基于LMDI模型的河南省CO2排放变化分析

王宗舞，庞宏建

(1.华北电力大学 能源与环境研究院,北京102206；2.黄河水利职业技术学院 环境与化学工程系,河南 开封,475004)

0 引言

河南省是农业大省，人口大省，也是全国重点发展的13个煤炭基地之一，近年来也成为全国重要的新兴工业大省。但经济结构尚不合理，发展方式比较粗约，能源紧缺和环境污染问题比较突出，化石能源燃烧CO2排放强度位居全国前列。如何控制和减少CO2排放已成为亟待解决的问题，但目前尚未有针对河南区域CO2排放规律的系统分析。本文综合考虑六大因素建立化石能源消费碳排放的因素分解模型，全面分析各影响因素的作用机理并量化其贡献率，在此基础上提出节能减排建议。

1 研究方法和数据来源

1.1 化石能源燃烧CO2排放计算

政府间气候变化专门委员会（IPCC）第三次评估报告指出：大量的化石能源燃烧是造成各国/地区温室气体激增的首要原因。据统计，从1997～2004年，中国温室气体排放总量的年均增长率约为4%，CO2排放量在温室气体排放总量中的比重由1994年的76%上升到2004年的83%；并且随着工业化和城市化进程的加快，我国能源消费量会快速增长，使得CO2排放量也会随之剧增，我国面临着巨大的减排压力。因此，开展能源活动CO2排放的影响因素研究，对于发展低碳经济，实现节能减排具有重要意义。

化石能源消费活动的二氧化碳排放量具体计算公式如下：

式中CO2表示估算的各种能源消费的排放量；i表示各种消费的能源，包括煤炭、石油和天然气；Ei表示各种能源的消费量；CFi代表各种燃料的平均发热量；CCi表示单位热量的含碳水平；COFi表示氧化因子。利用上述公式(数据取自国家气候变化对策协调小组办公室和国家发改委能源研究所(2007))经相关计算，本文采用的CO2排放系数对于煤炭、石油和天然气依次为：2.48、2.13和1.63tCO2/t标煤。

1.2 LMDI模型

在过去25年中，因素分解法在能源研究及其政策制订领域具有重要作用；作为一种通用方法被各国政府和国际组织广泛采用。从理论背景、适应性、可操作性及结果分析等方面考虑，LMDI模型都被认为是最好的方法。参考扩展的Kaya恒等式、LMDI模型等，本文采用的计算公式为：

式中C表示各种能源消费导致的CO2排放总量，i表示产业或部门，j表示化石能源的消费类型，如煤炭、石油（本文用汽油、煤油、柴油、燃料油代表）、天然气等。p表示常住人口，Q表示国民生产总值，Qi表示产业、部门的产值，Ei表示i产业、部门的能源消费量，Eij表示i产业、部门的燃料j的消费量，Cij表示i产业、部门的燃料j的CO2排放量，G表示人均国民生产总值，S=Qi/Q，代表产业结构；Ii=Ei/Qi，代表能源消耗强度，eij=Eij/Ei，代表能源消费结构；Rij=Cij/Eij，代表 i产业、部门的燃料j的CO2排放系数。

CO2排放量变化可用式子表示为：

式中 ΔCtot、ΔCpop、ΔCgpc、ΔCstr、ΔCint、ΔCmix、ΔCemf分别表示总贡献及常住人口、人均国民生产总值、产业结构、能源消耗强度、能源消费结构、CO2排放系数变化等因素的贡献。其中“T”和“0”分别代表第 T 年和基年。

因为各类化石能源的CO2排放系数是固定不变的，根据式子（9），ΔCemf＝0。但是能源结构发生变化也会引起 CO2排放的变化，所以在本研究中，Rij用平均CO2排放系数Ri代替，且：

式中rj表示第j种化石能源的CO2排放系数。对于CO2排放变化趋势的时间序列的累积影响可用下式表示

1.3 数据来源

本文主要数据分别来自《中国能源统计年鉴》、《河南省统计年鉴》、《中国统计年鉴》及《综合能耗计算通则》等。有些年鉴未能直接给出的数据，则根据相关的方法和资料由笔者整理得到。为消除价格波动影响，若不加特殊说明，GDP均采用2000年可比价格来表示。第一产业终端能源消费量是指农林牧渔水利业终端能源消费量，第二产业终端能源消费量是指工业终端能源消费量扣除用作原材料的量，再加上建筑业终端能源消费量，第三产业终端能源消费量是指交通运输、仓储和邮政、批发、零售业和住宿、餐饮业终端能源消费量之和。

2 结果分析

2.1 河南省1998～2008化石能源燃烧CO2排放量变化分析

1998～2008年间，河南省化石能源燃烧CO2年排放量从4995.03×104t增至 15373.85×104t，增加了 10189.24×104t，年均增长率为11.90%，而同期北京市的水平约为4.6%，上海市1994～2005年间的年均增长率约为2.9%[7]。由此可见，河南省1998～2008年的CO2排放增长远高于北京、上海，也远高于国家公布的1994～2004年期间中国温室气体排放总量的年均增长率约为4%的水平。

2.2 河南省1998～2008化石能源燃料CO2排放变化影响因素

河南省1998～2008化石能源燃料CO2排放变化影响因素的时间序列分析结果表明：拉动CO2排放增长的因素有人均GDP增长、产业结构调整、常住人口数量增加及能源消费结构调整，共拉动 CO2排放增加 12506.04×104t，其贡献份额依次为85.62%、10.13%、4.07%和4.12%和0.18%，而能源消耗强度变化和CO2排放系数变化起抑制作用，期间抵制CO2排放增加2485.80×104t，贡献份额依次为78.27%和21.73%。

2.2.1 人均国民生产总值

1998～2008年期间，河南省人均 GDP由 1998年的4463.69元增长到2008年的15560.61元，增长了249%，年均增长率高达13.30%。持续人均GDP增长是拉动河南省CO2排放增长的决定性因素，使CO2排放增加10708.03×104t，且拉动作用逐年加强的趋势非常显著。

人均GDP与二氧化碳排放量之间呈现正相关，说明经济发展是CO2排放量增长的主要动力。但是由于河南目前的经济发展水平仍较低，以2005年为例，全国人均GDP1729美元，为世界人均水平的1/4左右，而河南省仅1347美元[5]。只有人均GDP不受影响，制订的能源政策才能被成功执行，所以牺牲经济增长速度为代价来减少CO2排放对于河南省来说是不现实的。

2.2.2 产业结构

河南省三次产业的产值构成由1998年的24.9:45.0:30.1变为2008年的14.4:56.9:28.6，第一产业持续下降，第三产业先升后降，第二产业有了较大突破。河南省产业结构调整对CO2排放增长作用表现为拉动效应，共增加排放量1266.58×104t，且不同年份这种增加效应呈波动上升性，贡献率在-0.76%到2.63%之间，多数年份为正效应，年平均值为0.92%，2005年以后拉动效应明显有增。

总体上，产业结构调整对增加CO2排放增长的贡献在逐渐加大，但不同产业效应差别较大：第一产业和第三产业的结构调整分别使 CO2的排放量减少了 214.86×104t、100.51×104t，但是第二产业快速发展却使CO2的排放量增加了1590.56×104t。产业结构整体变化对该阶段碳排放增长未能表现出负效应，其主要原因是产业规模占GDP近半的第二产业的碳排放呈现长期增长态势，其贡献率抵消了第一、三产业对碳排放增长的负效应。陈海燕、刘春兰等的研究表明：北京市第二产业中高能耗型产业的工业增加值在工业增加值中所占份额每降低1%，和非能源密集部门所占份额每降低1%相比，前者减少CO2排放量是后者的30倍。因此，河南省应继续提高第一、三产业比重，适当控制第二产业比重的同时，调整第二产业内部结构：对高能耗部门进行淘汰和准入限制，降低产业内能源密集型部门增加值的比例。

2.2.3 人口数量增加

从1998～2008年，虽然河南省人口平均增长率为6.29‰，略高于全国水平6.26‰；并且由于人口基数大，期间人口共增603万，占到全国总数的7.50%。人口数量的增加对CO2排放一直是拉动作用，且从2004年开始拉动效应有微弱增强趋势。人口数量与CO2排放量之间呈现正相关，说明随着人口增长，CO2排放量也随着增加，也说明较多的人口数量必然导致较大的能源需求以满足电力、工业、交通等需求。对于河南省而言，人口数量增加引起CO2排放增加是短期内无法改变的局面，能够做到的只有提倡个人从各方面节约能源。从长远来说，实施计划生育，有效控制人口增长，是实现节能减排的有效途径。

据统计，从1998～2008年河南省城镇人口占全省总人口的比例从20.79%增长到了36.02%，但是处于比较低的水平。以2005年为例，全国城镇人口比例为43.00%，低于世界平均水平，而河南省的仅为30.65%。所以随着城市化进程的加快，人均能源消费量的增加，拉动排放CO2排放的效应会在相当长一段时间内一直存在。

2.2.4 能源消费结构

与石油、天然气等燃料相比，单位热量燃煤引起的CO2排放比使用石油、天然气分别高出约36%和61%。因此，优化能源消费结构一定程度上实现减排。但是1998～2008年间，河南省煤炭在总能源消费中的比重呈现波动性，变化幅度较小且比重一直较高。以2005年为例，河南省一次能源消费量中煤炭的比重为87.10%，而全国和全球的水平为68.9%和27.8%。因为河南省是全国13个重点发展的煤炭基地之一，其煤炭产量连续27年保持在全国前三位，并且紧邻我国“三西”产煤基地。

1998～2008年间，河南省能源消费结构变化对CO2排放增长起到了微弱拉动作用。煤为主的能源资源的特点决定了未来有限的减排空间以及对于低碳能源和可再生能源的大力依赖，要实现中国对外承诺的2020年非化石能源占一次能源消费的比重达15%左右，发展低碳能源和可再生能源，改善能源结构是十分必要的：利用地区资源优势发展煤基能源，加强水能、核能、石油、天然气、煤层气和油气替代燃料开发，利用生物质能、太阳能、地热等新型可再生能源，使优质清洁能源比重有所提高，才能从根本上解决河南能源消费CO2排放量控制问题。

2.2.5 能源消耗强度

能源消耗强度，是指生产单位GDP所消耗的能源总量。1998～2008年间，河南省能源消耗强度变化共抑制CO2排放1945.74×104t， 三次产业贡献率分别为：1.82%、92.55%和5.63%，但各年情况波动较大，2007年以后，综合抵制效应明显加强。

对于河南省第二产业而言，2005～2007年间 GDP从5514.14亿元增至8282.83亿元，能源消耗量从3353.35×104t标煤增至5700.51×104t标煤，能源消费弹性系数为1.13，共拉动 CO2排放 4777.99×104t。但 1997～2004 年间，其能源消费弹性系数为0.61，共抑制CO2排放-3937.01×104t。显然在2005～2007年间其经济增长对能源消费的增长影响要显著得多。这是由于从农业大省向工业强省转变的过程中，经济快速增长，特别是第二产业比例大幅提高及产业内部结构不合理，大大拉动了能耗强度变化引起的CO2排放增加。因此，必须对第二产业的内部结构进行调整，改进或取消高耗能生产工艺，提高产业准入门槛，提高能源利用效率，降低单位GDP能耗。

2005～2008年间，河南省综合万元GDP能耗（以 2005可比价格计）分别为1.38、1.34、1.29和1.212t标煤/万元，远高于全国同期水平：1.226、1.204、1.160 和 1.107t标煤/万元。要实现到2020年单位GDPCO2排放比2005年下降40%-50%，河南省的减排任务相当艰巨。但是，第二产业在三次产业中比重较大，产业内能耗强度偏高，均有较大下降空间，这也为河南省实现节能减排目标提供了有利条件。

2.2.6 CO2排放系数

碳排放系数=碳排放总量/能源消费总量，表示一定能耗消费产生的碳排放总量。但是，能源结构变化可以引起平均碳排放系数的变化。平均CO2排放系数反映了区域不同能源结构下单位能源消费所产生的碳排放的综合效应。河南省平均碳排放系数变化对CO2排放的影响总体上是抑制效应。但各年波动较大， 除 2002～2003年、2004～2005和 2006～2007年外的其余年份CO2碳排放系数变化都减少了排放，特别是2000～2001年这种抑制作用特别明显。这与河南省2005年以后在能源消耗总量中煤的消费比例变化有关。从这个角度，尽可能逐渐减少煤等高含碳量燃料耗用量，积极利用低含碳量燃料或开发利用无碳能源，是实现减排的有效途径。

3 结论

本文首先对河南省1998～2008年的CO2排放变化趋势进行了分析，然后基于扩展的Kaya恒等式及对数平均迪氏指数（LMDI）法，定量六大因素等对河南省化石能源燃料CO2排放变化的影响。结果表明：河南省能源燃烧CO2排放的年均增长率为约为11.90%，远高于全国平均及北京、上海的同期水平。对CO2排放增加起拉动作用的因素依次有：人均GDP增长、产业结构调整、常住人口数量增加及能源消费结构调整，其贡献份额依次为85.62%、10.13%、4.07%和4.12%和0.18%，而能源消耗强度变化和CO2排放系数变化起抑制作用，抵制 CO2排放增加 2485.80×104t。

参考资料：

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[2]曾贤刚,庞含霜.我国各省区CO2排放状况、趋势及其减排对策[J].中国软科学增刊，2008，(上).

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