基于LMDI方法的陜西省能源消費(fèi)碳足跡因素分解研究

宋 敏，郭清卉

（西安財(cái)經(jīng)學(xué)院 陜西資源環(huán)境與區(qū)域經(jīng)濟(jì)研究中心，陜西 西安710100）

一、引 言

大量溫室氣體排放引發(fā)的氣候變暖問題已引起全球的關(guān)注，中國作為最大的碳排放國，能源消費(fèi)與二氧化碳的排放成為關(guān)注的焦點(diǎn)。氣候變化是當(dāng)前人類社會面臨最為嚴(yán)峻的全球環(huán)境問題之一。雖然關(guān)于氣候變化成因和影響的學(xué)術(shù)爭論一直存在，但不可否認(rèn)，大氣中溫室氣體濃度的增加是導(dǎo)致這一變化的重要因素。節(jié)能減排，發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，是人類與地球和諧共存的必然要求。作為一個負(fù)責(zé)任的大國，中國鄭重地向世界承諾，到2020年單位GDP碳排放強(qiáng)度將在2005年的基礎(chǔ)上減少40%～45%，并已作為約束性指標(biāo)納入到了國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展中長期規(guī)劃之中［1］3－4。隨著中國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，能源消費(fèi)持續(xù)增長，由傳統(tǒng)能源消費(fèi)帶來CO2排放過多引起的溫室效應(yīng)已經(jīng)成為關(guān)注的焦點(diǎn)問題。陜西省居于國家區(qū)域發(fā)展總體戰(zhàn)略的優(yōu)先位置，其碳排放量也與日俱增，其面臨的挑戰(zhàn)是如何在保持經(jīng)濟(jì)增長的同時完成降低碳排放的目標(biāo)。因此，開展對陜西省能源消費(fèi)碳排放的研究，對推動區(qū)域低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要意義。

近年來，各種分解方法被用來定量分析不同因素變動對能源消費(fèi)碳足跡的影響，取得了不少進(jìn)展，如計(jì)量回歸、結(jié)構(gòu)分析法和指數(shù)分解法等。當(dāng)前國外學(xué)者對碳排放測算主要依據(jù)投入產(chǎn)出模型。Peter等使用環(huán)境投入產(chǎn)出模型（Environmental Input－Output，EIO）估算消費(fèi)中嵌入的二氧化碳排放量［2］，但EIO模型對數(shù)據(jù)有較高的要求，編程數(shù)據(jù)集存在很大的困難，所以應(yīng)用不廣泛。Davis和Crlderia基于消費(fèi)者的角度估算了全球貿(mào)易中嵌入的二氧化碳排放，研究發(fā)現(xiàn)，2004年全球23%的二氧化碳的排放是來自中國和其他新興的發(fā)達(dá)國家出口貿(mào)易［3］。目前國內(nèi)學(xué)者在碳排放研究方面也開展了大量工作，取得了很多有益的研究成果。石敏俊等利用2007年各省區(qū)的投入產(chǎn)出模型和2002年中國省區(qū)間的投入產(chǎn)出模型，測算出中國各省區(qū)的碳足跡及省區(qū)間的碳排放轉(zhuǎn)移［4］。張麗君等采用2002－2009年的能源消費(fèi)數(shù)據(jù)，運(yùn)用LMDI方法和脫鉤指數(shù)分析了鄭汴都市區(qū)碳排放驅(qū)動因素及其產(chǎn)業(yè)低碳發(fā)展的類型和方向，指出經(jīng)濟(jì)規(guī)模與要素投入是碳排放變化最主要的推動要素和脫鉤變化相對平穩(wěn)的因素［5］。李艷梅等對中國1980—2007年的碳排放進(jìn)行分解，構(gòu)建因素分解模型，分析了經(jīng)濟(jì)總量增長、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)演進(jìn)和碳排放強(qiáng)度變化所產(chǎn)生的碳減排效應(yīng)［6］。宋敏選取了榆林經(jīng)濟(jì)發(fā)展中影響生態(tài)環(huán)境的指標(biāo)，借用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法進(jìn)行了預(yù)測研究［7］。張偉等對陜西省的碳排放影響因素及其作用強(qiáng)度進(jìn)行了深入研究，提出了抑制碳排放不合理增長的若干建議［8］。

綜合國內(nèi)外的研究可以看出，碳足跡的測算存在多種模型和方法，且根據(jù)不同方法計(jì)算得出的結(jié)果并不相同。目前針對陜西省能源消費(fèi)中碳排放的研究較少，尤其是關(guān)于能源消費(fèi)碳足跡的研究更少，且當(dāng)前的研究成果遠(yuǎn)不能滿足本省發(fā)展的需要。在這一背景下，本文利用近幾年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，采用對數(shù)平均迪氏指數(shù)法（LMDI）對陜西省的能源消費(fèi)碳足跡進(jìn)行分析并得出相應(yīng)結(jié)論，為當(dāng)前陜西省調(diào)整、制定具體的節(jié)能減排政策，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)的低碳化發(fā)展提供參考。

二、相關(guān)理論與方法

“碳足跡”的概念來源于“生態(tài)足跡”，是指在人類活動過程中直接或間接排放的CO2或者其他造成溫室效應(yīng)的氣體的總和。它是從生命周期角度的意義出發(fā)，分析各種產(chǎn)品生命周期或與人類活動直接或間接相關(guān)的碳排放過程。碳足跡的計(jì)算是評估人類在活動過程中溫室氣體排放量的有效途徑，碳足跡概念自提出以來就廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域，而本文中的“能源碳消費(fèi)足跡”專指在各種能源消費(fèi)活動過程中所產(chǎn)生的CO2排放量。

指數(shù)分解方法是指將能源強(qiáng)度變化分解為技術(shù)變動和結(jié)構(gòu)因素等，為分析能源強(qiáng)度變化的影響因素提供一個完整的分析框架。在應(yīng)用研究中主要采用Ang在綜合比較各種IDA方法的基礎(chǔ)上提出來的對數(shù)平均迪氏指數(shù)法（LMDI）。Ang認(rèn)為，該方法滿足因素可逆，能消除殘差項(xiàng)，克服了用其他方法分解后存在殘差項(xiàng)或?qū)埐罘纸獠划?dāng)?shù)娜秉c(diǎn)，使該模型更具說服力。

本文依據(jù)LMDI分解方法，將陜西省能源消費(fèi)的碳排放影響因素分解為能源結(jié)構(gòu)、能源強(qiáng)度、經(jīng)濟(jì)規(guī)模、人口規(guī)模四種因素，以測量和分析能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)變化、能源強(qiáng)度增強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)規(guī)模增長和人口變化對陜西省碳排放的影響。根據(jù)日本學(xué)者Yoichi Kaya提出的碳排放量恒等式建立模型：

式（1）中C表示碳排放總量，指燃燒化石能源（主要包括煤炭、石油、天然氣等）釋放出的熱量所對應(yīng)的碳量；PE、GDP、POP分別表示一次性能源消費(fèi)總量、國內(nèi)生產(chǎn)總值和國內(nèi)人數(shù)總量，Cef、Eef、Gef、Pef分別代表能源結(jié)構(gòu)效應(yīng)、能源強(qiáng)度效應(yīng)、經(jīng)濟(jì)規(guī)模效應(yīng)和人口效應(yīng)。設(shè)基期碳排放總量為C0，t期碳排放總量為Ct，用下標(biāo)tot表示總量變化，可將差分分解為：

各分解因素貢獻(xiàn)值的表達(dá)式分別為：

能源結(jié)構(gòu)效應(yīng)：

其中，Cij表示第i種產(chǎn)業(yè)中消耗第j種能源產(chǎn)生的碳排放，Mij表示第j種能源在第i種產(chǎn)業(yè)的能源消費(fèi)中所占比重，Ii表示第i種產(chǎn)業(yè)單位GDP的能源消費(fèi)量，即該產(chǎn)業(yè)的能源強(qiáng)度，G表示人均GDP，P表示人口數(shù)量。

三、陜西省能源碳足跡分解

（一）陜西省能源稟賦現(xiàn)狀

陜西省能源資源儲量豐富，截止2012年底，煤炭保有儲量為1 641．6億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，位居西部第三位，全國第四位；石油剩余可采儲量為3 1397．9萬噸，保有儲量居西部第二位，全國第四位；天然氣剩余可采儲量為6 376．26億立方米，保有儲量居西部第四位，全國第四位。綜上，陜西省是中國重要的能源生產(chǎn)基地，在中國經(jīng)濟(jì)未來的發(fā)展中扮演著至關(guān)重要的角色。近年來，隨著西部大開發(fā)力度的加大，尤其在習(xí)近平主席提出大力發(fā)展“絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶”之后，陜西省要被建設(shè)成為絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶的“新起點(diǎn)”和“橋頭堡”，經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展成為大勢所趨的局面，這勢必會引起各種能源消費(fèi)量的大幅度增加，因此陜西省現(xiàn)階段所面臨的節(jié)能減排任務(wù)非常艱巨。對陜西省的碳排放進(jìn)行深度的研究，將會在很大程度上促進(jìn)節(jié)能減排工作的開展，對本省的發(fā)展有著重大而深遠(yuǎn)的意義。

（二）數(shù)據(jù)的分解過程

本文中的能源消費(fèi)主要指由煤炭、石油、天然氣構(gòu)成的化石能源消費(fèi)總量。數(shù)據(jù)來源于2006－2013年《中國能源統(tǒng)計(jì)年鑒》中的陜西能源平衡表及2006－2013年《陜西統(tǒng)計(jì)年鑒》。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)煤折算系數(shù)（1kg煤品＝0．714 3kg標(biāo)準(zhǔn)煤，1kg油品＝1．428 6kg標(biāo)準(zhǔn)煤，1m3天然氣＝1．33kg標(biāo)準(zhǔn)煤），將陜西省三大產(chǎn)業(yè)中煤品、油品、天然氣的消費(fèi)量折合為標(biāo)準(zhǔn)煤，結(jié)果如表1所示。

表1 陜西省三大產(chǎn)業(yè)中煤品、油品和天然氣消費(fèi)量折算成標(biāo)準(zhǔn)煤的數(shù)據(jù)表 能耗單位：萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤

根據(jù)IPCC碳排放計(jì)算指南，利用式（7）計(jì)算三種能源消費(fèi)的碳排放量：

式（7）中，C為碳排放總量，指燃燒化石能源（主要包括煤炭、石油及天然氣等）釋放出的熱量所對應(yīng)的碳量；Bj為能源j的消費(fèi)量，按標(biāo)準(zhǔn)煤計(jì)算；Cj為能源j的碳排放系數(shù)（表2）。根據(jù)式（7）計(jì)算碳排放量結(jié)果如表3所示。

表2 各種能源消費(fèi)的碳排放系數(shù)

表3 陜西省三大產(chǎn)業(yè)中煤品、油品和天然氣的碳排放量單位：萬噸

四、陜西省能源碳足跡影響因素分解

利用上述計(jì)算結(jié)果，將其依次代入式（3）～（6）中，對陜西省能源消費(fèi)碳足跡進(jìn)行LMDI因素分解，得到能源結(jié)構(gòu)效應(yīng)、能源強(qiáng)度效應(yīng)、經(jīng)濟(jì)規(guī)模效應(yīng)和人口規(guī)模效應(yīng)四種影響陜西省能源消費(fèi)碳足跡因素變化的情況，再將每種影響因素相加得到總效應(yīng)。

（一）能源結(jié)構(gòu)因素和能源強(qiáng)度因素

從圖1中可以看出，陜西省能源結(jié)構(gòu)因素對陜西省能源碳足跡的累積貢獻(xiàn)值在2006年為正值，但自2006年之后就一直表現(xiàn)為負(fù)值，且2006－2007年的變化幅度明顯，說明在2007年，陜西省能源結(jié)構(gòu)調(diào)整對本省能源產(chǎn)業(yè)碳排放的增長起到了顯著的抑制作用，可以認(rèn)為陜西省能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化在這一年已經(jīng)取得了初步成效。自2007年開始，能源結(jié)構(gòu)因素的累積貢獻(xiàn)值一直在零以下，雖數(shù)值不大，且在這之后有波動，但波動性不明顯，說明在這段時間里能源結(jié)構(gòu)因素對陜西省的碳減排一直具有正面作用。

能源強(qiáng)度反映了能源經(jīng)濟(jì)活動的整體效率。從圖1中可以看出，陜西省能源強(qiáng)度對能源消費(fèi)碳足跡的累積貢獻(xiàn)值一直是負(fù)值，說明能源強(qiáng)度的變化對陜西省碳足跡的增加總體上呈現(xiàn)抑制作用，且抑制作用從2006至2010年越來越大，到2011年抑制作用突然減小，但之后又再次出現(xiàn)增強(qiáng)的現(xiàn)象，且增強(qiáng)幅度很大。

圖1 陜西省能源結(jié)構(gòu)效應(yīng)和能源強(qiáng)度效應(yīng)對能源消費(fèi)碳足跡的累積貢獻(xiàn)圖

（二）經(jīng)濟(jì)規(guī)模因素和人口規(guī)模因素

由圖2可見，2006—2012年期間，陜西省經(jīng)濟(jì)規(guī)模效應(yīng)的累積貢獻(xiàn)值一直為正值，并且數(shù)值較大，說明經(jīng)濟(jì)規(guī)模的持續(xù)擴(kuò)大明顯推動了CO2排放量的增加，是陜西省碳排放快速增長的關(guān)鍵因素。其中2008－2009年，陜西省經(jīng)濟(jì)規(guī)模效應(yīng)的累積貢獻(xiàn)值相對于其他年份出現(xiàn)了增長緩慢的趨勢，這是由于在國際金融危機(jī)的背景下，國際經(jīng)濟(jì)出現(xiàn)普遍低迷現(xiàn)象，陜西省經(jīng)濟(jì)增長的速度也明顯下降，從而使得經(jīng)濟(jì)規(guī)模效應(yīng)出現(xiàn)了短暫的緩速。

圖2 陜西省經(jīng)濟(jì)規(guī)模效應(yīng)和人口規(guī)模效應(yīng)對能源消費(fèi)碳足跡的累積貢獻(xiàn)圖

從圖2中可以看出，人口規(guī)模效應(yīng)的累積貢獻(xiàn)值一直在零之上，說明人口規(guī)模因素對陜西省該階段碳排放增長起著促進(jìn)作用。雖然中國的計(jì)劃生育政策有效地控制了人口的快速增長，2007年人口增長率達(dá)到了歷史的最低點(diǎn)0．52%，但自2005年以來，平均每年的凈增長人口規(guī)模還是很大。人口數(shù)量的高增長使得人口的城市化率也快速提高，隨之而來的居民消費(fèi)規(guī)模獲得增長，并且消費(fèi)模式也發(fā)生了變化，最終導(dǎo)致能源消費(fèi)增長使碳排放量增加，由此帶來環(huán)境問題的加劇。

（三）總效應(yīng)分析

陜西省能源消費(fèi)碳足跡的總效應(yīng)具體如圖3所示。由圖3可知，陜西省能源消費(fèi)碳足跡的總效應(yīng)在數(shù)值上除2006年與2007年是負(fù)值外，其余年份均為正值，且2007－2011年呈現(xiàn)持續(xù)增加的趨勢，其中2010－2011年的增速明顯，自2011年之后，則出現(xiàn)下降的趨勢。說明陜西省能源碳排放量從2008開始一直在增加，這是由于陜西省的經(jīng)濟(jì)從2008開始快速增長，特別是2010－2011年進(jìn)入大發(fā)展、大繁榮階段，從而導(dǎo)致各種能源原料的生產(chǎn)量與消費(fèi)量大幅增加，最終導(dǎo)致碳足跡的增加。從2011年開始各種因素的總效應(yīng)開始下降，說明近年來陜西省針對這種情況所采取的各種降低能耗、降低污染、發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的措施起到了一定的作用。

圖3 陜西省總效應(yīng)對能源消費(fèi)碳足跡的累積貢獻(xiàn)圖

五、政策建議

本文利用LMDI模型，對陜西省能源結(jié)構(gòu)、能源強(qiáng)度、經(jīng)濟(jì)規(guī)模及人口規(guī)模等因素對能源消費(fèi)碳足跡的影響進(jìn)行了深度分析，根據(jù)分析結(jié)論，本文提出如下政策建議：

第一，提高能源利用效率。陜西省正處于工業(yè)化高速發(fā)展時期，能源強(qiáng)度下降是抑制陜西省能源消費(fèi)碳足跡增長的主要因素，但其波動性較大。技術(shù)進(jìn)步是能源效率提高的主要驅(qū)動力，推動能源開采、利用及轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的技術(shù)創(chuàng)新和開展清潔生產(chǎn)。同時，完善節(jié)能減排相關(guān)法律法規(guī)的制定和實(shí)施，從法律層面上推動能源效率的有效提高。建立能源－經(jīng)濟(jì)－環(huán)境系統(tǒng)的能源利用效率評價指標(biāo)體系以及相應(yīng)的評價考核方法，并將此列入陜西省節(jié)能減排綜合性工作方案中，對各地區(qū)和各用能單位綜合評價考核，引導(dǎo)各地區(qū)和各用能單位進(jìn)行節(jié)能減排，推動能源、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

第二，優(yōu)化能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)。能源結(jié)構(gòu)變化對陜西省該時期碳排放表現(xiàn)出微弱的正效應(yīng)，這主要源于陜西省能源結(jié)構(gòu)并未得到明顯改善。因此，陜西省應(yīng)緊緊抓住“絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶”的歷史機(jī)遇，加大科技投入，繼續(xù)努力發(fā)展能效技術(shù)和可再生能源技術(shù)，大力培育低耗能、戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。推動能源技術(shù)創(chuàng)新，依靠新技術(shù)改變傳統(tǒng)能源的使用模式，發(fā)展新能源開發(fā)利用技術(shù)。推動工業(yè)工藝路線優(yōu)化，有效減少原材料及能源消耗。利用現(xiàn)有的節(jié)能技術(shù)及新的技術(shù)創(chuàng)新來改造耗能系統(tǒng)，如熱電聯(lián)產(chǎn)、提高電機(jī)驅(qū)動效率、改進(jìn)液體膜分離技術(shù)、安裝能效更高的供熱和制冷系統(tǒng)、提高照明效率及推廣使用節(jié)能燈等，盡快完成經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式從粗放型向集約型的轉(zhuǎn)變，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。

第三，大力發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)。經(jīng)濟(jì)規(guī)模擴(kuò)大始終是陜西省能源消費(fèi)碳足跡快速增長的關(guān)鍵因素。陜西省經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需要依靠能源為其提供動力，所導(dǎo)致的環(huán)境壓力上升也是不可避免的。因此，當(dāng)前陜西省在制定節(jié)能減排政策時不能通過控制經(jīng)濟(jì)規(guī)模的方式，而應(yīng)著眼于加快經(jīng)濟(jì)發(fā)展模型的轉(zhuǎn)變。轉(zhuǎn)變思想觀念，強(qiáng)化低碳發(fā)展是落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀重要途徑的意識，建立推進(jìn)低碳經(jīng)濟(jì)的制度和措施，發(fā)揮各行業(yè)的積極性，推進(jìn)國際合作，整體推進(jìn)低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，完成國家節(jié)能減排目標(biāo)。同時，應(yīng)積極調(diào)整能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，提高電力、天然氣等高效、清潔能源的占比，推進(jìn)可再生能源和新能源的開發(fā)和利用，大力發(fā)展新興生產(chǎn)服務(wù)業(yè)和生活服務(wù)業(yè)，有計(jì)劃地淘汰高能耗、高污染產(chǎn)業(yè)，有效制止低水平重復(fù)再建，加快經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)向能源節(jié)約型和集約化轉(zhuǎn)變。

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