基于LMDI技術(shù)的河北省能源碳足跡因素分解

2014-07-21 18:55:32劉曉春

湖北農(nóng)業(yè)科學(xué) 2014年3期

劉曉春

摘要：利用LMDI方法對河北省1980-2010年能源碳足跡進(jìn)行研究。結(jié)果表明，河北省能源碳足跡總體呈快速上升趨勢，經(jīng)濟(jì)和人口增長是河北省能源碳足跡增長的最主要推動力；能源消費結(jié)構(gòu)中煤炭比例過大是河北省碳排放量始終高居全國碳排放大省前列的主要原因，降低能源消費對煤炭的依賴，有助于減少CO2的排放；能源效率的提升是河北省碳減排的最重要手段。河北省發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)就必須改變以煤炭為主的能源消費結(jié)構(gòu)，積極發(fā)展新興能源；大力調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，及早淘汰六大高耗能產(chǎn)業(yè)中的落后產(chǎn)能；積極控制人口規(guī)模；提高資源綜合利用水平，重視增長方式的轉(zhuǎn)變，堅持走資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會之路。

關(guān)鍵詞：LMDI；碳足跡；能源消費；低碳經(jīng)濟(jì)；河北省

中圖分類號：F127；X196 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2014）03-0723-06

隨著氣候變化成為最重要的世界話題之一，世界經(jīng)濟(jì)向低碳轉(zhuǎn)軌的趨勢愈發(fā)明顯。作為全球最大的發(fā)展中國家、經(jīng)濟(jì)增長最快的國家和溫室氣體排放大國，中國如何選擇發(fā)展模式將深刻地影響世界。在2009年哥本哈根聯(lián)合國氣候變化大會上，溫家寶總理向世界宣布，中國到2020年單位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%～45%[1]。這是中國向世界的承諾，要完成減排目標(biāo)，必須轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長方式，調(diào)整經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，向低碳經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型。

中國是碳排放大國，河北省是一個碳排放大省。2011年河北省GDP為24 228.2億元，占全國GDP總量472 882億元的5.1%，但同期河北省能源消費總量3.15億t 標(biāo)準(zhǔn)煤，占全國能源消費總量34.8億t 標(biāo)準(zhǔn)煤的9.1%，是全國第二大能源消耗省份，僅次于山東省。2011年我國單位GDP能耗0.793 t 標(biāo)準(zhǔn)煤/萬元，而河北省單位 GDP 能耗是1.3 t標(biāo)準(zhǔn)煤/萬元，位列全國第八。河北11個設(shè)區(qū)市單位GDP能耗均高于全國平均水平。

河北省要實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)的“雙贏”，就必須積極尋求自身的低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展之路。能源消費中的碳排放是河北省最大的碳源。本研究通過LMDI分解技術(shù)分析河北省能源碳足跡各影響因素的作用方向和影響權(quán)重，以期為河北省碳減排提出對策建議。

1 概念界定及研究方法

1.1 碳足跡

碳足跡（Carbon footprint）是指自然界各種自然活動和人類活動所造成的CO2、CH4、N2O、PFCs、HFCs、SF6等所有溫室氣體的排放總量。而這6種主要溫室氣體對全球的溫室效應(yīng)所起作用的比例不同，其中CO2的作用占64%、CH4占18%、N2O占6%、鹵代溫室氣體（即SF6、HFCs、PFCs及《蒙特利爾議定書》限定的CFCs、HCFCs等）合計約占12%[3]。因此，CO2的增加是造成全球變暖的主要原因[4]。大氣中CO2濃度的增加主要是由化石燃料燃燒、工業(yè)生產(chǎn)過程、土地利用變化、砍伐森林等人類活動造成[5]。其中化石燃料消耗所排放的CO2占95%以上，為主要的碳源[6]。我國能源消費所排放的CO2占到我國CO2總排放量的75%以上[7]。因此，為了研究方便，本研究僅以河北省能源消費所排放的CO2為研究對象，也就是人類經(jīng)濟(jì)活動中能源消耗所造成的CO2的排放總量。

1.2 碳足跡計算

對碳排放的估算屬于氣候變化研究中比較復(fù)雜的問題之一，由于我國目前還沒有CO2排放量的官方統(tǒng)計，所以研究河北省碳足跡就面臨著CO2的估算問題。目前已經(jīng)有許多CO2排放量的估算辦法，如實測法、物料恒算法、排放系數(shù)法、模型法等，但還沒有達(dá)成共識，比較公認(rèn)的是政府間氣候變化專門委員會（IPCC）公布的碳排放系數(shù)估算法[8]。

本研究的CO2排放量采用《省級溫室氣體清單編制指南（試行）》（國家發(fā)改委[2011]1041號）提供的方法進(jìn)行估算，它的基本原理與IPCC公布的基本相同?！吨改稀分械腃O2排放量是指由于終端能源消費引起的CO2排放量。該方法首先是確定研究區(qū)域能源消費的種類以及各種能源的消費量；隨后確定每種能源的排放因子數(shù)據(jù)；然后估算出每種能源活動的CO2排放量；最后加總計算所有能源的CO2排放量。

具體公式為：

因為河北省能源消費主要是原煤、石油、天然氣和水電，而風(fēng)能、太陽能、生物能等能源消耗量很少，在《河北省經(jīng)濟(jì)年鑒》里也只統(tǒng)計原煤、石油、天然氣和水電消費量，合計占到河北省能源消費量的100%，故本研究選用的用于碳足跡計算的能源指標(biāo)包括原煤、石油、天然氣和水電。因為水電屬于清潔能源，不放出CO2，本研究計算的水電碳排放量僅僅指在水電生產(chǎn)過程中消耗的其他能源碳排放量。

1.3 LMDI法（對數(shù)平均權(quán)重分解法）

因素分解法被廣泛應(yīng)用于研究CO2排放影響因素分析當(dāng)中。目前通行的分解方法主要有兩種，一是指數(shù)分解方法，該方法特別適合分解含有較少因素的、包含時間序列數(shù)據(jù)的模型；二是結(jié)構(gòu)分析法，該方法需要投入產(chǎn)出表數(shù)據(jù)作為支撐。Ang等人提出了對數(shù)平均權(quán)重分解法（Logarithmic mean weight division index method，LMDI），采用對數(shù)平均公式，替換了以前的簡單算術(shù)平均權(quán)重計算方法。此方法具有全分解、無殘差、易使用，以及乘法分解與加法分解的一致性、結(jié)果的惟一性、易理解等特點，得到廣泛應(yīng)用[9]。

LMDI分解法基于下面一個函數(shù)：

2 河北省能源碳足跡狀況

河北省能源碳足跡研究時段從1980-2010年，期間煤炭、石油、天然氣、水電4種能源的消耗數(shù)量、全省GDP、人口數(shù)量等統(tǒng)計資料均來自于《河北省經(jīng)濟(jì)年鑒》。河北省1980年以來能源消費情況如圖1所示。

從圖1可以看出，河北省能源消費從1980年以來始終呈增長態(tài)勢，明顯分為兩個階段。以2000年為界，之前能源消費增長相對緩慢，年平均增長率為5.7%；2000年后呈明顯增長趨勢，年平均增長率達(dá)到9.4%，且增長勢頭很猛，只在2008年由于受到全球金融危機(jī)的影響，河北省經(jīng)濟(jì)發(fā)展也受到一定影響，能源消費增加有所減緩，但是2008年以后又迅速增加。圖1還反映出河北省能源消費的另一個顯著特點就是煤炭消費量始終占到能源消費量的90%以上，并呈現(xiàn)持續(xù)增大現(xiàn)象，2009年煤炭消費量占到92.51%，為研究期間比重最大值。水電比重很小，一直在0.1%左右徘徊。石油和天然氣的消費量合計在8%左右。對煤炭的嚴(yán)重依賴是河北省碳排放量始終高居全國碳排放大省前列的主要原因之一。

利用式（1）計算方法可以計算出河北省1980-2010年能源碳足跡狀況。從圖2很直觀地看出，河北省能源碳足跡有兩個特點：一是增長迅速，且2000年后增長速度明顯高于之前，30年平均年增長率約為7.53%；二是絕對值很大，2010年已經(jīng)超過10億t，達(dá)到10.09億t，占到同期全國CO2排放量的7.38%。對比圖1發(fā)現(xiàn)河北省能源碳足跡與能源消費走勢基本一致，也是呈現(xiàn)明顯的兩個階段：2000年以前緩慢增長階段和2000年后迅速增長階段。這充分說明河北省能源碳足跡與能源消費關(guān)聯(lián)度非常高。河北省能源碳足跡之所以絕對值很大，一是由于河北省“富煤、貧油、少氣”[10]的能源稟賦現(xiàn)狀以及風(fēng)能、太陽能、生物能比重很低，致使近30年來能源消費結(jié)構(gòu)幾乎沒有什么變化，形成了“一煤獨大”的能源生產(chǎn)和消費結(jié)構(gòu)。二是由于河北的重化工業(yè)比重較大，服務(wù)業(yè)占比重相對小，支柱產(chǎn)業(yè)又是以鋼鐵、化工等產(chǎn)業(yè)為主，耗能很高。

3 河北省能源碳足跡影響因素分析

Kaya恒等式[11]是由日本學(xué)者Yoichi Kaya提出，揭示了CO2的排放與經(jīng)濟(jì)、政策、人口之間的聯(lián)系，可以把能源碳足跡的各個影響因素完整地分解出來[12]。

Kaya恒等式可以表示為：

式中，C為能源碳足跡；Ci為能源的碳足跡；Ei為能源總消費量；E為所有能源總消費量；Y和 P分別為研究區(qū)域的GDP和人口數(shù)量。

5個效應(yīng)之和就是總效應(yīng)。由于默認(rèn)所有能源的碳氧化率均為100%，造成能源強(qiáng)度效應(yīng)始終等于零。所以只考慮其余4個因素及總效應(yīng)。計算結(jié)果見圖3。從圖3可以看出，1980年以來，經(jīng)濟(jì)效應(yīng)均為正值，表示其對河北省能源碳足跡的增長起到推動作用。隨著經(jīng)濟(jì)迅速增長，能源消費量也迅速增長，致使經(jīng)濟(jì)效應(yīng)數(shù)值巨大，占到總效應(yīng)增加量的90%以上，表明經(jīng)濟(jì)因素已經(jīng)成為河北省能源碳足跡最主要的推動力；人口效應(yīng)也是正值，表示其也是能源碳足跡增長的推動力，只是人口效應(yīng)的作用力度遠(yuǎn)小于經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，并且占總效應(yīng)的比重一直在降低，目前比重在7%；能源結(jié)構(gòu)效應(yīng)均為正值，表示能源結(jié)構(gòu)因素是河北省能源碳足跡增大的推動力。但由于30年來河北省煤炭消費比重一直穩(wěn)定保持在90%以上，故能源結(jié)構(gòu)效應(yīng)數(shù)值很小，30年平均占到總效應(yīng)的0.9%，說明其對河北省能源碳足跡的貢獻(xiàn)值不大。能源效率效應(yīng)貢獻(xiàn)值為負(fù)值，表示其對河北省碳減排起到積極作用，并且能源效率效應(yīng)數(shù)值很大，2010年能源效率效應(yīng)達(dá)到-96 624億t，對全省碳減排起到非常大作用，如果沒有能源效率效應(yīng)的減排效果，河北省碳排放將達(dá)到目前水平的2倍。說明能源效率因素對能源碳足跡的影響非常大。

3.1 能源結(jié)構(gòu)因素

為了更好地研究能源結(jié)構(gòu)因素，利用能源結(jié)構(gòu)效應(yīng)年貢獻(xiàn)值（圖4）做出能源結(jié)構(gòu)效應(yīng)貢獻(xiàn)值年增加值（圖5）。從圖4可以看出，能源結(jié)構(gòu)效應(yīng)總體上是呈增長態(tài)勢，2000年以后迅速增加。從圖5可以看出，能源結(jié)構(gòu)效應(yīng)貢獻(xiàn)值年增加值在2000年以前多數(shù)年份是正增長，有個別年份是負(fù)增長，如1982、1984、1990、1994、1997、1998年均呈負(fù)增長。并且2000年以前無論是正增長還是負(fù)增長，數(shù)值都很小，均在10萬t以下；2000年后正、負(fù)增長幅度迅速增長，許多年份大于50萬t，其中2003年增長幅度達(dá)到105.14萬t，而2004年卻減少68.4萬t。究其原因，主要是受到能源消費中煤炭所占的比重大小的影響。只要是呈現(xiàn)負(fù)增長的年份，一定是煤炭消費所占比重相對呈下降趨勢的年份，并且煤炭消費比重越小，能源結(jié)構(gòu)效應(yīng)呈負(fù)增長的程度就越大。如2003年煤炭消費比例達(dá)到92.78%，是研究時段內(nèi)煤炭消費比例最大的年份，2004年煤炭消費比例降到91.14%，2004年比2003年煤炭消費比例下降了1.64個百分點，碳排放減少了48.74萬t。由此可見，降低能源消費對煤炭的依賴，有助于河北省減少CO2的排放。

3.2 能源效率因素

能源效率效應(yīng)是河北省減排先鋒。在研究期間1980-1983年呈小幅正增長，1983年以后均為負(fù)增長（圖6），并且有兩次比較明顯的減排波動，分別在1998年和2010年達(dá)到峰值。由圖6可以看出，河北省目前正處于能源效應(yīng)的減排峰值區(qū)，減排量巨大。這和河北省多年來重視節(jié)能減排工作密切相關(guān)。河北省在“十一五”規(guī)劃綱要中明確提出GDP能耗降低20%左右的約束性節(jié)能指標(biāo)。通過大力淘汰落后產(chǎn)能、積極推廣先進(jìn)節(jié)能技術(shù)與工藝等措施，全省節(jié)能降耗工作成績顯著，萬元GDP能耗迅速降低，由1981年的16.3 t標(biāo)煤/萬元降低到2010年的1.35 t標(biāo)煤/萬元。能源效率的迅速提升使得CO2排放量也大幅減少。因此，提高能源效率是河北省減少CO2排放量的最有效手段。從圖7可以看出，能源效率效應(yīng)貢獻(xiàn)值年增加值盡管除了1981年外均呈現(xiàn)負(fù)增長，并呈明顯的波動性，1988年、1995年和2010年均為波峰，而1990年、1999年相應(yīng)為波谷。特別是2003年以后，減排量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于之前年份。但是期間也有波動，如2005、2006年減排年增加量均小于2004年。2007年后也出現(xiàn)相似的現(xiàn)象，2008、2009年減排年增加量均小于2007年，在2009年出現(xiàn)2003年以后減排年增加量最小值，2010年又大幅回升。因此，河北省發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)，減少能源碳排放，必須提高能源利用效率。

3.3 經(jīng)濟(jì)因素

在研究期間，經(jīng)濟(jì)效應(yīng)一直為正值，并且年貢獻(xiàn)值很大（圖8），這清楚地表明經(jīng)濟(jì)規(guī)模擴(kuò)大是河北省CO2排放量增加的主要動因。

30年來，河北省GDP由1980年的219.4億元增加到2010年的20 119.12億元，增長了近100倍；相應(yīng)的能源消耗總量也由3 120.5萬t 標(biāo)煤增加到27 531.11萬t 標(biāo)煤，增長了8倍多。盡管由于能源利用效率的顯著提高，能源消費增長率遠(yuǎn)低于經(jīng)濟(jì)發(fā)展增長速度，但是經(jīng)濟(jì)規(guī)模擴(kuò)大帶來的碳排放顯著增加還是很明顯。

從圖9可以看出，經(jīng)濟(jì)效應(yīng)貢獻(xiàn)值年增加值表現(xiàn)出明顯的波動性。從1980-2010年有3個顯著波峰期，分別是1988年、1993-1995年、2005年，相應(yīng)的1990年、1998年、2009年則為波谷期。并且每一次波峰明顯高于前一次，如2005年經(jīng)濟(jì)效應(yīng)貢獻(xiàn)值年增加值是上一次波峰期1993-1995年的2.2倍。并且經(jīng)濟(jì)效應(yīng)貢獻(xiàn)值年增加值的周期波動和人均GDP年增長率的波動特點一致，凡是人均GDP增長率高的周期，經(jīng)濟(jì)效應(yīng)貢獻(xiàn)值年增加值也呈現(xiàn)相應(yīng)的峰值期。而在研究時段的最后一年，也就是2010年人均GDP和經(jīng)濟(jì)效應(yīng)貢獻(xiàn)值年增加值都呈現(xiàn)增長態(tài)勢，這預(yù)示著下一次峰值的出現(xiàn)?？梢灶A(yù)測在“十二五”期間，河北省將面臨由于經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展而帶來的能源消費大幅增長，這將導(dǎo)致CO2排放量也會增長。

因此，河北省在“十二五”期間乃至以后經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時，必須堅持實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，提高資源綜合利用水平，大力推廣節(jié)水、節(jié)油、節(jié)煤、節(jié)電、清潔生產(chǎn)的工藝和技術(shù)，重視增長方式的轉(zhuǎn)變，建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會。

3.4 人口效應(yīng)

研究時段內(nèi)河北省人口由5 168萬增加到7 194萬，年均增長1.1%。相應(yīng)的人口效應(yīng)年貢獻(xiàn)值也由1981年的208.05萬t增加到2010年的13 552.37萬t，年均增長14.94%，明顯大于人口增長率。人口效應(yīng)是僅次于經(jīng)濟(jì)效應(yīng)的河北省能源碳足跡第二大推動力，并且數(shù)量巨大，一直呈現(xiàn)增加趨勢（圖10）。由于人口的大量增長，需求量增加導(dǎo)致能源消費增加，同時人口增加也會使自然環(huán)境的破壞加劇，這都會導(dǎo)致CO2排放量也相應(yīng)增加。河北省人口基數(shù)很大，這預(yù)示著在今后很長一個時期內(nèi)由于人口效應(yīng)而導(dǎo)致的能源碳足跡增加還將持續(xù)。圖11很明顯地表明人口效應(yīng)貢獻(xiàn)值年增加值逐漸變大，盡管2008年前后有所下降，但是2010年呈加速上升趨勢。因此，控制人口規(guī)模對于控制河北省CO2排放量具有很重要的積極意義。

4 結(jié)論

河北省30年來能源碳足跡整體呈增長勢頭，且有加速趨勢，年CO2排放量巨大。今后一段時期內(nèi)，河北省能源碳足跡仍將繼續(xù)增長。研究表明，經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口數(shù)量龐大是造成河北省碳排放量快速增長的主要推動力。能源效率的大幅提高是河北省減排的核心推動力。

因此，河北省發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)就必須改變以煤炭為主的能源消費結(jié)構(gòu)，積極發(fā)展新興能源；大力調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，及早淘汰六大高耗能產(chǎn)業(yè)中的落后產(chǎn)能；積極控制人口規(guī)模；提高資源綜合利用水平，重視增長方式的轉(zhuǎn)變，堅持走資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會之路。

參考文獻(xiàn)：

[1] 溫家寶總理在哥本哈根氣候變化峰會上的講話[N].人民日報，2009-12-19（1）.

[2] 張憲堯.從溫室效應(yīng)到循環(huán)經(jīng)濟(jì)——淺談溫室效應(yīng)對環(huán)境的影響及CO2的回收利用[EB/OL]. http：//www.chem.pku.edu.cn/bianj/web/paper/07/31.pdf.

[3] 中國氣象局氣候變化中心.中國溫室氣體公報[EB/OL]. http：//www.cma.gov.cn/2011xwzx/2011xqxxw/2011xqxyw/201301/t20130114_202683.html.

[4] 韓亞芬，孫根年，李琦.安徽省工業(yè)綠色距離和生態(tài)產(chǎn)業(yè)分類研究[J].華東經(jīng)濟(jì)管理，2010，24（6）：164-168.

[5] IPCC（Intergovernmental panel on climate change）. Climate Change 2007： Mitigation of Climate Change[M]. United Kingdom： Cambridge University Press， 2007.

[6] 付金沐，李琦，儲國定，等.安徽省能源消費碳排放足跡的動態(tài)變化及因素分解[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2011，34（11）：1726-1730.

[7] 宋德勇，盧忠寶.我國碳排放影響因素分解及周期性波動[J].中國人口資源與環(huán)境，2009，19（3）：18-24.

[8] 中國人民大學(xué)氣候變化與低碳經(jīng)濟(jì)研究所.中國低碳基金年度報告（2012）[M].北京：石油工業(yè)出版社， 2012.

[9] 彭俊銘，吳仁海.基于LMDI的珠三角能源碳足跡因素分解[J].中國人口資源與環(huán)境，2012（2）：69-74.

[10] 陰明洲，盧亮.河北發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)面臨的問題與對策[J].合作經(jīng)濟(jì)與科技，2011（1）：58-60.

[11] KAYA Y. Impact of carbon dioxide emission control on GNP gorwth： Interpretation of proposed scenarios[A]. Presented at the IPCC Energy and Industry Subgroup[C]. Paris： Response Strategies Working Group，1990.

[12] 張坤明.低碳世界中的中國：地位、挑戰(zhàn)與戰(zhàn)略[J].中國人口資源與環(huán)境，2008，18（3）：1-7.