基于Kaya恒等式的西安市碳足跡影響因素分析

張 巍

(陜西科技大學經濟與管理學院，陜西 西安 710021)

0 引言

由于溫室效應不斷積累，人類正面臨氣候變暖的挑戰。在溫室氣體中，二氧化碳對全球升溫的貢獻百分比最大，所以應對氣候變化問題的重點就是減少二氧化碳的排放量。所謂碳足跡，就是指人類在生產和消費活動中產生的直接和間接的二氧化碳排放量[1]。通過碳足跡的影響因素分析和趨勢分析，有利于針對性地制定碳減排方案，也有利于高質量發展政策的制定。

我國政府承諾，2030年前達到碳排放峰值[2]。峰值目標的約束倒逼全國各個地區采取有效的減排措施。近年來，西安市采取了一系列碳減排政策措施，取得了較好的減排效果。2018年，西安市單位GDP能耗為0.37t標準煤/萬元，低于全省的0.528t標準煤/萬元和全國的0.505t標準煤/萬元，西安市的能源利用效率高于全國和全省平均水平。另一方面，由于西安市工業化、城鎮化加速發展和城市基礎設施大規模的建設，西安市能源消費總量不斷上升。隨著經濟發展和收入水平提高，碳減排難度更大。因此，西安市未來碳足跡呈現升高傾向。西安市“十三五規劃綱要”中提出了“單位GDP能源消耗累計降低16%”和“單位GDP二氧化碳排放強度累計降低18%”的目標。但從長期來看，西安市還面臨更高減排目標的挑戰。只有客觀分析西安市碳足跡現狀，在認真分析碳足跡影響因素的基礎上才能提出合理的目標要求和減排方案。鑒于此，本文運用西安市經濟社會發展統計數據，構建Kaya恒等式，利用LMDI模型分析影響因素的變動規律，為西安市實現碳減排目標提供政策參考依據。

1 數據來源與研究方法

1.1 數據來源

根據分析模型的需要，本文選取人口、GDP、單位GDP能耗、能源消費量等原始數據進行研究，數據來源于2006—2019年的《西安統計年鑒》。為保證數據的可比性，以2005年為基準年，按照GDP指數對相關數據進行處理。《西安統計年鑒》中只有規模以上工業企業的能源消費數據，所以工業能源消費量采用“規模以上工業企業主要能源品種消費量”。

1.2 碳足跡計算方法

鑒于本文研究的是城市區域尺度，根據數據的可獲得性，采用IPCC方法計算碳足跡量。對溫室效應影響最大的是二氧化碳，所以忽略其他溫室氣體的碳足跡只計算二氧化碳的排放量[3]。IPCC方法提供不同能源的碳足跡系數，基本公式為：碳足跡量=能源消費數據×排放系數。計算時，各種能源消費的實物量要按照標準煤進行換算。查詢《中國能源統計年鑒》，各種能源的折標準煤系數如表1所示。

二氧化碳排放系數隨著國家、地區、技術水平和能源結構的變化而變化。目前我國采用較多的“折標煤后CO2排放系數”為2.42～2.72kgCO2/kgce。本文采用的排放系數為2.45 kgCO2/kgce[4]。

表1 各種能源折標準煤系數

1.3 碳足跡影響因素分解方法

日本學者Yoichi Kaya(1989)提出一個定量分析二氧化碳排放的模型，將二氧化碳足跡量與人口、經濟、能源等因素聯系起來，稱為Kaya恒等式，表達式為：

(1)

各變量的定義見表2。

表2 Kaya恒等式變量解釋

為了更好地對西安市碳足跡影響因素進行分析，本文對Kaya恒等式進行擴展，計算公式如下：

(2)

Kaya恒等式是一種指數分解法(Index decomposition analysis，IDA)，LMDI模型是在IDA模型的基礎上進一步研究得出的，被廣泛用于對環境、能源問題的研究。本文參考B.W.Ang的分析模型，按照加法模式，對碳足跡量計算公式進行分解：

ΔC=Δp+Δg+Δe+Δf+Δs

(3)

式中：從0年到t年的碳足跡量的差值稱為總效應ΔC。ΔC由五部分組成: 人口規模效應Δp，經濟發展效應Δg，能源強度效應Δe，工業能源消費比重效應Δf,單位工業能耗碳足跡效應Δs，計算公式如下：

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

2 數據處理結果與分析

將西安市2005—2018年的數據通過Kaya恒等式對其用LMDI模型進行分解后，得到碳足跡量變化影響因素的貢獻情況，如表3所示。

由表3可知，人口規模效應、經濟發展效應和單位工業能耗碳足跡效應呈正值，是促進西安市碳足跡量增長的因素。經濟發展效應對西安市碳足跡增量的影響最大，平均貢獻率為144.42%。人口規模效應的平均貢獻率為13.98%，是五個因素中影響程度最弱的一個。能源強度效應和工業能源消費比重效應呈現負值，是碳足跡量的抑制因素，平均貢獻率分別是-58.56%和-63.81%。單位工業能耗碳足跡效應的平均貢獻率為63.98%，反映出西安市工業領域仍然存在高碳產業，產業結構調整并沒有向著有利于碳減排的方向發展，能源利用效率仍有提高空間。

表3 2006—2018年西安市碳足跡影響因素效應分解

2.1 人口規模因素分析

由計算結果可以看出人口總量對于西安市碳足跡呈現拉動作用，但影響程度較小。從圖1中可以看出，2006—2018年西安市人口規模的增長率與碳足跡貢獻率的波動幅度保持在小范圍內，變動規律基本一致。從原始數據分析，2013年以前，西安市人口總量變化較小，對于碳足跡的增長作用不大。2013年以后，隨著西安市代管西咸新區以及落戶政策的放寬，西安市常住人口有較大幅度增加，對碳足跡的拉動較大。

2.2 經濟發展因素分析

經濟發展效應對碳足跡量的影響在數量與比重上都是最大的，共產生二氧化碳增量3968.53萬t。依據2006—2019 年《西安統計年鑒》中的常住人口數和將各年GDP 換算為以2005年為基期的可比價GDP，計算出人均GDP。如圖2 所示，代表經濟發展程度的人均GDP 呈逐年上漲趨勢，其增長率的趨勢線也是上行的，表明經濟的發展帶來了能源需求的強勁攀升。工業是能源消費碳足跡最主要的部門，西安市的工業增加值在GDP中的比重基本穩定，經濟發展規模對碳足跡的貢獻率在2009年達到峰值后，近幾年有緩慢的上升趨勢。這反映出西安市產業結構中，第二產業中的高碳產業比重較高。

2.3 能源強度因素分析

西安市的能源強度效應對碳足跡增量的貢獻率為負值，表明能源強度對于碳足跡總量的增加具有抑制作用。2006—2018年西安市的單位GDP能耗年均下降4.5%，在2013年以后對減少碳足跡的貢獻率持續增加，說明了西安市在經濟總量和能源消費持續增長的情況下，節能減排達到了明顯的效果，成為低碳城市建設的重要手段。

2.4 工業能源消費比重因素分析

2006—2018年，西安市工業部門增加值和能源消費量持續增長，但工業能源消費比重不斷下降。工業能源消費比重效應對碳足跡的貢獻均為負值，說明對西安市碳足跡有負向抑制作用。這從一個方面意味著西安市三次產業結構中，第三產業的能耗不斷提高，其對碳足跡增量的貢獻也在逐步增加。同時也表明西安市第三產業的發展方式是低效和高耗能的，應該在第三產業中加大低碳能源和可再生能源的利用，大力發展節能技術，加快實現綠色發展的目標。

2.5 單位工業能耗碳足跡因素分析

2006—2015年西安市單位工業能耗碳足跡效應對碳足跡的貢獻率為正值，且2013年以后貢獻率有增長的趨勢，表明西安市工業能源消費產生的碳足跡一直在增加，這主要是由于能源結構不合理導致的，煤炭、石油、天然氣等一次能源的消耗量占工業能源消費總量的比重達80%以上，清潔能源的利用率較低。從趨勢上分析，單位工業能耗碳足跡效應的年均增長速度大于經濟發展效應的年均增長速度，意味著能源利用效率雖有一定程度提高，但仍有提高空間。傳統的能源結構再加上能源技術和效率不高，既增加了碳足跡排放量又會制約西安市經濟社會可持續發展。因此，西安市發展低碳經濟的關鍵是優化能源結構，大力發展和利用新能源，同時持續對工業部門進行技術更新以提高能源效率，推進工業碳減排。

3 結論與建議

3.1 結論

本文選取了2006—2019年《西安統計年鑒》中的相關基礎數據，以2005年為基年進行換算，構建了一個包括人口規模、經濟發展、能源強度、工業能源消費比重、單位工業能耗碳足跡等變量在內的碳足跡恒等式。根據IPCC方法計算了西安市碳足跡量，運用LMDI方法對影響西安市碳足跡的因素進行量化分析，得到以下結論：經濟發展是推動西安市碳足跡增長的首要因素，其次是單位工業能耗碳足跡和人口規模；能源強度是抑制西安市碳足跡增長的主要因素，其次是工業能源消費比重。

3.2 建議

(1)西安市碳足跡的主要驅動因素是經濟產出，但實現減排目標不能寄希望于控制經濟發展規模和速度，而應著眼于供給側結構性改革，包括淘汰落后產能、高碳產業轉型升級、發展戰略性新興產業等。

(2)適度增長人口規模。人口規模雖然對西安市碳足跡的貢獻度不大，但隨著一帶一路倡議中西安橋頭堡地位的突顯，國家推進關中城市群建設和西安國家中心城市建設，各種政策疊加效應不斷，西安的城市影響力提高，未來西安市的人口規模還會進一步擴大。人口增長會帶來一系列城市管理等問題如城市公共服務欠缺、配套資源緊張、環境污染等。實現碳足跡減排目標，必須適度擴張城市常住人口，同時優化城市發展格局、不斷完善基礎設施、提高生活水平，防止產生“城市病”。

(3)提高能源利用效率，降低能源強度和能源轉換系數。西安市已形成了持續、良好的產業結構，通過進一步降低第二產業比重以求短期內顯著降低碳足跡總量是不切實際的。面對現有能源生產和利用格局以及新能源技術和成本的限制，提升能源效率的重點在于技術進步，開展技術創新，通過工藝革新升級、流程簡化、加大對關鍵設備的更新和先進核心技術的應用等措施以達到節約能源和碳減排的目的則是可能的。

(4)優化能源結構，大力發展新能源、可再生資源。目前西安市的能源消費依然以一次能源為主，雖然近年來煤炭的消費比重持續降低，但原油及其制品、天然氣仍然是碳足跡總量不斷增長的重要來源，因此發展低碳的新能源和再生能源，比如太陽能、生物能等，同時優化能源結構，使低碳的能源在當前以化石能源為主的能源結構中的比重逐漸提高，是達到減排的有效途徑。