上海市低碳發展狀況分析

馬 丁 陳文穎

(清華大學能源環境經濟研究所，北京100084)

上海市低碳發展狀況分析

馬 丁 陳文穎

(清華大學能源環境經濟研究所，北京100084)

氣候變化已經引起了世界的廣泛關注，各個國家都意識到在經濟發展的同時，需要降低能源消費所帶來的CO2排放。很多國家和地區通過采取一系列的措施來應對氣候變化問題，實現低碳發展的目標。中國作為一個負責任的發展中國家，一直以來高度重視氣候變化問題。上海市作為中國經濟發展的領頭羊，在“節能減排”方面也處于全國的前列，但是和發達國家的一些國際大都市相比，還存在一定的差距。面對全球低碳經濟發展的新潮流，如何處理好能源消費和經濟發展二者的關系是值得我們關注和思考的一個問題。本文基于國家發展改革委發布的《省級溫室氣體清單編制指南》，對2001－2010年間上海市能源消費和CO2排放狀況進行了測算，并利用LMDI指數分解法對上海市歷年碳排放量差異進行了因素分解。另外，選取2008年上海、倫敦和東京三市的CO2排放狀況進行了對比，利用Theil指數分解法對城市間的碳強度差異進行了分析。最后通過設置三種不同的發展情景，計算分析了上海市產業結構和能源結構調整的減排潛力。

低碳城市;LMDI分解法;Theil分解法;情景分析

隨著經濟的高速發展以及人民生活水平的不斷提高，上海市能源消費總量不斷攀升。“十一五”期間，上海市能源消費年均增速為6.4%，比“十五”下降了兩個百分點。從能源消費結構來看，天然氣消費增長最為迅猛，達到45億 m3，年均增速為 19.2%;全社會用電量1 296億Kwh，年均增速為6.7%;煤炭消費低速增長，達到5 875.5萬 t，年均增長2.1%。能源消費呈現“雙減雙增”的特點［1－2］。從終端能源消費來看，工業是上海市能源消費的主要部門。盡管近年來工業能耗比重有所下降，但是其總量依然處于上升的態勢。在各終端部門中，能源消費上升最快的是第三產業，同時交通運輸業、建筑業和居民生活方面的能耗上升速度也非常快。這與這些年來上海市的基礎設施建設加快以及居民生活、消費水平的提高具有非常大的關系。由于能源消費的迅速上升以及煤占一次能源的比重依然很高，使得上海市能源消費的碳排放迅速增加。不斷增長的能源消費和CO2排放，促使上海市迫切需要尋找一條既尊重歷史和當前現狀，又能使其過渡到長三角真正的中心城市乃至國際大都市的發展道路，以有限的能源消耗和較低的碳排放來實現經濟社會的可持續發展。

1 研究現狀

LMDI指數分解法在能源消費和CO2排放等研究領域都具有廣泛的應用。針對城市的CO2排放分解方法主要用于分析城市人口、人均收入、能源消費結構和能源利用效率等因素對碳排放的影響。隨著研究內容不斷深入和研究技術不斷發展，低碳城市研究方法取得了顯著進展。我國學者史安娜運用LMDI方法構建了南京市工業經濟能耗碳排放因素分解模型，定量分析了2000－2009年間南京市產業規模、能源強度、能源結構和能源排放強度等因素對CO2排放的影響［3］。王俊松等利用LMDI方法對1990－2007年我國碳排放增量進行分解，認為經濟增長和能源強度效應是影響碳排放主要因素，人口和結構效應影響不大，并分地區研究了效應的貢獻差異［4］。姚永玲采用 LMDI方法將能源消費分解為經濟規模、人均能耗、單位產值能耗、人口密度和能源空間支持系數等五項指標，分析了各因素對城市能源消耗的貢獻［5］。

Theil指數分解法最初是用于分析不同國家之間的收入差距，也能通過一定的變形用于其它方面的差異測度，例如對區域間能源消耗強度差異的衡量，人均CO2排放的不平等指標的差異測度。潘家華等利用Theil指數方法研究我國三大區域的碳生產率，并通過比較分析找出了差異的根本原因［6］。Padilla和Serrano利用Theil指數分析不同收入水平下各地區的人均CO2排放差異及其與收入差異之間的關系［7］。

情景分析法可用于對既定減排目標下的社會發展情境進行定量預測，有利于分析未來在不同的政策措施下，不同的情景產生的結果和影響。Christoph Weder用情景分析模型研究了能源需求和溫室氣體排放影響因素問題［8］。鄭博福等采用情景分析法對我國未來能源消費狀況及可能帶來的環境影響進行了預測和分析［9］。梁巧梅等應用投入產出法和情景分析法進行了能源需求和能源強度的情景預測［10］。

本文利用LMDI指數法將CO2排放的增量變化分解為四個因素:能源結構、能源強度、經濟增長以及人口增長;采用比較分析法總結了上海、倫敦和東京三個城市在CO2排放總量、部門構成、人均排放方面的差異，并應用Theil指數法對三市的碳排放強度差異進行了分解;利用情景分析法對上海市的“節能減排”潛力進行了評估，并基于分析結果提出了上海市低碳發展的可行性建議。

2 研究方法

2.1 CO2排放量計算

本文選取2001－2010年間，上海市三大產業的能源消費量、各產業產值數據來分析三大產業終端能源消費的變化情況。其中2001－2010年各產業總產值數據和能耗數據來源于《上海工業交通能源統計年鑒》［11］和《上海市統計年鑒》［12］。

國家發展和改革委員會發布的《省級溫室氣體清單編制指南》將化石燃料燃燒活動的分部門排放源分為:農業部門、工業和建筑部門、交通運輸部門、服務部門以及居民生活部門。本文均依照以上部門的劃分，根據上海市能源平衡表中的能源數據進行計算。各種化石能源的含碳量及燃料燃燒過程中的氧化率來源于《省級溫室氣體清單編制指南》。省級能源活動擬采用詳細技術為基礎的部門方法(即IPCC方法2)，基于分部門、分燃料品種、分設備的人類消費量等活動水平數據，及相應的排放因子，通過逐層累加綜合計算得到排放總量。計算公式如下:

式中:EF代表CO2排放因子(kg/TJ);Activity代表燃料消費量(TJ);i代表燃料類型;j代表部門活動水平;k代表技術類型。

2.2 LMDI指數分解法

根據日本學者Kaya研究的CO2排放量恒等式，設C為CO2排放量，則有:

式中:E、GDP、P分別代表能源消費量、上海市國內生產總值和上海市人口總量。我們令d=C/E，e=E/GDP，f=GDP/P，p=P，其中d代表能源結構，e為能源強度，f為經濟增長，p為人口增長。具體的指數分解過程參見Zhang F Q 和 Ang B W 的論文［13］。

2.3 Theil指數分解法

采用Theil指數法對上海、倫敦和東京三個城市碳排放強度的空間差異進行量化測度分析。Theil指數的計算公式為:

其中I代表進行測度的指標，本文中則分別指能源消費水平、能源消費結構及能源消耗效率，Ii代表i城市相應指標代表指標平均值，yi代表i城市GDP占全部城市GDP之和的比重，T(I)即各指標的Theil指數值，它的值越大，就表示各城市之間能源消費狀況差異越大。

假設Eij表示第j個城市第i產業的能源消費量，Gij表示第j個城市第i個產業的GDP，Ei表示三個城市第i產業的能源消費總量，Gi表示三個城市第i產業的GDP總和，Ej表示三個城市的能源消費總量，Gj表示第j個城市三大產業GDP;E表示三個城市的能源消費總量，G表示三個城市的總GDP。TA為三大產業內能源強度差異，TB表示三大產業間單位GDP能耗差異。

3 上海市低碳發展現狀:基于LMDI分析

3.1 人口與經濟發展

近年來上海市常住人口數有了較快的增長，從2000年的1 608萬人增長到2010年的2 303萬人，年均增長率達到了3.66%，遠高于全國的平均水平。上海市的國內生產總值也呈現了較快的增長，其中第二產業和第三產業的增幅遠大于第一產業。三大產業的比例從2000年的1.6∶46.3∶52.1 變化到 2010 年的 0.7∶42.0∶57.3，產業結構調整取得了階段性的成果［14］。

3.2 能源消費與CO2排放

2001－2010年間，上海市的能源消費和CO2排放量有了大幅度增長，其中終端能源消費量從2001年的5 550萬tce增加到2010年的10 802萬tce，2010年的能源消費當量是2001年的2.21倍。CO2的排放量從2001年的13 871萬t增加到2010年的26 364萬t，增長了近一倍［15］。CO2排放增長比例最大的是第三產業，增長幅度最大的是第二產業。由于產業結構的調整和能源利用效率的提高，第一產業的能耗有所下降，第二產業是能源消費和碳排放的主要部門。在第二產業內部，能源消費主要集中在三個重化工部門，分別是黑色金屬冶煉及壓延加工業，石油加工、煉焦及核燃料加工業，化學原料及化學制品制造業。

3.3 CO2排放的LMDI指數分解

根據前面的介紹，我們首先將上海市CO2排放量的變化量逐年分解為四個因素:能源結構、能源強度、人口增長和經濟增長，結果見圖1。通過四種因素的分解，可以看出CO2排放量的增加最主要的正驅動因素是經濟增長，其次是人口增長;能源強度主要起著反方向的驅動作用，能源結構的影響比較小，沒有充分地體現出來。

3.3.1 能源結構

能源結構對碳排放整體呈負面影響，但在個別年份(2004、2006、2009)呈正面影響，說明上海市的能源消費結構整體有所改善，但是在個別年份不甚合理。2000－2010年間，上海市的能源結構的整體貢獻為－1 139.40萬t，占比為－8.70%。在我們考慮的能源品種中，煤炭類能源的碳排放因子最大，其次是石油類能源，天然氣的碳排放因子最小，在其它因素不變的情況下，能源結構中煤炭類能源的比重下降，碳排放量會相應減少。上海市在“十二五”期間增加了對新能源的投資力度，預計未來能源結構將會得到進一步改善，能源結構的影響也會進一步得到提高。

3.3.2 能源強度

能源強度指標是以單位GDP的能耗來衡量能源系統的投入和經濟產出的關系，反映了能源經濟活動的整體效率。2000－2010年間，上海市的能源強度的整體貢獻為－6 624.11萬 t，占比為 －50.56%。理論上講，能源強度的下降意味著能源利用效率的提高。一般認為，能源效率的提高主要來源于能源利用技術的進步和落后產能的淘汰，其對CO2排放的貢獻必然為負。

3.3.3 經濟增長

圖1 上海市CO2變化量的LMDI分解(2001－2010)Fig.1 The decomposition result of CO2in Shanghai between 2001 and 2010

能源作為經濟發展的基本生產要素，支撐了上海市經濟的持續發展。以工業化和城鎮化為代表的經濟發展又反過來帶動了能源的大量消費和CO2的排放。因此，CO2排放的增長是上海市經濟發展帶來的必然結果。從分解結果來看，2000－2010年間，經濟產出效應的累計貢獻為14 013.79萬t，占比為106.97%。通過比較可以看出，經濟增長對CO2排放增加的正面影響最大，說明經濟增長帶來的能源消費是碳排放量增加的主要原因。2001－2008年上海市經濟產出的影響一直為正值，這表明經濟的增長直接導致碳排放的增加。2009年和2010年的經濟產出影響為負值，主要是這兩年上海市常住人口的增加，使得人均GDP增長速度為負值，分別是－1.08%和－1.10%。

3.3.4 人口增長

從圖1可以看出，常住人口的增長對CO2的排放一直起著正面的作用，表明常住人口規模的增加會導致CO2排放的增加。2000－2010年間，人口效應的貢獻為6 850.11萬t，占比為52.29%。主要原因在于人口規模的擴大，城鎮化的步伐也在加快，帶動了基礎設施和高耗能產業的發展，從而增加能源的消費和CO2的排放。其中2009年和2010年人口增長因素的影響遠高于其它年份，這主要是因為這兩年的常住人口增長率分別是9.4%和11.5%，遠高于上海市2000－2010年的平均增長率3.7%。

4 低碳城市發展對比:基于Theil指數分析

4.1 上海、倫敦和東京三市能源結構的對比

歐洲、北美等很多發達國家大城市CO2排放總量從2005年左右開始呈現下降趨勢，而一些發展中國家城市CO2排放總量則繼續保持上升趨勢。通過前面的LMDI分解結果可以看出，城市碳排放量與人口、經濟、技術等因素高度相關。上海市正處在工業化和城鎮化的進程中，人口規模和GDP正處于增長階段，能源需求具有一定的剛性，碳排放量隨著城市人口規模和經濟增長會進一步上升。在產業結構方面，由于倫敦和東京已經處于后工業化階段，所以排放總量相對比較穩定，而工業是上海市經濟增長的一個重要組成部門，能源消費還會大幅度增加。在能源結構方面，倫敦和東京的能源構成更為低碳，電力、天然氣等低碳排放能源所占比例均超過70%，煤炭使用的碳排放所占比例很小［16－17］。上海市的電力、天然氣等低碳排放能源所占比例偏低，而高排放的煤炭使用比例接近20%，遠高于其它兩個城市。

4.2 上海、倫敦和東京三市CO2排放的對比

我們采用2008年當年價計算三個城市的國內生產總值，并對上海、倫敦和東京三個城市的碳排放強度進行對比。可以發現:上海市的CO2排放量為23 714萬t，倫敦和東京分別為4 673、5 462萬t。碳強度方面，上海市大約是倫敦市的15.6倍，東京市的22.8倍。人均碳排放方面，上海市是12.56 t CO2/人，大概是倫敦的2倍，東京的3倍。碳排放強度和人均碳排放的差異主要在于三個城市間產業結構的不同。因為倫敦和東京主要以低能耗和高附加值的第三產業為主，工業部門的比重相對較小。而上海市的工業部門比重偏大，能源消費和CO2排放量自然就遠遠高于倫敦和東京。在居民生活和交通方面，三個城市的差距相對較小［18－19］。

4.3 上海、倫敦和東京三市碳排放強度的Theil指數分解

采用Theil指數法來對上海、倫敦和東京的碳排放強度的空間差異進行測度分析，見表1。可以看出，產業強度差異和產業結構差異都是三個城市碳排放強度差異的主要原因，其中第二產業碳排放強度差異的影響最為明顯，另外，三大產業結構的差異也是導致三個城市碳排放強度差異的重要原因。

由分解結果來看，上海市的碳排放強度降低的主要任務在于降低第二產業碳排放強度和調整三大產業的結構。第二產業碳排放強度的降低主要在于淘汰落后的高耗能企業和重化工行業的重新定位，產業結構的調整在于加快發展低能耗和高附加值的第三產業，努力提高第三產業和戰略新興產業在上海市產業結構中的比重。

表1 2008年上海、倫敦和東京市碳排放強度差異分解Tab.1 Theil index decomposition of carbon intensity between three regions in 2008

5 上海市未來減排潛力:基于多種情景分析

5.1 未來能源消費和需求預測

為了分析和測算上海市未來能源消費和CO2排放，本文采用國際上通用的情景分析方法，主要包括三個發展情景:基準情景(Base)、高碳發展情景(High)以及低碳發展情景(Low)。

基準情景(Base)是不采取任何的政策措施，上海市能源與經濟自然發展的狀況;高碳情景(High)是基于當前的發展狀況，繼續加大第二產業的擴大生產，而不進行限制，通過該情景的假定，我們可以對CO2排放上限有一個定量的把握;低碳情景(Low)綜合考慮了上海市低碳發展的相關法律法規和發展規劃，可以對上海市未來低碳發展有一個展望［2，20］。具體的情景假設見表 2。

5.2 能源需求、CO2排放預測以及減排潛力分析

首先根據上海市歷史GDP增長水平和三大產業的比例，給定未來三產結構和常住人口的發展趨勢;再基于當前的能源強度和上海市的發展規劃，對未來的能源強度發展趨勢進行預測，從而得到三個產業的能源需求和居民部門的能源需求;最后基于未來能源結構(分能源品種)的預測和各能源的CO2排放系數，得到終端部門的CO2排放。綜合計算結果，我們可以發現:

在基準發展情景(Base)下，上海市2015年的能源消費需求為14 964萬tce，2020年的能源消費需求為19 584萬tce。2015年各行業CO2總排放量為39 079萬t，2020年總排放量為52 131萬t，約為2010年的2倍。

表2 上海市3種發展情景下基本指標的設定Tab.2 Definition of three scenarios about Shanghai’s development

圖2 上海市未來能源需求和CO2排放預測框架Fig.2 Framework of predictions about energy consumption and CO2emission in Shanghai

在高碳發展情景(High)下，上海市2015年的能源消費需求為17 062萬tce，2020年的能源消費需求為25 186萬tce。2015年的各行業 CO2總排放量為45 163萬 t，2020年總排放量為68 282萬t，約為2010年的2.59倍。

在低碳發展情景(Low)下，上海市2015年的能源消費需求為12 945萬tce，2020年的能源消費需求為14 759萬tce。2015年各行業CO2總排放量為33 293萬t，2020年總排放量為38 421萬t，約為2010年的1.46倍。

通過三種發展情景的比較，可以看出，上海市未來減排的潛力還是非常大的，其中工業部門蘊含的節能潛力最大。2015年上海市的減排潛力約為2 019萬t，2020年減排潛力大約為4 826萬t。節能減排的實現，主要得益于產業結構和能源供應體系的優化。產業結構的優化在于第三產業的大幅增長，間接減少了高耗能產業的能源消費和CO2的排放;能源系統的優化在于新能源與可再生能源的使用，減少了化石能源的需求，從而減少了CO2的排放。

6 結論與政策啟示

上海市CO2排放的主要驅動因素是經濟產出，其次是人口規模;主要的抑制因素是能源強度，其次是能源結構。上海市目前正處在城鎮化和工業化的進程之中，人口規模和經濟總產值還會在一定的時期內保持持續增長。人口規模的擴大和經濟增長會進一步促進能源消費和CO2排放的增長。因此，上海市低碳經濟的發展在于產業結構的優化和能源供應體系的優化。

上海市的碳排放強度遠遠高于東京和倫敦兩個城市，未來的發展還存在很大的下降空間。上海市的碳排放強度與另外兩個城市碳排放強度的差別，主要集中于第二產業的碳排放強度差異和產業結構差異。第二產業作為上海市主要的能源消費部門，其內部的能耗主要集中在三個重化工部門。因此，上海市降低能源強度和碳排放強度的根本在于優化三大產業結構和第二產業的內部結構。三大產業結構的調整在于加快發展第三產業，努力提高低能耗和高附加值的服務業在GDP中的比重，逐步向倫敦和東京兩個大都市看齊。第二產業內部結構的優化在于淘汰落后的高耗能產業，對重化工行業的發展進行重新定位，并大力發展知識密集型工業。

上海市在“十二五”和“十三五”期間的“節能減排”潛力巨大。上海市應該在經濟轉型的關鍵時期緊緊抓住能源系統優化和產業結構調整的主線，建立與低碳要求相適應的政策法規體系，大力發展金融業和航運業等高附加值、低能耗、低排放的服務業，從而達到優化產業結構和優化第二產業內部結構的目標。同時，上海市要不斷優化能源供應體系，提高天然氣和可再生能源的比重，逐步使經濟發展擺脫對化石能源的依賴，最終實現“能源—環境—經濟”的全面協調可持續發展。

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Development Status of Low-carbon in Shanghai

MA Ding CHEN Wen-ying
(Institute of Energy，Environment and Economy，Tsinghua University，Beijing 100084，China)

Climate change has caught worldwide attention.It is widely realized that the energy consumption and CO2emissions should be reduced with the growth of economy.Many countries and regions have taken measures to solve climate change problem and develop low-carbon economy.As a responsible developing country，Chinese government pays much attention to the climate change problem.Shanghai is the bellwether of China economy，their work on energy-saving and emission reduction are impressive in China，but the gap still exists between Shanghai and other international cities.With the new trend of low-carbon development，how to handle the relationship between energy consumption and economy development is the one that deserves attention.Shanghai’s energy consumption and CO2emissions from 2001 to 2010 were calculated in this study using the method of‘Guidelines of Provincial Greenhouse Gas List’.Shanghai’s carbon emissions changing trend was analyzed in this paper with the application of LMDI index decomposition method.Shanghai’s CO2emissions，composition and per capita carbon emissions of 2008 were selected to compare with London and Tokyo.Then we used Theil index method to analyze the factors that causing the gap among these three cities’carbon emissions intensity.Finally，according to three different scenarios，Shanghai’s potential of energy-saving and emissions reduction with the adjustment of industrial structure and energy varieties structure were calculated.

low-carbon city;LMDI index;Theil index;scenario analysis

F42;F299

A

1002－2104(2013)08－0026－07

10.3969/j.issn.1002－2104.2013.08.005

2013－04－08

馬丁，博士生，主要研究方向為能源環境經濟學與低碳經濟。

陳文穎，博士，教授，博導，主要研究方向為能源環境經濟學與能源系統建模。

國家“十二五”科技支撐計劃項目“應對氣候變化關鍵技術研究”(編號:2012BAC20B01)。

(編輯:劉照勝)