中國碳排放驅(qū)動因素分解分析

趙志耘，楊朝峰

(中國科學(xué)技術(shù)信息研究所，北京 100038)

一、引言

中國經(jīng)濟在經(jīng)歷了30多年的快速增長之后，已成為僅次于美國的世界第二大經(jīng)濟體，與之相伴隨的是中國能源消費量和碳排放量的節(jié)節(jié)攀升。2010年中國能源消費總量達32.5億噸標準煤。目前中國已成為世界最大碳排放國，面臨著越來越嚴峻的國際減排壓力。此外減排也是中國可持續(xù)發(fā)展的內(nèi)在需要。我國以化石能源為主的能源結(jié)構(gòu)已經(jīng)日益面臨資源與環(huán)境的雙重約束，具有明顯的不可持續(xù)性。發(fā)展低碳經(jīng)濟，建立能源有效利用、環(huán)境友好和經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的低碳社會，既可以弱化能源和環(huán)境的雙重約束，又可以爭取環(huán)境外交的主動權(quán)，“凈化”外部發(fā)展環(huán)境，為我國的進一步發(fā)展提供良好的條件。中國碳排放量快速上升不能簡單理解為僅是化石能源消費增長的結(jié)果，而是各因素共同作用的結(jié)果。因此要發(fā)展低碳經(jīng)濟，首先必須深入分析中國碳排放量快速增長的深層驅(qū)動因素及其影響大小，為低碳經(jīng)濟政策的制訂提供決策支持。

在這種背景下，測度碳排放量并分析影響碳排放的主要因素成為學(xué)術(shù)界和政府共同關(guān)注的熱點問題。對中國碳排放的驅(qū)動因素進行研究的文獻，較早可以追溯Ang等(1998)的研究，他們用對數(shù)均值迪氏指數(shù)(LMDI)分解法，對中國工業(yè)部門消費能源的碳排放進行了研究［1］。Wu等(2005)基于我國各省的數(shù)據(jù)，運用“三層完全分解法”，研究了我國1985～1999年碳排放量的變化及驅(qū)動因素［2］。徐國泉等(2006)采用 LMDI分解法，分析了1995～2004年我國人均碳排放的影響因素［3］。王鋒等(2010)研究了1995～2007年我國能源消費的碳排放增長驅(qū)動因素的加權(quán)貢獻［4］。葉曉佳等(2011)將碳排放的驅(qū)動因素分解為能源強度、結(jié)構(gòu)調(diào)整、經(jīng)濟發(fā)展和人口規(guī)模等四大類效應(yīng)，并采用LMDI分解法測算了各類效應(yīng)對碳排放量的貢獻值［5］。仲云云和仲偉周(2012)構(gòu)建LMDI三層完全分解模型，研究了各地區(qū)碳排放增長的驅(qū)動因素［6］。

以上研究對揭示我國碳排放的驅(qū)動因素、制訂碳減排政策具有積極意義，但尚存在如下兩個方面的局限。一是大多數(shù)現(xiàn)有文獻在計算碳排放時，僅僅考慮化石能源的碳排放，而沒有考慮水泥生產(chǎn)過程中碳酸鈣分解排放的因素。隨著中國城市化進程的推進，尤其是房屋建筑及公路道路建設(shè)的快速擴張，我國水泥產(chǎn)量由1978年的6524萬噸上升到2008年的164398萬噸，水泥生產(chǎn)帶來的碳排放在總排放中的占比逐年快速上升，由1978年的2.18%增至2008年的9.84%①水泥生產(chǎn)排放量的數(shù)據(jù)來自于美國橡樹嶺國家實驗室二氧化碳信息分析中心(CDIAC)。。如果將碳排放總量中將近10%的部分忽略不計，就不能保證對中國城市化進程中碳排放問題的全面分析［7］。二是已有文獻大多集中于對生產(chǎn)部門的能源消耗和碳排放情況進行研究，而對居民生活部門的研究較少。而居民生活部門的能源消費量和碳排放正隨著生活水平的提高和生活方式的改變在逐步增大，這部分碳排放量已經(jīng)變得不可忽視。鑒于此，本文將在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上，考慮生活部門以及水泥生產(chǎn)過程中的碳排放因素，通過擴展的Kaya恒等式建立LMDI分解模型對我國碳排放的驅(qū)動因素進行分析，并提出相應(yīng)的政策建議。

二、研究方法與數(shù)據(jù)說明

1.Kaya恒等式的擴展

20世紀80年代以來，國內(nèi)外許多研究人員相繼開發(fā)了許多模型用以定量分析碳排放，進而幫助各國或地區(qū)制訂相應(yīng)的氣候政策以及能源政策。在已有的眾多模型中，Kaya恒等式無疑是其中應(yīng)用最廣的模型之一。根據(jù)該恒等式，碳排放主要是由人口、經(jīng)濟水平、能源強度和碳排放強度所決定的［8］。具體公式如下:

式(1)中，C、E、GDP分別代表碳排放量、能源消費總量、國內(nèi)生產(chǎn)總值和國內(nèi)人口總量。Kaya恒等式結(jié)構(gòu)簡單，易于操作，但其考察的變量數(shù)目有限，所能得到的研究結(jié)果基本僅限于碳排放與能源、經(jīng)濟及人口在宏觀上的量化關(guān)系。近年來的研究不斷表明，能源消費碳排放除了與能源消費規(guī)模及經(jīng)濟產(chǎn)出有直接聯(lián)系，而且與能源結(jié)構(gòu)、能源效率等有較為密切的關(guān)系。本文對Kaya恒等式進行了擴展，引入能夠表征產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源結(jié)構(gòu)及城市化的變量，并加入居民生活部門和水泥生產(chǎn)部門，用于解釋居民生活能源消費以及水泥生產(chǎn)帶來的碳排放。擴展后的Kaya恒等式表達為:

表1 模型中各變量含義

式(2)中，下標 i=1，2，…，5分別表示第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)、生活部門和水泥生產(chǎn)部門;j=1，2，3，4分別表示煤炭、石油、天然氣、水泥。模型中各變量含義見表1。

2.LMDI分解

在對碳排放量的驅(qū)動因素進行研究的方法中，應(yīng)用最多的是指數(shù)分解法。Laspeyres和Divisia分解成為目前最為常用的指數(shù)分解兩種方法。其中，LMDI分解法有效解決了分解中的剩余問題和數(shù)據(jù)中的0值與負值問題，使得該方法可以用于絕大多數(shù)情形的分析。因此，本文采用LMDI法對我國碳排放的驅(qū)動因素進行分解。假設(shè)C0和CT分別代表基年和第T年的排放量，I表示第T年相對于基年的變化量。根據(jù)LMDI方法將總碳排放量從基準年到目標年T的變化分解為11個因素對總碳排放量的影響，即:

上式右邊各分解因素分別表示為:

排放因子效應(yīng):

能源結(jié)構(gòu)效應(yīng):

能源強度效應(yīng):

產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)效應(yīng):

經(jīng)濟規(guī)模效應(yīng):

人口規(guī)模效應(yīng):

生活能源強度效應(yīng):

生活水平效應(yīng):

水泥生產(chǎn)排放因子效應(yīng):

城市居民水泥強度效應(yīng):

人口的城市化效應(yīng):

三、計算結(jié)果與分析

1.數(shù)據(jù)來源

本文使用的數(shù)據(jù)均來源于2000～2009年歷年的《中國統(tǒng)計年鑒》。為剔除價格因素影響，GDP、居民收入以2000年為基期的不變價格進行了調(diào)整。相關(guān)指標的計算公式為:居民人均年收入=城鎮(zhèn)居民人均收入×城鎮(zhèn)人口比重+農(nóng)村居民人均純收入×農(nóng)村人口比重。碳排放總量計算公式為:

式中，C為碳排放量，Ei為第i種能源消費量或水泥生產(chǎn)量;Fi為第i種能源或水泥的碳排放系數(shù)，其中能源的碳排放系數(shù)由該種能源的碳排放因子的95%置信區(qū)間下限、平均低位發(fā)熱量以及碳氧化率三個參數(shù)計算得到;水泥的碳排放系數(shù)采用美國橡樹嶺國家實驗室二氧化碳信息分析中心(CDIAC)估算水泥生產(chǎn)碳排放系數(shù)，即每生產(chǎn)1噸水泥，釋放出0.496噸二氧化碳。各類化石能源的碳排放參數(shù)采用《2006年IPCC國家溫室氣體清單指南》中的碳排放參數(shù)(見表2)。

表2 各類能源的碳排放參數(shù)

2.計算結(jié)果及分析

根據(jù)式(5)的計算方法，可以計算出2000～2009年中國各排放源的碳排放量及貢獻率，見表3。

表3 2000～2009年中國各排放源的碳排放量及貢獻率 單位:億噸

圖1是本文估算出的2000-2008年中國化石能源消費的碳排放數(shù)據(jù)與CDIAC、國際能源署(IEA)發(fā)布的數(shù)據(jù)比較。從圖中可以看出，這兩個機構(gòu)估算的結(jié)果各不相同，本文估算的數(shù)據(jù)與IEA的數(shù)據(jù)最為接近，IEA的數(shù)據(jù)素以客觀公正享譽全球，因此本文估算的化石能源消費的碳排放結(jié)果是可以接受的。

圖2 2001～2009年中國碳排放和經(jīng)濟增長速度

圖3 2000～2009年中國各排放源碳排放貢獻率

從總量來看，中國的碳排放量從2000年的31.03億噸上升至2009年的71.89億噸，年均增速達到 9.79%;同時期中國 GDP從2000年的9.92萬億元上升至2009年的24.34萬億元①GDP均為2000年價格。，年均增速為10.48%。2001～2009年中國碳排放和經(jīng)濟增長環(huán)比速度見圖2。從圖2中可以看出，我國碳排放增速經(jīng)歷了一個迅速上升后又緩慢下降的倒“U”型過程，即從2001年的2.56%快速上升到2003年的17.91%，隨后逐年緩慢下降，到2009年其增速為6.77%，低于當年的經(jīng)濟增長速度9.21%。這說明我國“十二五”期間的節(jié)能減排措施已經(jīng)取得了巨大的成績。

從各種排放源的貢獻來看(圖3)，2000～2009年煤炭一直是中國碳排放的主要來源，平均貢獻率約7成。石油消費對碳排放的貢獻率呈穩(wěn)步下滑趨勢，從2000年的19.9%下降到2009年的15.45%，平均貢獻率為17.44%。2000～2009年中國天然氣和水泥生產(chǎn)碳排放的貢獻率呈穩(wěn)步上升趨勢，這說明我國能源消費結(jié)構(gòu)中天然氣的比重在緩慢擴大，而石油的比重則在緩慢下降，城市化進程的加快使得對水泥的需求量一直在穩(wěn)步上升，使得水泥生產(chǎn)的碳排放貢獻也呈穩(wěn)步上升趨勢。

考察我國碳排放，除了從排放源的角度外，還可從產(chǎn)業(yè)(部門)的角度來進行，以便更深入地了解碳排放的產(chǎn)業(yè)(部門)分布情況，并制定針對部門的減排政策和措施。表4是2000～2009年中國各產(chǎn)業(yè)(部門)碳排放量及貢獻率。

從產(chǎn)業(yè)(部門)的貢獻來看(圖4)，第二產(chǎn)業(yè)對碳排放量的貢獻最大，2000～2009年的其貢獻率一直在84%左右。其次是水泥生產(chǎn)的碳排放貢獻，一直呈穩(wěn)步上升趨勢，從2000年的9.54%上升到2009年的11.34%。第三產(chǎn)業(yè)的碳排放貢獻呈現(xiàn)出先下降、再上升的“U”形走勢，即從2000的1.73%逐步下降到2007年的0.89%，隨后又開始回升，到2009年達到1.56%。與水泥生產(chǎn)的碳排放貢獻相反，生活部門和第一產(chǎn)業(yè)的碳排放貢獻一直呈穩(wěn)步下降趨勢，其中生活部門的碳排放貢獻從2000年的4.59%下降到2009年的2.69%，第一產(chǎn)業(yè)的碳排放貢獻從2000年的0.91%下降到2009年的0.38%。

表4 2000～2009年中國各產(chǎn)業(yè)(部門)碳排放量及貢獻率 單位:億噸

圖4 2000～2009年中國各產(chǎn)業(yè)(部門)碳排放貢獻率

表5 2000-2009年中國碳排放LMDI分解結(jié)果

通過擴展的Kaya恒等式，得到了影響碳排放的9個驅(qū)動因素，即能源結(jié)構(gòu)、能源強度、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟規(guī)模、人口規(guī)模、生活能源強度、生活水平、城市水泥強度和城市化。這9個驅(qū)動因素還可以進一步劃分為能源強度效應(yīng)、結(jié)構(gòu)效應(yīng)、經(jīng)濟發(fā)展效應(yīng)、規(guī)模效應(yīng)5類。使用LMDI分解法，計算得到各驅(qū)動因素對碳排放量的貢獻值(如表5所示)。

總體上看，經(jīng)濟發(fā)展和城市化對碳排放量的增長產(chǎn)生顯著的正向驅(qū)動效應(yīng)，能源強度(包括生產(chǎn)能源強度和生活能源強度)產(chǎn)生顯著的負向驅(qū)動效應(yīng)，能源結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和人口規(guī)模的碳排放驅(qū)動效應(yīng)不明顯。由于正向驅(qū)動效應(yīng)超過負向驅(qū)動效應(yīng)，致使中國碳排放量呈現(xiàn)不斷上升的態(tài)勢。

(1)結(jié)構(gòu)效應(yīng)。結(jié)構(gòu)效應(yīng)分為能源結(jié)構(gòu)效應(yīng)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)效應(yīng)。能源結(jié)構(gòu)效應(yīng)是指能源品種結(jié)構(gòu)的變化對碳排放量的影響。一般而言，由于短期內(nèi)能源燃燒技術(shù)保持不變，不同燃料的碳排放強度基本為恒定值。因此，在其他因素不變的情況下，降低碳排放強度大的能源比重，提高碳排放強度小的能源比重，將對碳排放產(chǎn)生負向驅(qū)動作用。從分解結(jié)果來看，2001～2009年間我國能源結(jié)構(gòu)對碳排放量的影響呈正向驅(qū)動作用，但對碳排放量的影響較為有限。這說明我國以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)尚未得到真正的改變，能源結(jié)構(gòu)的“低碳化”調(diào)整尚未見到明顯的成效。對于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)效應(yīng)來說，由于第三產(chǎn)業(yè)單位產(chǎn)值的能源消費量比第二產(chǎn)業(yè)要小，因此隨著第三產(chǎn)業(yè)比重的上升，將會對碳排放量產(chǎn)生的負向驅(qū)動作用。然而從分解結(jié)果來看，2001～2009年間，有些年份產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整對碳排放的增長起到了助推作用，主要原因在于這些年份第二產(chǎn)業(yè)對碳排放的正向貢獻值超過了第一產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)的負向貢獻值之和。隨著第二產(chǎn)業(yè)在三次產(chǎn)業(yè)中的比重逐步降低，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變動對碳排放的影響也越來越趨向于負向。我們已經(jīng)看到，2009年我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整對消減碳排放放起到了積極作用，其負向驅(qū)動效應(yīng)達到了0.709億噸。

(2)能源強度效應(yīng)。按照部門分類，可以把能源強度分為生產(chǎn)部門能源強度、生活部門能源強度。在其他因素保持不變的情況下，如果某一部門能源強度下降，說明該部門能源利用效率提高了，導(dǎo)致碳排放量減少了，因此能源強度對碳排放產(chǎn)生負向驅(qū)動效應(yīng)。從表5可以看出，能源強度效應(yīng)對碳排放量的負向驅(qū)動作用最大，使碳排放量在10年間下降明顯，其中又以生活部門能源強度效應(yīng)最為明顯，10年間其碳排放驅(qū)動效應(yīng)合計達到-11.586億噸。這說明我國的能源利用效率在這10年間已經(jīng)得到了很大的改善，極大的減緩了我國碳排放的增長。

圖5 2000～2009年中國碳排放強度、人均碳排放量和碳排放總量變化趨勢

(3)經(jīng)濟發(fā)展效應(yīng)。經(jīng)濟發(fā)展的本質(zhì)是一個經(jīng)濟體中全體居民的人均產(chǎn)出和人均收入的增長。一般而言，當產(chǎn)出水平提高時，生產(chǎn)用能源消費量和碳排放量會相應(yīng)增加;當收入水平提高時，勢必增加居民對汽車、空調(diào)等耐用消費品的需求，導(dǎo)致生活用能源消費量和碳排放量的相應(yīng)增加。從分解結(jié)果來看，人均產(chǎn)出成為我國碳排放量增長最主要的驅(qū)動因素。2001～2009年，我國人均產(chǎn)出對碳排放的貢獻值從0.933億噸增加到2.398億噸，增加了1.56倍。雖然2001～2009年間人均收入對碳排放總的正向推動作用略低于人均產(chǎn)出，但其作用在不斷加強。從最近一年來看，人均收入對碳排放正向驅(qū)動效應(yīng)已經(jīng)超過了人均產(chǎn)出。

(4)人口規(guī)模效應(yīng)。人口規(guī)模的擴大對碳排放量具有正向驅(qū)動作用。從表4可以看出，由于計劃生育的實施，人口規(guī)模的擴張速度十分緩慢，使得我國人口規(guī)模的變動對碳排放的正向驅(qū)動效應(yīng)已經(jīng)微不足道了。

(5)城市化效應(yīng)。城市化效應(yīng)分為人口的城市化效應(yīng)和城市居民水泥強度效應(yīng)。如果說我國人口規(guī)模的碳排放正向驅(qū)動效應(yīng)已經(jīng)“日漸式微”，那么我國城市化對碳排放正向驅(qū)動效應(yīng)可以說是“風頭正勁”。由于城市化進程的不斷加快，大量農(nóng)業(yè)人口進入城市從事第二產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)的工作，這些居民消費模式發(fā)生了顯著變化，人均能源消費和水泥消費都遠遠超過農(nóng)村居民，從而推動了碳排放量的持續(xù)增長。從分解結(jié)果也可以看出，城市化成為我國僅次于經(jīng)濟發(fā)展的碳排放正向驅(qū)動因素。

綜合來看，經(jīng)濟發(fā)展和城市化是推動中國碳排放量增長的主導(dǎo)性因素。究其原因，與中國碳排放演化的階段性不無關(guān)系。在歷史經(jīng)驗研究中發(fā)現(xiàn)，一個國家或地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展與碳排放關(guān)系的演化存在3個倒U型曲線高峰規(guī)律，即該演化過程需要先后跨越碳排放強度倒U型曲線高峰、人均碳排放量倒U型曲線高峰和碳排放總量倒U型曲線高峰［9］。

通過觀察2000～2009年我國碳排放強度、人均碳排放量、碳排放總量的變化趨勢(見圖5)可以發(fā)現(xiàn)，我國已經(jīng)跨越了碳排放強度和人均碳排放高峰階段，但仍處于從人均碳排放量高峰到碳排放總量高峰的過渡階段。經(jīng)濟增長和城市化是這一階段碳排放增長的主要驅(qū)動力。

四、研究結(jié)論與政策建議

本文基于生產(chǎn)部門、居民生活部門的化石能源消費量以及水泥生產(chǎn)量的數(shù)據(jù)，較全面地測算了2000～2009年我國的碳排放量，并建立了碳排放驅(qū)動因素的對數(shù)均值迪氏指數(shù)(LMDI)分解模型，考察樣本期間各因素對內(nèi)我國碳排放量變化的影響。研究結(jié)果表明:我國已經(jīng)跨越了碳排放強度和人均碳排放高峰階段，但仍處于從人均碳排放量高峰到碳排放總量高峰的過渡階段。經(jīng)濟增長和城市化是這一階段碳排放的主要正向驅(qū)動力，能源利用效率則是碳排放的主要負向驅(qū)動力。本文研究的政策含義有幾個方面。

首先，在氣候問題談判中，中國必須強調(diào)經(jīng)濟發(fā)展階段和城市化進程階段性的問題。應(yīng)當讓國際社會理解，中國目前所處的經(jīng)濟發(fā)展階段從根本上決定了其碳排放將在未來相當長的一段時間內(nèi)持續(xù)增加。而且，由于國際分工，中國替發(fā)達國家生產(chǎn)了大量的高能耗工業(yè)制品，這種分工結(jié)構(gòu)使得我國跨越碳排放總量高峰階段比發(fā)達國家當時面臨的困難要大得多。

其次，城市化對我國能源消費和水泥生產(chǎn)碳排放的影響是非常顯著的，而且城市化在我國未來一段時間內(nèi)仍將快速推進，但我國可以通過發(fā)展低碳城市來控制碳排放的增長速度。此外，城市化進程也是一個選擇生活方式的過程，而生活方式直接影響能源消費，通過政策引導(dǎo)來提倡節(jié)能生活方式，也是中國可持續(xù)發(fā)展的一個重要方面。

最后，中國必須在經(jīng)濟增長和城市化進程中盡量實現(xiàn)碳減排，這就是發(fā)展低碳經(jīng)濟的基本意義。除了通過科技創(chuàng)新提高能源利用效率外，發(fā)展低碳經(jīng)濟可以從改變能源結(jié)構(gòu)來著手。從目前的情況來看，我國能源結(jié)構(gòu)的碳排放負向驅(qū)動的潛力還遠未得到發(fā)揮。因此，在調(diào)整化石能源的消費結(jié)構(gòu)和發(fā)展清潔能源方面，我國還有很大的潛力。

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