山東省能源消費碳排放影響因素分析

邵敏，郝晴，閆桂煥，許崇慶

（齊魯工業大學（山東省科學院），山東省科學院生態研究所，山東濟南250103）

0 引言

氣候變化影響著人類生存和發展，以煤、石油、天然氣為主的化石燃料燃燒產生的CO2，是地球氣候變暖的最主要因素［1］。氣候變化問題目前已不僅僅是科學問題，而上升為全球性的政治、經濟和社會問題［2］。山東省是能源消費大省，長期以來，以煤為主的能源消費結構以及煤炭能源的低效利用，使得山東省碳排放量在全國處于較高位置。因此，結合山東實際，系統分析碳排放影響因素、尋求碳減排路徑對山東發展低碳經濟至關重要。

近年來，因素分解法成為研究碳排放驅動因素的一種常用方法。田立等分析了影響黑龍江省碳排放的主要因素，發現經濟發展模式和產業結構是拉動黑龍江省碳排放量增長的主要因素［3］；饒群采用因素分解模型分析了能源結構、能源強度、經濟發展對長三角地區碳排放的影響，發現經濟發展為人均碳排放量增長的主要因素［4］；郝晴等分析了山東省交通領域能耗碳排放驅動因素，發現經濟因素和能源強度因素是交通碳排放的主要正向驅動因素，產業結構因素是負向驅動因素［5］；劉洪久等分析了能源結構、產業結構等因素對江蘇省碳排放的驅動作用及貢獻值［6］；杜穎建立了廣西人均碳排放的因素分解模型，定量分析研究了經濟發展、能源結構和能源效率因素對廣西人均碳排放的影響［7］。

由于對數平均權重分解法（LMDI）能使分解殘差為零，比較適合進行時間序列分析，因而在碳排放因素研究領域應用較為廣泛。因此，本文通過采用LMDI模型對山東省碳排放量進行因素分解，定量分析經濟發展、能源結構、能源效率以及人口因素對山東省2000—2016年碳排放量的影響，分析山東省碳排放與其影響因素間的關系，為山東省經濟可持續發展提供理論依據。

1 研究方法

1.1 碳排放測算方法

煤品、油品、天然氣等一次能源消費是山東省的主要溫室氣體來源。本文對山東省總的二氧化碳排放量采用自上而下的計算方法進行測算，計算公式如下：

其中，C為山東省碳排放總量；Ci為第i種能源的碳排放量；Ei為第i種能源的消費量；Fi為第i種能源的碳排放系數；Oi為第i種能源的碳氧化率；IN表示碳與二氧化碳之間的轉換系數，IN=44/12；i表示能源類型。各類能源碳排放相關參數如表1所示。

表1 各類能源碳排放相關參數

1.2 LMDI模型構建

碳排放與經濟發展、能源結構、能源效率、人口規模等因素密切相關，基于此，構建山東省碳排放迪氏（Divisia）指數分解模型，具體表達式如下：

式中，Ci為i種能源的碳排放量；Ei為i種能源的消費量；E為能源消費總量；Y為地區生產總值（GDP）；P為人口。

為明確各類因素對碳排放變化的影響，令：

其中，Fi表示第i種能源的碳排放強度，即消費單位i種能源的碳排放量；Si表示能源結構因素，即第i種能源占能源消費總量的比例；I表示能源效率因素，即單位GDP的能源消耗；R表示經濟發展因素，即人均GDP；P表示人口因素，即人口規模。由此，公式（2）可以寫為：

由式（4）可以看出，碳排放量C的變化與能源排放強度Fi、能源結構Si、能源效率I、經濟發展R以及人口規模P有關。為更好地分析各因素對碳排放的影響，將碳排放的變化分解為能源強度、能源結構、能源效率、經濟發展及人口規模等5種驅動因素定量影響之和，為對碳排放的變化進行合理分解，消除分解余量，采用Ang［8］和Choi［9］提出的LMDI算法進行分解。第t期相對于基期的碳排放量的變化表示如下：

其中，t表示第t期，0表示基期，Ct為t期碳排放總量，C0為初期（基準期）碳排放總量，ΔCF、ΔCS、ΔCI、ΔCR、ΔCP分別表示能源排放強度因素、能源結構因素、能源效率因素、經濟發展因素、人口規模對碳排放量變化的貢獻值。

2 山東省能源碳排放及驅動因素分析

2.1 山東省能源碳排放

根據公式（1），結合2001—2017年《山東統計年鑒》和2001—2017年《中國能源統計年鑒》中的能源結構和能源消費數據，可以計算出山東省2000—2016年能源消費產生的碳排放量，結果如圖1所示。從圖中可以看到，2000—2016年，山東省碳排放量總體呈上升趨勢，由2000年的2.48億噸二氧化碳增加至2016年的9.33億噸二氧化碳，增加了277%。2000—2010年期間山東省碳排放增速較快，2011年后碳排放增速放緩，但總量仍較大。

從圖中還可以看到，山東省碳排放構成中煤品消費產生的二氧化碳一直占據主導地位，且增長迅速，由2000年的1.9億噸二氧化碳增加至2016年的7.8億噸二氧化碳，增加了311%；煤品消費產生的碳排放約占排放總量的80%，其次是油品消費，約占排放總量的10%～20%；天然氣消費產生的碳排放占比最小，不足1%。這是由于山東省能源消費以煤品為主，油品次之，天然氣消費量最少，且煤品的碳排放系數較高，也造成了山東碳排放量的居高不下。

2.2 山東省碳排放驅動因素分析

由于各類能源的碳排放強度系數Fi是固定值，即ΔCF=0，故影響碳排放的主要因素為能源結構、能源效率、經濟發展和人口變化。將這四個主要影響因素根據式（7）～式（10）進行計算，結果如表2所示。

圖1 2000—2016年山東省碳排放情況

2000—2016年各因素對山東省碳排放的貢獻值如圖2所示，可以看到，所有因素的總效應呈增長趨勢，在2011年有所降低，但其后又繼續保持增長態勢。2016年總效應達到68560.5萬噸二氧化碳，碳排放增長迅速。

表2 2000—2016年各因素對山東省碳排放的貢獻值

造成山東碳排放量快速增長的主要因素是山東經濟的快速發展，從圖2可以發現，經濟發展對山東碳排放的貢獻值是不斷增大的，特別是2000—2010年期間，基本呈現出指數增長趨勢，說明這一時期山東省經濟的快速增長主要是由高耗能、高污染的產業發展帶動的，2010年之后，由經濟發展因素帶來的碳排放增速變緩，說明山東省逐步重視經濟發展的總體質量，不再只是單純注重總量的增長。

圖2 2000—2016年各因素對山東省碳排放的貢獻值趨勢圖

能源結構因素對碳排放的貢獻不明顯，2014年之前能源結構對碳排放的影響呈正貢獻，到2015和2016年開始出現了負貢獻，這是由于一直以來山東省能源結構都是以煤品為主，煤品在山東一次能源消費中占到了80%左右，且能源結構變化不大，因此，能源結構對碳排放的貢獻呈正向波動，且貢獻不大。近兩年，能源結構因素出現了負貢獻，說明山東開始重視能源結構的調整，2016年，煤品消費占比有所降低，降至77%，天然氣消費占比有所提高，達到了3%以上。

從圖2還可以看到，能源效率因素對碳排放的貢獻在2007年之前是正貢獻，從2008年開始變為負貢獻，且抑制作用逐漸增大，可見能源效率是抑制碳排放增長的主要因素，說明山東省在提高能源利用率、節能減排方面取得了很好的成效，但可以發現，能源效率對降低山東碳排放的貢獻值逐漸變緩。

人口因素對山東省碳排放呈正貢獻，且不斷增加，這說明隨著人口規模的增大，碳排放是不斷增加的，但與經濟發展帶來的增加值相比，人口因素對碳排放的貢獻相對較小。

根據以上分析，可將影響山東碳排放的4個因素分為兩類，一是拉動因素，即經濟發展和人口因素，二是抑制因素，即能源結構和能源效率因素。2016年四個分解因素的貢獻值如圖3所示，從圖中可以看到，經濟發展是拉動山東碳排放量的最重要因素，能源效率因素是抑制碳排放增長的最重要因素，能源結構和人口因素對碳排放變化的影響不明顯。

隨著山東經濟的飛速發展，僅僅依賴能源效率的提高已經難以抑制由經濟發展引起的碳排放的增加，因此，除了繼續提高能源效率外，還需進一步發揮能源結構的改變對碳排放的抑制作用。

圖3 2016年各分解因素的貢獻值

3 結論及對策

本文通過LMDI算法對山東省能源碳排放進行因素分解，通過分析，得到以下結論：

（1）經濟發展和人口因素是山東碳排放增加的拉動因素，其中，經濟發展是拉動山東碳排放增長的主要因素，人口因素對碳排放的拉動作用較小。

（2）能源效率和能源結構因素是影響山東碳排放的抑制因素，能源效率是抑制山東碳排放的重要因素，由于山東能源結構變化較小，能源結構對碳排放的貢獻不明顯且一度呈現出正貢獻，只在近兩年出現了負貢獻，能源結構的抑制作用仍需繼續挖掘。

因此，針對山東省要實現碳減排，本文提出以下措施：

（1）調整能源結構，逐步降低煤炭消費比重。不斷推動能源結構優化，促進能源低碳化轉型，大力發展新能源和清潔能源。把清潔低碳能源作為調整能源結構的主攻方向，堅持清潔利用化石能源，大力發展非化石能源，不斷壓減煤炭消費量。

（2）提高能源利用效率，推廣節能減排技術。加大節能技術的開發、引進、推廣和應用，不斷提高煤品、油品、天然氣等能源資源的利用率；推廣使用節能設備，提高能源轉化效率，降低中間環節的能源消耗和浪費；鼓勵、引導和支持企業研究開發節能工藝、設備和技術，增強自主創新能力。

（3）促進傳統產業低碳轉型升級，積極發展戰略新興產業。加快傳統產業結構調整，運用高新技術、新工藝和節能技術改造升級傳統產業，提高傳統高耗能產業的能耗水平；加快推進新舊動能轉換，積極培育發展科技含量高、低碳排放、環境污染少的戰略性新興產業。