山東省能源消費碳排放影響因素分析

邵敏，郝晴，閆桂煥，許崇慶

（齊魯工業(yè)大學(xué)（山東省科學(xué)院），山東省科學(xué)院生態(tài)研究所，山東濟南250103）

0 引言

氣候變化影響著人類生存和發(fā)展，以煤、石油、天然氣為主的化石燃料燃燒產(chǎn)生的CO2，是地球氣候變暖的最主要因素［1］。氣候變化問題目前已不僅僅是科學(xué)問題，而上升為全球性的政治、經(jīng)濟和社會問題［2］。山東省是能源消費大省，長期以來，以煤為主的能源消費結(jié)構(gòu)以及煤炭能源的低效利用，使得山東省碳排放量在全國處于較高位置。因此，結(jié)合山東實際，系統(tǒng)分析碳排放影響因素、尋求碳減排路徑對山東發(fā)展低碳經(jīng)濟至關(guān)重要。

近年來，因素分解法成為研究碳排放驅(qū)動因素的一種常用方法。田立等分析了影響黑龍江省碳排放的主要因素，發(fā)現(xiàn)經(jīng)濟發(fā)展模式和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)是拉動黑龍江省碳排放量增長的主要因素［3］；饒群采用因素分解模型分析了能源結(jié)構(gòu)、能源強度、經(jīng)濟發(fā)展對長三角地區(qū)碳排放的影響，發(fā)現(xiàn)經(jīng)濟發(fā)展為人均碳排放量增長的主要因素［4］；郝晴等分析了山東省交通領(lǐng)域能耗碳排放驅(qū)動因素，發(fā)現(xiàn)經(jīng)濟因素和能源強度因素是交通碳排放的主要正向驅(qū)動因素，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)因素是負向驅(qū)動因素［5］；劉洪久等分析了能源結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等因素對江蘇省碳排放的驅(qū)動作用及貢獻值［6］；杜穎建立了廣西人均碳排放的因素分解模型，定量分析研究了經(jīng)濟發(fā)展、能源結(jié)構(gòu)和能源效率因素對廣西人均碳排放的影響［7］。

由于對數(shù)平均權(quán)重分解法（LMDI）能使分解殘差為零，比較適合進行時間序列分析，因而在碳排放因素研究領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛。因此，本文通過采用LMDI模型對山東省碳排放量進行因素分解，定量分析經(jīng)濟發(fā)展、能源結(jié)構(gòu)、能源效率以及人口因素對山東省2000—2016年碳排放量的影響，分析山東省碳排放與其影響因素間的關(guān)系，為山東省經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 研究方法

1.1 碳排放測算方法

煤品、油品、天然氣等一次能源消費是山東省的主要溫室氣體來源。本文對山東省總的二氧化碳排放量采用自上而下的計算方法進行測算，計算公式如下：

其中，C為山東省碳排放總量；Ci為第i種能源的碳排放量；Ei為第i種能源的消費量；Fi為第i種能源的碳排放系數(shù)；Oi為第i種能源的碳氧化率；IN表示碳與二氧化碳之間的轉(zhuǎn)換系數(shù)，IN=44/12；i表示能源類型。各類能源碳排放相關(guān)參數(shù)如表1所示。

表1 各類能源碳排放相關(guān)參數(shù)

1.2 LMDI模型構(gòu)建

碳排放與經(jīng)濟發(fā)展、能源結(jié)構(gòu)、能源效率、人口規(guī)模等因素密切相關(guān)，基于此，構(gòu)建山東省碳排放迪氏（Divisia）指數(shù)分解模型，具體表達式如下：

式中，Ci為i種能源的碳排放量；Ei為i種能源的消費量；E為能源消費總量；Y為地區(qū)生產(chǎn)總值（GDP）；P為人口。

為明確各類因素對碳排放變化的影響，令：

其中，F(xiàn)i表示第i種能源的碳排放強度，即消費單位i種能源的碳排放量；Si表示能源結(jié)構(gòu)因素，即第i種能源占能源消費總量的比例；I表示能源效率因素，即單位GDP的能源消耗；R表示經(jīng)濟發(fā)展因素，即人均GDP；P表示人口因素，即人口規(guī)模。由此，公式（2）可以寫為：

由式（4）可以看出，碳排放量C的變化與能源排放強度Fi、能源結(jié)構(gòu)Si、能源效率I、經(jīng)濟發(fā)展R以及人口規(guī)模P有關(guān)。為更好地分析各因素對碳排放的影響，將碳排放的變化分解為能源強度、能源結(jié)構(gòu)、能源效率、經(jīng)濟發(fā)展及人口規(guī)模等5種驅(qū)動因素定量影響之和，為對碳排放的變化進行合理分解，消除分解余量，采用Ang［8］和Choi［9］提出的LMDI算法進行分解。第t期相對于基期的碳排放量的變化表示如下：

其中，t表示第t期，0表示基期，Ct為t期碳排放總量，C0為初期（基準(zhǔn)期）碳排放總量，ΔCF、ΔCS、ΔCI、ΔCR、ΔCP分別表示能源排放強度因素、能源結(jié)構(gòu)因素、能源效率因素、經(jīng)濟發(fā)展因素、人口規(guī)模對碳排放量變化的貢獻值。

2 山東省能源碳排放及驅(qū)動因素分析

2.1 山東省能源碳排放

根據(jù)公式（1），結(jié)合2001—2017年《山東統(tǒng)計年鑒》和2001—2017年《中國能源統(tǒng)計年鑒》中的能源結(jié)構(gòu)和能源消費數(shù)據(jù)，可以計算出山東省2000—2016年能源消費產(chǎn)生的碳排放量，結(jié)果如圖1所示。從圖中可以看到，2000—2016年，山東省碳排放量總體呈上升趨勢，由2000年的2.48億噸二氧化碳增加至2016年的9.33億噸二氧化碳，增加了277%。2000—2010年期間山東省碳排放增速較快，2011年后碳排放增速放緩，但總量仍較大。

從圖中還可以看到，山東省碳排放構(gòu)成中煤品消費產(chǎn)生的二氧化碳一直占據(jù)主導(dǎo)地位，且增長迅速，由2000年的1.9億噸二氧化碳增加至2016年的7.8億噸二氧化碳，增加了311%；煤品消費產(chǎn)生的碳排放約占排放總量的80%，其次是油品消費，約占排放總量的10%～20%；天然氣消費產(chǎn)生的碳排放占比最小，不足1%。這是由于山東省能源消費以煤品為主，油品次之，天然氣消費量最少，且煤品的碳排放系數(shù)較高，也造成了山東碳排放量的居高不下。

2.2 山東省碳排放驅(qū)動因素分析

由于各類能源的碳排放強度系數(shù)Fi是固定值，即ΔCF=0，故影響碳排放的主要因素為能源結(jié)構(gòu)、能源效率、經(jīng)濟發(fā)展和人口變化。將這四個主要影響因素根據(jù)式（7）～式（10）進行計算，結(jié)果如表2所示。

圖1 2000—2016年山東省碳排放情況

2000—2016年各因素對山東省碳排放的貢獻值如圖2所示，可以看到，所有因素的總效應(yīng)呈增長趨勢，在2011年有所降低，但其后又繼續(xù)保持增長態(tài)勢。2016年總效應(yīng)達到68560.5萬噸二氧化碳，碳排放增長迅速。

表2 2000—2016年各因素對山東省碳排放的貢獻值

造成山東碳排放量快速增長的主要因素是山東經(jīng)濟的快速發(fā)展，從圖2可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)濟發(fā)展對山東碳排放的貢獻值是不斷增大的，特別是2000—2010年期間，基本呈現(xiàn)出指數(shù)增長趨勢，說明這一時期山東省經(jīng)濟的快速增長主要是由高耗能、高污染的產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶動的，2010年之后，由經(jīng)濟發(fā)展因素帶來的碳排放增速變緩，說明山東省逐步重視經(jīng)濟發(fā)展的總體質(zhì)量，不再只是單純注重總量的增長。

圖2 2000—2016年各因素對山東省碳排放的貢獻值趨勢圖

能源結(jié)構(gòu)因素對碳排放的貢獻不明顯，2014年之前能源結(jié)構(gòu)對碳排放的影響呈正貢獻，到2015和2016年開始出現(xiàn)了負貢獻，這是由于一直以來山東省能源結(jié)構(gòu)都是以煤品為主，煤品在山東一次能源消費中占到了80%左右，且能源結(jié)構(gòu)變化不大，因此，能源結(jié)構(gòu)對碳排放的貢獻呈正向波動，且貢獻不大。近兩年，能源結(jié)構(gòu)因素出現(xiàn)了負貢獻，說明山東開始重視能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，2016年，煤品消費占比有所降低，降至77%，天然氣消費占比有所提高，達到了3%以上。

從圖2還可以看到，能源效率因素對碳排放的貢獻在2007年之前是正貢獻，從2008年開始變?yōu)樨撠暙I，且抑制作用逐漸增大，可見能源效率是抑制碳排放增長的主要因素，說明山東省在提高能源利用率、節(jié)能減排方面取得了很好的成效，但可以發(fā)現(xiàn)，能源效率對降低山東碳排放的貢獻值逐漸變緩。

人口因素對山東省碳排放呈正貢獻，且不斷增加，這說明隨著人口規(guī)模的增大，碳排放是不斷增加的，但與經(jīng)濟發(fā)展帶來的增加值相比，人口因素對碳排放的貢獻相對較小。

根據(jù)以上分析，可將影響山東碳排放的4個因素分為兩類，一是拉動因素，即經(jīng)濟發(fā)展和人口因素，二是抑制因素，即能源結(jié)構(gòu)和能源效率因素。2016年四個分解因素的貢獻值如圖3所示，從圖中可以看到，經(jīng)濟發(fā)展是拉動山東碳排放量的最重要因素，能源效率因素是抑制碳排放增長的最重要因素，能源結(jié)構(gòu)和人口因素對碳排放變化的影響不明顯。

隨著山東經(jīng)濟的飛速發(fā)展，僅僅依賴能源效率的提高已經(jīng)難以抑制由經(jīng)濟發(fā)展引起的碳排放的增加，因此，除了繼續(xù)提高能源效率外，還需進一步發(fā)揮能源結(jié)構(gòu)的改變對碳排放的抑制作用。

圖3 2016年各分解因素的貢獻值

3 結(jié)論及對策

本文通過LMDI算法對山東省能源碳排放進行因素分解，通過分析，得到以下結(jié)論：

（1）經(jīng)濟發(fā)展和人口因素是山東碳排放增加的拉動因素，其中，經(jīng)濟發(fā)展是拉動山東碳排放增長的主要因素，人口因素對碳排放的拉動作用較小。

（2）能源效率和能源結(jié)構(gòu)因素是影響山東碳排放的抑制因素，能源效率是抑制山東碳排放的重要因素，由于山東能源結(jié)構(gòu)變化較小，能源結(jié)構(gòu)對碳排放的貢獻不明顯且一度呈現(xiàn)出正貢獻，只在近兩年出現(xiàn)了負貢獻，能源結(jié)構(gòu)的抑制作用仍需繼續(xù)挖掘。

因此，針對山東省要實現(xiàn)碳減排，本文提出以下措施：

（1）調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，逐步降低煤炭消費比重。不斷推動能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化，促進能源低碳化轉(zhuǎn)型，大力發(fā)展新能源和清潔能源。把清潔低碳能源作為調(diào)整能源結(jié)構(gòu)的主攻方向，堅持清潔利用化石能源，大力發(fā)展非化石能源，不斷壓減煤炭消費量。

（2）提高能源利用效率，推廣節(jié)能減排技術(shù)。加大節(jié)能技術(shù)的開發(fā)、引進、推廣和應(yīng)用，不斷提高煤品、油品、天然氣等能源資源的利用率；推廣使用節(jié)能設(shè)備，提高能源轉(zhuǎn)化效率，降低中間環(huán)節(jié)的能源消耗和浪費；鼓勵、引導(dǎo)和支持企業(yè)研究開發(fā)節(jié)能工藝、設(shè)備和技術(shù)，增強自主創(chuàng)新能力。

（3）促進傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)低碳轉(zhuǎn)型升級，積極發(fā)展戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)。加快傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，運用高新技術(shù)、新工藝和節(jié)能技術(shù)改造升級傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，提高傳統(tǒng)高耗能產(chǎn)業(yè)的能耗水平；加快推進新舊動能轉(zhuǎn)換，積極培育發(fā)展科技含量高、低碳排放、環(huán)境污染少的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。