Kaya公式的擴展和產業低碳化發展研究

摘 要： 將區域低碳化經濟發展中廣泛使用的Kaya公式引入產業低碳化發展研究中，對Kaya公式進行修正和擴展，把影響產業碳排放的因素分解為能源結構碳強度、規模產業能源強度、單位產出的產業規模比率和產業GDP，解決了產業低碳化發展中影響因素影響力的判斷問題。以陜西交通運輸業為例對研究方法的使用進行實例分析，得出節能是陜西交通運輸業碳排放變化的決定性因素，實現二氧化碳排放減少首要的還是節能技術的推廣、研發和有效的節能政策。

關鍵詞： Kaya公式； 產業低碳化； 陜西交通運輸業

中圖分類號： G237.5 文獻標識碼：A 文章編號： 1673-9973(2011)04-0115-04

A study on the Industrial Low-Carbonization with an Expansion of Kaya Formula

YAOYu ， HAN Cui-cui

(International Business School， Shaanxi Normal University， Shaanxi 710062， China)

Abstract: In this article， Kaya formula in the regional economic development of low carbonization is widely used in the development of Industrial Low-Carbonization. Factors affecting industrial carbon emissions are decomposed to carbon intensity of energy structure， scale industrial energy intensity， the industrial scale of per unit output and industrial GDP， which solves influence of influent factors in the Low-Carbonization Industry. Finally， it takes transportation industry in Shaanxi Province as an example to put forward policy suggestions. Energy saving and reduction of emission are the decisive factors in carbon emission. Primary policy is technology promotion and development of Energy saving and reduction of emission.

Key words: Kaya formula； Industrial Low-Carbonization； Shaanxi transportation industry

一、基于Kaya公式的低碳經濟研究與低碳產業化問題

Kaya公式最早源自日本Yoichi Kaya教授（1989）在IPCC的一次研討會上的報告，他提出通過一種簡單的數學公式將經濟、政策和人口等因子與人類活動產生的CO2聯系起來，從而發現不同影響因素對碳排放的不同影響力，這就是后來著名的“Kaya恒等式”[1]。后來Juan Antonio Duro，Emilio Padilla(2005)運用Kaya公式分解方法，分析國際間與各國內的人均CO2排放的不平衡性，并且得出人均CO2排放的不平衡主要是由收入水平決定的結論[2]。J.W.Tester（2005）等運用碳排放Kaya公式分析了碳排放的各個因素狀況，提出可持續發展的發展方式[3]。

我國學者也將Kaya公式引進到了國內低碳經濟的研究。查冬蘭、周德群（2007）在對我國28個省區1995-2005年間能源利用效率的差異性進行了比較，在此基礎上引入Kaya因子，深入研究能源消耗導致的地區間人均CO2排放的差別[4]。黃成和陳長虹（2007）等運用Kaya公式對上海市能源環境現狀分析， 并從轉變經濟增長方式、調整產業結構，發展節能技術、節約能源使用來發揮節能潛力對上海市能源環境前景進行預測[5]。馮相昭、王雪臣、陳紅楓（2008）利用Kaya恒等式結合宏觀經濟背景的變遷，對1971-2005年期間影響中國CO2排放量的因子展開分析[6]。馮相昭和鄒驥（2008）在討論Kaya恒等式及其政策涵義的基礎上，利用修改后的Kaya恒等式對1971-2005年期間中國的CO2排放進行了無殘差分解，并結合宏觀經濟背景的變遷對從“四五”到“十五”計劃期間的排放變化展開詳細分析[7]。張坤民（2008）用碳排放Kaya公式分析中國目前低碳經濟的發展以及面臨著能源稟賦、發展水平、總量突出和鎖定效應等挑戰提出相應政策[8]。

總體來看，應用Kaya公式的研究，主要是用來分析區域內影響碳排放的相關因素，在區域的宏觀層面探討低碳經濟發展的政策。但產業是區域經濟發展的重要基礎，特別是對于我國這樣處于工業化階段的發展中國家更是如此，對我國而言，實現區域低碳化就必須首先實現產業低碳化。如何將Kaya公式應用到產業領域，探討產業低碳化道路值得研究。基于此，筆者希望借助Kaya公式嘗試探討產業低碳化的發展路徑，從而為實現區域的低碳經濟發展尋找切實方法。

二、Kaya公式的產業低碳化模型構建

（一）Kaya公式簡介

Kaya恒等式通過一種簡單的數學公式將經濟、政策和人口等因子與人類活動產生的CO2排放建立起聯系，具體可以表述如下：

CO2=×××POP（2-1）

式中，CO2、PE、GDP和POP分別代表二氧化碳排放量、一次能源消費總量、國內生產總值以及國內人口總量。其中，CO2/PE、PE/GDP、GDP/POP又可以分別被稱為能源結構碳強度、單位GDP能源強度、人均國內生產總值。

根據微積分的有關知識，公式（2-1）右側任意一個參數在任意一段時間內的微小變化，每個參數的變化率總和將被認為近似等于相應期間內CO2排放量的變化率，因此公式（2-1）可以轉化為：

d（lnCO2）=d（ln）+d（ln）+d（ln）

+d（lnPOP）（2-2）

（二）產業低碳化模型構建

將Kaya恒等式的分析思路引入產業低碳化研究，通過將影響產業CO2排放的能源結構碳強度、規模產業能源強度、單位產出的產業規模比率和產業GDP帶入恒等式，可以得到如下表達式：

CO2=×××IGDP（2-3）

式中，CO2、PE、S和IGDP分別代表二氧化碳排放量、產業能源消費總量、產業規模以及產業GDP。

其中，CO2/PE被稱為能源結構碳強度，其數值反映了減排技術的狀況，數值減小反映了減排技術的改善，反之則相反。在技術水平確定條件下，能源結構是決定能源結構碳強度的主要原因，當能源消費構成轉向高碳排放的煤炭時，能源結構碳強度數值增大，當能源消費構成轉向低碳排放的天然氣，甚至零排放的清潔能源時，能源結構碳強度數值減小。

PE/S被稱為規模產業能源強度，其數值反映了節能技術的狀況，其數值減小反映了節能技術的改善，反之則相反。節能技術可以通過兩方面改善，一是產業技術的革新和淘汰高耗能的落后產業；二是在產業鏈上進行調整，走向產業鏈中的高附加值部分。

S/IGDP被稱為單位產出的產業規模比率，當假設產業規模產出不變時，其數值反映了社會對該產業的價值評估狀況，其數值越小說明了社會對該產業的價值認可越強，單位產品的價值越高，反之則相反；當假設產業產品價格不變時，其數值也反映了產業價值創造能力的變化，其數值越小說明了該產業的價值創造能力在增強，反之則相反。

對（2-3）進行取自然對數再微分可得如下表達式：

d（lnCO2）=d（ln）+d（ln）+d（ln）

+d（lnGDP）（2-4）

基于這一表達式，可以分析產業碳排放不同影響因素對碳排放的影響力，即公式右側任意變量在任意時刻的微小變化，其變化率總和將被認為近似等于相應期間內CO2排放量的變化率。

三、以陜西省交通運輸業為例實證研究

（一）指標選取

基于產業影響碳排放的相關因素，筆者選取以下變量，二氧化碳排放量、一次能源消費總量、產業規模，產業GDP。其中，二氧化碳排放量參照陜西交通運輸終端能源消費數據，參考IPCC的參考方法和部分缺省數據，估算1998-2008年的陜西交通運輸業的二氧化碳排放量，產業規模選用陜西省的貨物周轉量，產業GDP采用陜西省交通運輸業GDP增加值，所選取數據均來自中國統計年鑒和中國能源統計年鑒。本研究歸納整理得到數據表3-1：

（二）數據分析

對表3-1數據采用式2-4進行數據計算可以得到陜西省交通運輸業1998-2008年CO2排放影響因素對排放總量的影響貢獻程度，見表3-2和圖3-1：

結果表明：從縱向時間變化看，CO2排放總量10年的年均增長率為12.65%，增速總體較快，1999年和2000年除外，進入本世紀后就一直呈逐年上升趨勢，增速整體呈波浪形，增長趨勢在達到2003年峰值（45.25%）之后逐年有所下降，特別是2008年達到了最低點，排放增加率為5.33%；能源結構碳強度整體對碳排放呈負向影響，說明能源結構和減排技術在朝著減少碳排放的方向發展，但對產業碳排放的整體影響較小，10年均值僅為-0.59%，說明在陜西交通運輸業，能源結構整體調整力度不大、減排技術也未有明顯改進；規模產業能源強度對碳排放一直呈劇烈的波動狀態，并且階段性明顯，說明節能工作受非市場作用（如政策作用）影響較大，前四年呈負向影響，峰值為2000年-26.98%，中間4年呈正向影響，峰值為2003年41.01%，后2年又呈負向影響，2008年甚至達到負向貢獻-42.31%，10年整體來看，年均值為-1.38%，負向貢獻存在，但節能的趨勢不明顯；單位產出的產業規模比率盡管不如前者波動劇烈但也呈不穩定狀態，且波動不規律，5年呈正向、5年呈負向，說明產業供求關系所造成的運輸價格不穩定，10年均值為3.35%，說明運輸價格整體上呈下降趨勢或產業價值創造能力在下降；產業GDP的影響表現為持續的碳排放正向貢獻，10年均值為12.01%，并且有8年正向貢獻在10%以上或接近10%，除2004年外基本保持了穩態增長的趨勢，說明陜西交通運輸業正處于健康快速發展階段。

從橫向的年貢獻差異看，1999年碳排放增長率為-1.33%，基本實現平衡，主要原因是行業GDP的正向貢獻被單位產出的產業規模比率的負向貢獻所抵消，即產業GDP增加主要是由于運輸價格上升引起的，運輸規模并未有較大變化，同時節能減排也對碳排放減少做了少量貢獻；2000年碳排放出現了較大幅度下降，下降了近兩成以上（-22.48%），很不尋常，主要影響因素是規模產業能源強度的大幅下降，達到了-26.98%，同時行業發展的正向貢獻很大程度是由于運輸價格上漲造成的，對整體碳排放變化作用減小；2001年碳排放增長快速上升（13.9%），主要影響因素是產業GDP增長（20.96%），單位產出的產業規模比率變化不大，說明產業發展主要是由規模拉動而非價格拉動；2002年碳排放繼續快速增長，增長率達到16.7%，產業GDP增長依然是主導因素，達到11.39%，同時單位產出的產業規模比率也有正向貢獻，說明當年的運輸價格是下降的；2003年碳排放增長率達到峰值，達到不同尋常的45.25%，規模產業能源強度和行業GDP增長率成為兩大引擎，特別是規模產業能源強度達到41.01%，行業出現了高能耗轉向；2004年碳排放增長率盡管比2003年有顯著下降，但仍達到兩成左右，行業規模擴大成為主導因素，盡管行業GDP有所下降，但單位產出的產業規模比率變化達到了31.16%，行業發展體現了規模擴大和價格下降兩個特點；2005年和2006年陜西運輸業碳排放仍持續以兩位數增長，但造成排放增加的主導因素發生變化，產業發展和規模產業能耗率正向影響較大，單位產出的產業規模比率表現為負值，且均接近一成，反映運輸業價格兩年上升較大；2007年碳排放增長率仍維持高位，但略有下降，達到13.66%，與前兩年相比，單位產出的產業規模比率由負值轉向正值，其與產業GDP共同導致該年碳排放增加；2008年碳排放增長率顯著下降，達到5.33%，為進入本世紀最低的一年，也是惟一增長率下降到一成以下的一年，但當年產業GDP和單位產出的產業規模比率依然保持高增長，特別是后者正向貢獻達到33.13%，反映了運輸業價格顯著下降，造成碳排放增長率較大下降的原因是規模產業能源強度的顯著降低，其負向貢獻率達到-42.31%，反映了陜西運輸產業在節能領域有較大改善。

總體來看，代表節能改善的規模產業能源強度和代表產業發展的產業GDP增加對碳排放變化率的影響較大，其中前者波動較大，反映了節能改善主要來自外部干預，沒有穩定性；后者保持穩態，反映了陜西運輸產業處在平穩的上升期。代表減排改善和能源結構的能源碳強度的影響力整體不大，且一直平穩，說明陜西運輸業在減排技術和能源結構上并無太大改變。單位產出的產業規模比率在十年中也呈波動狀態，反映了陜西運輸業價格并非持續上升趨勢，特別是2004年和2008年出現了單位產出的產業規模比率的顯著降低，盡管產業GDP變化不大，但實際產業規模卻大大增加。

（三）結論和政策建議

降低CO2排放不應犧牲產業GDP的增長，其所帶來的CO2排放增加不可避免，近年來陜西交通運輸業發展迅速，這一點不僅體現在產業GDP上，單位產出的產業規模比率對碳排放的正向貢獻反映了產業實際規模發展快于GDP增速；節能和減排始終是碳排放變化的決定性因素，實現CO2排放減少的首要政策還是推進節能和減排技術的推廣和研發；但目前這兩方面均有問題，反映減排的能源結構碳強度對碳排放長期貢獻不大，而反應節能的規模產業能源強度對碳排放呈劇烈波動影響，反映了節能動力主要來自外部壓力，陜西省交通運輸業從2007年開始規模產業能源強度對碳排放的貢獻為負主要是來自于國家的節能政策，2006年8月國務院發布《國務院關于加強節能工作的決定》特別強調了交通運輸業節能，9月陜西省出臺了《關于進一步加強節能工作的若干意見》將交通運輸節能作為節能的重點領域；實踐證明，節能才是降低碳排放增長率的最有效手段。

四、本文創新和進一步的研究

本文將區域低碳化經濟發展中廣泛使用的Kaya公式引入產業低碳化發展研究中，對Kaya公式進行了修正和擴展，解決了產業低碳化發展中影響因素影響力的判斷問題，研究具有一定創新性。

本文不足之處在于對產業低碳化影響因素的窮盡上缺乏科學方法，僅是通過直接的理論分析得到影響因素，缺乏科學嚴密性，有可能遺漏關鍵點；同時，影響因素的影響力為絕對影響力，缺乏標準化的轉化，不具備歷史的可比性；這都有待于后來學者的進一步研究。

參考文獻：

[1]Yoichi Kaya.Impact of Carbon Dioxide Emission on GNP Growth：Interpretation of Proposed Scenarios[R].Presentation to the Energy and Industry Subgroup，Response Strategies Working Group，IPCC，Paris，1989.

[2]Juan Antonio Duro，Emilio Padilla.International inequalities in per capita CO2 emi- ssions：A decomposition methodology by Kaya factors[J].Energy Economics ，2006，（28）：170-187.

[3]J·W·Tester et al.Sustainable Energy：Choosing among Options[M].The MIT Press，2005.

[4]查冬蘭，周德群. 地區能源效率與二氧化碳排放的差異性[J].系統工程，2007 （11）： 65-71.

[5]黃成，陳長虹.新形勢下上海市能源環境前景探討[J].節能減排——形勢與任務， 2004，（4）：342-345.

[6]馮相昭，王雪臣，陳紅楓.1971-2005年中國CO2排放影響因素分析[J].氣候變化 研究進展，2008，（1）：42-47.

[7]馮相昭，鄒驥.中國CO2排放趨勢的經濟分析[J].中國人口·資源與環境，2008，（3） 43-47.

[8]張坤民.低碳世界中的中國：地位、挑戰與戰略[J].中國人口·資源與環境，2008，（11）： 1-7.

[9]李忠民，姚宇，慶東瑞.產業發展、經濟增長與二氧化碳排放脫鉤的實證研究[J]. 統計與決策，2010，（11）.

[責任編輯、校對：楊栓保]