基于Kaya擴展的浙江能耗氮排放及其影響因素研究

呂　越， 陳忠清*

(1. 紹興文理學院 土木工程學院， 浙江 紹興 312000； 2. 紹興文理學院巖石力學與地質災害實驗中心， 浙江 紹興 312000)

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基于Kaya擴展的浙江能耗氮排放及其影響因素研究

呂越1,2， 陳忠清1,2*

(1. 紹興文理學院 土木工程學院， 浙江 紹興 312000； 2. 紹興文理學院巖石力學與地質災害實驗中心， 浙江 紹興 312000)

將1980～2014年浙江省天然能耗氮排放過程分為3個階段：1980～1990，1991～2000，2001～2014，采用Kaya擴展恒等式并結合LMDIM，研究了1980～2014年浙江省天然能耗氮排放的主要推動因子.并通過分析1980年以來浙江省社會經濟發展趨勢和排氮量變化特征，定量分析了經濟產出、人口規模、能源強度、能源結構和能源替代效應分別在3個階段的貢獻.得到：(1)氮排放增長的首要正影響因子為經濟產出，其次為人口規模.(2)改革開放以來，能耗強度的降低抑制了氮排放，能源強度為負效應.(3)能源結構效應和能源替代效應也為負效應，但在第3階段，二者均由負效應轉變為正效應.

能耗；氮排放；影響因素；浙江省

Journal of Zhejiang University(Science Edition), 2016,43(5):610-615,624

隨著工業化進程的推進，能耗不斷增長，中國氮排放問題愈來愈受關注，如何降低排氮量是國際氣候協議的關鍵問題[1-3].對氮排放的研究主要涉及3個方面：氮排放的估算方法、氮排放的影響機理及二者的結合研究[4-6].估算方法上：HOLST等[7]運用結構分解法計算了經濟活動帶來的能耗排氮量；CUI等[8]和HAN等[9]通過投入產出模型估算了排氮量.影響機理方面：高群等[10]、王麗瓊[11]用動態計量模型通過區域環境效應研究了能耗對排氮的影響機理；BROOK等[12]從技術進步的角度用回歸法分析排氮的影響機理.二者結合方面：施亞嵐等[13]用EIO-LCA研究了能源結構與強度對氮排放的影響，LIN等[14]和吉木色[15]通過MSIASM研究了產業結構與能耗強度因素對氮排放的影響.以上研究方法各有其不足：結構分解法和投入產出模型難以克服數據的滯后性，只能進行跨期氮排放量的比較分析，未能客觀反映某些因素的非線性變化對氮排放的影響；動態計量模型因未能消除內生性的存在而無法減少氮排放計算偏差；回歸分析模型因結構簡單、所需參數較少，適用于小樣本情況；使用EIO-LCA的前提是必須將列向量Y改為對角矩陣，只有這樣才能對氮排放總量進行分解，并和最終的需求建立聯系；MSIASM雖從不同的影響因子排序出發得到了不同的分解形式，但仍存在分解殘差.在以上成果的基礎上，本文分析了浙江省氮排放過程的歷史演變規律，通過LMDIM模型深入研究氮排放的影響因子，旨在較全面地認識能耗氮排放過程，為制定減氮政策提供理論參考.

浙江省地處東南沿海的長江三角洲，陸地和海域面積分別約為11×104和26×104km2.1980年起，浙江省大力發展重化能源工業、現代服務業和高新技術等產業，全省產業結構得到優化和升級.同時，浙江正遇大建設時期，是對外開放的主要窗口和能源生產基地，作為低氮試點省份，如何控制排氮量，是浙江實現能源可持續發展的關鍵問題[16].

1　數據來源與研究方法

1.1數據來源

數據主要來自《浙江統計年鑒》《中國能源統計年鑒》和浙江國土資源廳網站等.

1.2氮排放估算

能耗氮排放估算據IPNN，參照缺省值確定排氮系數[17]：

(1)

表1　氮排放轉換因子

1.3氮排放因子分解模型的構建與優化

采用指數因子分解模型(IFAM)建立排氮影響因子模型，指數因子由幾個因子相乘，通過各自的權重，計算各指標的增量余額[20].

1.3.1Kaya恒等式

(2)

其中，N為天然能耗氮排放量，P為人口數量，G為GDP，E為能耗量，G/P為人均GDP，E/G為能耗強度，N/E為能耗氮強度.

1.3.2Kaya擴展恒等式

能耗結構優化即高氮化石能源轉換為低氮可再生能源[21]，而原Kaya恒等式只考慮能耗量對排氮的影響，未考慮非化石能源的轉換作用.為全面解析當今能源結構多元化發展對排氮的影響，Kaya擴展恒等式將氮排放分解為以下影響因子：

(3)

其中，N為天然能耗氮排放量，P為人口數量，G為GDP，E為能耗量，EF為化石能耗量，e=G/P為人均GDP，w=E/G為能耗強度，i=EF/E為化石能耗比例，s=N/EF為化石能源排氮系數.

1.3.3對數平均迪氏分解法

Kaya擴展恒等式LMDIM無分解后的殘余值[21]：

ΔN=Nx-Ny=ΔNpe+ΔNee+

ΔNwe+ΔNie+ΔNse，

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

其中，ΔN為y到x年排氮量之差，Nx和Ny分別為x和y年排氮量，ΔNpe為人口規模效應，ΔNee為經濟產出效應，ΔNwe為能源強度效應，ΔNie為能源替代效應，ΔNse為能源結構效應.

2　研究結果

2.1能耗過程研究

從圖1可以看出，1980～2014年浙江省天然能耗總量不斷增加，1980～1990年，國民經濟隨改革開放而快速增長，能耗總量由1980年的1 731.2×104t增加到1990年的2 732.8×104t.1991～2000年，浙江優勢資源產業空間集聚的實施使GDP增長，能耗由1991年的3 123.1×104t增長到2000年的6 560.3×104t.2001～2014年，浙江依托礦產、旅游、光照和水土等優勢，極大推進了城市化發展并提高了經濟和社會實施水平，能源和礦產資源的勘探，煤化工、煤電基地和天然氣、石油、化工基地的建設規模大幅增加，能耗量由2001年的7 253.1×104t增加到2014年的18 826×105t.

近35 a浙江省主要天然能耗仍為煤炭和石油，其中煤炭在天然能耗中的比重為60%以上(見圖2).1980～1990年，煤炭、石油和非化石能源分別為72.2%～75.1%,22.1%～23.6%和1.7%～4.2%；1991～2000年，分別為67.9%～71.5%，23.5%～27.3%和4.5%～4.7%；2001～2014年，煤炭、石油、天然氣和非化石能源分別為60.9%～62.9%，18.1%～22.5%，6.9%～15.0%和5.0%～6.7%.可見，非化石能源比重有加大趨勢.

圖1　浙江1980～2014年天然能耗和氮排放總量變化趨勢Fig.1　The change tendency of natural energy consumption and total nitrogen emissions in Zhejiang Province during 1980 to 2014圖中數據來自文獻[22-23].

圖2　浙江1980～2014年天然能耗結構演變Fig.2　The changes of natural energy consumption structure in Zhejiang Province during 1980 to 2014圖中數據來自文獻[22].

2.2浙江氮排放量核算及其演變特征分析

1980～2014年浙江省天然能耗排氮量不斷增加(見圖1).1980～1990年，國民經濟的增長使能耗排氮量由1980年的49.5×104t增加到1990年 76.4×104t.1991～2000年，新型工業化的加速推進使能耗排氮量由1991年的90.0×104t增加到2000年的182.7×104t.2001～2014年，大中城市的經濟發展作用明顯提升，能耗量由2001年的200.0×104t增加到2014年的491.0×104t.煤炭消耗是浙江省天然能耗排氮的主要來源(見圖3)，排氮比例在50%以上.1980～1990年，煤炭、石油和非化石能源含氮量分別為74.4%～76.1%，22.6%～23.5%和0.2%～0.7%；1991～2000年，分別為70.7%～73.5%，24.7%～28.5%和0.8%～0.8%；2001～2014年，煤炭、石油、天然氣和非化石能源含氮量分別為65.9%～67.2%，22.6%～22.6%，5.1%～11.5%和0.9%～1.4%.在能源排氮結構中，煤炭占總排氮量比重最高.同時，據浙江能源結構調研報告，2013年煤炭占全省天然能源消費比重為56.8%，2014年前8月淘汰或替代燃煤鍋爐1 369臺，但是2014年以來以煤炭為主的能源的結構仍未改變，因此浙江近年能耗的主要選擇依然是煤炭.

圖3　浙江1980～2014年天然能耗的氮排放比例Fig.3　The proportion of nitrogen emissions of natural energy consumption in Zhejiang Province during 1980 to 2014

2.3浙江天然能耗氮排放的因素分析

基于LMDIM模型，分析浙江省天然能耗排氮的推動因素，定量分析了1980～2014年的能源結構效應等在相應年份內的貢獻作用(見表2),同時，考慮歷史背景，并據自1980年起的經濟社會實施狀況和排氮總量的日變化趨勢，將浙江省天然能耗氮排放劃分為3個階段(見表3)，通過各因子在相應階段的排氮增量和效應值，分析其作用(見表4).

表2　浙江1980～2014年氮排放影響因素的指數分解(單位：×104 t)

表3　天然能源氮排放階段劃分及劃分指標

表4　氮排放影響因素分解結果(單位：×104 t)

第1階段(1980～1990年)：“對內改革、對外開放”的國家政策帶動浙江省國民經濟快速增長，GDP增長了9.6%，年均排氮量和人均氮排放增長速率分別為5.5%和3.7%；萬元GDP排氮量逐年下降10.8%.浙江氮排放增長首要正效應是經濟產出，氮排放增長量為413.2×104t、貢獻率為1 291.3%.其次為人口規模正效應，氮排放增長量為88.5×104t、貢獻率為276.6%.改革開放以來，能源強度效應對氮排放增長有抑制作用，相應的氮排放增量為-226.5×104t、貢獻率為-708.0%.負效應的因子還包括能源結構和能源替代效應，貢獻率分別為-15.8%和-5.5%，因為能源消費結構(以煤為主)未發生本質性變化.

第2階段(1991～2000年)：浙江進入了產業空間集聚帶動的快速發展階段，自然資源優勢和工業化發展促使能源高效利用，GDP增長了8.1%，年均排氮量和人均氮排放增長速率分別為12.1%和3.3%，萬元GDP氮排放量下降11.1%.這期間對氮排放增長起推動和抑制作用的因子分別是經濟產出效應和能源強度效應，其氮排放增量分別為458.2×104和-225.1×104t，貢獻率分別為431.0%和-212.1%.

第3階段(2001～2014年)：浙江國民經濟發展步入了前所未有的新階段，GDP增長了12.0%.隨著自然資源的開發，石油天然氣化工基地規模擴大，第二產業產值由2001年的30.1%提高到2014年的40.0%，重工業由2001年的70.2%提高到2014年的90.9%，煤炭消耗由2001年的68.9%調整到2014的年66.1%，這一階段能耗結構的合理優化有利于氮減排.氮排放量年均和人均增長速率分別為13.9%和9.1%，萬元GDP氮排放量下降4.7%.經濟產出效應仍是這一階段氮排放增加的關鍵影響因子，氮排放增量為1 873.9×104t，貢獻率高達607.9%.

2.4討論

高新華等[24]對遼寧省1980～2003年氮氧化物排放進行了研究，結果表明，遼寧省1980～2003年排氮總量增長趨勢與能耗總量的增長趨勢基本吻合，其中煤炭消耗是氮排放的主要來源，占65%以上.施亞嵐等[25]基于需求視角對中國能耗氮氧化物排放進行了研究，指出在中國產業能耗氮排放影響因素中，國內生產總值效應對氮增排貢獻最大，經濟規模增加是氮增排的主要原因.現有關于氮排放的研究表明，國內生產總值效應對氮增排貢獻最大，能耗結構中煤炭消耗是氮排放的主要來源，與本文的相關研究結果基本一致.

3　結論和建議

1980～2014年浙江省天然能耗總量和排氮總量分別增加了10.8倍和9.9倍；35 a浙江省最主要的天然能耗為煤炭，其在天然能耗和氮排放的比重均占60%以上.基于LMDIM模型，分析了天然能耗排氮的主要推動因素，將天然能耗排氮劃分為3階段，定量分析了1980～2014年的能源結構效應等因素在相應年份內的貢獻，得到以下結論：浙江省氮排放增長的首要正效應為經濟產出.改革開放以來，能耗強度的降低抑制了氮排放的增長，從而導致能源強度負效應.其次，能源結構和能源替代也為負效應因子.但在第3階段，二者均由負效應轉變為正效應.

改變高耗能、高污染的傳統經濟增長模式，走新型工業化和可持續發展的道路，是減少浙江氮排放的根本途徑.因此，須從以下幾方面實現減氮目標：(1)進一步推動第三產業的發展，并將第二產業合理轉化為低能耗產業，以達到降低能耗強度的目標.例如：健全電力、煤化工、有色、紡織、石油化工、制造業等領域的節能機制，推行節能環保新材料、新技術、新工藝、新設備等，創建低氮產業發展和低氮能源消費模式.(2)盡管近幾年內無法改變以煤炭為主的能源結構，但長遠來看，浙江省擁有大量非化石能源(核能、風能和太陽能等)，今后應提高這些能源在能耗總量中的比例，以緩解氮排放.(3)浙江省政府應遵循“先行行政手段、主導經濟政策、跟進技術措施”原則，從法規標準、環境政策、科技手段等方面入手，針對性地制定與降低氮排放相關的政策及措施.如：通過測算氮減排成本以合理制定排氮稅收標準，探索排氮稅收與返還機制以激發企業的減排積極性，重視排氮稅收制度對技術創新的激勵作用等.

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A study on the energy consumption nitrogen emission and its influence factors based on the expand Kaya in Zhejiang Province.

LYU Yue1, 2, CHEN Zhongqing1,2

(1.SchoolofCivilEngineering,ShaoxingUniversity,Shaoxing312000,ZhejiangProvince,China; 2.CentreofRockMechanicsandGeologicalDisaster,ShaoxingUniversity,Shaoxing312000,ZhejiangProvince,China)

This paper divides the nitrogen emission process in Zhejiang Province during 1980 to 2014 into three stages：1980-1990, 1991-2000, 2001-2014, and adopts the logarithmic mean division index model (LMDIM) combined with expand Kaya identity to study the main driving factors of natural energy consumption nitrogen emission in Zhejiang Province during 1980 to 2014. It analyises quantitatively the effect of economic, population, energy intensity, energy structure and energy substitution effect in the different stages of the process. The results show that (1) Economic effect is the primary positive contributor to nitrogen emission growth, and followed by the population effect. (2) The decrease of energy consumption intensity inhibits the growth rate of nitrogen emissions, hence leading to a negative effect since the time of reform and opening policy. (3) The negative contributors also include the energy structure and energy substitution effect, but both of them become positive contributors in the third stage.

energy consumption; nitrogen emission; influence factors; Zhejiang Province

2015-11-29.

紹興市公益技術應用研究計劃項目(2015B70034,2015B70035)；紹興文理學院科研啟動項目(20145013, 20155010).

呂越(1982-)，ORCID：http://orcid.org/0000-0002-6505-6422，女，博士，講師，主要從事生態環境與可持續發展研究，E-mail: 53048830@qq.com.

，ORCID:http//orcid.org/0000-0002-8672-0329,E-mail:chenzq@usx.edu.cn.

10.3785/j.issn.1008-9497.2016.05.019

F 230

A

1008-9497(2016)05-610-05