東北老工業基地碳排放與能源結構關系的實證研究

(1.東北石油大學 石油經濟與管理研究所,黑龍江 大慶 163318;2.大慶油田 創業騰飛建筑安裝公司第四工程處,黑龍江 大慶 163318)

東北老工業基地碳排放與能源結構關系的實證研究

李紹萍1,柳光明1,張學敏2

(1.東北石油大學 石油經濟與管理研究所,黑龍江 大慶 163318;2.大慶油田 創業騰飛建筑安裝公司第四工程處,黑龍江 大慶 163318)

基于東北老工業基地2006—2015年的數據,運用灰色關聯度分析模型對東北老工業基地碳排放與能源結構的關系進行了實證分析。實證結果表明:煤炭能源消費與碳排放強度之間的關聯度最高,依次為石油、天然氣、一次電力。東北老工業基地應創新煤炭利用技術,利用清潔能源區域優勢,加大節能減排科技投入力度,發揮政策引導作用。

東北老工業基地;碳排放;能源結構;灰色關聯度

1 引言

能源是推動社會經濟發展必不可少的助動力,而經濟社會的發展也會帶來能源變革。能源作為稀缺資本對經濟發展有著明顯的制約作用,經濟發展需要消費大量能源,而能源消費不可避免地帶來CO2排放[1]。2007年我國碳排放總量超過美國,成為全球第一大溫室氣體排放國。我國政府在2009年的哥本哈根會議上向世界承諾,到2020年單位國內生產總值CO2排放量將比2005年下降40%—45%。碳減排的總量任務需要全國各個區域共同完成,東北老工業基地作為中國重工業聚集區,自然成為全國碳減排工作的重點。能源消費是碳排放的直接原因,能源消費結構成為影響碳排放的直接因素,因此對東北老工業基地碳排放與能源結構的關系進行分析，對節能減排、促進東北老工業基地低碳經濟發展具有重要的現實意義[2]。

多年來,眾多學者對能源結構與碳排放問題開展了大量的研究,其中國外研究起步較早。例如,美國著名學者Lester R Brown[3]在《生態經濟革命》這本書中提出盡快從以石油和煤炭為核心的經濟轉變為以太陽能和氫能源為核心的經濟是降低碳排放的有效方法;NeilStra-chan、Ramachandran Kannan[4]以英國作為研究對象,創建了新的MARKAL-MACRO能源結構模型;Reyer Gerlagh[5]從碳排放產生與節約角度分析了碳排放的內源性模型,在勞動力、資本及碳排放角度進行了發展;Azar、Lindgren、Andersson[6]以交通部門為研究對象,討論了以降低二氧化碳排放為目標的交通運輸燃料的替代問題;ToL[7]通過建立數學模型,討論了美國的電源結構與碳排放之間的關聯關系。國內方面,Youguo Zhang[8]從能源生產方面分析了與碳排放量相關的能源結構,優化了能源供給結構,并給出了碳減排的具體方案;何凌云、吳夢、尹芳[9]運用調節效應模型分析了可再生能源的投資和結構對碳排放的影響效應,并強調通過政策手段引導可再生能源的投資;陳盈、李函昱、田立新[10]運用logistics模型對不同能源結構下的碳排放進行預測,認為導致碳排放量增加的主要原因是能源消費過度依煤炭。這些相關研究為研究東北老工業基地能源結構優化和碳排放問題提供了有益的借鑒,但大多是從能源生產與供給視角進行研究,少有能源消費角度的研究。

基于東北老工業基地2006—2015年的數據,本文從能源消費角度,運用灰色關聯度模型實證分析東北老工業基地碳排放與能源結構的關系,然后針對研究結果提出優化東北老工業基地能源結構的政策建議。

2 碳排放與能源結構現狀

能源結構指能源總消費量或總生產量中各類一次能源、二次能源的構成與比例關系[11]。結合分析需要,參考相關年份的《黑龍江省統計年鑒》、《吉林省統計年鑒》、《遼寧省統計年鑒》的能源分類標準,本文主要考慮煤炭、石油、天然氣和一次電力,其中一次電力是指核電、水電、風電、太陽能發電所發出的電力。歷史經驗表明,探究碳排放與能源結構的關系,順應能源結構調整的歷史潮流,必將有助于降低碳排放,促進我國經濟可持續發展[12]。

目前我國并沒有官方公布的碳排放量數據,無法直接獲得東北老工業基地碳排放量的數據[13]。在現有的學術研究中,經常用到的碳排放量測算方法有決策樹法、模型模擬法、排放系數法、物料衡算法、生命周期法、系統仿真法、實測法等[14]。在上述方法中,系統仿真法條件設定較多,很難被廣泛接受;實測法安裝成本較高,且監測對象通常是環境總體要素;碳排放系數法計算所需數據能夠從相關統計年鑒獲得,效率較高,適用性較強,在各種研究中被廣泛運用,因此本文采用排放系數法對碳排放量進行測算。由于碳排放主要是因為化石能源的消費,且除一次電力以外的其他電力能源消耗是在發電環節消耗化石能源發生碳排放的,所以在測算碳排放量時本文主要考慮煤炭、石油和天然氣這三種化石能源,計算公式為:

(1)

式中,Pi為能源i的消費量;Ri為能源i的碳排放系數;i=1,2,3分別為煤炭、石油和天然氣;Pi是通過查閱2016年《黑龍江省統計年鑒》、2016年《吉林省統計年鑒》、2016年《遼寧省統計年鑒》和歷年《中國能源統計年鑒》獲得;Ri取值借鑒了國內外相關文獻研究(表1)。查閱有關統計年鑒得到東北老工業基地三種化石能源的消費情況,通過表1的碳排放系數計算得到東北老工業基地2006—2015年的碳排放量(圖1)[15]。

表1 碳排放系數

從圖1可見,受“振興東北老工業”基地戰略的影響,碳排放量持續增加。從2009年開始,碳排放量增速加快,這主要是由于國家“四萬億”投資計劃促使能源消費猛增。從2012年開始,碳排放量開始下降,由2012年的41364.71萬t下降到2015年的37395.39萬t,主要是受我國“十二五”規劃的影響。“十二五”規劃提出,單位國內生產總值二氧化碳排放量2015年比2010年下降17%,首次將單位國內生產總值二氧化碳排放作為約束性指標納入規劃。通過查閱資料計算得到東北老工業基地歷年能源消費的結構比例(表2)。由表2可見,十年來東北老工業基地能源消費結構并沒有變化，但水電、風電、核電等一次電力和天然氣等可再生能源在能源消費結構中所占的比重不斷擴大，可見東北老工業基地的能源結構得到了優化,正在發展清潔能源[16]。

圖1 東北老工業基地2006—2015年碳排放量

表2 東北老工業基地2006—2015年能源消費結構

3 碳排放水平與能源結構關系實證分析

由于樣本量大小對灰色關聯度分析法沒有影響,并且一般情況下通過該方法得到的定量和定性結果是一致的,因此本文選擇該方法對東北老工業基地碳排放水平與能源結構關系進行實證分析[17]。

3.1 數據的選取

目前相關統計年鑒公布的最新數據為2015年數據,所以選取2006—2015年十年來的相關數據進行分析。碳排放強度能夠反映一個地區的碳排放水平,所以選取碳排放強度為參考序列,并選取東北老工業基地煤炭、石油、天然氣和一次電力的能源消費量分別占東北老工業基地能源消費總量的比重為行為序列。

參考序列:碳排放強度是衡量一個地區碳排放水平的綜合指標,指單位生產總值的碳排放量。伴隨著經濟的增長,如果單位生產總值所帶來的碳排放量下降,則這一地區實現了低碳發展。東北老工業基地碳排放強度計算公式為:

X0=地區碳排放總量(t)/地區生產總值(萬元)

(2)

式中,X0={X0(k),k=1,2,…,n},n表示參考序列及行為序列的長度,在此n=10。

行為序列:本文的行為序列為東北老工業基地四大類能源消費量占東北老工業基地能源消費總量的比重,變量依次為X1、X2、X3、X4,計算公式為:

Xi=(某類能源的消費量/能源消費總量)×100%

(3)

式中,i=1,2,3,4;Xi={Xi(k),k=1,2,…,n}。

3.2 碳排放水平與能源結構關聯關系分析

基礎數據:根據歷年的《中國能源統計年鑒》、《中國統計年鑒》、《黑龍江省統計年鑒》、《吉林省統計年鑒》、《遼寧省統計年鑒》的相關數據,通過計算得到東北老工業基地碳排放研究模型所需數據,見表3。

表3 2006—2015年東北老工業基地碳排放研究模型所需數據

無量綱化:因為不同指標有著不同的物理含義,所以在量綱上存在著差異。異量綱性對事物評價具有重要影響,這一問題的主要解決手段就是無量綱化處理[18]。對沒有明顯升降趨勢的數據,均值化算子是常用的方法,所以論文采用該方法對數據進行處理:

(4)

(5)

通過計算得到均值化序列,見表4。

表4 均值化序列

求差值序列:首先求參考序列與各個比較序列的差,并取絕對值,然后從中找出最大值Δmax和最小值Δmin,見表5。計算公式為:

Δ0i(k)=|Yi(k)-Y0(k)|

(6)

最大值Δmax為0.94530，最小值Δmin為0.00101。

關聯系數的計算公式為:

ξ0i(k)=(Δmin+ρΔmax)/(Δ0i(k)+ρΔmax)

(7)

式中,ξ0i(k)為關聯系數；ρ為分辨系數,為防止關聯系數失真,本研究中ρ=0.5[19]。關聯系數見表6。

表6 關聯系數

表6中每列用下式求均值:

(8)

式中,i=1,2,3,4;n=11。r0i表示能源i的消費比例相對于碳排放強度的灰色關聯度,r0i值越大,表明關聯度越大。r01=0.75367、r02=0.65745、r03=0.54010、r04=0.50624,即r01gt;r02gt;r03gt;r04。

4 結論與建議

4.1 結論

總體來看,當前東北老工業基地能源消費結構正在逐漸優化,煤炭和石油在能源消費總量中所占比重呈下降趨勢,天然氣和一次電力所占比重呈上升趨勢,但仍存在兩方面問題:一是嚴重依賴煤炭這種碳排放系數高、利用效率低的能源。雖然煤炭在能源消費總量中的比重呈下降趨勢,但煤炭消費量占能源消費總量的比重始終維持在70%左右,現在或將來煤炭仍然是能源消費的主力。二是水電、風電等清潔能源的開發利用嚴重不足,在能源消費總量中始終占據極小部分。究其原因,可能是清潔能源的開發利用難度大,技術不成熟,投資成本相對較高。

4.2 對策建議

創新煤炭利用技術:實證分析結果表明,煤炭和石油在東北老工業基地近幾十年的發展當中是絕對的主力能源，但煤炭的過度使用會產生大量的廢氣、廢渣和廢水,對環境造成非常大的影響。因此,建議東北老工業基地在逐漸削減煤炭消費數量,增加清潔能源消費數量,優化以煤為主的能源消費結構的同時要不斷創新煤炭的利用技術,將儲量相對豐富的煤炭轉化成為高效和清潔的能源,實施清潔生產,使潔凈煤炭技術在未來能源結構的優化中扮演重要的角色。

利用清潔能源區域優勢:實證結論表明,東北老工業基地存在水電、風電等清潔能源開發與利用嚴重不足的問題,應積極開發利用東北老工業基地具有優勢的清潔能源,扭轉能源生產與消費的被動局面。同時,充分發揮東北老工業基地不同地區清潔能源的區域優勢,如黑龍江省的太陽能和水能較豐富,遼寧灣地區的潮汐能較豐富,各地應因地制宜地進行清潔能源的開發與推廣,促進清潔型、多元化的能源生產與消費結構的形成[20]。

加大節能減排科技投入力度:節能減排離不開科技的不斷創新,只有科技創新才能對源頭和過程進行控制,才能促進化石能源向可再生能源和新能源不斷轉化和進步。針對東北老工業基地的能源利用效率和開發水平較低的情況,應積極利用現有先進技術,引進國外發達國家先進技術,加大核電技術、煤炭清潔開采技術、光伏發電、氫能、燃料電池和污染治理等技術的研發投入,提高能源的使用效率和開發水平。

積極發揮政策引導作用:調整能源結構、降低碳排放需要充分發揮政策在財政、金融、稅收領域的引導與扶持作用。首先,在財政方面,政府應設立低碳發展專項財政資金。一方面,以補貼或優惠資金形式投向風能、太陽能、地熱能等新型綠色資源和可再生資源的基礎設施和公用事業建設,用以改善低碳經濟發展環境;另一方面,對引進低碳設備和低碳技術進行低碳生產的企業給予財政補貼,降低企業成本。其次,在金融領域,對自愿進行產業升級、設備改造、技術創新的高碳企業提供專項貸款,可采用低利率甚至零利率。第三,對化石能源和清潔能源實行增值稅、消費稅和資源稅的彈性差別稅率,大幅度提高碳排放強度大的煤炭、石油等化石能源的稅率,降低天然氣等清潔能源的稅率;對采用清潔能源進行生產的企業在增值稅、所得稅等方面給予優惠,調整車輛購置稅、車船使用稅政策,對以清潔能源為動力、符合節能技術標準的車輛,可按適當比例減征車輛購置稅和車船使用稅[21]。

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EmpiricalResearchonRelationshipBetweenCarbonEmissionandEnergyStructureinNortheasternRustBelt

LI Shao-ping1,LIU Guang-ming1,ZHANG Xue-min2
(1.Institute for Petroleum Economics and Management Studies,Northeast Petroleum University,Daqing 163318,China; 2.Daqing Oil Field Entrepreneurship Tengfei Construction amp; Installation Corporation No.4 Engineering Department,Daqing 163318,China)

Based on the data of northeastern rust belt during 2006-2015,and by means of grey correlation analysis model,the empirical analysis was carried out on the relationship between carbon emission and energy structure in northeastern rust belt.The empirical result showed that,the correlation degree between consumption of coal energy and carbon emission was the highest,followed by petroleum and natural gas,and electric power ranked the last.Northeastern rust belt should innovate the coal utilization technology,fully play the regional advantages of clean energy,strengthen the science and technology input into energy conservation as well as emission reduction,and made the policy playing a guiding role.

northeastern rust belt;carbon emission;energy structure;grey correlation degree

10.3969/j.issn.1005-8141.2017.08.008

X321

A

1005-8141(2017)08-0938-04

2017-06-27；

2017-07-15

2012年國家社科基金項目(編號:12BJY076)的階段成果;2014年國家社科基金項目(編號:14BJY028)的部分成果。

李紹萍(1964-),女,吉林省雙遼人,博士,教授,碩士生導師,從事區域經濟、可持續發展和財稅政策研究。

柳光明(1991-)，男，吉林省遼源人，碩士研究生，研究方向為區域經濟、可持續發展及財稅政策。