陜西省碳排放影響因素及其區(qū)域分異特征

栗新巧，張艷芳，劉宏宇

全球氣候變化帶來的環(huán)境問題引起世界各國的廣泛關(guān)注，以化石能源為主的能源消費活動是導(dǎo)致溫室氣體上升的主要來源［1］，全球 CO2排放量在2007—2008年增加了0.4Gt，增長率為1.5%［2］。中國作為世界上的碳排放大國，2006年碳排放量超過美國［3］，這對我國的生態(tài)環(huán)境和節(jié)能減排造成了極大的壓力。目前國內(nèi)外學(xué)者關(guān)于碳排放的研究已經(jīng)展開了深入的分析，Ugur等［4］運用格蘭杰因果關(guān)系分析美國收入、能源消耗和碳排放關(guān)系的研究表明，從長遠(yuǎn)來看，收入格蘭杰不會導(dǎo)致碳排放，能源消耗會導(dǎo)致碳排放；Luciano等［5］基于對數(shù)平均指數(shù)的LMDI模型分析了巴西經(jīng)濟增長與碳排放脫鉤關(guān)系的研究表明，碳排放強度和能源結(jié)構(gòu)是巴西減排的主要決定因素；Inmaculada等［6］采用STIRPAT模型分析了發(fā)展中國家城市化對碳排放的影響，指出城市化和碳排放之間存在倒U型的關(guān)系。李健等［7］運用灰色關(guān)聯(lián)法分析了中國的碳排放強度與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系指出，全國有16個地區(qū)第二產(chǎn)業(yè)與碳排放強度的關(guān)聯(lián)最大；劉定惠等［8］運用LMDI模型分析了甘肅省碳排放的影響因素指出，經(jīng)濟規(guī)模的持續(xù)擴大是甘肅省碳排放持續(xù)增加的決定性因素。此外，眾多學(xué)者［9－15］在碳排放測算與因素分解、碳排放驅(qū)動因子、經(jīng)濟發(fā)展與能源消費碳排放關(guān)系方面展開研究，研究發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)碳排放研究主要集中在宏觀尺度如國家層面或大區(qū)域?qū)用?，而忽視了省級區(qū)域的差異，對于較小的省級尺度并結(jié)合地方特色的研究較少［16］。因此，本研究以我國西部地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展水平較高，工業(yè)發(fā)展速度較快的陜西省為研究對象，分析1996—2010年陜西碳排放變化特征、區(qū)域分異特征，并對碳排放變化的影響因素進行分解分析，為陜西省發(fā)展低碳經(jīng)濟提供科學(xué)依據(jù)和對策。

1 研究區(qū)域與研究方法

1.1 研究區(qū)域

陜西省位于東經(jīng)105°29′—111°15′，北緯31°42′—39°35′之間，面積2.06×105km2。該省設(shè)10個省轄市和楊凌農(nóng)業(yè)高新區(qū)，2011年總?cè)丝? 742.6萬，生產(chǎn)總值12 512.3億元，比上年增長24.0%，處于西北5省前列。目前，陜西省正處于工業(yè)化中后期發(fā)展階段，在工業(yè)結(jié)構(gòu)中重工業(yè)占到78.1%，終端能源消費以年均9.6%的速度上升。由于其經(jīng)濟增長是建立在資源的大量消費特別是煤炭消費的基礎(chǔ)之上，碳排放將會以較高的增長率上升，這對陜西省節(jié)能減排提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

1.2 研究方法

陜西省能源消費以一次燃燒化石能源為主，故本研究的碳排放是一次燃燒化石能源中煤炭、石油、天然氣3種能源的碳排放。碳排放計算與分析中所用的終端能源消費數(shù)據(jù)來自歷年《中國能源統(tǒng)計年鑒》，人口和經(jīng)濟等相關(guān)數(shù)據(jù)來自歷年《陜西省統(tǒng)計年鑒》。碳排放系數(shù)采用中國發(fā)改委能源研究所的碳排放系數(shù)，煤炭、石油和天然氣的碳排放系數(shù)分別為0.747 6，0.582 5，0.443 5［17］。

碳排放總量的計算是利用標(biāo)準(zhǔn)煤消費數(shù)據(jù)乘以碳排放系數(shù)來估算，具體的計算公式為：

式中：C——碳排放總量；Qi——第i類化石能源（煤炭、石油、天然氣）折算為標(biāo)準(zhǔn)煤的消費量；Fi——第i類化石能源的碳排放系數(shù)。人均碳排放量是碳排放總量與人口總數(shù)的比值。碳排放強度是用來衡量能源利用效率的指標(biāo)，是碳排放總量與GDP的比值，碳排放強度越大則表示能源利用率越低。

1.3 LMDI研究模型

根據(jù)擴展的Kaya恒等式［18］對陜西省碳排放總量進行分解，運用 Ang［19－20］提出的對數(shù)平均 Divisia指數(shù)（LMDI）分解模型將能源消費碳排放的影響因素分解為：排放因子、能源結(jié)構(gòu)、能源強度、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)出規(guī)模和人口規(guī)模。Kaya恒等式擴展模型和LMDI具體分解模型分別為：

（1）Kaya恒等式擴展模型。表達(dá)式為：

式中：i——產(chǎn)業(yè)類型；j——能源類型；C——碳排放量；EM——能源消費量；GDP——國內(nèi)生產(chǎn)總值；P——總?cè)丝跀?shù)。

則Kaya擴展模型表述為：

式中：Fij——不同能源類型的單位碳排放量，即不同產(chǎn)業(yè)中不同能源的碳排放系數(shù)；Sij——不同能源類型在不同產(chǎn)業(yè)中的比重；Ii——第i產(chǎn)業(yè)單位GDP能源消費量，即第i產(chǎn)業(yè)的能源強度；Uj——第i產(chǎn)業(yè)GDP所占百分比；G——人均GDP；P——人口數(shù)。則公式（2）將碳排放分解為經(jīng)濟產(chǎn)出效應(yīng)（G）、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)效應(yīng)（Uj）、能源強度效應(yīng)（Ii）、能源結(jié)構(gòu)效應(yīng)（Sij）人口規(guī)模效應(yīng)（P）、排放因子效應(yīng)（Fij）。

（2）LMDI因素分解模型。將上述6種因素分解，設(shè)C0，Ct分別為基期碳排放總量和t期碳排放總量，碳排放總的變化用下標(biāo)Ctot表示。根據(jù)LMDI分解法，各分解因素貢獻值的表達(dá)式分別為：

排放因子效應(yīng)：

經(jīng)濟產(chǎn)出效應(yīng)：

產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)效應(yīng)：

能源結(jié)構(gòu)效應(yīng)：

能源強度效應(yīng)：

人口規(guī)模效應(yīng)：

由于能源的碳排放系數(shù)在實際應(yīng)用中為常量，因此進行因素分析時不作為考慮因素。故計算公式簡化為：

2 結(jié)果分析

2.1 陜西省碳排放變化特征

由圖1可以看出，陜西省碳排放總量在1996—2000年表現(xiàn)為小幅下降，由1996年的1.56×107t下降到2000年的9.68×106t，碳排放量下降了38.06%。下降的主要原因與陜西省實施能源結(jié)構(gòu)改造工程，即煤改天然氣工程以及國家在1996年出臺的關(guān)于關(guān)閉或停產(chǎn)高耗能、高污染、低效率的工業(yè)項目法規(guī)有關(guān)。2001年起碳排放總量以12.18%的年均增長率快速上升至2010年的3.43×107t。人均碳排放與碳排放總量變化特征相似，1996年為0.44 t／人，2010年增加至0.92t／人。2000年國家實施西部大開發(fā)戰(zhàn)略以來，陜西省經(jīng)濟快速發(fā)展，工業(yè)化和城市化過程中能源消耗不斷增加，尤其是“十一五”以來，經(jīng)濟進入快速增長階段，在城市化、工業(yè)化等一系列因素推動下，經(jīng)濟的快速增長帶來能源消耗的不斷增加，導(dǎo)致碳排放相關(guān)指標(biāo)值的快速上升。

從能源消費的碳排放結(jié)構(gòu)來看，煤炭消費碳排放量最高，石油碳排放量次之，天然氣碳排放量最小。煤炭所占比例累計達(dá)到70.47%，石油為22.68%，天然氣為6.85%，其中第二產(chǎn)業(yè)碳排放中煤炭所占比例為83.82%?？芍兾魇∶禾肯MCO2排放量占絕對比重，以煤炭為主的能源消費結(jié)構(gòu)對碳排放量的貢獻值較高，能源消費結(jié)構(gòu)需要進一步優(yōu)化。由圖2可以看出，1996—2010年陜西省碳排放強度總體呈下降趨勢。從1996年的1.29t／萬元持續(xù)下降到2010年的0.34t／萬元。

圖1 陜西省1996－2010年碳排放量

圖2 陜西省1996－2010年碳排放強度

2.2 陜西省碳排放區(qū)域差異

由圖3的測算結(jié)果可以看出，陜西省各市區(qū)碳排放總量與碳排放強度表現(xiàn)出明顯的區(qū)域分異特征。陜西省3大地區(qū)碳排放總量中關(guān)中最高，陜北次之，陜南最小。關(guān)中總碳排放量達(dá)到2.08×107t，陜北碳排放量為9.02×106t，陜南碳排放量為4.01×106t。關(guān)中碳排放量較高的原因在于該地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展速度較快，工業(yè)化、城市化水平較高，整體經(jīng)濟實力高于陜北和陜南地區(qū)，經(jīng)濟增長需要的能源消耗較高。陜南以綠色產(chǎn)業(yè)為主，經(jīng)濟發(fā)展落后于關(guān)中和陜北，是陜西省經(jīng)濟發(fā)展的薄弱區(qū)域，能源消耗較少。陜北地區(qū)資源豐富，經(jīng)濟發(fā)展水平高于陜南地區(qū)，碳排放量稍高于陜南。

由陜西省各地級市區(qū)碳排放總量分析可知（圖3），西安市、榆林市和渭南市排放量超過5.00×106t；而楊陵區(qū)、商洛市、安康市碳排放總量較低，其中楊凌區(qū)碳排放量只有7.21×104t。在11個市區(qū)（圖4）中，渭南市和銅川市的碳排放強度較高，分別為0.67和0.64t／萬元；西安市、商洛市、楊陵區(qū)碳排放強度則較低，都在0.24t／萬元以下；其它市區(qū)碳排放強度則介于0.26～0.44t／萬元之間。陜西省各市區(qū)碳排放量存在區(qū)域差異的原因與各市區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展水平、人口規(guī)模和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)特征有關(guān)。西安市經(jīng)濟發(fā)展水平較高，人口規(guī)模較大，GDP總量、人口規(guī)模都居于全省之首，這些因素與碳排放有著較高的正相關(guān)性，故碳排放量較高。但高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)對于西安市的經(jīng)濟增長也有不小的貢獻，因此碳排放強度較低；榆林市、渭南市作為國家能源化工基地，碳排放量居于陜西省前列。但榆林市注重提高能源的利用率使得碳排放強度較低，渭南市能源消費較多而利用率低，故其碳排放強度最高；商洛市和楊凌區(qū)碳排放量和碳排放強度都較低，主要原因在于商洛市和楊凌區(qū)以旅游服務(wù)業(yè)和農(nóng)業(yè)等低碳行業(yè)為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。

2.3 陜西省碳排放影響因素分解分析

根據(jù)分解公式對陜西省各影響因素進行LMDI分解。由表1可以看出，經(jīng)濟產(chǎn)出效應(yīng)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)效應(yīng)及人口規(guī)模效應(yīng)對陜西省碳排放的增加表現(xiàn)為正效應(yīng)，而能源結(jié)構(gòu)效應(yīng)和能源強度效應(yīng)對陜西省碳排放的增加表現(xiàn)為負(fù)效應(yīng)。各分解因素對陜西省能源消費碳排放的貢獻率不同，各因素按貢獻率的絕對值大小依次是經(jīng)濟產(chǎn)出效應(yīng)，能源強度效應(yīng)，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)效應(yīng)，能源結(jié)構(gòu)效應(yīng)和人口規(guī)模效應(yīng)。可以看出，經(jīng)濟增長是陜西省碳排放增加的決定因素，而能源強度降低是碳排放減少的決定因素。

圖3 陜西省2010年各市區(qū)碳排放量

圖4 陜西省2010年各市區(qū)碳排放強度

表1 陜西省1996－2010年碳排放影響因素分解結(jié)果（以1996年為基期） 104 t

經(jīng)濟的高速增長是陜西省1996—2010年碳排放增加的主導(dǎo)因素。2010年陜西省GDP是1996年的8.33倍，同期第一產(chǎn)業(yè)GDP比例從1996年的20.6%下降到2010年的9.76%，第二產(chǎn)業(yè)由42.3%波動上升到53.8%，第三產(chǎn)業(yè)從37.1%波動下降到36.4%。根據(jù)陜西省目前的經(jīng)濟和產(chǎn)業(yè)發(fā)展特征，經(jīng)濟的發(fā)展必然與能源的消費相關(guān)聯(lián)，故陜西省經(jīng)濟產(chǎn)出與碳排放有著較高的正相關(guān)性。

人口規(guī)模對于陜西省碳排放的增加表現(xiàn)為微弱的正效應(yīng)，由于陜西省自1996年以來人口年均凈增長較小，故人口規(guī)模對于碳排放的影響較小。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對陜西省碳排放的影響高于人口規(guī)模。圖5顯示，1996—2010年陜西省第二產(chǎn)業(yè)碳排放量比重從1996年的70.3%波動下降到2010年的64.7%，第一產(chǎn)業(yè)碳排放比重在1.5%之間波動，第三產(chǎn)業(yè)碳排放則從1996年的28.0%波動上升到2010年的33.8%。雖然第二產(chǎn)業(yè)碳排放量比重由所下降，但絕對比重較大，第二產(chǎn)業(yè)碳排放量在三大產(chǎn)業(yè)比重中始終占主導(dǎo)地位，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化對陜西省碳排放增長沒有出現(xiàn)負(fù)效應(yīng)，表明陜西省產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)仍處于不太理想狀態(tài)，需要進一步實施產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整。

圖5 陜西省1996－2010年各產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)碳排放比重

能源結(jié)構(gòu)對碳排放影響呈現(xiàn)出負(fù)效應(yīng)。由表1可以看出，能源結(jié)構(gòu)變化對陜西省碳排放的增加所表現(xiàn)的負(fù)效應(yīng)較小，這與陜西省能源結(jié)構(gòu)的特點有關(guān)。陜西省以煤炭消費為主，各產(chǎn)業(yè)中尤其是第二產(chǎn)業(yè)，煤炭消耗量較大。從1996—2010年陜西省各類產(chǎn)業(yè)中的能源結(jié)構(gòu)碳排放來看，第二產(chǎn)業(yè)中的煤炭碳排放量高達(dá)68%以上，煤炭能源消費的絕對比重始終較高。第三產(chǎn)業(yè)的能源結(jié)構(gòu)變化稍大，煤炭碳排放下降了42.95%，石油和天然氣碳排放比重分別上升了28.28%和14.67%。但從整體來看，以煤炭為主要的能源結(jié)構(gòu)并沒有改變，所以其負(fù)效應(yīng)較小。

能源強度對陜西省碳排放的影響較大。表1顯示，它對碳排放的增加呈現(xiàn)出顯著的負(fù)效應(yīng)。能源強度可以衡量產(chǎn)業(yè)部門的能源利用效率以及技術(shù)水平。陜西省1996—2010年各產(chǎn)業(yè)能源強度都呈現(xiàn)出大幅度的下降（圖6）。第一產(chǎn)業(yè)能源強度（折算為標(biāo)準(zhǔn)煤）從1996年的0.45t／萬元下降到2010年的0.26t／萬元，降幅達(dá)53.08%，第二產(chǎn)業(yè)能源強度從1996年的4.54t／萬元下降到2010年的0.91t／萬元，降幅高達(dá)79.77%，第三產(chǎn)業(yè)能源強度從1996年的1.99t／萬元下降到2010年的0.55t／萬元，降幅為72.53%，2010年全行業(yè)的能源強度降低到0.71t／萬元，降幅達(dá)74.18%。這表明陜西省減排技術(shù)水平有了一定進步，能源利用效率有了較大提高。但是，相對于龐大的碳排放量來說，陜西省能源利用效率還應(yīng)進一步提高，技術(shù)水平還有很大的提升空間。

圖6 陜西省1996－2010年各產(chǎn)業(yè)能源強度

3 陜西省節(jié)能減排的對策建議

（1）調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，提高能源利用效率。陜西省煤炭消耗在總能源消耗中所占比重較大，以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)是造成碳排放增加的重要因素，因此應(yīng)優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，適當(dāng)?shù)慕档兔禾肯谋戎?，增加天然氣等清潔能源的比重。同時應(yīng)提高科技水平，降低碳排放強度，提高能源利用效率。

（2）優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，擴大低碳產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)比重。1996—2010年陜西省第二產(chǎn)業(yè)碳排放占到全行業(yè)的70.47%以上，且在第二產(chǎn)業(yè)中以高排放的煤炭為主（83.82%），應(yīng)合理的縮小第二產(chǎn)業(yè)規(guī)模，適當(dāng)減少高耗能工業(yè)的發(fā)展，加快第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，比如旅游業(yè)和文化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

（3）建立和完善低碳經(jīng)濟體制。政府積極提倡低碳理念和低碳示范工程，引導(dǎo)人們自覺向低碳生活轉(zhuǎn)變，同時建立企業(yè)和政府聯(lián)合開發(fā)機制，鼓勵開發(fā)新能源和可再生能源的使用。

（4）加強區(qū)域合作和國際合作。陜西省應(yīng)該與其它區(qū)域以及國際社會共同合作，研發(fā)新的節(jié)能減排技術(shù)，借助國外資金、技術(shù)和經(jīng)驗，減少碳排放，完成減排目標(biāo)。

4 結(jié)論

（1）1996—2010年陜西省碳排放量、人均碳排放總體呈現(xiàn)出波動增加的趨勢，碳排放強度呈現(xiàn)出下降的趨勢。在歷年累計碳排放結(jié)構(gòu)中，煤炭消費碳排放量最高，石油碳排放量次之，天然氣碳排放量最小，煤炭消費造成的碳排放量占了絕對比重（70.47%）。

（2）陜西省各市區(qū)碳排放總量與碳排放強度表現(xiàn)出明顯的區(qū)域分異特征。碳排放總量中關(guān)中最高，陜北次之，陜南最小。在各地級市區(qū)中：西安市、榆林市和渭南市排放量超過5.00×106t，而楊凌區(qū)的碳排放量只有7.21×104t。以能源化工產(chǎn)業(yè)為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的渭南和榆林等市碳排放強度較高，而商洛市和楊凌區(qū)以旅游服務(wù)業(yè)和農(nóng)業(yè)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)等低碳行業(yè)為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，碳排放強度較低。

（3）經(jīng)濟產(chǎn)出、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)及人口規(guī)模對陜西省碳排放的增加表現(xiàn)為正效應(yīng)，而能源強度和能源結(jié)構(gòu)對陜西省碳排放的增加表現(xiàn)為負(fù)效應(yīng)。各因素對陜西省能源消費碳排放的貢獻率絕對值大小依次為：經(jīng)濟產(chǎn)出效應(yīng)＞能源強度效應(yīng)＞產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)效應(yīng)＞能源結(jié)構(gòu)效應(yīng)＞人口規(guī)模效應(yīng)。經(jīng)濟增長是陜西省碳排放增加的決定因素，而能源強度降低是碳排放減少的決定因素。

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