中國城市化進程中的居民家庭能源消費及碳排放研究

張 馨，牛叔文，2，趙春升，胡莉莉

(1.蘭州大學資源環境學院，甘肅 蘭州730000;2.西部環境教育部重點實驗室，甘肅 蘭州730000)

一、引言

全球氣候變化成為當今最緊迫的環境問題，中國作為能源消費大國和溫室氣體排放大國，面臨著越來越大的國際減排壓力。如何實現發展與節能減排的雙贏關系到我國可持續發展的大局［1］。我國正處于工業化和城市化的中期階段，居民消費水平不斷提高，消費結構日益升級，對能源的需求不斷增強。這不僅體現在直接用能上，也體現在滿足生活需求的經濟活動中產生的間接能源消費。能源利用作為衡量人類生活水平的關鍵指標［2］，與一切生產生活過程息息相關，并產生廣泛的環境影響。居民生活中除了照明、炊事、取暖、家電等直接用能需求，對其他商品(如食品、衣著、家庭設備等)或服務(如醫療、教育、文化娛樂等)的需求也會間接地影響能源消費量。因此，能源消費和相應的CO2排放是與人們的生活方式和生活水平密切相關的。對家庭能源消費的研究不再只是停留在直接能源消費的計量和預測上，同時也需要通過人們的消費行為來計量分析間接的能源消耗。

國內外關于居民家庭能源消費的研究多集中在直接用能上，包括用能結構、數量、成本及其環境經濟效應，能源利用效率和用能技術的改進，可再生能源和生物質能的開發利用，能源政策管理等方面。但對間接能源消費的研究不多，Lenzen(1998)利用投入-產出模型評估了澳大利亞消費者行為對能源消費和溫室氣體排放量的影響［3］。Weber和Perrels(2000)建立了生活方式對能耗的影響力模型，定量分析了德國、法國、荷蘭的家庭消費結構以及生活方式對能源需求和碳排放量的影響［4］。Reinders等(2003)對比分析了歐盟11個國家的情況，發現家庭的直接和間接能源消費差異巨大［5］。Bin和 Dowlatabadi(2005)利用生活方式分析法(Consumer Lifestyle Approach，簡稱CLA)研究了美國消費者行為與能源利用以及二氧化碳排放量之間的關系［6］。李艷梅等(2008)運用投入產出方法，構建結構分解分析模型，對中國居民間接生活能源消費的增長原因進行了實證分析［7］。魏一鳴等(2007)基于CLA的運用，量化了1999-2002年中國城市和農村居民的生活方式對用能的直接和間接的影響，以及相應的CO2排放［8］。

已有的研究成果為本文提供了理論基礎和方法借鑒，但它們都是空間維度的橫向對比研究，本文將從時間序列上分析中國城鎮和農村居民家庭的能源消費及其碳排放量的變動規律，從中解讀城鄉居民生活水平的差異以及城市化水平對能耗總量的影響。最后計算出2000-2007年生活用能的碳排放量并分析其變化趨勢，從而為引導低碳生活提供依據。

二、研究方法和數據

(一)研究方法

1.理論基礎

直接能源消費是指居民在生活中滿足用能需求所直接消耗的能源，間接能源消費是指居民消費各種商品和服務，也就間接消費了生產商品和提供服務過程中所消耗的能源。關于家庭能耗影響的研究集中于間接能源消費的測算，20世紀90年代建立了較為系統的理論和模型。目前測算家庭能耗中的間接能源消費主要有三種方法:混合能源分析法、家庭代謝法、消費者生活方式分析法，這些方法共同的模型基礎都是投入產出模型［9］。該模型的基本表達式為:

式中，E為家庭消費的間接能耗，F為與n×n維投入產出表中各產業所對應的產業能源強度，(I-A)-1為里昂惕夫逆矩陣，表示各個產業單位產出所需的所有產業的完全投入，Y為最終需求。

本文采用CLA法來計量家庭活動中的間接能耗。該方法［5］建立在投入產出 -生命周期評價(EID-LCA)分析法的基礎上，分析消費品在生產過程中各個產品部分對其能源投入的綜合影響，根據家庭消費支出數據計算出每類消費活動的能源強度，并將其與生活方式相聯系。居民的日常生活行為如表1所示，這些行為方式直接或間接地影響著能源消費。由于農村地區幾乎沒有熱力生產和燃氣供應，并且在《中國能源統計年鑒》的“能源建設”欄目中沒有關于農村地區能源建設的內容。因此，在農村居民的間接能耗中我們不考慮居住方面的消費行為。

表1 產生能源消費的居民生活行為分類

2.家庭直接用能及碳排放量的核算方法

城鎮家庭生活中直接利用的能源種類主要有煤炭、液化石油氣、天然氣、煤氣、汽油、熱力和電力，農村的用能種類較單一，主要的商品能源有煤炭、電力、煤油和汽油。從利用方式可以分為照明、炊事、娛樂、取暖制冷、清潔衛生和交通等。城鎮和農村的分能源種類的生活能源消費量數據可以從《中國能源統計年鑒》中獲得。

直接用能消耗過程中，相應的碳排放量計算公式如下:

式中，Pdir為居民家庭直接能源消費的碳排放量，Fi為i種能源的消費量，Ci為i種能源的碳排放系數，如表2所示。

表2 各種能源的碳排放系數

3.家庭間接用能及碳排放量的核算方法

居民家庭間接能源消費是在人們滿足日常活動需求的消費行為過程中而產生的。本文選取與人們生活消費相關的八類產業(見表3)，分別計算城鎮和農村居民家庭在這些產業的消費中產生的間接能源消費及碳排放。根據生活方式分析法，計算公式［10］如下:

表3 家庭消費行為相關的行業部門［7］

式中，Eind為城鎮/農村家庭間接能源消費總量，Pind為城鎮/農村家庭間接能源消費中的碳排放總量，Xi為城鎮/農村居民在i類產業消費中的人均支出，P為城鎮/農村人口數，EIi為i類產業部門的能源強度(EIi=Ei/Gi，Ei為i類產業所包含的相關行業能耗之和，Gi為i類產業所包含的相關行業增加值之和)，CIi為i類產業部門的碳排放強度(CIi=Ci/Gi，Ci為i類產業所包含的相關行業碳排放量之和)。

(二)數據來源和處理

家庭生活中直接利用各種能源的消費量來源于2001-2008年《中國能源統計年鑒》，家庭居民在各消費項目中的支出數據來自歷年的《中國統計年鑒》，分行業增加值來自《中國工業統計年鑒》，其中2004年數據來自《走向世界的中國制造業》，城鎮和農村人口數據來自《中國人口統計年鑒》。

為了使數據具有可比性，我們將2000-2008年的現價分行業增加值換算為2000年的不變價，由此計算出可比的能源強度和碳排放強度。

三、中國居民生活能源消費的變動規律分析

(一)直接能源消費

由于城鎮和農村居民的生活水平和生活方式存在差異，使得人們直接用能的種類、數量和結構上都有較大差別，見圖1和圖2。

從2000年到2007年，城鎮居民的直接能源消費結構發生了十分明顯的變動。煤炭消費量總體上是下降的，并且占能源消費總量的比重由2000年的30.5%降為2007年的13.4%。這表明煤炭作為非清潔能源在直接利用中呈下降趨勢。液化石油氣和煤氣的消費量呈波動上升，但增長幅度較小，并且占總能源消費量的比例也在減小。電力、熱力、天然氣、成品油(汽油和柴油)的消費量呈逐年上升，并且增長速度很快，比重分別由2000年的18.5%、11.9%、6.5%和3%增長到2007年的23%、17.2%、15.5%和6.5%。這反映出在社會進步的大背景下人們的能源選擇趨于向清潔、便利的能源轉變。近些年來，家用電器的種類和數量不斷增加，更新速度持續加快，電能的廣泛使用促使了消費量的增加。但熱力和電力作為二次能源，大部分由煤炭轉化，對于用戶是清潔的，對于整個環境的影響仍然存在。天然氣的廣泛利用使炊事用能更加清潔方便。2004年10月“西氣東輸”工程全線貫通并運營，天然氣的消費量持續上升，促進了我國能源結構的調整。另外，私家機動車輛的大幅增長正在改變著城市居民的出行方式，每百戶家庭擁有的汽車和摩托車數量由2000年的0.5輛和18.8輛增長到2007年的6.06輛和24.81輛，而成品油消耗的迅速增長也帶來了嚴重的環境污染問題。

圖1 2000-2007年城鎮居民家庭直接能源消費中各類能源的變化趨勢

圖2 2000-2007年農村居民家庭直接能源消費中各類能源的變化趨勢

農村居民家庭不同于城鎮，能源消費分為自產的生物質能和商品能源二部分。在商品能源中煤炭所占比重大，2000-2007年間達2/3左右，所占份額呈波動下降趨勢。炊事和取暖主要依靠煤炭，由于爐灶的熱效率低，導致了煤炭的大量消耗。電力和液化石油氣的消費量逐年增加，分別由2000年的18.5%和5%上升到2007年的27.3%和8.6%，說明高級商品能源在農村的可進入性增強。隨著農民收入水平的提高，人們的消費意識轉變，對能源的選擇和需求逐漸偏向清潔的能源。過去用煤炭替代生物質能的消費，對植被保護和生態建設起到了積極作用。目前，電力和液化石油氣對煤炭和生物質能的替代趨勢日益明顯，一些農村居民還利用可再生能源如沼氣、太陽能。不僅用能結構趨于清潔化，也減少了農民購買商品能源的支出。

(二)間接能源消費

居民家庭的間接能源消費可以分為與人民生活相關的8個行業部門來計量，表4給出了分行業的能源強度。通過公式(2)可計算出2000-2007年居民家庭間接能源消費量。結果表明，城鎮居民家庭的間接能源消費約占其生活總用能的87.8%，農村居民家庭則占71.9%。由于人們在八類行業中的消費支出不同，各行業的能源強度不同，使得間接能耗所占份額存在明顯差異。

城鎮居民家庭間接能源消費最大的是居住，平均占到60%以上;其次是食品、教育文化娛樂;再次是衣著、醫療保健、交通通信、家庭設備用品;最小的是雜項商品和服務，約占間接能源消費總量的0.36%(見圖3)。通過表4可以看出居住行業的能源強度遠遠高于其他行業，盡管下降趨勢明顯，但人們在該行業的支出增長較快，從而導致人們在居住行業消費產生的間接能耗在近幾年有所增加。雜項商品與服務的行業增加值是各行業中最大的，其能源強度是最小的，反映了第三產業產值高、耗能少的行業特點。

農村居民家庭除居住以外的其余七類消費行為產生的間接能耗結構如圖4所示。其中食品所占的比例最大，約為53.8%。最小的是雜項商品與服務，約占0.65%。教育文化娛樂的間接能耗占間接能源消費總量的比例是僅次于食品的，約占29.3%。其余消費行為影響間接能耗分別為:衣著占6%，家庭設備用品占2%，醫療保健占5%，交通通信占3.3%。

表4 中國2000-2007年分行業能源強度(噸標煤/萬元)

圖3 2000-2007年城鎮居民家庭的間接能源消費

圖4 2000-2007年農村居民家庭的間接能源消費

除了居住，在城鎮和農村居民家庭間接能源消費中，食品和教育文化娛樂所占比例都是最高的，這是由于兩個行業的能源強度高，城鄉居民在這兩個行業的消費支出也高。說明人們在滿足生存必需的物質基礎的同時，也在注重精神生活的構建。從時間序列來看，2000年到2007年，居民家庭中各類消費項目影響的間接能耗所占比例基本沒有太大變化，主要原因是能源強度降低的同時，人們的消費支出也在升高。也就是說，用能技術進步的同時，人們對能源的需求和在各類商品和服務的消費都有所增加，這其中有經濟快速增長的拉動作用，也有人們對生活質量提升的欲望使然。

在間接能耗的總體結構保持不變的格局下，一些消費項目的間接能耗又表現出較明顯的變動趨勢。城鄉居民食品消費行為影響的間接能源消費所占比例呈逐年下降趨勢，這與我國恩格爾系數下降相吻合。說明隨著人們生活水平的提高，食品消費的支出比例逐漸減小。但城鄉居民在交通通信和教育文化娛樂的間接能耗有所增加，農村居民醫療保健也在增加。總之，人們的消費傾向由生存型消費逐步轉為發展型消費，反映了消費結構的轉型。

(三)中國居民家庭生活能源消費的總體趨勢

我國正處于工業化和城市化的快速發展階段，人民生活日益豐富的同時，對能源的需求和消費也在不斷增加。通過以上對居民家庭直接能源消費和間接能源消費的計算和分析，可以看出2000-2007年城鄉居民直接能耗和間接能耗的總量變化趨勢，如圖5和圖6。

從圖中可以看出，城鎮和農村家庭的間接能源消費都遠高于直接能源消費。從2000到2007年，城鎮和農村家庭的直接能源消費都在持續增長，城鎮的直接能源消費從6700.56萬噸標煤上升到11458.13萬噸標煤，平均增長率為7.97%;農村從4545.8萬噸標煤上升到6729.93萬噸標煤，平均增長率為5.77%。反映了城鎮的直接能源消費增長速度要快于農村。從間接能源消費的變化來看，城鎮雖有波動但總體呈增長趨勢，從54033.92萬噸標煤上升到64538.71萬噸標煤。而農村呈逐年下降趨勢，從19609.13萬噸標煤下降到11555.14萬噸標煤。

城鄉人均能源消費量在年際間都有所變化，城鎮平均為1356千克標煤;農村平均為271千克標煤。影響城鄉居民家庭能源消費總量變化的主要因素有城市化水平、能源效率和人均收入。一方面，近年來能源效率的提高會導致城鄉居民的人均用能量的下降。另一方面，人均可支配收入逐年提高，導致了對商品和服務消費的增加，從而增加了能源消費。兩方面因素相互作用，造成了城鄉居民的人均能源消費量的波動。從2000到2007年，中國的城市化率從36%上升到45%，隨著城鄉人口結構的改變，越來越多的農村人口進入到城鎮，城鎮人口的增加使得城鎮居民家庭的能源消費總量增加。相應地，農村居民家庭的能源消費總量就下降了。如果不考慮其他因素，在城市化過程中，如果一個農村居民轉變為城市居民，那么將會增加能源消費量1085.26千克標煤。

圖5 2000-2007年城鎮居民家庭直接和間接能源消費總量

圖6 2000-2007年農村居民家庭直接和間接能源消費總量

四、居民家庭生活能源消費的碳排放分析

(一)直接能耗中的碳排放

根據公式(1)，可以得出城鎮和農村居民家庭直接能源消費產生的碳排放總量，其變動趨勢如圖7。隨著直接用能消耗的增長，碳排放量也在增加，2007年城鎮和農村由直接能耗產生的碳排放量分別為8535.04萬噸和6883.41萬噸。從2000年到2007年，城鎮和農村的碳排放量變動軌跡基本相同，在2005年之后，農村的碳排放量的增長趨勢有所減緩，主要是由于煤炭的消費量有所下降。而在城鎮，盡管煤炭的消費量也在下降，但是其他種類的能源消費量增長速度很快，導致了城鎮的碳排放量持續增長。

(二)間接能耗中的碳排放

根據公式(3)和計算得出的碳排放強度(如表5)，得到城鎮和農村居民間接能源消費的碳排放量。

表5顯示，2000-2007年這八類行業的碳排放強度都呈下降趨勢，說明單位產值的碳排放量減少，但產值增速快導致了碳排放量的逐年上升。也就是說，碳排放強度的降低并不意味著碳排放總量的降低。中國正處于工業化快速發展階段，各行業的發展都需要消耗大量的能源，必然導致碳排放量的增長，因此中國仍然面臨著巨大的節能減排壓力。

圖7 2000-2007年中國城鄉居民家庭直接能源消費的碳排放量

表5 中國2000-2007年分行業碳排放強度(噸碳/萬元)

圖8 城鎮和農村分行業平均碳排放量

城鎮和農村家庭在各類行業的消費行為導致的碳排放量的比重關系如圖8所示。城鎮的居住、食品和教育文化娛樂的碳排放量占到前三位，農村的食品、教育文化娛樂和衣著的碳排放量位居前三。

2000-2007年城鎮和農村居民家庭間接能源消費的碳排放量的變動趨勢如圖9所示。城鎮的變化是先快速上升然后有略微下降，總體上是波動增長的，由47273.92萬噸到56678.76萬噸;而農村是持續下降的，由13097.06萬噸到8117.94萬噸。這與城鄉居民的間接能源消費變動趨勢相一致。由于農村居民在食品消費中的碳排放量大幅降低，而消費食品間接產生的碳排放量占農村居民家庭間接能耗的碳排放總量的比例最大，從而影響農村間接能耗的碳排放總量的降低。

五、結論

城市和農村作為兩種不同的地域空間，人們的生產和生活方式不同，其能源消費結構和相應的碳排放量也有所不同。隨著城市化進程的加快，城鄉人口結構的變動將會導致能源消費量的增加。在不考慮其他因素的前提下，一個農村居民轉變為城市居民，能源消費量將增加1085.26千克標煤。

2000至2007年是我國城鎮化快速推進的時期，城鄉居民家庭的直接能源消費總量上升、結構變動。城鎮居民成品油、天然氣、熱力、電力的消費量快速上升，煤炭的用量下降。農村居民家庭以煤炭為主要能源，但電力、液化石油氣的消費量增加較快。直接用能結構變動反映出能源替代的趨勢，也反映出人們生活質量的差異。居民家庭間接能源消費總量在城鎮地區呈波動上升趨勢，特別是居住能耗最多，占60%以上;在農村地區持續下降，由于沒有計量居住項目，食品能耗所占的比重最大，約為53.8%。教育文化娛樂、衣著、醫療保健居中，雜項商品與服務的最小，這在城鄉的次序大致一樣。食品的間接能耗呈下降趨勢，與人們的消費傾向和生活質量的提高有密切關系。城鄉居民的間接能源消費不僅僅是結構和數量的差異，也體現了人們的消費行為特征以及消費趨勢的轉變。人們逐漸由重實物消費轉為物質消費和服務消費并重，由生存型消費轉為發展型消費。

中國正處于工業化中期階段，隨著人均收入水平的提高，對各種商品和服務的消費支出也會增加，在未來較長時間內能源消費和碳排放量都將會增加。2000至2007年，城鎮和農村由直接能耗產生的碳排放量是上升的，由間接能耗產生的碳排放量城鎮和農村呈現出不同的變化趨勢，城鎮波動上升，而農村緩慢下降。由于城市化率的提高，大量人口由農村流向城鎮，而農村居民的間接能耗要弱于城鎮居民，相應的碳排放量也逐年降低。而城鎮人口增多、間接能耗強，能源消費和碳排放量升高。因此人口結構的改變以及居民消費水平的提高將成為碳排放新的增長點。

在現階段的用能技術水平下，由于經濟的快速發展必然導致能耗增加，而能耗增加必然導致碳排放的增加。目前，我國仍是一個發展中的國家，改善民生的任務依然艱巨，只能通過燃料的轉換和用能技術的進步做到相對的低碳發展。城鄉生活消費結構的改變對于未來的能源利用和碳排放會產生顯著的影響。隨著低碳概念進入到人們的生活，居民的能源消費將逐步轉向可持續的消費模式。

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