福建省節能減排政策效果評估
——基于多層指數分解模型

黃逸敏，王 遠，，許 翔，王春春，伍博煒

（1.福建師范大學a.濕潤亞熱帶生態地理過程教育部重點實驗室；b.地理科學學院，福建 福州 350007；2.南京大學a.環境學院；b.污染控制與資源化研究國家重點實驗室，江蘇 南京 210023；3.福建省環境保護設計院有限公司，福建 福州 350012）

0 引言

隨著城市化與工業化的快速發展，我國社會經濟得到空前發展，導致能源消費量加速增長，造成能源供應量不足等一系列問題，給我國進一步深化發展和全社會長期安全與穩定帶來了嚴重的威脅［1］。能源的大量使用也對生態環境產生了嚴重的負面影響，如溫室氣體和污染物的大量排放造成全球氣候變暖［2］、酸雨 頻 發［3］和 霧 霾 天 氣 嚴 重［4］等 一 系 列 問題。

為了協調環境保護、經濟發展和能源利用之間的關系，我國在“十一五”與“十二五”期間相繼出臺了一系列節能減排政策措施和發展目標，具體包括：推廣清潔能源，升級初級能源結構；加速能源技術升級，增強能源轉化效率；提升能源使用效率，降低終端能源強度；發展新興產業，優化國民經濟結構等方面［5-7］。“十三五”期間，我國政府明確提出了節能減排目標，并爭取在2030 年之前CO2排放盡早實現達峰。本文分別從能源消費量和CO2排放量的驅動因素出發，評估節能減排政策在福建省的實施效果，有利于明確下一步節能減排工作的重點，促進福建節能減排目標的順利實現。

國內外學者通常采用因素分解模型來研究能源消費和CO2排放驅動因素，包括結構分解分析方法（Structural Decomposition Analysis，SDA）和指數分解分析方法（Index Decomposition Analysis，IDA）兩類分解方法。結構分解法多用于國家層面的研究，而指數分解法主要運用于單個或多個部門的節能減排研究。其中，對數平均迪氏指數分解模型（Logarithmic Mean Divisia Index，LMDI）是各個指數分解方法中適用 范 圍 最 為 廣 泛［8，9］，研 究 區 域 涵 蓋 國 家［10，11］、區域［12，13］和 省 級［14，15］等 不 同 尺 度。Jiang 等［16］采 用LMDI方法將我國30 個省份碳排放的影響因素分解為碳排放強度效應、能源強度效應、經濟活動效應和能源結構效應4 個方面。LMDI 分解分析法具有結果無分解殘差，同時總效應值與分效應值的總和相等，能夠分解和處理包含零值和負值數據集等優勢，因此本文采用LMDI 分解法研究能源消費量和CO2排放量變化的驅動因素。然而，當前的研究大多只采用單層分解模型，僅單方面地從能源消費側或者供應側分析對能源消費量和CO2排放量的影響，而未將能源供應與能源需求兩側對能源消費的影響進行綜合考慮。為此，Xu 等［17］將單層指數分解模型拓展為多層指數分解模型。多層指數分解模型能夠更全面地揭示單層指標中更深層的驅動因素，并提供多個角度的分析［18］。

綜上所述，本文采用多層對數平均指數分解分析模型（Multilevel- hierarchical Logarithmic Mean Divisia Index，M- LMDI），將福建省2000—2019 年能源消費量和CO2排放量變化的影響因素分解為初級能源結構效應、終端能源強度效應、經濟結構效應、經濟規模效應和能源轉化總效應，同時將能源轉化總效應進一步分解為終端能源結構效應和能源轉化效率效應，并將節能減排的4 個領域納入研究體系中分析該省節能減排的政策效果，為節能減排政策效果評估提供依據。

1 研究區概況、數據來源與研究方法

1.1 研究區概況與數據來源

福建省簡稱“閩”，位于我國東南沿海地區，東北與浙江省毗鄰，西面、西北與江西省，西南與廣東省相連，東面隔臺灣海峽與臺灣省相望；南北最長為530km，東西最寬為480km，陸地總面積12.4 萬km2；轄福州、廈門、莆田、泉州、漳州、龍巖、三明、南平、寧德9 個市和平潭綜合實驗區，省會為福州市。福建省肩負著海峽西岸經濟區、海上絲綢之路核心區、福建自貿區和我國首個省級生態文明先行示范區建設發展的重任。2000—2019 年，福建省一次能源消耗量與經濟總量分別從2000 年的29.43Mtce、3765 億元增加到2019 年的137.18 Mtce、42395 億元，分別增長了4.66 和11.26 倍，年均增長率為8.44%和13.59%（圖1）。

圖1 2000—2019 年福建省地區生產總值與初級能源供需概況Figure 1 Overview of GDP and primary energy supply and demand in Fujian，2000—2019

福建能源資源儲量較低但需求大，導致能源自給率相對較低，對外依賴度大，2000—2019 年該省能源生產量僅占能源消耗量平均值的37.71%。由此可見，福建省能源消耗大而供應少，能源供應安全問題已經十分嚴峻，實施節能減排對福建省建設生態文明試驗區尤為重要。為響應國家政策，福建省“十一五”規劃首次把節能減排作為約束性指標，并提出對有限資源進行有效管理和優化升級產業結構；“十二五”期間，福建省對節能減排政策進行探索，相繼出臺了價格和環保收費、財政激勵、稅收優惠和金融支持等方面的指導性政策；2017 年，福建省出臺《“十三五”節能減排綜合工作方案》，明確了各地市的節能減排約束性目標，同時強調要優化產業和能源結構，加強重點領域節能。一系列政策措施的出臺，表明福建省地方政府與中央政府的政策規劃保持高度的一致，整體上都是從能源結構、產業結構、能源強度等方面進行約束，因此有必要對該省節能減排政策的實施效果進行評估。本文中采用的數據來源于《福建統計年鑒2000—2020》。

1.2 研究方法

本文首先收集了福建各部門終端能源消費實物量，根據各類能源的折標煤系數和能源轉化效率，計算出福建省能源消耗總標準量，同時核算CO2排放量；然后采用多層指數分解模型，分別對福建省能源消費量和CO2排放量的驅動因素進行多層指數分解分析；最后將影響能源消費量和CO2排放量的因素分解結果與節能減排政策相結合，評估我國節能減排政策在福建省的實施效果。

能源消費及碳排放核算：根據能量守恒定律，將福建省初級能源消費總量分為終端能源消費量與能源傳輸轉化損失量。計算公式為：

碳排放的核算方法主要包括生產責任法、測量法、消費責任法等［19-21］，本文采用由《IPCC（2006）指南》推薦的以生產責任法為基礎的通用方法，核算化石能源燃燒產生的CO2。計算公式為：

式（1）、（2）中：i 表示各類能源消費部門；j 表示不同類型的初級能源；CEij、Eij、FEij、ELij分別表示i部門的j 類能源消費產生的碳排放、初級能源消費總量、終端能源消費總量和能源轉化損失量；ej表示j 類能源的能源轉化效率；NVCj表示j 類能源的平均低位發熱量；EFj表示j 類能源的碳排放系數；O 為能源的碳氧化效率。

多層指數分解模型：傳統的Kaya 恒等式通常使用一次能源強度指數來分解國家、地區的能源消耗和污染排放［22-25］，對能源消費的研究往往從單一角度（供應側或需求側）進行分析。本文根據LMDI 相關的最新研究應用進展［26-28］，通過對傳統的Kaya恒等式進行拓展，將能源轉換效率和終端能源強度集成到模型中，使研究能夠同時評估能源供應側的轉換效率和能源需求側的利用效率，從而實現研究結果與實際應用的銜接。改進后的模型可將我國4個主要的節能減排目標（提高能源轉化效率、優化初級能源結構、提高能源使用效率、優化經濟結構）納入研究體系，并分別對應因素分解結構模型中的能源轉化總效應、初級能源結構效應、終端能源強度效應、經濟結構效應。同時，為兼顧能源的供應側與需求側，將能源轉化總效應進一步分解為終端能源結構效應和能源轉化效率效應（圖2）。

圖2 多層分解模型結構Figure 2 Multilevel- hierarchical decomposition structure

因素分解模型數據集中的零值均以10-8進行替代，其結構與公式如下所示：

首先，將能源消耗部門的初級能源消費總量進行分解。計算公式為：

根據多層指數分解模型，將能源轉化總效率進一步分解為終端能源結構效應和能源轉化效率效應。計算公式為：

同理，在分解碳排放總量的驅動因素時，根據能源消耗部門的能源消費量將碳排放總量進行分解。計算公式為：

式（2）—（5）中：E、PE、FE、C 分別表示能源消費總量、初級能源消費量、終端能源消費量和能源消費的CO2排放總量；i ＝1，2，…，7，分別表示農林牧漁業、工業、建筑業、交通運輸倉儲和郵政業、批發零售、住宿餐飲業、其他行業和生活消費；j ＝1，2，3，4，分別表示煤炭、石油、天然氣和非化石能源等4 種初級能源；k ＝1，2，…，5，分別表示煤、焦炭、石化產品、天然氣和熱力—電力等5 種終端能源；G 表示福建地區生產總值；eij、ti、ii、yi、rij分別表示初級能源結構效應、能源轉化總效應、終端能源強度效應、經濟結構效應和能源的碳排放系數效應。

加法分解與乘法分解是LMDI 分解的兩種方法，本文選擇加法分解。初級能源消費總量變化的加法分解公式為：

初級能源消費的CO2排放總量變化的加法分解步驟如下：

2 結果及分析

2.1 福建省能源消費量及碳排放總量

總體上，2000—2019 年福建省能源消費量和CO2排放量呈現先逐漸增長后趨于穩定的變化特征（圖3）。

圖3 2000—2019 年福建省能源消費量及CO2 排放量變化趨勢Figure 3 Trend of energy consumption and carbon emission in Fujian，2000—2019

2000—2005 年福建省能源消費量和能源消費的CO2排放總量增速較快，2005—2010 年增速有所減緩；2010—2015 年，福建省的能源消費量增速進一步放慢，并在此期間保持相對穩定；2015—2019 年能源消費量和CO2排放量開始逐漸平穩。由于2005 年之前福建省能源消費量和CO2排放量增長較快，導致經濟、能源和環境三者之間的矛盾日益加劇。而“十五”期間福建省還未明確提出節能減排政策，在“十一五”和“十二五”期間福建省響應國家政策相繼提出了一系列的節能減排政策，同時“十三五”期間福建省明確提出控制溫室氣體減排方案。因此，隨著國家和福建省一系列節能政策和碳減排政策的逐步出臺與實施，該省的能源消費量與CO2排放量增長速度開始逐漸下降。

2.2 能源消費量及碳排放總量分解結果

本文運用M—LMDI 模型分別對福建能源消費量和CO2排放量變化的驅動因素進行了分析，結果如圖4 所示。從圖4 可見，總體上經濟規模效應在2000—2019 年各階段對能源消費量與CO2排放量的貢獻度表現為最大值，因此經濟規模效應是能源消費量和CO2排放量增長的最大驅動因素。經濟規模效應在2005—2010 年的驅動作用最強，說明福建省經濟規模不斷增長，對能源消費量和CO2排放總量的貢獻度也在加強。終端能源強度效應對能源消費量和CO2排放量的影響主要表現為明顯的負效應，說明終端能源強度效應抑制了能源消費量和CO2排放量的增加。具體而言，終端能源強度效應在2000—2005 年間對能源消費量和CO2排放量增長的影響為正效應，然而在2005—2010 年、2010—2015 年、2015—2019 年期間轉變為負效應，并成為抑制能源消費量與CO2排放量增加的最大的驅動力。這是由于福建省在“十一五”期間明確提出主要污染物控制指標與能耗標準，加大淘汰落后產能，加強重點項目治理，使得此期間技術水平有所提升，從而降低了終端能源強度。初級能源結構效應對能源消費幾乎無影響，而對CO2排放總量有一定的抑制作用。該負效應主要來源于2010—2015 年，說明該期間福建省采取的相關措施（如提高清潔能源利用等）使初級能源結構得到逐步優化。經濟結構效應和能源轉化總效應對能源消費量和CO2排放量的增長有微弱的促進效果。能源轉化總效應對能源消費量和CO2排放量的影響從“十五”期間的負效應逐漸過渡到“十二五”期間的正效應。

圖4 2000—2019 年福建省各階段能源消費量與CO2 排放量影響因素分解Figure 4 Decomposition of influencing factors of energy consumption and CO2 emission in Fujian，2000—2019

分析單層指數分解模型計算結果分析發現，2000—2019 年間各階段能源轉化總效應的貢獻率均較小，說明能源轉化總效率對能源消費量和CO2排放量幾乎無影響。但多層指數分解模型表明終端能源結構效應的驅動因素主要為正值，促進了能源消費量和CO2排放量的增長。能源轉化效率效應主要為負值，抑制了能源消費量和CO2排放量的增長。說明能源終端結構效應與能源轉化效率效應兩因素在相互抵消，通過多層因素分解能夠觀測其內部的影響特征（表1）。

表1 2000—2019 年福建省各階段能源消費量與CO2 排放量驅動因素的相對貢獻度Table 1 Relative contribution of energy consumption and CO2 emission factors in Fujian，2000—2019

由此可見，福建省能源轉化效率不斷提高對其抑制CO2排放的增加具有一定的影響，終端能源結構的不合理是造成能源轉化總效應為正值的主要原因。因此，若僅采用單層指數分解模型對能源消費進行因素分解，會忽略驅動因素的內部結構。通過對各驅動因素進行多層分解，能夠明確其內部結構特征，從而更精準地明確問題根源，實施準確有效的政策措施。

2.3 各效應的時間變化特征及政策效果

通過對各驅動因素的時間變化情況的具體分析，可進一步分析各節能減排政策在不同階段所產生的效果，從而評估福建省在各階段對國家出臺的各項節能減排政策的實施效果。

由圖5 可知，福建省經濟總量逐年上升，2000—2019年GDP由3920.07 億元增長到28797.07 億元（2000 年不變價），增長了7.3 倍；GDP的增速呈先升后降的變化特征，在2007 年達峰值（15.2%）。由此可知，2005—2010 年福建省經濟增速最快。根據前文，經濟規模效應在2005—2010 年相對貢獻度最大，說明經濟增長的速度越快，經濟規模效應的相對貢獻度越大，因此經濟增長對福建省能源消費量和CO2排放量起正向驅動作用。當前，我國仍處于社會主義初級階段，與廣東、浙江兩個相鄰省份相比，福建經濟相對落后，因此發展經濟仍是我國和福建省當前的首要任務。盡管經濟增長是能源消費量與CO2排放量的重要驅動力，但由于經濟發展的導向性，短期內能源消費總量與CO2排放量仍將保持持續增長。

圖5 2000—2019 年福建省經濟規模與經濟結構變化Figure 5 Economic scale and economic structure change in Fujian，2000—2019

由前文可知，經濟結構對福建省能源消費量和CO2排放量起到正效應。為分析正效應產生原因，本文分析了經濟結構的變化規律。從福建省的一、二、三產業結構變化情況來看，2000—2019 年該省第一產業的占比不斷下降，第二產業的占比不斷提高，第三產業的占比情況相對穩定。整體上，福建省第二產業為優勢產業，第一產業為劣勢產業。由于第二產業的能源強度遠大于第一產業和第三產業的能源強度，因此經濟結構效應在3 個五年計劃期間對能源消費量和CO2排放量的變化均為正效應。根據發達國家的發展經驗，產業結構調整時間跨度長、涉及范圍廣，短時間內調整產業結構的政策難以取得明顯成效，因此福建優化經濟結構的節能減排措施效果不明顯。

初級能源結構效應和終端能源強度效應：福建省初級能源結構時間變化分析結果如圖6 所示。從圖6 可知，福建省的初級能源一直以原煤為主，其消費量占該省初級能源消費總量的50%左右，近年來呈略微下降的趨勢；石油消耗量占比相對穩定，基本穩定在30%左右；一次電力及其他能源消費量占比呈由上升到下降再上升的波動變化；2009 年福建省開始使用天然氣，且其使用量逐年增加，這是導致初級能源結構效應由正效應轉向負效應的主要原因。分階段分析發現，“十五”與“十一五”期間各種初級能源消費占比相對平穩，而“十二五”與“十三五”期間一次電力和天然氣等低碳清潔能源占比不斷上升，從而使煤炭等傳統化石能源的占比不斷下降，說明近年來我國對新能源的利用和核電機組的投入的影響力在逐漸顯現。對比分解結果可以發現，初級能源的低碳化和清潔化有效抑制了碳排放的快速增長，因此能源消費結構的調整對節能減排起到一定的作用。

圖6 2000—2019 年福建省初級能源消費結構與終端能源強度變化Figure 6 The change of primary energy consumption structure and terminal energy intensity in Fujian，2000—2019

終端能源強度越低，說明能源的使用效率越高。本文統計了2000—2019 年間福建省終端能源強度的變化情況（圖6），發現福建省終端能源消費強度先增加后減少，2005 年出現拐點，并在2005—2019年間出現下降。回顧過去，“十五”期間我國經濟下行壓力加大，高耗能產業借此機會得到發展，導致2000—2005 年間終端能源消費強度總體呈上升趨勢。然而，能源消費量的快速增長產生了較多負面的能源環境問題。福建省在“十一五”“十二五”和“十三五”期間先后出臺了多項節能減排政策。2019年福建省終端能源消耗強度僅為0.32tce/萬元，較2005年高峰時下降了52.92%，說明“十一五”以來福建省在提高能源使用效率、降低終端能源強度的節能減排政策下取得了明顯效果。

能源轉化總效應：從能源供應側的轉化效率時間變化情況來看（圖7），煉焦的轉化效率較高且隨時間變化較為穩定，一直維持在接近100%的水平；煉油的轉化效率也較高，隨時間變化略有下降，但總體上轉化效率在90%以上。說明隨著時間的變化，煉焦、煉油的轉化效率對于能源消費量和CO2排放量變化的影響未起到顯著的作用。隨著國家實施關停小型火電廠、推廣熱電聯產技術等措施，福建省的發電及電站供熱轉化效率處于不斷提高的狀態，能源轉化效率整體上呈升高趨勢。因此，發電及電站供熱轉化效率的不斷提高是導致能源轉化效率效應對能源消費量和CO2排放量的變化起抑制作用的主要因素。

從能源需求側的終端能源結構的時間變化來看（圖7），福建省終端能源消費以煤炭、石化產品和熱力電力為主，部分能源消費量占終端能源消費總量的90%左右。從2005 年開始，福建省煤炭消耗量占比不斷下降，占終端能源消費總量的比例由原先的第一名下降到2013 年的第三名，這主要是由于清潔能源的利用和核電機組的投入搶占了煤炭的消費量。焦化產品呈先下降后上升的趨勢，2013 年成為占比最高的終端能源類型。第三產業自2005 年以來在三產中的占比不斷提高。同時，人們生活水平日益提高，使電力消耗占終端能源消費量的比重不斷升高。盡管天然氣的消費量也在逐年上升，但所占比例遠小于其他能源，其所能影響的終端能源消費結構的能力十分有限，因此終端能源消費結構在2005—2019 年表現為正效應。

圖7 2000—2019 年福建省能源轉化效率與終端能源消費結構變化Figure 7 Energy conversion efficiency and terminal energy consumption structure in Fujian，2000—2019

3 結論

本文采用多層指數分解模型分析了2000—2019年福建省能源消費量與CO2排放量的驅動因素，揭示了影響該省能源消費與CO2排放的隱藏驅動因素，并將節能減排政策集成到各驅動因素的分析中，通過對各驅動因素變化趨勢的分析，評估和討論了節能減排政策在福建省的實施效果。主要結論如下：①研究期內福建省能源消費量與CO2排放量總體上表現為先逐年增加后趨于穩定，盡管時間上能源消費量和CO2排放量的增速在放緩，其仍未呈現出明顯的下降趨勢。②從影響福建省能源消費量與CO2排放量的驅動因素來看，終端能源強度效應主要表現為負效應，其對能源消費量和CO2排放量的變化具有較強的抑制作用。技術水平的提高抑制了福建省能源消費量與CO2排放量的增長，其他因素基本呈正效應。其中，經濟規模效應的正效應最為顯著，經濟規模的提高促進了能源消費量和CO2排放量的增長。③多層指數分解模型通過剖析單層指數中易忽略的指標，對各驅動因素進行了更深入的分析，以彌補單層指數模型的缺陷。本文通過將能源轉化總效應進一步分解為終端能源結構效應和能源轉化效率效應，發現兩驅動因素呈相反效應，兩者之間存在相互抵消。福建省能源轉化效率的提高對抑制碳排放的增加具有一定效果，終端能源結構的不合理是造成能源轉化總效應為正值的主要原因。④研究期內終端能源強度大幅下降，提高能源使用效率的節能政策取得的效果最為明顯，能源轉化效率和初級能源結構的調整也取得了階段性成果。福建省的經濟結構調整是一個長期的過程，涉及范圍廣，短期內調整產業結構的政策難以取得明顯的成效。盡管在經濟快速發展的過程中，福建省節能減排政策的實施尚未扭轉能源消費和碳排放總量增長的趨勢，但在一定程度上控制了能源消費和碳排放的過快增長，說明該省當前實施的節能減排政策對緩解經濟、能源與環境之間的矛盾具有一定作用。從社會經濟的長期發展來看，通過不斷調整節能減排政策，未來福建省能源消費和CO2排放的增長局面將會得到扭轉。