基于LMDI技術的河北省能源碳足跡因素分解

劉曉春

摘要：利用LMDI方法對河北省1980-2010年能源碳足跡進行研究。結果表明，河北省能源碳足跡總體呈快速上升趨勢，經濟和人口增長是河北省能源碳足跡增長的最主要推動力；能源消費結構中煤炭比例過大是河北省碳排放量始終高居全國碳排放大省前列的主要原因，降低能源消費對煤炭的依賴，有助于減少CO2的排放；能源效率的提升是河北省碳減排的最重要手段。河北省發展低碳經濟就必須改變以煤炭為主的能源消費結構，積極發展新興能源；大力調整產業結構，及早淘汰六大高耗能產業中的落后產能；積極控制人口規模；提高資源綜合利用水平，重視增長方式的轉變，堅持走資源節約型、環境友好型社會之路。

關鍵詞：LMDI；碳足跡；能源消費；低碳經濟；河北省

中圖分類號：F127；X196 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2014）03-0723-06

隨著氣候變化成為最重要的世界話題之一，世界經濟向低碳轉軌的趨勢愈發明顯。作為全球最大的發展中國家、經濟增長最快的國家和溫室氣體排放大國，中國如何選擇發展模式將深刻地影響世界。在2009年哥本哈根聯合國氣候變化大會上，溫家寶總理向世界宣布，中國到2020年單位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%～45%[1]。這是中國向世界的承諾，要完成減排目標，必須轉變經濟增長方式，調整經濟結構，向低碳經濟轉型。

中國是碳排放大國，河北省是一個碳排放大省。2011年河北省GDP為24 228.2億元，占全國GDP總量472 882億元的5.1%，但同期河北省能源消費總量3.15億t 標準煤，占全國能源消費總量34.8億t 標準煤的9.1%，是全國第二大能源消耗省份，僅次于山東省。2011年我國單位GDP能耗0.793 t 標準煤/萬元，而河北省單位 GDP 能耗是1.3 t標準煤/萬元，位列全國第八。河北11個設區市單位GDP能耗均高于全國平均水平。

河北省要實現經濟發展和環境保護的“雙贏”，就必須積極尋求自身的低碳經濟發展之路。能源消費中的碳排放是河北省最大的碳源。本研究通過LMDI分解技術分析河北省能源碳足跡各影響因素的作用方向和影響權重，以期為河北省碳減排提出對策建議。

1 概念界定及研究方法

1.1 碳足跡

碳足跡（Carbon footprint）是指自然界各種自然活動和人類活動所造成的CO2、CH4、N2O、PFCs、HFCs、SF6等所有溫室氣體的排放總量。而這6種主要溫室氣體對全球的溫室效應所起作用的比例不同，其中CO2的作用占64%、CH4占18%、N2O占6%、鹵代溫室氣體（即SF6、HFCs、PFCs及《蒙特利爾議定書》限定的CFCs、HCFCs等）合計約占12%[3]。因此，CO2的增加是造成全球變暖的主要原因[4]。大氣中CO2濃度的增加主要是由化石燃料燃燒、工業生產過程、土地利用變化、砍伐森林等人類活動造成[5]。其中化石燃料消耗所排放的CO2占95%以上，為主要的碳源[6]。我國能源消費所排放的CO2占到我國CO2總排放量的75%以上[7]。因此，為了研究方便，本研究僅以河北省能源消費所排放的CO2為研究對象，也就是人類經濟活動中能源消耗所造成的CO2的排放總量。

1.2 碳足跡計算

對碳排放的估算屬于氣候變化研究中比較復雜的問題之一，由于我國目前還沒有CO2排放量的官方統計，所以研究河北省碳足跡就面臨著CO2的估算問題。目前已經有許多CO2排放量的估算辦法，如實測法、物料恒算法、排放系數法、模型法等，但還沒有達成共識，比較公認的是政府間氣候變化專門委員會（IPCC）公布的碳排放系數估算法[8]。

本研究的CO2排放量采用《省級溫室氣體清單編制指南（試行）》（國家發改委[2011]1041號）提供的方法進行估算，它的基本原理與IPCC公布的基本相同。《指南》中的CO2排放量是指由于終端能源消費引起的CO2排放量。該方法首先是確定研究區域能源消費的種類以及各種能源的消費量；隨后確定每種能源的排放因子數據；然后估算出每種能源活動的CO2排放量；最后加總計算所有能源的CO2排放量。

具體公式為：

因為河北省能源消費主要是原煤、石油、天然氣和水電，而風能、太陽能、生物能等能源消耗量很少，在《河北省經濟年鑒》里也只統計原煤、石油、天然氣和水電消費量，合計占到河北省能源消費量的100%，故本研究選用的用于碳足跡計算的能源指標包括原煤、石油、天然氣和水電。因為水電屬于清潔能源，不放出CO2，本研究計算的水電碳排放量僅僅指在水電生產過程中消耗的其他能源碳排放量。

1.3 LMDI法（對數平均權重分解法）

因素分解法被廣泛應用于研究CO2排放影響因素分析當中。目前通行的分解方法主要有兩種，一是指數分解方法，該方法特別適合分解含有較少因素的、包含時間序列數據的模型；二是結構分析法，該方法需要投入產出表數據作為支撐。Ang等人提出了對數平均權重分解法（Logarithmic mean weight division index method，LMDI），采用對數平均公式，替換了以前的簡單算術平均權重計算方法。此方法具有全分解、無殘差、易使用，以及乘法分解與加法分解的一致性、結果的惟一性、易理解等特點，得到廣泛應用[9]。

LMDI分解法基于下面一個函數：

2 河北省能源碳足跡狀況

河北省能源碳足跡研究時段從1980-2010年，期間煤炭、石油、天然氣、水電4種能源的消耗數量、全省GDP、人口數量等統計資料均來自于《河北省經濟年鑒》。河北省1980年以來能源消費情況如圖1所示。

從圖1可以看出，河北省能源消費從1980年以來始終呈增長態勢，明顯分為兩個階段。以2000年為界，之前能源消費增長相對緩慢，年平均增長率為5.7%；2000年后呈明顯增長趨勢，年平均增長率達到9.4%，且增長勢頭很猛，只在2008年由于受到全球金融危機的影響，河北省經濟發展也受到一定影響，能源消費增加有所減緩，但是2008年以后又迅速增加。圖1還反映出河北省能源消費的另一個顯著特點就是煤炭消費量始終占到能源消費量的90%以上，并呈現持續增大現象，2009年煤炭消費量占到92.51%，為研究期間比重最大值。水電比重很小，一直在0.1%左右徘徊。石油和天然氣的消費量合計在8%左右。對煤炭的嚴重依賴是河北省碳排放量始終高居全國碳排放大省前列的主要原因之一。

利用式（1）計算方法可以計算出河北省1980-2010年能源碳足跡狀況。從圖2很直觀地看出，河北省能源碳足跡有兩個特點：一是增長迅速，且2000年后增長速度明顯高于之前，30年平均年增長率約為7.53%；二是絕對值很大，2010年已經超過10億t，達到10.09億t，占到同期全國CO2排放量的7.38%。對比圖1發現河北省能源碳足跡與能源消費走勢基本一致，也是呈現明顯的兩個階段：2000年以前緩慢增長階段和2000年后迅速增長階段。這充分說明河北省能源碳足跡與能源消費關聯度非常高。河北省能源碳足跡之所以絕對值很大，一是由于河北省“富煤、貧油、少氣”[10]的能源稟賦現狀以及風能、太陽能、生物能比重很低，致使近30年來能源消費結構幾乎沒有什么變化，形成了“一煤獨大”的能源生產和消費結構。二是由于河北的重化工業比重較大，服務業占比重相對小，支柱產業又是以鋼鐵、化工等產業為主，耗能很高。

3 河北省能源碳足跡影響因素分析

Kaya恒等式[11]是由日本學者Yoichi Kaya提出，揭示了CO2的排放與經濟、政策、人口之間的聯系，可以把能源碳足跡的各個影響因素完整地分解出來[12]。

Kaya恒等式可以表示為：

式中，C為能源碳足跡；Ci為能源的碳足跡；Ei為能源總消費量；E為所有能源總消費量；Y和 P分別為研究區域的GDP和人口數量。

5個效應之和就是總效應。由于默認所有能源的碳氧化率均為100%，造成能源強度效應始終等于零。所以只考慮其余4個因素及總效應。計算結果見圖3。從圖3可以看出，1980年以來，經濟效應均為正值，表示其對河北省能源碳足跡的增長起到推動作用。隨著經濟迅速增長，能源消費量也迅速增長，致使經濟效應數值巨大，占到總效應增加量的90%以上，表明經濟因素已經成為河北省能源碳足跡最主要的推動力；人口效應也是正值，表示其也是能源碳足跡增長的推動力，只是人口效應的作用力度遠小于經濟效應，并且占總效應的比重一直在降低，目前比重在7%；能源結構效應均為正值，表示能源結構因素是河北省能源碳足跡增大的推動力。但由于30年來河北省煤炭消費比重一直穩定保持在90%以上，故能源結構效應數值很小，30年平均占到總效應的0.9%，說明其對河北省能源碳足跡的貢獻值不大。能源效率效應貢獻值為負值，表示其對河北省碳減排起到積極作用，并且能源效率效應數值很大，2010年能源效率效應達到-96 624億t，對全省碳減排起到非常大作用，如果沒有能源效率效應的減排效果，河北省碳排放將達到目前水平的2倍。說明能源效率因素對能源碳足跡的影響非常大。

3.1 能源結構因素

為了更好地研究能源結構因素，利用能源結構效應年貢獻值（圖4）做出能源結構效應貢獻值年增加值（圖5）。從圖4可以看出，能源結構效應總體上是呈增長態勢，2000年以后迅速增加。從圖5可以看出，能源結構效應貢獻值年增加值在2000年以前多數年份是正增長，有個別年份是負增長，如1982、1984、1990、1994、1997、1998年均呈負增長。并且2000年以前無論是正增長還是負增長，數值都很小，均在10萬t以下；2000年后正、負增長幅度迅速增長，許多年份大于50萬t，其中2003年增長幅度達到105.14萬t，而2004年卻減少68.4萬t。究其原因，主要是受到能源消費中煤炭所占的比重大小的影響。只要是呈現負增長的年份，一定是煤炭消費所占比重相對呈下降趨勢的年份，并且煤炭消費比重越小，能源結構效應呈負增長的程度就越大。如2003年煤炭消費比例達到92.78%，是研究時段內煤炭消費比例最大的年份，2004年煤炭消費比例降到91.14%，2004年比2003年煤炭消費比例下降了1.64個百分點，碳排放減少了48.74萬t。由此可見，降低能源消費對煤炭的依賴，有助于河北省減少CO2的排放。

3.2 能源效率因素

能源效率效應是河北省減排先鋒。在研究期間1980-1983年呈小幅正增長，1983年以后均為負增長（圖6），并且有兩次比較明顯的減排波動，分別在1998年和2010年達到峰值。由圖6可以看出，河北省目前正處于能源效應的減排峰值區，減排量巨大。這和河北省多年來重視節能減排工作密切相關。河北省在“十一五”規劃綱要中明確提出GDP能耗降低20%左右的約束性節能指標。通過大力淘汰落后產能、積極推廣先進節能技術與工藝等措施，全省節能降耗工作成績顯著，萬元GDP能耗迅速降低，由1981年的16.3 t標煤/萬元降低到2010年的1.35 t標煤/萬元。能源效率的迅速提升使得CO2排放量也大幅減少。因此，提高能源效率是河北省減少CO2排放量的最有效手段。從圖7可以看出，能源效率效應貢獻值年增加值盡管除了1981年外均呈現負增長，并呈明顯的波動性，1988年、1995年和2010年均為波峰，而1990年、1999年相應為波谷。特別是2003年以后，減排量遠遠大于之前年份。但是期間也有波動，如2005、2006年減排年增加量均小于2004年。2007年后也出現相似的現象，2008、2009年減排年增加量均小于2007年，在2009年出現2003年以后減排年增加量最小值，2010年又大幅回升。因此，河北省發展低碳經濟，減少能源碳排放，必須提高能源利用效率。

3.3 經濟因素

在研究期間，經濟效應一直為正值，并且年貢獻值很大（圖8），這清楚地表明經濟規模擴大是河北省CO2排放量增加的主要動因。

30年來，河北省GDP由1980年的219.4億元增加到2010年的20 119.12億元，增長了近100倍；相應的能源消耗總量也由3 120.5萬t 標煤增加到27 531.11萬t 標煤，增長了8倍多。盡管由于能源利用效率的顯著提高，能源消費增長率遠低于經濟發展增長速度，但是經濟規模擴大帶來的碳排放顯著增加還是很明顯。

從圖9可以看出，經濟效應貢獻值年增加值表現出明顯的波動性。從1980-2010年有3個顯著波峰期，分別是1988年、1993-1995年、2005年，相應的1990年、1998年、2009年則為波谷期。并且每一次波峰明顯高于前一次，如2005年經濟效應貢獻值年增加值是上一次波峰期1993-1995年的2.2倍。并且經濟效應貢獻值年增加值的周期波動和人均GDP年增長率的波動特點一致，凡是人均GDP增長率高的周期，經濟效應貢獻值年增加值也呈現相應的峰值期。而在研究時段的最后一年，也就是2010年人均GDP和經濟效應貢獻值年增加值都呈現增長態勢，這預示著下一次峰值的出現。可以預測在“十二五”期間，河北省將面臨由于經濟高速發展而帶來的能源消費大幅增長，這將導致CO2排放量也會增長。

因此，河北省在“十二五”期間乃至以后經濟發展的同時，必須堅持實施可持續發展戰略，提高資源綜合利用水平，大力推廣節水、節油、節煤、節電、清潔生產的工藝和技術，重視增長方式的轉變，建設資源節約型、環境友好型社會。

3.4 人口效應

研究時段內河北省人口由5 168萬增加到7 194萬，年均增長1.1%。相應的人口效應年貢獻值也由1981年的208.05萬t增加到2010年的13 552.37萬t，年均增長14.94%，明顯大于人口增長率。人口效應是僅次于經濟效應的河北省能源碳足跡第二大推動力，并且數量巨大，一直呈現增加趨勢（圖10）。由于人口的大量增長，需求量增加導致能源消費增加，同時人口增加也會使自然環境的破壞加劇，這都會導致CO2排放量也相應增加。河北省人口基數很大，這預示著在今后很長一個時期內由于人口效應而導致的能源碳足跡增加還將持續。圖11很明顯地表明人口效應貢獻值年增加值逐漸變大，盡管2008年前后有所下降，但是2010年呈加速上升趨勢。因此，控制人口規模對于控制河北省CO2排放量具有很重要的積極意義。

4 結論

河北省30年來能源碳足跡整體呈增長勢頭，且有加速趨勢，年CO2排放量巨大。今后一段時期內，河北省能源碳足跡仍將繼續增長。研究表明，經濟發展和人口數量龐大是造成河北省碳排放量快速增長的主要推動力。能源效率的大幅提高是河北省減排的核心推動力。

因此，河北省發展低碳經濟就必須改變以煤炭為主的能源消費結構，積極發展新興能源；大力調整產業結構，及早淘汰六大高耗能產業中的落后產能；積極控制人口規模；提高資源綜合利用水平，重視增長方式的轉變，堅持走資源節約型、環境友好型社會之路。

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從圖9可以看出，經濟效應貢獻值年增加值表現出明顯的波動性。從1980-2010年有3個顯著波峰期，分別是1988年、1993-1995年、2005年，相應的1990年、1998年、2009年則為波谷期。并且每一次波峰明顯高于前一次，如2005年經濟效應貢獻值年增加值是上一次波峰期1993-1995年的2.2倍。并且經濟效應貢獻值年增加值的周期波動和人均GDP年增長率的波動特點一致，凡是人均GDP增長率高的周期，經濟效應貢獻值年增加值也呈現相應的峰值期。而在研究時段的最后一年，也就是2010年人均GDP和經濟效應貢獻值年增加值都呈現增長態勢，這預示著下一次峰值的出現。可以預測在“十二五”期間，河北省將面臨由于經濟高速發展而帶來的能源消費大幅增長，這將導致CO2排放量也會增長。

因此，河北省在“十二五”期間乃至以后經濟發展的同時，必須堅持實施可持續發展戰略，提高資源綜合利用水平，大力推廣節水、節油、節煤、節電、清潔生產的工藝和技術，重視增長方式的轉變，建設資源節約型、環境友好型社會。

3.4 人口效應

研究時段內河北省人口由5 168萬增加到7 194萬，年均增長1.1%。相應的人口效應年貢獻值也由1981年的208.05萬t增加到2010年的13 552.37萬t，年均增長14.94%，明顯大于人口增長率。人口效應是僅次于經濟效應的河北省能源碳足跡第二大推動力，并且數量巨大，一直呈現增加趨勢（圖10）。由于人口的大量增長，需求量增加導致能源消費增加，同時人口增加也會使自然環境的破壞加劇，這都會導致CO2排放量也相應增加。河北省人口基數很大，這預示著在今后很長一個時期內由于人口效應而導致的能源碳足跡增加還將持續。圖11很明顯地表明人口效應貢獻值年增加值逐漸變大，盡管2008年前后有所下降，但是2010年呈加速上升趨勢。因此，控制人口規模對于控制河北省CO2排放量具有很重要的積極意義。

4 結論

河北省30年來能源碳足跡整體呈增長勢頭，且有加速趨勢，年CO2排放量巨大。今后一段時期內，河北省能源碳足跡仍將繼續增長。研究表明，經濟發展和人口數量龐大是造成河北省碳排放量快速增長的主要推動力。能源效率的大幅提高是河北省減排的核心推動力。

因此，河北省發展低碳經濟就必須改變以煤炭為主的能源消費結構，積極發展新興能源；大力調整產業結構，及早淘汰六大高耗能產業中的落后產能；積極控制人口規模；提高資源綜合利用水平，重視增長方式的轉變，堅持走資源節約型、環境友好型社會之路。

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從圖9可以看出，經濟效應貢獻值年增加值表現出明顯的波動性。從1980-2010年有3個顯著波峰期，分別是1988年、1993-1995年、2005年，相應的1990年、1998年、2009年則為波谷期。并且每一次波峰明顯高于前一次，如2005年經濟效應貢獻值年增加值是上一次波峰期1993-1995年的2.2倍。并且經濟效應貢獻值年增加值的周期波動和人均GDP年增長率的波動特點一致，凡是人均GDP增長率高的周期，經濟效應貢獻值年增加值也呈現相應的峰值期。而在研究時段的最后一年，也就是2010年人均GDP和經濟效應貢獻值年增加值都呈現增長態勢，這預示著下一次峰值的出現。可以預測在“十二五”期間，河北省將面臨由于經濟高速發展而帶來的能源消費大幅增長，這將導致CO2排放量也會增長。

因此，河北省在“十二五”期間乃至以后經濟發展的同時，必須堅持實施可持續發展戰略，提高資源綜合利用水平，大力推廣節水、節油、節煤、節電、清潔生產的工藝和技術，重視增長方式的轉變，建設資源節約型、環境友好型社會。

3.4 人口效應

研究時段內河北省人口由5 168萬增加到7 194萬，年均增長1.1%。相應的人口效應年貢獻值也由1981年的208.05萬t增加到2010年的13 552.37萬t，年均增長14.94%，明顯大于人口增長率。人口效應是僅次于經濟效應的河北省能源碳足跡第二大推動力，并且數量巨大，一直呈現增加趨勢（圖10）。由于人口的大量增長，需求量增加導致能源消費增加，同時人口增加也會使自然環境的破壞加劇，這都會導致CO2排放量也相應增加。河北省人口基數很大，這預示著在今后很長一個時期內由于人口效應而導致的能源碳足跡增加還將持續。圖11很明顯地表明人口效應貢獻值年增加值逐漸變大，盡管2008年前后有所下降，但是2010年呈加速上升趨勢。因此，控制人口規模對于控制河北省CO2排放量具有很重要的積極意義。

4 結論

河北省30年來能源碳足跡整體呈增長勢頭，且有加速趨勢，年CO2排放量巨大。今后一段時期內，河北省能源碳足跡仍將繼續增長。研究表明，經濟發展和人口數量龐大是造成河北省碳排放量快速增長的主要推動力。能源效率的大幅提高是河北省減排的核心推動力。

因此，河北省發展低碳經濟就必須改變以煤炭為主的能源消費結構，積極發展新興能源；大力調整產業結構，及早淘汰六大高耗能產業中的落后產能；積極控制人口規模；提高資源綜合利用水平，重視增長方式的轉變，堅持走資源節約型、環境友好型社會之路。

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