。這是由于從農(nóng)業(yè)大省向工業(yè)強(qiáng)省轉(zhuǎn)變的過程中，經(jīng)濟(jì)快速增長，特別是第二產(chǎn)業(yè)比例大幅提高及產(chǎn)業(yè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)不合理，大大拉動(dòng)了能耗強(qiáng)度變化引起的CO2排放增加。因此，必須對(duì)第二產(chǎn)業(yè)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，改進(jìn)或取消高耗能生產(chǎn)工藝，提高產(chǎn)業(yè)準(zhǔn)入門檻，提高能源利用效率，降低單位GDP能耗。

2005～2008年間，河南省綜合萬元GDP能耗（以 2005可比價(jià)格計(jì)）分別為1.38、1.34、1.29和1.212t標(biāo)煤/萬元，遠(yuǎn)高于全國同期水平：1.226、1.204、1.160 和 1.107t標(biāo)煤/萬元。要實(shí)現(xiàn)到2020年單位GDPCO2排放比2005年下降40%-50%，河南省的減排任務(wù)相當(dāng)艱巨。但是，第二產(chǎn)業(yè)在三次產(chǎn)業(yè)中比重較大，產(chǎn)業(yè)內(nèi)能耗強(qiáng)度偏高，均有較大下降空間，這也為河南省實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)提供了有利條件。

2.2.6 CO2排放系數(shù)

碳排放系數(shù)=碳排放總量/能源消費(fèi)總量，表示一定能耗消費(fèi)產(chǎn)生的碳排放總量。但是，能源結(jié)構(gòu)變化可以引起平均碳排放系數(shù)的變化。平均CO2排放系數(shù)反映了區(qū)域不同能源結(jié)構(gòu)下單位能源消費(fèi)所產(chǎn)生的碳排放的綜合效應(yīng)。河南省平均碳排放系數(shù)變化對(duì)CO2排放的影響總體上是抑制效應(yīng)。但各年波動(dòng)較大， 除 2002～2003年、2004～2005和 2006～2007年外的其余年份CO2碳排放系數(shù)變化都減少了排放，特別是2000～2001年這種抑制作用特別明顯。這與河南省2005年以后在能源消耗總量中煤的消費(fèi)比例變化有關(guān)。從這個(gè)角度，盡可能逐漸減少煤等高含碳量燃料耗用量，積極利用低含碳量燃料或開發(fā)利用無碳能源，是實(shí)現(xiàn)減排的有效途徑。

3 結(jié)論

本文首先對(duì)河南省1998～2008年的CO2排放變化趨勢進(jìn)行了分析，然后基于擴(kuò)展的Kaya恒等式及對(duì)數(shù)平均迪氏指數(shù)（LMDI）法，定量六大因素等對(duì)河南省化石能源燃料CO2排放變化的影響。結(jié)果表明：河南省能源燃燒CO2排放的年均增長率為約為11.90%，遠(yuǎn)高于全國平均及北京、上海的同期水平。對(duì)CO2排放增加起拉動(dòng)作用的因素依次有：人均GDP增長、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、常住人口數(shù)量增加及能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)調(diào)整，其貢獻(xiàn)份額依次為85.62%、10.13%、4.07%和4.12%和0.18%，而能源消耗強(qiáng)度變化和CO2排放系數(shù)變化起抑制作用，抵制 CO2排放增加 2485.80×104t。

參考資料：

[1]岳瑞鋒,朱永杰等.1990～2007年中國能源碳排放的省域聚類分析[J].技術(shù)經(jīng)濟(jì)，2009，29（3）.

[2]曾賢剛,龐含霜.我國各省區(qū)CO2排放狀況、趨勢及其減排對(duì)策[J].中國軟科學(xué)增刊，2008，(上).

[3]李國志,李宗植等.中國二氧化碳排放的區(qū)域差異和影響因素研究[J].中國人口·資源與環(huán)境，2010，20（5）.

[4]郭義強(qiáng),鄭景云,葛全勝等.一次能源消費(fèi)導(dǎo)致的二氧化碳排放量變化[J].地理研究，2010，29（6）.

[5]中國應(yīng)對(duì)氣候變化的國家方案[EB/OL].http://www.ccchina.gov.cn/WebSite/CCChina/UpFile/File189.pdf.

[6]朱勤,彭希哲,陸志明等.中國能源消費(fèi)碳排放變化的因素分解及實(shí)證分析[J].資源科學(xué)，2009，31（12）.

[7]錢杰,俞立中等.上海市化石燃料排放二氧化碳貢獻(xiàn)量的研究[J].上海環(huán)境科學(xué)，2003，22（11）.

[8]陳海燕,蔡嗣經(jīng).北京工業(yè)終端能源消費(fèi)變化的分解研究[J].中國能源，2006，28（12）.