基于LMDI的電力行業(yè)CO2排放影響因素分析

王喜平,王玥玥

(華北電力大學(xué) 經(jīng)濟(jì)管理系,河北 保定 071003)

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●能源與動(dòng)力工程●

基于LMDI的電力行業(yè)CO2排放影響因素分析

王喜平,王玥玥

(華北電力大學(xué) 經(jīng)濟(jì)管理系,河北 保定 071003)

為了解決中國(guó)火力發(fā)電行業(yè)CO2排放增加影響國(guó)家低碳發(fā)展的問(wèn)題,筆者利用對(duì)數(shù)平均權(quán)重分解法(LMDI)構(gòu)建了電力行業(yè)碳排放因素分解模型,定量分析了2000-2013年間能源結(jié)構(gòu)、電力結(jié)構(gòu)、發(fā)電煤耗率等對(duì)電力行業(yè)碳排放的影響,結(jié)果表明:采用LMDI模型能夠分析影響電力行業(yè)CO2排放的因素,優(yōu)化電力結(jié)構(gòu),提升能源綜合利用效率,提高電力利用效率。最后,從電力生產(chǎn)環(huán)節(jié)和消費(fèi)環(huán)節(jié)分別提出了CO2減排建議。

電力行業(yè)碳排放;對(duì)數(shù)平均權(quán)重分解法;因素分解

目前,中國(guó)火力發(fā)電主要依賴(lài)煤炭等化石燃料,CO2排放量占能源消費(fèi)相關(guān)CO2排放量的比重呈上升趨勢(shì)[1], 因此從電力行業(yè)角度研究CO2排放的影響因素對(duì)實(shí)現(xiàn)國(guó)家低碳發(fā)展具有現(xiàn)實(shí)意義[2]。文獻(xiàn)[3]對(duì)中國(guó)電力行業(yè)CO2排放的影響因素進(jìn)行分解,發(fā)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展效應(yīng)是增加二氧化碳排放的主要因素,而電力生產(chǎn)效率是抑制二氧化碳排放的主要因素。文獻(xiàn)[4-5]利用指數(shù)分解法分別對(duì)韓國(guó)和中國(guó)電力生產(chǎn)環(huán)節(jié)的CO2強(qiáng)度變化驅(qū)動(dòng)因素進(jìn)行了分解分析,LMDI(Logarithmic Mean Divisia Index)分解模型能夠給出較為合理的因素分解,且結(jié)果不包括不能解釋的殘差項(xiàng),是近年來(lái)應(yīng)用最為廣泛的碳排放因素分解方法之一。文獻(xiàn)[6]利用LMDI建立了中國(guó)碳排放的影響因素分解模型,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(duì)人均碳排放的影響,認(rèn)為促進(jìn)人均碳排放的關(guān)鍵因素是能源效率,抑制人均碳排放的主要措施是能源效率的提高。文獻(xiàn)[7-9]均利用LMDI方法測(cè)算各個(gè)因素對(duì)電力行業(yè)CO2排放的影響程度。但以上文獻(xiàn)對(duì)電力行業(yè)CO2排放影響因素的分解分析研究大多數(shù)采取2 a、5 a甚至10 a為一個(gè)周期進(jìn)行因素分解,不能詳細(xì)說(shuō)明各個(gè)年份的CO2排放變化受因素影響程度的大小,并且多數(shù)文獻(xiàn)提出的政策建議有局限性。

電力行業(yè)是一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的行業(yè),從電力的生產(chǎn)到最終消費(fèi)不同階段的減排措施都會(huì)對(duì)CO2排放產(chǎn)生影響,如果從電力生產(chǎn)側(cè)和消費(fèi)側(cè)分別對(duì)電力CO2排放影響因素進(jìn)行分析,并對(duì)不同環(huán)節(jié)的不同影響因素提出相應(yīng)的建議,就會(huì)提高CO2減排效率。本文基于LMDI分解模型,以相鄰年份區(qū)間為變化樣本,1999年為基期,計(jì)算得出2000-2013年每年各個(gè)驅(qū)動(dòng)因素對(duì)電力行業(yè)CO2排放總量的影響,算出因素的總累積效應(yīng);從電力生產(chǎn)側(cè)和電力消費(fèi)側(cè)兩方面,分析影響電力行業(yè)CO2排放變化因素,并提出了CO2減排建議。

1　電力行業(yè)CO2排放現(xiàn)狀分析

由于中國(guó)沒(méi)有電力發(fā)電產(chǎn)生的CO2排放量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),因此本文引用各個(gè)能源的碳排放系數(shù),并考慮CO2和C的摩爾量數(shù)值分別為44和12,計(jì)算電力生產(chǎn)的碳排放量。在電力生產(chǎn)過(guò)程中,大部分CO2是由煤炭、石油和天然氣排放產(chǎn)生的,本文只考慮這3種化石能源產(chǎn)生的CO2排放。設(shè)中國(guó)電力生產(chǎn)消耗的煤炭、石油、天然氣分別為R1、R2、R3(萬(wàn)t標(biāo)煤),其碳排放系數(shù)[10]分別為0.7476、0.5825、0.4435,則電力生產(chǎn)消耗的煤炭、石油、天然氣計(jì)算CO2排放變化量為

C=(0.7476R1+0.5825R2+0.4435R3)(44/12)=

2.7421R1+2.1358R2+1.6262R3

(1)

按照式(1),利用能源平衡表中電力生產(chǎn)消耗不同種類(lèi)化石能源數(shù)據(jù),計(jì)算出中國(guó)1999—2013年電力生產(chǎn)CO2排放量數(shù)據(jù),如圖1所示。

圖1　1999-2013年中國(guó)電力行業(yè)CO2排放量

從圖1可以看出,1999-2007年為電力CO2排放量高速增長(zhǎng)階段,增長(zhǎng)了14.23億t,年均增長(zhǎng)率為11.2%;2008-2013年為電力CO2排放量穩(wěn)定增長(zhǎng)階段,增長(zhǎng)了9.3億t,年均增長(zhǎng)率為6.7%,降低了5個(gè)百分點(diǎn),說(shuō)明了自2008年起電力行業(yè)在CO2減排上取得了一定的成效。

2　CO2排放影響因素分解模型的建立

采用LMDI方法對(duì)電力行業(yè)CO2排放過(guò)程進(jìn)行分解,考慮碳排放系數(shù)、發(fā)電煤耗率、能源結(jié)構(gòu)、電力生產(chǎn)結(jié)構(gòu)、電力強(qiáng)度、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)水平、人口等影響因素,構(gòu)造了電力碳排放因素分解模型:

CEi·EEi·EF·FQ·QjG·GP·P

(2)

(3)

CEi·EEi·EF·FQ·QjG·Rj·GP·P+

CEi·EEi·EF·FQ·qG·GP·P

(4)

式中:C為電力行業(yè)CO2排放總量,t;Ci為第i種能源生產(chǎn)電力產(chǎn)生的CO2排放量,t;i=1,2,3分別表示煤、石油、天然氣;Ei為火力發(fā)電第i種能源投入,t標(biāo)煤;E為火電能源總投入,t標(biāo)煤;F為火力發(fā)電量,kW·h;Qj為第j個(gè)部門(mén)的電力消費(fèi)量,kW·h;j=1,2,3,4,5分別為第一產(chǎn)業(yè)、工業(yè)、建筑業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)和居民生活電力消費(fèi)部門(mén);G為國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值,即GDP,元;P為人口;CEi為第i種能源的CO2排放系數(shù);EEi為火電生產(chǎn)中第i中能源所占比重,即能源結(jié)構(gòu);EF為電力生產(chǎn)過(guò)程中的發(fā)電煤耗率;FQ為電力生產(chǎn)結(jié)構(gòu);QjG為第j個(gè)產(chǎn)業(yè)部門(mén)的電耗強(qiáng)度,即電力強(qiáng)度;Rj為第j個(gè)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占總產(chǎn)值的百分比,即產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu);qG為人均生活用電量;GP為人均GDP。

采用LMDI分解法中的加法分解形式,電力行業(yè)CO2排放變化ΔC(單位為108t)為

ΔC=ΔCEi+ΔEEi+ΔEF+ΔFQ+ΔQjG+

ΔRj+ΔqG+ΔGP+ΔP

(5)

式中:ΔCEi為CO2排放系數(shù)引起的電力碳排放量的變化;ΔEEi為能源結(jié)構(gòu)引起的電力碳排放量的變化;ΔEF為發(fā)電煤耗率引起的電力碳排放量的變化;ΔFQ為電力生產(chǎn)結(jié)構(gòu)引起的電力碳排放量的變化;ΔQjG為電力強(qiáng)度引起的電力碳排放量的變化;ΔRj為產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)引起的電力碳排放量的變化;ΔqG人均生活用電量引起的電力碳排放量的變化;ΔGP為人均GDP引起的電力碳排放量的變化;ΔP為人口引起的電力碳排放量的變化。

假定CO2排放系數(shù)是不變的,即ΔCEi=0,其余分解因子按照LMDI方法進(jìn)行分解,第t期相對(duì)于基期的各個(gè)因素可以表示為

(6)

3　影響因素對(duì)CO2排放影響結(jié)果分析

3.1影響因素對(duì)CO2排放的影響

2000-2013年8種驅(qū)動(dòng)因素對(duì)電力行業(yè)CO2排放結(jié)果如表1所示。

表1　1999-2013年8種驅(qū)動(dòng)因素對(duì)電力行業(yè)CO2排放影響結(jié)果 Table1　Effect of 8 driving factors on power industry CO2 emission in 1999-2013　108t

由表1可知,1999-2013年間,中國(guó)電力行業(yè)CO2排放總量增加了23.34億t。其中,人均GDP是電力行業(yè)CO2排放增長(zhǎng)的主要促進(jìn)因素,導(dǎo)致CO2排放增長(zhǎng)了32.32億t;電力生產(chǎn)強(qiáng)度是電力行業(yè)CO2排放增長(zhǎng)的主要抑制因素,導(dǎo)致CO2排放減少了26.08億t。

3.2CO2排放影響因素分析

為了分析CO2排放影響因素對(duì)電力行業(yè)碳排放的影響程度,本文將上述的8個(gè)影響因素歸類(lèi)到電力生產(chǎn)側(cè)和電力消費(fèi)側(cè)兩部分。電力生產(chǎn)側(cè)包括能源結(jié)構(gòu)、電力結(jié)構(gòu)、發(fā)電煤耗率;電力消費(fèi)側(cè)包括產(chǎn)業(yè)發(fā)展因素、經(jīng)濟(jì)發(fā)展因素以及人口因素,產(chǎn)業(yè)電力強(qiáng)度因素包括產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、電力強(qiáng)度,經(jīng)濟(jì)發(fā)展因素包括人均GDP、人均生活用電,人口因素即人口數(shù)量。2000-2013年從電力生產(chǎn)側(cè)效應(yīng)和消費(fèi)側(cè)效應(yīng)兩方面引起的電力行業(yè)CO2排放變化量如圖2所示。

3.2.1電力生產(chǎn)側(cè)

從圖2可以看出,電力生產(chǎn)側(cè)效應(yīng)對(duì)電力碳排放主要起抑制作用。其中,電力結(jié)構(gòu)反映了總發(fā)電量中火力發(fā)電所占比例,即化石能源與清潔能源投入比例。從累計(jì)效應(yīng)看,1999-2013年電力結(jié)構(gòu)的變化導(dǎo)致電力行業(yè)碳排放減少了1億t,這是由于火電的碳排放遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于核電、水電和風(fēng)電,因此電力結(jié)構(gòu)的變化會(huì)對(duì)電力碳排放產(chǎn)生一定影響。根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局公布的數(shù)據(jù),中國(guó)火力發(fā)電量占比從1999年的95%下降到2013年78%,年均下降1.2%,電力結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整導(dǎo)致了其在逐年分解中表現(xiàn)為負(fù)向驅(qū)動(dòng)效應(yīng)。能源結(jié)構(gòu)反映了火電生產(chǎn)中煤炭、石油、天然氣所投入的比例,由于煤炭所產(chǎn)生的CO2大于石油和天然氣產(chǎn)生的CO2,因此當(dāng)煤炭占比在1999-2006年從95%增長(zhǎng)到98%時(shí),能源結(jié)構(gòu)促進(jìn)電力行業(yè)的碳排放。而在2006年以后,煤炭、石油的比例逐漸下降,而天然氣占比升高,表明隨著能源結(jié)構(gòu)的不斷優(yōu)化使得其對(duì)電力碳排放的增長(zhǎng)起到抑制的作用,最終累計(jì)效應(yīng)表現(xiàn)為-0.89億t。發(fā)電煤耗率是考核發(fā)電企業(yè)能源利用效率的主要指標(biāo),在1999-2013年發(fā)電煤耗率的變化導(dǎo)致電力行業(yè)碳排放減少了5.16億t,起到了抑制作用,其主要原因有兩個(gè):一個(gè)是各項(xiàng)技術(shù)水平的提高,包括火電機(jī)組運(yùn)行技術(shù)和電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)不斷提升以及新技術(shù)在火電機(jī)組中的應(yīng)用使火電單機(jī)發(fā)電煤耗率不斷降低;另一個(gè)是中國(guó)近些年加快了對(duì)能耗高、污染重的小火電機(jī)組關(guān)停速度,使火電生產(chǎn)結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化,發(fā)電煤耗率降低。

圖2　2000-2013年電力行業(yè)碳排放變化量結(jié)果

3.2.2電力消費(fèi)側(cè)

1) 產(chǎn)業(yè)發(fā)展因素。產(chǎn)業(yè)發(fā)展因素包括產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和電力強(qiáng)度。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)即國(guó)民經(jīng)濟(jì)中農(nóng)業(yè)、工業(yè)、建筑業(yè)、服務(wù)業(yè)所占比例,而工業(yè)電力消費(fèi)量占終端電力消費(fèi)量比例最大,是電力消費(fèi)的主體,如果工業(yè)增加值占國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值比重不斷增加,就會(huì)導(dǎo)致電力消費(fèi)量增加,從而增加電力行業(yè)碳排放。1999-2013年,中國(guó)工業(yè)占比始終在40%左右,而中國(guó)大力發(fā)展第三產(chǎn)業(yè),使第三產(chǎn)業(yè)占比逐年增加,因此產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對(duì)電力行業(yè)碳排放起負(fù)向驅(qū)動(dòng)作用。電力生產(chǎn)強(qiáng)度即各部門(mén)單位GDP的耗電量,反映部門(mén)的電力利用率。若電力消費(fèi)量降低,則相應(yīng)的碳排放量也必然降低。1999-2013年電力生產(chǎn)強(qiáng)度的變化導(dǎo)致了電力行業(yè)碳排放減少了26.08億t(見(jiàn)圖1),這也說(shuō)明了中國(guó)電力利用率在不斷提高。

2) 經(jīng)濟(jì)發(fā)展因素。經(jīng)濟(jì)發(fā)展因素包括人均GDP和人均生活用電。人均GDP反映了國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和居民物質(zhì)生活的富裕程度,1999-2013年,中國(guó)人均GDP從7828元上升到37 486元,增長(zhǎng)了4.79倍,產(chǎn)出水平的提高使得電力消費(fèi)和其碳排放量相應(yīng)增加電力碳排放量增加了32.32億t(見(jiàn)圖1)。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速增長(zhǎng),家庭電氣化程度也隨之不斷提高,生活用電量增加,因此人均生活用電量成為驅(qū)動(dòng)電力碳排放增長(zhǎng)的重要因素。

3) 人口因素。人口數(shù)量的不斷增加必然會(huì)導(dǎo)致電力消費(fèi)量增加,從而促進(jìn)電力碳排放量的增加。1999-2013年,人口數(shù)量的變化導(dǎo)致電力碳排放量增加了1.55億t。

4　降低CO2排放的建議

依據(jù)CO2排放影響因素對(duì)電力行業(yè)碳排放的影響程度,本文從電力生產(chǎn)和電力消費(fèi)兩個(gè)環(huán)節(jié)提出如下碳減排政策建議。

4.1電力生產(chǎn)側(cè)

1) 優(yōu)化電力結(jié)構(gòu)。增加水電、風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電和核電在電力生產(chǎn)中的比重。

2) 提升能源綜合利用效率。淘汰技術(shù)落后、發(fā)電水平較低的中小型發(fā)電機(jī)組,開(kāi)發(fā)、引進(jìn)新技術(shù)提高能源轉(zhuǎn)換效率,通過(guò)熱電聯(lián)產(chǎn)、整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)等方式降低煤耗、油耗、氣耗,實(shí)現(xiàn)能源的梯級(jí)利用、綜合利用和高效利用。

3) 煤炭清潔利用。對(duì)煤炭進(jìn)行二次加工和深加工,使之轉(zhuǎn)化為油、氣等優(yōu)質(zhì)能源。

4.2電力消費(fèi)側(cè)

1) 轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式,提高電力利用效率。通過(guò)優(yōu)化和調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和企業(yè)結(jié)構(gòu)等方式實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng),積極發(fā)展服務(wù)業(yè),抑制重工業(yè)特別是高耗能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

2) 應(yīng)用節(jié)電技術(shù),如制定用電設(shè)備的能效標(biāo)準(zhǔn),加強(qiáng)其執(zhí)行的強(qiáng)制性,提高電能利用效率。

5　結(jié)　論

1) 中國(guó)1999-2013年電力生產(chǎn)側(cè)對(duì)電力行業(yè)碳排放量起負(fù)向驅(qū)動(dòng)作用,電力消費(fèi)側(cè)起正向驅(qū)動(dòng)作用,電力消費(fèi)側(cè)對(duì)對(duì)電力行業(yè)CO2排放的促進(jìn)作用大于生產(chǎn)側(cè)的抑制作用。

2) 人均GDP是電力行業(yè)CO2排放增長(zhǎng)最主要的正向驅(qū)動(dòng)因素,人均生活用電和人口也呈顯著的正向驅(qū)動(dòng)作用。

3) 電力強(qiáng)度對(duì)電力行業(yè)CO2排放增長(zhǎng)表現(xiàn)為主要的抑制作用,產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和電力結(jié)構(gòu)在一定程度上減少了電力行業(yè)CO2排放的增長(zhǎng),發(fā)電煤耗率在生產(chǎn)技術(shù)水平提升、優(yōu)化火電生產(chǎn)結(jié)構(gòu)的推動(dòng)作用下對(duì)電力行業(yè)CO2排放量變化的負(fù)向驅(qū)動(dòng)作用逐漸凸顯。

4) 能源結(jié)構(gòu)因素的貢獻(xiàn)值一直不高,但逐漸呈現(xiàn)了負(fù)向驅(qū)動(dòng)的效應(yīng),也突出了能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整在控制電力行業(yè)碳排放過(guò)程中的作用。

[1] 魏一鳴,劉蘭翠,范英,等.中國(guó)能源報(bào)告(2008)碳排放研究[M].北京:科學(xué)出版社,2008.WEI Yiming, LIU Lancui, FAN Ying, et al. Chian energy report (2008)[M]. Beijing: Science Press, 2008.

[2] 米國(guó)芳,趙濤.中國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、電力消費(fèi)與碳排放量關(guān)系研究[J].科學(xué)管理研究,2012,30(1):89-91.

MI Guofang, ZHAO Tao. Research on the relationship among economic growth, electricity consumptionand carbon emissions in china[J]. Scientific Management Research, 2012,30(1):89-91.

[3] ZHANG M,LIU X,WANG W,et al.Decomposition Analysis of CO2Emissions from Electricity Generation in China[J].Energy Policy,2013,52:159-165.

[4] ANG B W,CHOI K H.Boundary Problem in Carbon Emission Decomposition[J].Energy Policy,2002,30(13).

[5] STEENHOF P.Decomposition for Emission Baseline Setting in China’s Electricity Sector[J].Energy Policy,2007,35(1).[6] 徐國(guó)泉,劉則淵,姜照華.中國(guó)碳排放的因素分解模型及實(shí)證分析:1995-2004[J].中國(guó)人口·資源與環(huán)境,2006(6):158-161.XU Guoquan, LIU Zeyuan, JIANG Zhaohua. Decomposition model and empirical study of carbon emissions for china, 1995-2004[J]. China Population Resources And Environment, 2006(6):158-161.

[7] 侯建朝,譚忠富.電力生產(chǎn)CO2排放變化影響因素分解[J].中國(guó)電力,2011,44(11):39-42.

HOU Jianchao, TAN Zhongfu. The factor decomposition of CO2emission changes in electricity production in china[J].Electric Power, 2011,44(11):39-42.

[8] 霍沫霖,韓新陽(yáng),單葆國(guó).中國(guó)電力工業(yè)碳排放強(qiáng)度影響因素實(shí)證分析[J].中國(guó)電力,2013,46(12):122-126.

HUO Molin, HAN Xinyang, SHAN Baoguo. Empirical study on key factors of carbon emission intensity of power industry[J]. Electric Power, 2013,46(12):122-126.

[9] 王常凱,崔維軍.結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度、規(guī)模與電力碳排放-基于LMDI分解方法的研究[J].科技管理研究,2015(6):221-241.

WANG Changkai, CUI Weijun. Structure,intensity,scale and carbon emissions from electricity based on lmdi decomposition[J]. Science and Technology Management Research, 2015(6):221-241.

[10] PCC.2006 IPCC guidelines for national greenhouse gas inventories:volume 2.Japan:the Institute for Global Environmental Strategies,2013-06-20.

(責(zé)任編輯侯世春)

Analysis of influential factors on electric power industry CO2emission based on LMDI

WANG Xiping, WANG Yueyue

(Department of Economic Management, NCEPU, Baoding 071003, China)

In order to solve the problem of the influence of the increase of China’s thermal power industry CO2emission on the national low carbon development, firstly the author formulated the model of carbon emission factor decomposition based on LMDI, made the quantitative analysis of the influence of energy structure, electric power structure, power generation coal consumption and so on on the power industry carbon emission during the year of 2000 to 2013. The result shows that adopting LMDI model is able to analysis the factors influencing power industry CO2emission, optimize power structure, and enhance the comprehensive utilization of energy and electric power. Finally, the author advised on CO2emission reduction from power generation and consumption.

power carbon emission; LMDI; factor decomposition

2016-03-25;

2016-04-18。

王喜平(1969—),女,副教授,博士研究生,研究方向?yàn)槟茉唇?jīng)濟(jì)與可持續(xù)發(fā)展研究。

X511

A

2095-6843(2016)04-0343-04