基于LMDI模型的電力行業(yè)碳排放的影響因素分析

彭文兵, 王詩(shī)婷

(上海電力學(xué)院 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院, 上?！?00090)

?

基于LMDI模型的電力行業(yè)碳排放的影響因素分析

彭文兵, 王詩(shī)婷

(上海電力學(xué)院 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院, 上海200090)

通過(guò)LMDI模型計(jì)算了各因素對(duì)電力行業(yè)碳排放的影響值和貢獻(xiàn)率,得出了經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)碳排放量的增加具有主要的拉動(dòng)作用的結(jié)論.在經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展的條件下,發(fā)電能源結(jié)構(gòu)是抑制碳排放的主要因素.為了降低碳排放量,應(yīng)當(dāng)大力開(kāi)發(fā)新能源發(fā)電,改善我國(guó)發(fā)電結(jié)構(gòu).

電力; 碳排放; LMDI模型; 能源

目前,全球變暖的情況已經(jīng)日益惡化,我國(guó)作為世界上碳排放量較大的國(guó)家,有義務(wù)承擔(dān)碳減排的責(zé)任.近年來(lái),我國(guó)一次能源消費(fèi)中煤炭比重約為70%,其中發(fā)電用煤占據(jù)了接近50%.由此可見(jiàn),我國(guó)電力行業(yè)產(chǎn)生的碳排放量不可忽視,分析電力行業(yè)的碳排放影響顯得格外重要.

曹洪剛等人指出經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)是導(dǎo)致碳排放增長(zhǎng)的主要因素,依靠技術(shù)進(jìn)步降低碳排放增長(zhǎng)的作用有待提高[1].隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)不斷深入發(fā)展,提高低碳技術(shù)水平是實(shí)現(xiàn)碳減排的重要途徑.任曉松等人基于STIRPAT模型,將中國(guó)工業(yè)碳排放的影響因素確定為人口規(guī)模、人均工業(yè)產(chǎn)值和工業(yè)技術(shù)水平,結(jié)合灰色預(yù)測(cè)GM(1,1)模型得出人均工業(yè)產(chǎn)值對(duì)工業(yè)碳排放影響最大[2].蔣金荷分析了1995～2007 年經(jīng)濟(jì)規(guī)模、經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、能源強(qiáng)度對(duì)中國(guó)碳排放量的影響,認(rèn)為對(duì)碳排放影響最大的因素是經(jīng)濟(jì)發(fā)展[3].賀紅兵統(tǒng)計(jì)了我國(guó)2005～2010年的碳排放量,運(yùn)用STIRPAT模型對(duì)分解因素進(jìn)行了試驗(yàn)研究,得出了現(xiàn)階段我國(guó)碳排放增長(zhǎng)的主要驅(qū)動(dòng)因素是經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng),能源結(jié)構(gòu)變化對(duì)我國(guó)碳排放減少起到的作用很小等結(jié)論[4].

本文綜合上述文獻(xiàn),通過(guò)LMDI模型分析了我國(guó)2000～2014年的發(fā)電煤耗率、發(fā)電結(jié)構(gòu)、單位GDP電耗、國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值對(duì)電力行業(yè)碳排放的影響,并分階段地研究了各個(gè)因素對(duì)碳排放的貢獻(xiàn)值.

1　我國(guó)碳排放現(xiàn)狀

電力行業(yè)為我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了重大貢獻(xiàn),21世紀(jì)以來(lái),中國(guó)工業(yè)化發(fā)展迅速,建立了很多燃煤電廠,發(fā)電規(guī)模不斷擴(kuò)大,也導(dǎo)致了碳排放量的不斷增加,目前我國(guó)已經(jīng)成為世界第二發(fā)電和消費(fèi)大國(guó).根據(jù)全球碳計(jì)劃(Global Carbon Project)和國(guó)際氣候環(huán)境研究中心等機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)顯示,中國(guó)的二氧化碳排放量正在超越歐美的總量,人均碳排放量已經(jīng)超過(guò)歐盟.

1.1碳排放量情況

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,我國(guó)的碳排放量一直處于上升趨勢(shì),如圖1所示.由圖1可以看出,2000～2002年,我國(guó)碳排放量基本處于平穩(wěn)階段,沒(méi)有明顯增長(zhǎng);2003～2008年,碳排放量處于大幅度增長(zhǎng)階段;2009～2012年,我國(guó)的碳排放量還沒(méi)有下降趨勢(shì),甚至漲幅還有所提高;2013～2014年,碳排放量停止了上升,處于較平穩(wěn)狀態(tài).其中,電力行業(yè)的碳排放量一直占全國(guó)的38%左右.

圖1　2000～2014年我國(guó)碳排放量情況

1.2經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r

自1978年中國(guó)共產(chǎn)黨于十一屆三中全會(huì)上提出改革開(kāi)放后,中國(guó)從計(jì)劃經(jīng)濟(jì)走向市場(chǎng)經(jīng)濟(jì).21世紀(jì)初我國(guó)已經(jīng)提前實(shí)現(xiàn)GDP比1980年翻兩番的增長(zhǎng)目標(biāo),在人口不斷增長(zhǎng)的情況下實(shí)現(xiàn)了人均GDP翻兩番,2000年的人均GDP較1978年增長(zhǎng)了20.62倍.

1978～2000年,我國(guó)年平均經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)率達(dá)到了9.52%,與日本、新加坡和韓國(guó)等國(guó)家經(jīng)濟(jì)高速增長(zhǎng)期時(shí)的年平均增長(zhǎng)率相當(dāng).但當(dāng)時(shí)中國(guó)的城市與農(nóng)村、東西部之間的經(jīng)濟(jì)發(fā)展差距仍然很大,技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面也落后于發(fā)達(dá)國(guó)家.2000年,中國(guó)人均國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值僅達(dá)日本的2.3%,新加坡的3.7%,韓國(guó)的8.8%.

2000～2014年,中國(guó)的年平均經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)率高達(dá)14.9%.2008年中國(guó)成為世界第三大經(jīng)濟(jì)體.在金融危機(jī)爆發(fā)后的2009年,我國(guó)總產(chǎn)出已接近世界第二,近30年中我國(guó)的年平均經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)率始終保持高于9%.

1.3我國(guó)能源生產(chǎn)和消費(fèi)現(xiàn)狀

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的發(fā)展,我國(guó)已成為世界上最大的能源生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó).根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示,我國(guó)能源的生產(chǎn)和消費(fèi)總量一直呈上升態(tài)勢(shì).2000年我國(guó)能源消費(fèi)總量為1.455×109t標(biāo)準(zhǔn)煤,而能源生產(chǎn)總量?jī)H為1.35×109t標(biāo)準(zhǔn)煤,低于同年的消費(fèi)量.到2014年,我國(guó)能源消費(fèi)總量達(dá)4.26×109t標(biāo)準(zhǔn)煤,能源生產(chǎn)總量為3.6×109t噸標(biāo)準(zhǔn)煤.雖然近年來(lái)我國(guó)形成了全面發(fā)展的能源供給體系,技術(shù)設(shè)備等各方面有明顯提高,能源生產(chǎn)量也在不斷增加,但同時(shí)我國(guó)也面臨著能源需求和能源消費(fèi)量不斷增加、能源生產(chǎn)速度低于能源消費(fèi)速度的壓力.2000～2014年,我國(guó)的能源消費(fèi)量均大于生產(chǎn)量.因此,我們應(yīng)該注意節(jié)約能源,合理運(yùn)用資源.

1.4我國(guó)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀

我國(guó)能源資源豐富,形成了以煤炭為主、多元發(fā)展的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu).改革開(kāi)放初期,我國(guó)煤炭消費(fèi)量占一次能源消費(fèi)總量的70%以上.2000年,全國(guó)能源消費(fèi)總量為1.455×109t標(biāo)準(zhǔn)煤,其中煤炭消費(fèi)比例為69.2%,石油為22.2%,天然氣為2.2%,水電、核電、風(fēng)電共占6.4%.近年來(lái),我國(guó)大力發(fā)展可再生能源,煤炭消費(fèi)比例略微降低.2014年,全國(guó)能源消費(fèi)總量為4.26×109t標(biāo)準(zhǔn)煤,其中煤炭消費(fèi)比例為66.0%,石油為17.1%,天然氣為5.7%,水電、核電、風(fēng)電占11.2%.由于煤炭?jī)r(jià)格低廉,我國(guó)又處于經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)時(shí)期,因此煤炭仍是支撐我國(guó)發(fā)展的主要能源.但使用煤炭過(guò)多會(huì)導(dǎo)致霧霾、水資源污染、公共健康等問(wèn)題,使中國(guó)的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出高碳、高污染、低效率的特點(diǎn).因此,應(yīng)當(dāng)積極發(fā)展可再生能源,降低煤炭消費(fèi)量.

1.5我國(guó)電力生產(chǎn)情況

在我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展時(shí)期,電力行業(yè)也在不斷發(fā)展.國(guó)家大力投資電力基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),加快了農(nóng)村電網(wǎng)的建設(shè)和改造,改善了電力發(fā)展的環(huán)境.1998年全國(guó)裝機(jī)容量已達(dá)2.78×108kW,躍居世界第2位.進(jìn)入21世紀(jì),我國(guó)電力裝機(jī)容量的平均增速保持在10%以上,截至2014年底,全國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到了1.37×109kW.

由于經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng),電力需求也隨之增加.電力供需偏緊,存在著地區(qū)用電增長(zhǎng)差異較大、部分時(shí)段缺電嚴(yán)重等情況.

2　LMDI模型及相關(guān)數(shù)據(jù)

2.1LMDI模型簡(jiǎn)述

目前,研究碳排放量影響因素的常用方法是LMDI分解方法.它用對(duì)數(shù)平均公式替換了簡(jiǎn)單算術(shù)平均權(quán)重,不僅可以進(jìn)行多個(gè)因素的分解,而且無(wú)殘差值[5-6].

為了研究我國(guó)電力行業(yè)碳排放量的情況,假設(shè)其影響因素為二氧化碳排放系數(shù)、發(fā)電煤耗率、發(fā)電結(jié)構(gòu)、單位GDP電耗、國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值等.

2.2模型分解

為了研究各個(gè)因素對(duì)碳排放的影響,將總碳排放量分解為:

(1)

式中:Ct——第t年的碳排放量;

Et——第t年的能源消耗量(以標(biāo)準(zhǔn)煤計(jì)算);

Wt——第t年的發(fā)電量;

Yt——第t年的國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值;

Ci,t——第t年第i種能源的碳排放量;

Ei,t——第t年第i種能源的消耗量;

Wi,t——第t年第i種能源的發(fā)電量.

令二氧化碳綜合排放系數(shù)Fi,t=Ci,t/Ei,t;發(fā)電煤耗Ii,t=Ei,t/Wi,t,發(fā)電結(jié)構(gòu)Si,t=Wi,t/Wt,單位GDP電耗Ri,t=Wt/Yt.

那么式(1)可以轉(zhuǎn)換為:

(2)

第t年相對(duì)于基期(第零年)的碳排放量變化量為:

式中:ΔCF——碳排放綜合系數(shù)對(duì)碳排放量的貢獻(xiàn)值;

ΔCI——發(fā)電煤耗率對(duì)碳排放量的貢獻(xiàn)值;

ΔCS——發(fā)電結(jié)構(gòu)對(duì)碳排放量的貢獻(xiàn)值;

ΔCR——單位GDP電耗對(duì)碳排放量的貢獻(xiàn)值;

ΔCY——國(guó)內(nèi)產(chǎn)值對(duì)碳排放量的貢獻(xiàn)值;

D——第t年相對(duì)于基期碳排放量的變化率;

DF——碳排放綜合系數(shù)對(duì)碳排放量的貢獻(xiàn)率;

DI——發(fā)電煤耗率對(duì)碳排放量的貢獻(xiàn)率;

DS——發(fā)電結(jié)構(gòu)對(duì)碳排放量的貢獻(xiàn)率;

DR——單位GDP電耗對(duì)碳排放量的貢獻(xiàn)率;

DY——國(guó)內(nèi)產(chǎn)值對(duì)碳排放量的貢獻(xiàn)率;

ΔCrsd——對(duì)碳排放變化量進(jìn)行分解后的余項(xiàng);

Drsd——對(duì)碳排放變化率進(jìn)行分解后的余項(xiàng).

根據(jù)LMDI方法,各個(gè)因素可以分解為:

其中,

2.3相關(guān)數(shù)據(jù)

能源消費(fèi)量是指發(fā)電過(guò)程中的一次能源消費(fèi)總量,包括煤炭、石油、天然氣、水電.為了方便計(jì)算和分析,將所有能源都折算成標(biāo)準(zhǔn)煤量進(jìn)行計(jì)算,換算公式如下:

1t煤炭=0.714 3t標(biāo)準(zhǔn)煤;1t石油=1.428 6t標(biāo)準(zhǔn)煤;1m3天然氣=1.214 3t標(biāo)準(zhǔn)煤.

水電按當(dāng)年發(fā)電的標(biāo)準(zhǔn)煤煤耗計(jì)算.

發(fā)電煤耗率是指發(fā)電廠每生產(chǎn)1kWh的電力所需消耗的燃煤量(以標(biāo)準(zhǔn)煤計(jì)),2000～2014年我國(guó)發(fā)電煤耗率如表1所示.

表1　2000～2014年我國(guó)發(fā)電煤耗量情況　Gt

注:火力和非火力發(fā)電煤耗率等于當(dāng)年火力或非火力發(fā)電煤耗量除以當(dāng)年發(fā)電煤耗總量.

單位GDP電耗是指每年一個(gè)單位的國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值所消耗的電量,即耗電量與國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的比率,2000～2014年我國(guó)單位GDP電耗如表2所示.

表2　2000～2014年我國(guó)單位GDP電耗　(kWh·萬(wàn)元-1)

在本文中,假設(shè)電力生產(chǎn)量與電力消耗量平衡,不存在電損;發(fā)電結(jié)構(gòu)主要分為火力發(fā)電和非火力發(fā)電.以上數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒.

3　模型結(jié)果及分析

在模型分析中,CO2綜合排放系數(shù)為定值,則ΔCF=1,DF=1.根據(jù)LMDI分解方法以及2000～2014年的數(shù)據(jù),發(fā)電煤耗率、發(fā)電結(jié)構(gòu)、單位GDP電耗、國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值對(duì)電力行業(yè)碳排放量的影響值和貢獻(xiàn)率分別如圖2和表3所示.

從圖2和表3可以看出,導(dǎo)致電力行業(yè)碳排放量快速增加的主要原因是經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的大幅增長(zhǎng),而發(fā)電結(jié)構(gòu)、發(fā)電煤耗率以及單位GDP電耗均為抑制因素.

圖2　2000～2014年各因素對(duì)碳排量的影響值

不同時(shí)期,每個(gè)因素對(duì)碳排放量的影響程度都不同,大致可分為3個(gè)階段進(jìn)行研究.

第1階段是2000～2006年,我國(guó)經(jīng)濟(jì)處于快速增長(zhǎng)時(shí)期,由于經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和消費(fèi)拉動(dòng)了對(duì)電力的需求,2001年電力需求量同比增長(zhǎng)接近8%.通過(guò)圖表可以看出,在這期間發(fā)電結(jié)構(gòu)、發(fā)電煤耗率以及單位GDP電耗對(duì)電力行業(yè)碳排放量的影響不大,其主要影響因素是國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的增加.這是因?yàn)槲覈?guó)電力行業(yè)發(fā)展速度跟不上GDP的增速,一直處于供小于求的情況,全國(guó)還有部分地區(qū)嚴(yán)重缺電.電力生產(chǎn)結(jié)構(gòu)較為單一,火力發(fā)電比例高達(dá)82.72%,發(fā)電能源主要依靠煤炭.

第2階段是2007～2012年,從圖2可以看出,發(fā)電結(jié)構(gòu)、發(fā)電煤耗率和單位GDP電耗從2007年開(kāi)始具有較明顯的抑制作用,并且其影響在不斷擴(kuò)大,同時(shí)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的貢獻(xiàn)值沒(méi)有第1階段增速快,而是趨于平緩.這是因?yàn)槲覈?guó)經(jīng)濟(jì)在2008年左右受到國(guó)際金融危機(jī)的影響,導(dǎo)致增長(zhǎng)勢(shì)頭迅速減緩.另一方面我國(guó)電力行業(yè)發(fā)展迅速,截至2007年底,我國(guó)裝機(jī)容量高達(dá)7.18×108kW,2008年我國(guó)電力需求呈現(xiàn)穩(wěn)定增長(zhǎng)的趨勢(shì),各地供需形勢(shì)基本保持總體平衡的狀態(tài).火力發(fā)電比例不斷減小,水電、核電、風(fēng)電比例不斷增加,主要依靠煤炭的發(fā)電情況也在不斷改善,清潔能源被越來(lái)越多地應(yīng)用于電力生產(chǎn)中.

表3　2000～2014年各因素對(duì)碳排放量的貢獻(xiàn)率

第3階段是2013～2014年,國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值對(duì)碳排放的影響作用處于平穩(wěn)狀態(tài),單位GDP電耗在逐步下降.2014年我國(guó)的碳排放量首次下降,同時(shí)全球溫室氣體增長(zhǎng)速度也處于停滯狀態(tài).國(guó)內(nèi)專家根據(jù)能源需求數(shù)據(jù)分析認(rèn)為,其主要原因是近幾年我國(guó)為了降低對(duì)煤炭的依賴度,在太陽(yáng)能、風(fēng)能以及水電等清潔能源的開(kāi)發(fā)中投入了大量資金,降低了煤炭在能源消費(fèi)中的比重,進(jìn)而大大減少了碳排放量.

4　結(jié)　語(yǔ)

電力行業(yè)是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)工業(yè),它既可以創(chuàng)造清潔能源,但同時(shí)也消耗了大量的能源,排放了大量的污染物.從近10年的數(shù)據(jù)來(lái)看,我國(guó)電力行業(yè)目前還處于發(fā)展階段,碳排放量的主要影響因素還是GDP.但這一態(tài)勢(shì)不會(huì)一直維持下去,當(dāng)我國(guó)電力行業(yè)處于平穩(wěn)發(fā)展階段后,就要從發(fā)電能源結(jié)構(gòu)方面著手降低碳排放量.為了降低電力行業(yè)的碳排量,應(yīng)積極努力開(kāi)發(fā)新能源,同時(shí)還要不斷提高技術(shù),才能有效降低發(fā)電煤耗率.

[1]曹洪剛,陳凱.中國(guó)省域碳排放的空間溢出與影響因素研究[J].東北大學(xué)學(xué)報(bào),2015,17(6):573-578.

[2]任曉松,趙國(guó)浩.中國(guó)工業(yè)碳排放及其影響因素灰色預(yù)測(cè)分析[J].北京交通大學(xué)學(xué)報(bào),2014,13(4):18-24.

[3]蔣金荷.中國(guó)碳排放量測(cè)算及影響因素分析[J].資源科學(xué),2011,33(4):597-604.

[4]賀紅兵.我國(guó)碳排放影響因素分析[D].武漢:華中科技大學(xué),2012.

[5]ANG B W,ZHANG F Q.A survey of index decomposition analysis in energy and environmental studies[J].Energy,2000,25(12):1 149-1 176.

[6]ANG B W.Decomposition methodology in industrial energy demand analysis[J].Energy,1995(20):1 081-1 095.

(編輯白林雪)

Analysis of the Factors of Carbon Emissions in ElectricIndustry Based on LMDI Model

PENG Wenbing, WANG Shiting

(School of Economics and Management, Shanghai University of Electric Power, Shanghai200090, China)

LMDI model is used to calculate the influence and contribution rate of various factors on the electric power industry carbon emissions.The result indicates economic development plays a major role in increasing carbon emissions.Under the condition of steady economic development,power energy structure is the main factor to restrain carbon emissions.In order to reduce carbon emissions,the government should vigorously develop new energy power generation and improve the power structure.

electric power; carbon emission; LMDI model; energy

10.3969/j.issn.1006-4729.2016.03.020

2015-10-13

簡(jiǎn)介：王詩(shī)婷(1992-),女,在讀碩士,湖北咸寧人.主要研究方向?yàn)樾履茉?E-mail:witnesd@126.com.

F426.61;F205

A

1006-4729(2016)03-0301-05