基于Kaya恒等式的西安市碳足跡影響因素分析

張 巍

(陜西科技大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，陜西 西安 710021)

0 引言

由于溫室效應(yīng)不斷積累，人類正面臨氣候變暖的挑戰(zhàn)。在溫室氣體中，二氧化碳對全球升溫的貢獻(xiàn)百分比最大，所以應(yīng)對氣候變化問題的重點(diǎn)就是減少二氧化碳的排放量。所謂碳足跡，就是指人類在生產(chǎn)和消費(fèi)活動(dòng)中產(chǎn)生的直接和間接的二氧化碳排放量[1]。通過碳足跡的影響因素分析和趨勢分析，有利于針對性地制定碳減排方案，也有利于高質(zhì)量發(fā)展政策的制定。

我國政府承諾，2030年前達(dá)到碳排放峰值[2]。峰值目標(biāo)的約束倒逼全國各個(gè)地區(qū)采取有效的減排措施。近年來，西安市采取了一系列碳減排政策措施，取得了較好的減排效果。2018年，西安市單位GDP能耗為0.37t標(biāo)準(zhǔn)煤/萬元，低于全省的0.528t標(biāo)準(zhǔn)煤/萬元和全國的0.505t標(biāo)準(zhǔn)煤/萬元，西安市的能源利用效率高于全國和全省平均水平。另一方面，由于西安市工業(yè)化、城鎮(zhèn)化加速發(fā)展和城市基礎(chǔ)設(shè)施大規(guī)模的建設(shè)，西安市能源消費(fèi)總量不斷上升。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和收入水平提高，碳減排難度更大。因此，西安市未來碳足跡呈現(xiàn)升高傾向。西安市“十三五規(guī)劃綱要”中提出了“單位GDP能源消耗累計(jì)降低16%”和“單位GDP二氧化碳排放強(qiáng)度累計(jì)降低18%”的目標(biāo)。但從長期來看，西安市還面臨更高減排目標(biāo)的挑戰(zhàn)。只有客觀分析西安市碳足跡現(xiàn)狀，在認(rèn)真分析碳足跡影響因素的基礎(chǔ)上才能提出合理的目標(biāo)要求和減排方案。鑒于此，本文運(yùn)用西安市經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，構(gòu)建Kaya恒等式，利用LMDI模型分析影響因素的變動(dòng)規(guī)律，為西安市實(shí)現(xiàn)碳減排目標(biāo)提供政策參考依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

根據(jù)分析模型的需要，本文選取人口、GDP、單位GDP能耗、能源消費(fèi)量等原始數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，數(shù)據(jù)來源于2006—2019年的《西安統(tǒng)計(jì)年鑒》。為保證數(shù)據(jù)的可比性，以2005年為基準(zhǔn)年，按照GDP指數(shù)對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理?！段靼步y(tǒng)計(jì)年鑒》中只有規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)的能源消費(fèi)數(shù)據(jù)，所以工業(yè)能源消費(fèi)量采用“規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)主要能源品種消費(fèi)量”。

1.2 碳足跡計(jì)算方法

鑒于本文研究的是城市區(qū)域尺度，根據(jù)數(shù)據(jù)的可獲得性，采用IPCC方法計(jì)算碳足跡量。對溫室效應(yīng)影響最大的是二氧化碳，所以忽略其他溫室氣體的碳足跡只計(jì)算二氧化碳的排放量[3]。IPCC方法提供不同能源的碳足跡系數(shù)，基本公式為：碳足跡量=能源消費(fèi)數(shù)據(jù)×排放系數(shù)。計(jì)算時(shí)，各種能源消費(fèi)的實(shí)物量要按照標(biāo)準(zhǔn)煤進(jìn)行換算。查詢《中國能源統(tǒng)計(jì)年鑒》，各種能源的折標(biāo)準(zhǔn)煤系數(shù)如表1所示。

二氧化碳排放系數(shù)隨著國家、地區(qū)、技術(shù)水平和能源結(jié)構(gòu)的變化而變化。目前我國采用較多的“折標(biāo)煤后CO2排放系數(shù)”為2.42～2.72kgCO2/kgce。本文采用的排放系數(shù)為2.45 kgCO2/kgce[4]。

表1 各種能源折標(biāo)準(zhǔn)煤系數(shù)

1.3 碳足跡影響因素分解方法

日本學(xué)者Yoichi Kaya(1989)提出一個(gè)定量分析二氧化碳排放的模型，將二氧化碳足跡量與人口、經(jīng)濟(jì)、能源等因素聯(lián)系起來，稱為Kaya恒等式，表達(dá)式為：

(1)

各變量的定義見表2。

表2 Kaya恒等式變量解釋

為了更好地對西安市碳足跡影響因素進(jìn)行分析，本文對Kaya恒等式進(jìn)行擴(kuò)展，計(jì)算公式如下：

(2)

Kaya恒等式是一種指數(shù)分解法(Index decomposition analysis，IDA)，LMDI模型是在IDA模型的基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究得出的，被廣泛用于對環(huán)境、能源問題的研究。本文參考B.W.Ang的分析模型，按照加法模式，對碳足跡量計(jì)算公式進(jìn)行分解：

ΔC=Δp+Δg+Δe+Δf+Δs

(3)

式中：從0年到t年的碳足跡量的差值稱為總效應(yīng)ΔC。ΔC由五部分組成: 人口規(guī)模效應(yīng)Δp，經(jīng)濟(jì)發(fā)展效應(yīng)Δg，能源強(qiáng)度效應(yīng)Δe，工業(yè)能源消費(fèi)比重效應(yīng)Δf,單位工業(yè)能耗碳足跡效應(yīng)Δs，計(jì)算公式如下：

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

2 數(shù)據(jù)處理結(jié)果與分析

將西安市2005—2018年的數(shù)據(jù)通過Kaya恒等式對其用LMDI模型進(jìn)行分解后，得到碳足跡量變化影響因素的貢獻(xiàn)情況，如表3所示。

由表3可知，人口規(guī)模效應(yīng)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展效應(yīng)和單位工業(yè)能耗碳足跡效應(yīng)呈正值，是促進(jìn)西安市碳足跡量增長的因素。經(jīng)濟(jì)發(fā)展效應(yīng)對西安市碳足跡增量的影響最大，平均貢獻(xiàn)率為144.42%。人口規(guī)模效應(yīng)的平均貢獻(xiàn)率為13.98%，是五個(gè)因素中影響程度最弱的一個(gè)。能源強(qiáng)度效應(yīng)和工業(yè)能源消費(fèi)比重效應(yīng)呈現(xiàn)負(fù)值，是碳足跡量的抑制因素，平均貢獻(xiàn)率分別是-58.56%和-63.81%。單位工業(yè)能耗碳足跡效應(yīng)的平均貢獻(xiàn)率為63.98%，反映出西安市工業(yè)領(lǐng)域仍然存在高碳產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整并沒有向著有利于碳減排的方向發(fā)展，能源利用效率仍有提高空間。

表3 2006—2018年西安市碳足跡影響因素效應(yīng)分解

2.1 人口規(guī)模因素分析

由計(jì)算結(jié)果可以看出人口總量對于西安市碳足跡呈現(xiàn)拉動(dòng)作用，但影響程度較小。從圖1中可以看出，2006—2018年西安市人口規(guī)模的增長率與碳足跡貢獻(xiàn)率的波動(dòng)幅度保持在小范圍內(nèi)，變動(dòng)規(guī)律基本一致。從原始數(shù)據(jù)分析，2013年以前，西安市人口總量變化較小，對于碳足跡的增長作用不大。2013年以后，隨著西安市代管西咸新區(qū)以及落戶政策的放寬，西安市常住人口有較大幅度增加，對碳足跡的拉動(dòng)較大。

2.2 經(jīng)濟(jì)發(fā)展因素分析

經(jīng)濟(jì)發(fā)展效應(yīng)對碳足跡量的影響在數(shù)量與比重上都是最大的，共產(chǎn)生二氧化碳增量3968.53萬t。依據(jù)2006—2019 年《西安統(tǒng)計(jì)年鑒》中的常住人口數(shù)和將各年GDP 換算為以2005年為基期的可比價(jià)GDP，計(jì)算出人均GDP。如圖2 所示，代表經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度的人均GDP 呈逐年上漲趨勢，其增長率的趨勢線也是上行的，表明經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶來了能源需求的強(qiáng)勁攀升。工業(yè)是能源消費(fèi)碳足跡最主要的部門，西安市的工業(yè)增加值在GDP中的比重基本穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)模對碳足跡的貢獻(xiàn)率在2009年達(dá)到峰值后，近幾年有緩慢的上升趨勢。這反映出西安市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中，第二產(chǎn)業(yè)中的高碳產(chǎn)業(yè)比重較高。

2.3 能源強(qiáng)度因素分析

西安市的能源強(qiáng)度效應(yīng)對碳足跡增量的貢獻(xiàn)率為負(fù)值，表明能源強(qiáng)度對于碳足跡總量的增加具有抑制作用。2006—2018年西安市的單位GDP能耗年均下降4.5%，在2013年以后對減少碳足跡的貢獻(xiàn)率持續(xù)增加，說明了西安市在經(jīng)濟(jì)總量和能源消費(fèi)持續(xù)增長的情況下，節(jié)能減排達(dá)到了明顯的效果，成為低碳城市建設(shè)的重要手段。

2.4 工業(yè)能源消費(fèi)比重因素分析

2006—2018年，西安市工業(yè)部門增加值和能源消費(fèi)量持續(xù)增長，但工業(yè)能源消費(fèi)比重不斷下降。工業(yè)能源消費(fèi)比重效應(yīng)對碳足跡的貢獻(xiàn)均為負(fù)值，說明對西安市碳足跡有負(fù)向抑制作用。這從一個(gè)方面意味著西安市三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中，第三產(chǎn)業(yè)的能耗不斷提高，其對碳足跡增量的貢獻(xiàn)也在逐步增加。同時(shí)也表明西安市第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方式是低效和高耗能的，應(yīng)該在第三產(chǎn)業(yè)中加大低碳能源和可再生能源的利用，大力發(fā)展節(jié)能技術(shù)，加快實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展的目標(biāo)。

2.5 單位工業(yè)能耗碳足跡因素分析

2006—2015年西安市單位工業(yè)能耗碳足跡效應(yīng)對碳足跡的貢獻(xiàn)率為正值，且2013年以后貢獻(xiàn)率有增長的趨勢，表明西安市工業(yè)能源消費(fèi)產(chǎn)生的碳足跡一直在增加，這主要是由于能源結(jié)構(gòu)不合理導(dǎo)致的，煤炭、石油、天然氣等一次能源的消耗量占工業(yè)能源消費(fèi)總量的比重達(dá)80%以上，清潔能源的利用率較低。從趨勢上分析，單位工業(yè)能耗碳足跡效應(yīng)的年均增長速度大于經(jīng)濟(jì)發(fā)展效應(yīng)的年均增長速度，意味著能源利用效率雖有一定程度提高，但仍有提高空間。傳統(tǒng)的能源結(jié)構(gòu)再加上能源技術(shù)和效率不高，既增加了碳足跡排放量又會(huì)制約西安市經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。因此，西安市發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵是優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，大力發(fā)展和利用新能源，同時(shí)持續(xù)對工業(yè)部門進(jìn)行技術(shù)更新以提高能源效率，推進(jìn)工業(yè)碳減排。

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

本文選取了2006—2019年《西安統(tǒng)計(jì)年鑒》中的相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以2005年為基年進(jìn)行換算，構(gòu)建了一個(gè)包括人口規(guī)模、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、能源強(qiáng)度、工業(yè)能源消費(fèi)比重、單位工業(yè)能耗碳足跡等變量在內(nèi)的碳足跡恒等式。根據(jù)IPCC方法計(jì)算了西安市碳足跡量，運(yùn)用LMDI方法對影響西安市碳足跡的因素進(jìn)行量化分析，得到以下結(jié)論：經(jīng)濟(jì)發(fā)展是推動(dòng)西安市碳足跡增長的首要因素，其次是單位工業(yè)能耗碳足跡和人口規(guī)模；能源強(qiáng)度是抑制西安市碳足跡增長的主要因素，其次是工業(yè)能源消費(fèi)比重。

3.2 建議

(1)西安市碳足跡的主要驅(qū)動(dòng)因素是經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出，但實(shí)現(xiàn)減排目標(biāo)不能寄希望于控制經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)模和速度，而應(yīng)著眼于供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，包括淘汰落后產(chǎn)能、高碳產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級、發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)等。

(2)適度增長人口規(guī)模。人口規(guī)模雖然對西安市碳足跡的貢獻(xiàn)度不大，但隨著一帶一路倡議中西安橋頭堡地位的突顯，國家推進(jìn)關(guān)中城市群建設(shè)和西安國家中心城市建設(shè)，各種政策疊加效應(yīng)不斷，西安的城市影響力提高，未來西安市的人口規(guī)模還會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大。人口增長會(huì)帶來一系列城市管理等問題如城市公共服務(wù)欠缺、配套資源緊張、環(huán)境污染等。實(shí)現(xiàn)碳足跡減排目標(biāo)，必須適度擴(kuò)張城市常住人口，同時(shí)優(yōu)化城市發(fā)展格局、不斷完善基礎(chǔ)設(shè)施、提高生活水平，防止產(chǎn)生“城市病”。

(3)提高能源利用效率，降低能源強(qiáng)度和能源轉(zhuǎn)換系數(shù)。西安市已形成了持續(xù)、良好的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，通過進(jìn)一步降低第二產(chǎn)業(yè)比重以求短期內(nèi)顯著降低碳足跡總量是不切實(shí)際的。面對現(xiàn)有能源生產(chǎn)和利用格局以及新能源技術(shù)和成本的限制，提升能源效率的重點(diǎn)在于技術(shù)進(jìn)步，開展技術(shù)創(chuàng)新，通過工藝革新升級、流程簡化、加大對關(guān)鍵設(shè)備的更新和先進(jìn)核心技術(shù)的應(yīng)用等措施以達(dá)到節(jié)約能源和碳減排的目的則是可能的。

(4)優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，大力發(fā)展新能源、可再生資源。目前西安市的能源消費(fèi)依然以一次能源為主，雖然近年來煤炭的消費(fèi)比重持續(xù)降低，但原油及其制品、天然氣仍然是碳足跡總量不斷增長的重要來源，因此發(fā)展低碳的新能源和再生能源，比如太陽能、生物能等，同時(shí)優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，使低碳的能源在當(dāng)前以化石能源為主的能源結(jié)構(gòu)中的比重逐漸提高，是達(dá)到減排的有效途徑。