中國(guó)黑色金屬行業(yè)能源消費(fèi)碳排放因素分解研究

羅世興，吳 青

(1.中國(guó)國(guó)土資源經(jīng)濟(jì)研究院，北京 101149； 2.國(guó)土資源部資源環(huán)境承載力評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 101149； 3.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)，北京 100083)

隨著經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速增長(zhǎng)，中國(guó)成為能源消費(fèi)及其碳排放大國(guó)。2009年中國(guó)政府承諾到2020年單位GDP的CO2排放比2005年下降40%～45%?！豆I(yè)綠色發(fā)展規(guī)劃(2016～2020年)》提出2020年單位工業(yè)增加值CO2排放要比2015年下降22%。黑色金屬行業(yè)是高能耗、高污染、高排放的工業(yè)部門，也是我國(guó)淘汰落后和過(guò)剩產(chǎn)能的重點(diǎn)領(lǐng)域。2015年黑色金屬行業(yè)工業(yè)銷售產(chǎn)值、能源消費(fèi)總量、終端能源消費(fèi)量分別占工業(yè)的6.19%、22.45%和27.26%。準(zhǔn)確估算黑色金屬行業(yè)能源消耗碳排放，分析其驅(qū)動(dòng)因素，對(duì)行業(yè)節(jié)能減排有重要意義。

1 文獻(xiàn)綜述

能源消費(fèi)碳排放及其因素分解是資源環(huán)境經(jīng)濟(jì)的熱點(diǎn)。其中，碳排放核算主要依據(jù)IPCC和國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)的溫室氣體清單指南，差異在于時(shí)空及參數(shù)選擇。因素分解主要運(yùn)用結(jié)構(gòu)分解法或指數(shù)分解法。Ang B W等[1-3]比較了不同方法的分解效果，發(fā)現(xiàn)對(duì)數(shù)平均迪氏指數(shù)法不僅可以進(jìn)行多因素分解，而且分解殘差為0。此后該方法被廣泛用于碳排放等因素分解領(lǐng)域。

現(xiàn)有研究集中于國(guó)家、省市、工業(yè)及制造業(yè)等宏觀層面，也涉及農(nóng)業(yè)、化工、建筑業(yè)及交通運(yùn)輸?shù)炔块T。陳詩(shī)一[4]發(fā)現(xiàn)能源生產(chǎn)率提高是中國(guó)工業(yè)CO2排放強(qiáng)度下降的主要因素。童泉格等[5]研究發(fā)現(xiàn)進(jìn)出口總額、固定資產(chǎn)投資及GDP是內(nèi)蒙古能源碳排放的主要驅(qū)動(dòng)因素。李波等[6]、李志國(guó)等[7]研究表明農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)農(nóng)業(yè)碳排放具有較強(qiáng)推動(dòng)作用。梁日忠等[8]、范體軍等[9]發(fā)現(xiàn)規(guī)模效應(yīng)中國(guó)化學(xué)工業(yè)碳增排的主因素。祁神軍等[10]、胡穎等[11]認(rèn)為能源結(jié)構(gòu)和能源強(qiáng)度是我國(guó)建筑業(yè)減排的關(guān)鍵。楊良杰等[12]對(duì)江蘇省交通運(yùn)輸業(yè)能源消費(fèi)碳排放的研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出、人口規(guī)模和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)起增排作用，能源結(jié)構(gòu)和能源強(qiáng)度作用相反。謝守紅等[13]研究發(fā)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)增長(zhǎng)和能源效率是我國(guó)交通運(yùn)輸業(yè)碳排放的最主要增排和減排因子。夏賓等[14]認(rèn)為我國(guó)電解鋁CO2排放估算應(yīng)以排放系數(shù)法為主，實(shí)測(cè)法為輔。時(shí)玉茹等[15]發(fā)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)規(guī)模是有色金屬行業(yè)碳增排的主因素，能源強(qiáng)度起抑制作用，能源結(jié)構(gòu)和碳排放系數(shù)影響較小。常前發(fā)等[16]探討了黑色冶金礦山節(jié)能減排的主要內(nèi)容及關(guān)鍵技術(shù)。彭興文等[17]調(diào)查分析了我國(guó)黑色金屬采選業(yè)的廢水、CO、SO2等產(chǎn)污染及排污系數(shù)。

綜上所述，當(dāng)前缺乏對(duì)黑色金屬行業(yè)的深入研究，能源大多僅考慮煤炭、原油、天然氣，未考慮電力、熱力等二次能源消費(fèi)碳排放。能源數(shù)據(jù)大多采用工業(yè)分行業(yè)9種能源消費(fèi)總量(實(shí)物量)數(shù)據(jù)折算，其結(jié)果比年鑒的標(biāo)準(zhǔn)高，按其計(jì)算碳排放存在夸大問題，故本文選擇22種能源估算中國(guó)黑色金屬行業(yè)能源消費(fèi)碳排放，并進(jìn)行彈性分析與因素分解。

2 模型數(shù)據(jù)

2.1 Tapio彈性分析法

彈性分析法運(yùn)用環(huán)境壓力與驅(qū)動(dòng)因素間的變化彈性來(lái)測(cè)度脫鉤程度，計(jì)算見式(1)。

e=(ΔC/C)/(ΔGDP/GDP)

(1)

式中：e為彈性系數(shù)；C為能源消費(fèi)碳排量；GDP為經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出。

參照Tapio[18]、鐘太洋等[19]的研究，將彈性對(duì)應(yīng)的脫鉤狀態(tài)劃分，見表1。

表1 脫鉤狀態(tài)劃分標(biāo)準(zhǔn)

2.2 LMDI因素分解法

碳排放不僅與能源消費(fèi)量、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出及人口規(guī)模有關(guān)，還與能源結(jié)構(gòu)、能源強(qiáng)度、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等密切相關(guān)，故有式(2)。

C=

(2)

式中：C為碳排放總量；Cij為第i行業(yè)消費(fèi)第j種能源的碳排放量；ECi為第i行業(yè)能源消費(fèi)總量；ECij為第i行業(yè)第j種能源的消費(fèi)量；Yi為第i行業(yè)的產(chǎn)值；Y為所有行業(yè)的產(chǎn)值；P為所有行業(yè)的就業(yè)規(guī)模。

對(duì)數(shù)平均指標(biāo)分解法(Logarithmic Mean Divisia Index，簡(jiǎn)稱LMDI)作為指數(shù)分解法的一種，本文采用加和法將碳排放變化量ΔC分解為式(3)。

ΔC=Ct-Ct-1=

ΔCf+ΔCm+ΔCε+ΔCs+ΔCa+ΔCθ

(3)

式中：ΔCf為排放因子效應(yīng)，表示由能源碳排放因子變化引起的碳排放變化；ΔCm為能源結(jié)構(gòu)效應(yīng)，表示由能源結(jié)構(gòu)改變引起的碳排放變化；ΔCε為能源強(qiáng)度效應(yīng)，表示由能源強(qiáng)度改變引起的碳排放變化；ΔCs為產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)效應(yīng)，表示由產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化引起的碳排放變化；ΔCα為經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出效應(yīng)，表示由單位就業(yè)產(chǎn)值變化引起的碳排放變化；ΔCθ為就業(yè)規(guī)模效應(yīng)，表示由就業(yè)人數(shù)改變引起的碳排放變化，各效應(yīng)計(jì)算見式(4)～(9)。

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

2.3 數(shù)據(jù)處理

本文采用工業(yè)分行業(yè)終端能源消費(fèi)量(標(biāo)準(zhǔn)量)數(shù)據(jù)，《省級(jí)溫室氣體清單編制指南(試行)》的碳含量、《中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒》的發(fā)熱量等參數(shù)測(cè)算一次能源的碳排放系數(shù)，結(jié)果見表2。借鑒查建平等[20]、王文舉等[21]的做法，計(jì)算電力、熱力的歷年平均碳排放系數(shù)[注]受篇幅限制，各能源發(fā)熱量、碳含量參數(shù)、碳氧化率等參數(shù)及計(jì)算過(guò)程未展示，可向作者索要。。2010年開始終端能源消費(fèi)能源種類由18種增加到27種，2013年又增加了“其他能源”，但其各種參數(shù)缺失，且石腦油、潤(rùn)滑油等5種能源消費(fèi)少，故本文只選擇了22種能源。工業(yè)總產(chǎn)值來(lái)源于《中國(guó)工業(yè)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)年鑒》，并按各行業(yè)工業(yè)生產(chǎn)者出廠價(jià)格指數(shù)以1994年為基期定基，就業(yè)人數(shù)來(lái)源于《中國(guó)工業(yè)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)年鑒》[注]本文的黑色金屬行業(yè)包含黑色金屬礦采選業(yè)，黑色金屬冶煉和壓延加工業(yè)。2012年開始不再統(tǒng)計(jì)工業(yè)總產(chǎn)值，以工業(yè)銷售產(chǎn)值替代，2012年就業(yè)數(shù)據(jù)用相鄰年份的平均估算。。

根據(jù)IPCC指南中自下而上的方法，黑色金屬行業(yè)能源消費(fèi)碳排放，計(jì)算見式(10)。

(10)

表2 各種一次能源的碳排放系數(shù) 單位：kg/kg標(biāo)準(zhǔn)煤

3 結(jié)果分析

3.1 碳排放特征分析

我國(guó)黑色金屬行業(yè)能源消費(fèi)碳排放總量及強(qiáng)度先升后降，呈現(xiàn)“倒U型”走勢(shì)。其中，碳排放總量由1994年的11 443.93萬(wàn)t增加到2014年的72 342.56萬(wàn)t的最大值，2015年下降到66 751.38萬(wàn)t，年均增長(zhǎng)8.76%。增長(zhǎng)主要分三個(gè)階段：1995～2001年下降轉(zhuǎn)為緩慢增長(zhǎng)；2002～2011年基本保持2位數(shù)的快速增長(zhǎng)；2012～2015年快速增長(zhǎng)轉(zhuǎn)為下降，見圖1。

碳排放強(qiáng)度1995年達(dá)到最大3.23 t/萬(wàn)元，此后下降到2015年0.91 t/萬(wàn)元，年均下降5.02%。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)上，冶煉和壓延加工是黑色金屬行業(yè)碳排放的主體，占98%左右，采選環(huán)節(jié)碳排放占比很小。能源種類上，焦炭、高爐煤氣、電力和原煤是主要來(lái)源，2015年各占行業(yè)碳排放總量的46.64%、21.29%、14.34%和9.09%。

圖1 1994～2015年中國(guó)黑色金屬行業(yè)能源消費(fèi)碳 排放總量及強(qiáng)度

3.2 碳排放與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)脫鉤分析

1995～2015年中國(guó)金屬行業(yè)能源消費(fèi)碳排放與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)以弱脫鉤為主，見表3，說(shuō)明該行業(yè)以較低的碳排增長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)了較快的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出增長(zhǎng)。21年中，弱脫鉤、擴(kuò)展連接、強(qiáng)脫鉤、擴(kuò)張負(fù)脫鉤及強(qiáng)負(fù)脫鉤分別有12年、3年、3年、2年和1年。1998年、1999年及2015年在實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出增長(zhǎng)的同時(shí)碳排放減少。2005年、2013年碳排放增長(zhǎng)遠(yuǎn)超過(guò)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出的增長(zhǎng)，出現(xiàn)負(fù)脫鉤。1995年則呈現(xiàn)產(chǎn)值下降，碳排放增加的強(qiáng)負(fù)脫鉤狀態(tài)。

表3 1995～2015年中國(guó)黑色金屬行業(yè)能源消費(fèi)碳排放與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)脫鉤彈性

3.3 碳排放因素分解

3.3.1 逐年效應(yīng)

經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出是行業(yè)能源消費(fèi)碳排放的最大貢獻(xiàn)者，其逐年效應(yīng)1995～2007年處于穩(wěn)步增長(zhǎng)階段，2008年開始波動(dòng)較大，但維持正向驅(qū)動(dòng)作用，2015年高達(dá)10 783.94萬(wàn)t。這主要得益于行業(yè)人均產(chǎn)出的不斷提升，由10.29萬(wàn)元/人增加到174.36萬(wàn)元/人，年均增長(zhǎng)14.43%。就業(yè)規(guī)模在2003開始起增排作用，并在2013年達(dá)到5 240.90萬(wàn)t的峰值，2014、2015年轉(zhuǎn)為負(fù)向減排作用。這主要與礦業(yè)“黃金十年”就業(yè)人數(shù)的增加以及市場(chǎng)低迷時(shí)期就業(yè)的減少密切相關(guān)。能源結(jié)構(gòu)除在1995年、2005年、2008年、2009年和2012年為負(fù)向外，其余年份均為正向增排作用(圖2)，這主要是焦炭、高爐煤氣等高碳排的能源占比居高不下。

能源強(qiáng)度是行業(yè)碳減排的主要因素，2012年減排作用達(dá)到最大值-8 168.42萬(wàn)t。這源于行業(yè)能源強(qiáng)度的持續(xù)下降，由3.03 t標(biāo)準(zhǔn)煤/萬(wàn)元減少到0.89 t標(biāo)準(zhǔn)煤/萬(wàn)元，年均下降5.67%。伴隨著電力碳排放因子的逐步下降，2007年開始排放因子減排作用日益增強(qiáng)，2015年達(dá)到-882.46萬(wàn)t。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)一直起微弱的減排作用，這主要因?yàn)榈吞寂诺暮谏饘俨蛇x業(yè)產(chǎn)值比重日益增大。2015年行業(yè)碳排放比2014年減少5 591.18萬(wàn)t，經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出、就業(yè)規(guī)模、能源結(jié)構(gòu)、能源強(qiáng)度、排放因子和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的貢獻(xiàn)率分別為-192.87%、139.55%、-2.50%、144.69%、15.78%和-4.66%。

3.3.2 累積效應(yīng)

圖3顯示經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出累積效應(yīng)為正且日益增大，說(shuō)明經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出作為行業(yè)碳增排的最大驅(qū)動(dòng)因素，作用日益增強(qiáng)。就業(yè)規(guī)模累積效應(yīng)在2007年由負(fù)向轉(zhuǎn)為正向，且在2013年達(dá)到峰值后下降。能源結(jié)構(gòu)累積效應(yīng)作用不穩(wěn)定，2010年開始起增排作用，2015年超過(guò)就業(yè)規(guī)模，成為第二大增排因素。

圖2 1995～2015年中國(guó)黑色金屬行業(yè)能源消費(fèi)碳 排放各因素的逐年效應(yīng)

圖3 1995～2015年中國(guó)黑色金屬行業(yè)能源消費(fèi)碳 排放各因素的累積效應(yīng)

能源強(qiáng)度累積效應(yīng)為負(fù)且日益減小，說(shuō)明能源強(qiáng)度對(duì)行業(yè)碳減排的作用持續(xù)增強(qiáng)。排放因子和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)累積效應(yīng)的抑制作用不大。其中，排放因子累積效應(yīng)從2002年開始轉(zhuǎn)為減排作用，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)累積效應(yīng)雖一直未負(fù)向，但增長(zhǎng)緩慢。從1994年到2015年底，黑色金屬行業(yè)累積增加了55 307.45萬(wàn)t，經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出、能源結(jié)構(gòu)、就業(yè)規(guī)模、能源強(qiáng)度、排放因子和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的貢獻(xiàn)率分別為139.21%、18.37%、11.41%、-62.91%、-4.93%和-1.16%。

4 結(jié) 論

1) 中國(guó)黑色金屬工業(yè)能源消費(fèi)碳排放總量和強(qiáng)度先升后降，分別于2014年和1995年達(dá)到峰值。冶煉加工環(huán)節(jié)，焦炭、高爐煤氣等能源消費(fèi)是行業(yè)碳排放的主要來(lái)源。碳排放與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)以弱脫鉤為主，說(shuō)明行業(yè)以較低的碳排增長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)了較快的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)。

2) 經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出是行業(yè)碳排放增長(zhǎng)的最大驅(qū)動(dòng)因素。就業(yè)規(guī)模和能源結(jié)構(gòu)先后于2007年及2010年轉(zhuǎn)為增排作用。能源強(qiáng)度的下降是行業(yè)碳排放增長(zhǎng)的主要抑制因素，碳排放系數(shù)減排作用次之，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)減排作用微弱。

3) 提高能源利用效率，降低能源消費(fèi)強(qiáng)度，加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、淘汰落后及過(guò)剩產(chǎn)能成為黑色金屬行業(yè)減排的關(guān)鍵；優(yōu)化行業(yè)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，提高清潔能源利用比重，并加大化石能源的清潔利用；深入推廣行業(yè)清潔生產(chǎn)與碳捕捉與封存技術(shù)。