基于LMDI分解方法的北京地區(qū)碳排放驅(qū)動(dòng)因素分析

吳振信，石 佳，王書平

(北方工業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，北京 100144)

1 引言

2013年初，由于大量排放的污染物無法消散，肆虐的霧霾天氣給中國的環(huán)境問題敲響了警鐘，北京的情況尤為嚴(yán)重。北京要想走低碳經(jīng)濟(jì)、綠色經(jīng)濟(jì)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)之路，成為世界城市，就要在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)找出哪些因素影響著能源消費(fèi)產(chǎn)生的碳排放?這些因素分別對碳排放起著正向還是負(fù)向驅(qū)動(dòng)效應(yīng)?這些問題的回答將有助于衡量影響北京地區(qū)能源碳排放的關(guān)鍵指標(biāo)，從而有的放矢地提出減排政策。

Ang等［1］1998年第一次應(yīng)用LMDI研究了中國工業(yè)部門的碳排放問題，認(rèn)為工業(yè)產(chǎn)出對二氧化碳排放有較強(qiáng)的促進(jìn)作用，而工業(yè)部門能源強(qiáng)度的不斷下降是抑止二氧化碳排放的重要因素。徐國泉等［2］利用LMDI建立了中國碳排放的影響因素分解模型，定量分析了能源結(jié)構(gòu)、能源效率和經(jīng)濟(jì)發(fā)展三個(gè)因素對碳排放的影響。也有文獻(xiàn)利用基本LMDI分解法研究了北京市碳排放的驅(qū)動(dòng)因素，但這些研究僅停留在將北京市的碳排放分為生產(chǎn)效應(yīng)、結(jié)構(gòu)效應(yīng)和強(qiáng)度效應(yīng)三方面［3-6］，研究結(jié)論較為普遍。此外，有些文獻(xiàn)還針對某一個(gè)能源消費(fèi)終端或者某一產(chǎn)業(yè)、行業(yè)的能源消費(fèi)進(jìn)行了分解研究，如，William Chung等［7］針對住宅能源消費(fèi)進(jìn)行了分解;盧愿清等［8］專門研究了中國第三產(chǎn)業(yè)的能源碳排放的影響因素;許士春等［9］在對中國的碳排放影響因素分析的同時(shí)，加入了對不同行業(yè)的碳排放的研究，循序漸進(jìn)地研究了能源消耗碳排放的影響因素，從整體到行業(yè)再到重點(diǎn)行業(yè)，邏輯性較強(qiáng)。

考慮到中國的國情以及數(shù)據(jù)的可得性，LMDI方法在應(yīng)用中得到了不斷改進(jìn)，Wu［10］等擴(kuò)展了Ang［11］的方法，針對中國28個(gè)省市、6種能源、6個(gè)部門提出了“LMDI三層完全分解法”的概念，對各省的碳排放驅(qū)動(dòng)因素更加全面地進(jìn)行了分解?；诖朔椒ǎ瑸榱烁油怀鍪〖墔^(qū)域差異，仲云云、仲偉周［12］研究了影響中國各個(gè)省際碳排放增長的9類驅(qū)動(dòng)因素，分析較為深入和全面，但“三層完全分解模型”更適用于國家層面的研究。王鋒等［13］將“三層”壓縮為“兩層”，對1995—2007年的能源消費(fèi)中的二氧化碳排放分解為11種驅(qū)動(dòng)因素，把中國二氧化碳的排放量分解為6個(gè)部門消費(fèi)的8種燃料產(chǎn)生二氧化碳的加總，研究結(jié)論是:中國人均GDP增長是二氧化碳排放增加的主要驅(qū)動(dòng)因素，而二氧化碳量下降的主要驅(qū)動(dòng)因素是工業(yè)部門能源利用效率的提高。唐建榮、張白羽等［14］特別關(guān)注了居民生活部門對能源消耗的作用，同樣利用LMDI兩層分解法對中國碳排放的驅(qū)動(dòng)因素進(jìn)行了研究，研究表明:經(jīng)濟(jì)規(guī)模、能源強(qiáng)度是影響碳排放的最主要兩個(gè)因素，而人口因素和城鄉(xiāng)結(jié)構(gòu)等的碳排放驅(qū)動(dòng)力也不容忽視。

縱觀國內(nèi)外的相關(guān)文獻(xiàn)可以發(fā)現(xiàn)，目前研究存在以下不足:

(1)以國家層面研究居多，而研究某個(gè)地區(qū)的文獻(xiàn)普遍缺少針對性。由此可見，針對性地研究某一特定地區(qū)碳排放驅(qū)動(dòng)因素將是未來研究趨勢。

(2)不同文獻(xiàn)對列入的能源種類表述不統(tǒng)一，多數(shù)文獻(xiàn)只粗略地將能源分為煤、石油、天然氣三種，而忽略了其他能源，分析結(jié)論不免存在偏頗。

為此，本文借鑒王峰等［13］的觀點(diǎn)，利用更適用于某一地區(qū)、并能夠更加全面深度分析的LMDI二層完全分解法對北京地區(qū)的碳排放驅(qū)動(dòng)因素進(jìn)行研究。同時(shí)，加入生活能源消費(fèi)部門以及交通運(yùn)輸業(yè)效應(yīng)，將能源種類的數(shù)量增加為8種，即原煤、焦炭、原油、汽油、煤油、柴油、燃料油和天然氣，以提高研究結(jié)果的準(zhǔn)確度。

2 研究方法與模型

基于5個(gè)產(chǎn)業(yè)部門和8種能源的數(shù)據(jù)使用LMDI方法，即王峰［13］等使用的“兩層完全分解法”對北京地區(qū)的碳排放進(jìn)行因素分解，得到式 (1):

進(jìn)一步有:

模型 (1)、(2)中，i=1，2，3，4，5分別表示第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)、居民生活部門和交通運(yùn)輸業(yè);j=1，2，3，4，5，6，7，8分別代表各行業(yè) (部門)消費(fèi)的8種能源:原煤、焦炭、原油、汽油、煤油、柴油、燃料油和天然氣，各個(gè)變量含義見表1。

表1 模型中各變量的符號及其含義

表1中每個(gè)行業(yè)產(chǎn)出、總產(chǎn)出、人口總量、機(jī)動(dòng)車數(shù)量、運(yùn)輸線路總長度均來自1995—2010年《北京統(tǒng)計(jì)年鑒》。居民總收入是由當(dāng)年人均純收入與總?cè)丝诔朔e計(jì)算得來。為剔除價(jià)格因素影響，總產(chǎn)出和居民總收入以1978年為基期的不變價(jià)格進(jìn)行了調(diào)整。

根據(jù)北京的產(chǎn)業(yè)分布及能源終端消費(fèi)情況，本文將經(jīng)濟(jì)部門劃分為第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)、居民生活部門和交通運(yùn)輸業(yè)，其中第三產(chǎn)業(yè)是剔除了第三產(chǎn)業(yè)中的“交通運(yùn)輸、倉儲(chǔ)及郵電通信業(yè)”后剩余的部分。之所以將“交通運(yùn)輸、倉儲(chǔ)及郵電通信業(yè)”單列出來的原因有兩個(gè):一是IPCC(2006)建議在計(jì)算二氧化碳排放時(shí)，能夠分為固定碳源和移動(dòng)碳源。二是如果不單列出來，將無法對交通這個(gè)重要因素進(jìn)行更細(xì)致的分解，不利于對碳排放影響因素的針對性研究。由于機(jī)動(dòng)車具有動(dòng)力裝置并消耗能源，因此本文中所提到的交通工具一般是指機(jī)動(dòng)車。2010年北京地區(qū)的生活能源消費(fèi)已經(jīng)占了當(dāng)年全部能源消費(fèi)的近20%，因此，研究中列入生活部門也是十分必要的。

由模型 (2)運(yùn)用LMDI分解方法，若設(shè)基期碳排放總量為C0，T期碳排放總量為CT，用Ctot表示總的碳排放的變化。

因此我們得到最終的化簡公式:

3 數(shù)據(jù)選取與實(shí)證分析

3.1 數(shù)據(jù)來源

本文碳排放的估算方法采用的是徐國泉、劉則淵等［2］提出的估算公式，樣本區(qū)為1995—2010年，數(shù)據(jù)來自歷年《中國能源統(tǒng)計(jì)年鑒》和《北京統(tǒng)計(jì)年鑒》。在終端能源消費(fèi)中，電力不直接產(chǎn)生二氧化碳，因此沒有將電力歸入能源消費(fèi)的種類中。各類能源的碳排放系數(shù)見表2。

表2 各類能源的碳排放系數(shù) (單位:噸碳/萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤)

3.2 實(shí)證分析

對數(shù)據(jù)中的“0”值情況，本文借鑒Ang等［1］的方法進(jìn)行了處理。通過相關(guān)模型得到各分解因素的變化情況。

表3 1995—2010年北京地區(qū)碳排放LMDI分解結(jié)果 (萬噸)

如表3所示，總體上看，總?cè)丝?、人均產(chǎn)出、人均收入、交通能源強(qiáng)度、機(jī)動(dòng)車規(guī)模這五個(gè)效應(yīng)對北京地區(qū)碳排放量的增長具有顯著的正向驅(qū)動(dòng)效應(yīng)，而能源結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)能源強(qiáng)度、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、生活能源強(qiáng)度、機(jī)動(dòng)車平均運(yùn)輸線路長度這五個(gè)效應(yīng)對碳排放有負(fù)向的驅(qū)動(dòng)作用。從最后一行各分解因素對碳排放的貢獻(xiàn)率可看出，人均產(chǎn)出效應(yīng)對碳排放量的增加貢獻(xiàn)最大，達(dá)到了123．84%，而對碳排放負(fù)向驅(qū)動(dòng)作用最大的是生產(chǎn)能源強(qiáng)度效應(yīng)，貢獻(xiàn)率為-107．90%。

(1)結(jié)構(gòu)效應(yīng)。本文中結(jié)構(gòu)效應(yīng)分為能源結(jié)構(gòu)效應(yīng)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)效應(yīng)，分別指能源結(jié)構(gòu)的變動(dòng)和經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的變動(dòng)對碳排放量的影響。具體分析如下:

1995—2010年每年北京地區(qū)的能源結(jié)構(gòu)效應(yīng)的值大多數(shù)都是負(fù)值，而最后該因素的總變化為-327．84萬噸。由表2知，碳排放系數(shù)最大的是煤炭類能源，最小的是天然氣。北京市政府始終下大力氣整治冬季供暖燃煤排放問題，原煤消費(fèi)比例由 1995年的 54．40%下降到 2010年的27．05%，而天然氣的消費(fèi)比重由 1995年的0．44%增加到2010年的14．30%，表3說明，這種“低碳化”能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整對碳排放起到了顯著的減緩作用。

北京地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)效應(yīng)基本上為負(fù)值，但負(fù)向驅(qū)動(dòng)力沒有能源結(jié)構(gòu)效應(yīng)大。從表4不難發(fā)現(xiàn)，第二產(chǎn)業(yè)對于北京地區(qū)碳減排的貢獻(xiàn)最大，反而是第三產(chǎn)業(yè)每年對碳排放具有正向的驅(qū)動(dòng)作用。在這15年中，第二產(chǎn)業(yè)占產(chǎn)出比重變化的平均值為-0．038，對碳減排的平均貢獻(xiàn)為-7．672萬噸，而第三產(chǎn)業(yè)占產(chǎn)出比重變化的平均值為0．027，對碳減排的平均貢獻(xiàn)為3．708萬噸。這也正符合了第二產(chǎn)業(yè)高耗能、高碳排放的特點(diǎn)，以及第三產(chǎn)業(yè)所具有的高附加值、低能耗的產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)。因此，第二產(chǎn)業(yè)占總產(chǎn)出比有較少的降低就會(huì)對促進(jìn)碳減排有較大的貢獻(xiàn)。北京地區(qū)的第三產(chǎn)業(yè)雖然每年都在增加，但對碳排放的促進(jìn)作用還是有限的?？傊?，北京地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的最終結(jié)果是由第二產(chǎn)業(yè)所占比例不斷減小和第三產(chǎn)業(yè)所占比例不斷增大的產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)共同決定的，未來北京地區(qū)還將不斷擴(kuò)大第三產(chǎn)業(yè)的比例，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)效應(yīng)將對促進(jìn)碳減排作出更大的貢獻(xiàn)。

表4 1995—2010年各產(chǎn)業(yè)對碳減排的貢獻(xiàn)(萬噸)

(2)經(jīng)濟(jì)規(guī)模效應(yīng)。人均產(chǎn)出、人均收入的增加是衡量一個(gè)國家 (地區(qū))經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的重要因素。當(dāng)一個(gè)地區(qū)的人均收入增加時(shí)，勢必將拉動(dòng)汽車、家電等消費(fèi)品的需求，這也將會(huì)導(dǎo)致能源消費(fèi)及碳排放的增加。從表3的分解結(jié)果來看，人均產(chǎn)出效應(yīng)是能源碳排放增長的最大驅(qū)動(dòng)因素，15年來的累加值為1319．47萬噸，人均收入的累加值為341．98萬噸。二者之和，即經(jīng)濟(jì)規(guī)模效應(yīng)無疑大于任何一個(gè)驅(qū)動(dòng)因素的影響。通過經(jīng)濟(jì)規(guī)模效應(yīng)的研究，發(fā)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與能源碳排放之間是有密切聯(lián)系的，在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)，如何控制能源消耗及碳排放，實(shí)現(xiàn)發(fā)展和減排的雙贏是我們一直以來追求的目標(biāo)。

(3)能源強(qiáng)度效應(yīng)。能源強(qiáng)度是能源利用與經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出之比，是通過單位GDP的能源消費(fèi)量來表現(xiàn)能源系統(tǒng)的投入產(chǎn)出特征，體現(xiàn)了能源利用的經(jīng)濟(jì)效益。一般來說，能源強(qiáng)度的不斷降低與技術(shù)進(jìn)步、能源結(jié)構(gòu)改善等有密切的聯(lián)系。如圖1所示，四個(gè)經(jīng)濟(jì)部門的能源強(qiáng)度都是呈現(xiàn)下降趨勢的。第二產(chǎn)業(yè)的能源強(qiáng)度下降最為明顯，下降了75．7%，其他部門的能源強(qiáng)度變化微小。整體上看，無論是生產(chǎn)能源強(qiáng)度還是生活能源強(qiáng)度，北京地區(qū)能源強(qiáng)度效應(yīng)對碳排放的貢獻(xiàn)均為負(fù)值，并且是所有因素中最大的，達(dá)到了-1336萬噸，而對能源強(qiáng)度的負(fù)效應(yīng)貢獻(xiàn)最大的產(chǎn)業(yè)是第二產(chǎn)業(yè)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，雖然第二產(chǎn)業(yè)比例已經(jīng)較小，但能源強(qiáng)度效應(yīng)受第二產(chǎn)業(yè)的影響最大，即第二產(chǎn)業(yè)能源強(qiáng)度的變化直接影響著能源強(qiáng)度的變化。

生活能源強(qiáng)度的變化一直比較平穩(wěn)，且對整體的負(fù)向驅(qū)動(dòng)作用并不明顯，這主要是因?yàn)橄M(fèi)和生活方式的轉(zhuǎn)變并不是一蹴而就的。所以，短期內(nèi)應(yīng)致力于生產(chǎn)部門、尤其是第二產(chǎn)業(yè)的能源強(qiáng)度的改善。

(4)人口規(guī)模效應(yīng)。近年來北京地區(qū)面臨的最大問題是伴隨的城市化率的提高人口規(guī)?？焖僭黾印３鞘谢A(chǔ)設(shè)施、房屋建設(shè)中消耗的鋼筋水泥等都需要消耗大量能源，并且在城市化的過程中人們的消費(fèi)規(guī)模和消費(fèi)習(xí)慣也發(fā)生著巨大的改變，這些因素都會(huì)導(dǎo)致能源的消耗及碳排放的增加。通過模型分解，發(fā)現(xiàn)人口規(guī)模效應(yīng)是僅次于經(jīng)濟(jì)發(fā)展效應(yīng)，對北京地區(qū)碳排放正向驅(qū)動(dòng)最大的一個(gè)因素。如表3所示，從1995—2010年人口規(guī)模效應(yīng)對碳排放的增加累計(jì)達(dá)到676．13萬噸。

(5)交通運(yùn)輸效應(yīng)。交通能源強(qiáng)度是指運(yùn)輸線路單位長度耗能的變動(dòng)，如表3所示，交通能源強(qiáng)度出現(xiàn)正向驅(qū)動(dòng)的原因是交通運(yùn)輸業(yè)的能源消耗量的增長速度大于當(dāng)年線路總長的增長速度。2006年北京地區(qū)運(yùn)輸線路總公里數(shù)較2005年增長了39．5%，其年交通運(yùn)輸部門能耗增加僅為27．4%，因此出現(xiàn)了運(yùn)輸線路單位長度能耗下降的結(jié)果。

圖1 1995—2010年北京地區(qū)各產(chǎn)業(yè)能源強(qiáng)度

對于交通工具平均運(yùn)輸線路長度因素，從1995—2010年除了2006年以外均是負(fù)值，最終的累計(jì)值為-292．49萬噸。這15年北京地區(qū)的運(yùn)輸線路總公里數(shù)以年均4．31%的速度增長，而交通工具的數(shù)量是以年均12．6%的速度增長。交通運(yùn)輸線路的建設(shè)速度趕不上交通工具增長的速度，最終造成了北京地區(qū)運(yùn)輸效率的降低，即交通擁堵。一部分本該上路行駛的機(jī)動(dòng)車因運(yùn)輸?shù)缆窊頂D而沒有上路，反而起到了減緩碳排放的作用。北京地區(qū)的尾號限行措施實(shí)際上都是因?yàn)檫\(yùn)輸線路緊張而實(shí)施的相應(yīng)對策。

北京地區(qū)機(jī)動(dòng)車數(shù)量從1995年的82．5萬輛增長到2010年的480．9萬輛，增幅達(dá)到482．9%。如此高速增長的機(jī)動(dòng)車數(shù)量伴隨而來的是對能源更大的需求。因此，交通工具數(shù)量給能源碳排放帶來的都是正向驅(qū)動(dòng)作用，對碳排放增加的累計(jì)效應(yīng)達(dá)到了443．42萬噸。

4 結(jié)論與建議

本文運(yùn)用LMDI二層完全分解法對北京地區(qū)1995—2010年的能源碳排放進(jìn)行了因素分解，得出如下的結(jié)論和建議:

(1)能源強(qiáng)度效應(yīng)是能源碳排放最大的負(fù)向驅(qū)動(dòng)因素，其中生產(chǎn)能源強(qiáng)度對碳排放的負(fù)效應(yīng)尤為顯著。

研究表明，能源強(qiáng)度效應(yīng)對減少二氧化碳的作用最大，這與馬曉微等［5］和張興平［6］等的研究結(jié)果一致。提高能源效率是繼續(xù)推進(jìn)節(jié)能減排的重要手段。能源效率的提高有賴于經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和能源結(jié)構(gòu)的共同作用，而單就能源效率來說，節(jié)能技術(shù)是重點(diǎn)。雖然目前北京地區(qū)第二產(chǎn)業(yè)所占比例不大，但能耗遠(yuǎn)比其他產(chǎn)業(yè)高，因此，關(guān)注第二產(chǎn)業(yè)的能源效率是減排的重點(diǎn)。與其他學(xué)者研究不同的是，本文將生活能源強(qiáng)度納入研究中，由分析結(jié)論可知，生活能源消費(fèi)是不可忽視的部分，然而生活能源強(qiáng)度的改變需要長時(shí)間的節(jié)能意識教育養(yǎng)成，因此，應(yīng)將低碳理念融入城市建設(shè)和生活中，開展低碳宣傳，提高節(jié)能減排意識。

(2)能源結(jié)構(gòu)效應(yīng)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)效應(yīng)對減排貢獻(xiàn)很大。

北京一直致力于能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，碳排放強(qiáng)度最高的煤炭類能源占能源總消費(fèi)的比例已經(jīng)降至30%左右。為了進(jìn)一步優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，應(yīng)加快實(shí)施燃煤設(shè)施資源整合和清潔能源改造，推進(jìn)燃?xì)夤芫W(wǎng)體系覆蓋城鄉(xiāng)，給天然氣的消費(fèi)創(chuàng)造條件。與此同時(shí)，根據(jù)北京市“十二五”能源發(fā)展建設(shè)規(guī)劃的內(nèi)容，要重點(diǎn)推進(jìn)太陽能、地溫能、生物質(zhì)能和風(fēng)電等低碳能源的開發(fā)利用，努力實(shí)現(xiàn)垃圾發(fā)電零的突破，發(fā)揮首都資源比較優(yōu)勢，把北京建設(shè)成全國新能源和可再生能源的高水平示范應(yīng)用城市。

產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)方面，要繼續(xù)加快傳統(tǒng)工業(yè)轉(zhuǎn)型升級，加快利用新能源和節(jié)能環(huán)保新技術(shù)改造提升傳統(tǒng)工業(yè)企業(yè)。在不斷降低第二產(chǎn)業(yè)占總產(chǎn)出比例的同時(shí)，更要注意第三產(chǎn)業(yè)的能源消耗，第三產(chǎn)業(yè)中零售業(yè)、住宿和餐飲業(yè)的能耗也是很大的，因此，不應(yīng)只是關(guān)注于三次產(chǎn)業(yè)的比例關(guān)系，更要深入優(yōu)化三次產(chǎn)業(yè)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

(3)經(jīng)濟(jì)規(guī)模與人口規(guī)模效應(yīng)是影響北京地區(qū)碳排放增長的主要拉動(dòng)因素。

經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人口增長是能源消費(fèi)增長的主要原因，無論是國家層面還是地區(qū)層面，這個(gè)結(jié)論都是一致的，究其原因都是經(jīng)濟(jì)發(fā)展與能源消費(fèi)之間的平衡問題。北京要根據(jù)自身特點(diǎn)制定政策，提高企業(yè)入門標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)高端、高效、高附加值、低污染的產(chǎn)業(yè)發(fā)展，以加快經(jīng)濟(jì)增長方式的改變。

(4)交通運(yùn)輸業(yè)對北京地區(qū)的能源碳排放影響不能忽視。

應(yīng)該繼續(xù)加快發(fā)展軌道交通，優(yōu)先加密建設(shè)中心城區(qū)線網(wǎng)，以期解決北京的交通問題的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)減少碳排放的目的。

［1］Ang B W，Zhang F Q，Choi K-Hong．Factorizing changes in energy and environmental indicators through decomposition［J］．Energy，1998，23(6):489-495．

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