上海市碳排放强度的影响因素解析

朱 聆，张 真

复旦大学环境科学与工程系，上海 200433

上海市碳排放强度的影响因素解析

朱 聆，张 真*

复旦大学环境科学与工程系，上海 200433

采用对数均值迪氏分解(LMDI)法对1995—2008年上海市碳排放强度进行分解分析.结果表明，产业部门能源强度的下降是上海市碳排放强度下降的主要原因，贡献率为67.6%.进一步分析显示，上海市能源强度的下降主要来源于第二产业，但由于传统的工业节能改造的潜力有限，近年来工业能源强度下降的速度逐渐放缓，其对碳强度减排的贡献趋于减少.能源结构和产业结构的调整是碳排放强度下降的次要原因，贡献率分别为18.2%和14.2%.但是能源结构和产业结构仍然存在较大的调整空间，这2个因素有望对碳排放强度的下降作出持久的贡献.

碳排放强度;对数均值迪氏分解法;能源强度;产业结构;能源结构

Abstract:This paper presents carbon emission intensity analysis in Shanghai from 1995 to 2008 based on a complete decomposition approach– the logarithmic mean divisia index(LMDI)method.The results show that the decrease of energy intensity in industry accounted for 67.6%of the total carbon emission intensity reduction.Further analysis shows that the decrease of energy intensity in Shanghaimostly resulted from secondary industry.However，in recent years，as energy efficiency improvement in the industrial sector has gradually approached its maximum potential and subsequently slowed，the contribution of this factor has become less prominent.The factors of energy restructuring and industry restructuring accounted for 18.2%and 14.2%respectively of the total carbon em ission intensity reduction.Because there is still large potential for energy and industry restructuring，these two factors may make further contributions to the future reduction of carbon emission intensity.

Keywords:carbon emission intensity;logarithm ic mean divisia index(LMDI);energy intensity;industry structure;energy structure

气候变化问题是目前人类面对的最为重大的全球性问题之一.化石能源燃烧所排放的二氧化碳被视为引起气候变化的主要原因.我国是一个处于快速工业化过程中的碳排放大国［1］，面临着巨大的减排压力.摈弃发达国家工业化过程的老路，走低碳发展之路，实现单位产值碳强度减排是当前面临的重要课题.我国政府已于2009年11月公布了全国性的碳强度减排目标，到2020年，单位国内生产总值的碳排放将在2005年的基础上下降40% ～45%.上海是我国的一个具有代表性意义的城市，它已经率先走到了工业化进程的末期，城市发展转型是当前的一个重要课题.研究过去十几年上海市碳排放强度的变化趋势及影响因素，有助于制订未来上海市的碳减排政策，并且可以给全国范围内的碳强度减排提供参考.

目前，能源和碳排放领域的因素分解研究主要分为2类:第1类针对碳排放总量进行因素分解，其大多将碳排放变化分解为经济增长、人口增长、能源强度下降和能源结构改变等因素.具有代表性的研究，如WANG等［2］采用对数均值迪氏分解(LMDI)法对1957—2000年中国的碳排放总量进行了因素分解;徐国泉等［3］采用同样的方法，分析了1995—2004年能源结构、能源强度和经济增长对中国人均碳排放变化的影响;胡初枝等［4］采用平均分配余量的方法对1980—2005年中国碳排放总量进行了因素分解.以上研究显示，经济和人口的增长是碳排放增长的拉动因素，而能源强度下降是中国碳排放增长的主要抑制因素.第2类研究直接对能源强度进行因素分解，其大多把能源强度分解为产业结构和能源利用效率2个因素.林艳君等［5］采用完全因素分解法对上海市能源强度进行了分解分析，结果显示，能源利用效率的提高尤其是第二产业能效的提高，是综合能源强度下降的主要原因.谭忠富等［6］采用完全因素分解法对1998—2006年北京市能源强度进行了分解分析.佟金萍等［7］采用Laspeyres指数及其分解模型对1980—2007年中国能源强度进行了分解分析.秦放鸣等［8］采用 Refined Laspeyres指数分解法对中国的实际煤炭强度和石油强度进行了分解分析.这些研究均得到相似的结论，即产业部门能源效率的提高是能源强度下降的主要原因.此外，宋德勇等［9］采用“两阶段”LMDI法，对上述2类研究进行了综合:在第1阶段中将碳排放分解为碳排放系数、能源结构、能源强度和产出规模4个因素;在第2阶段中将能源强度进一步分解为产业部门能源效率因素和产业结构因素.结果同样显示，能源强度是碳排放增长的主要抑制因素，而能源强度的下降主要得益于产业部门能源效率的提高，而非产业结构的改变.

与上述2类研究不同的是，笔者所关注的重点是另一个重要指标——碳排放强度.该研究采用对数均值迪氏分解(LMDI)法，在能源强度分解分析的基础上进一步引入能源结构和能源碳排放系数，考察能源结构、产业结构和产业部门能源强度三因素对碳排放强度变化的影响.

1 方法和数据

1.1 碳排放强度分解方法

在众多定量研究二氧化碳排放的模型中，Kaya恒等式无疑是应用最为广泛的模型之一. Kaya恒等式将一个区域的二氧化碳排放表述为能源结构碳强度、能源强度、人均生产总值和人口规模4个因素共同作用的结果，其具体表述形式如下:式中，CO2为二氧化碳排放量;E为能源消耗;Y为区域生产总值;P为人口规模［10］.

笔者采用区域的碳排放(C)代替二氧化碳的排放(CO2)，然后将Kaya恒等式等号右边的Y/P与P合并为Y，并在等式两边同除以Y，得到以下等式:

能源结构碳强度可进一步被分解为能源碳排放系数和能源结构:

式中，i=1，2，3，4，分别为煤炭类能源、石油类能源、天然气和外来电力.

能源强度可进一步被分解为产业部门能源强度和产业结构:

式中，j=1，2，3，分别为第一产业、第二产业和第三产业.

至此，碳排放强度分解为:

表1 因素分解各变量含义Table 1 Definition of the variables in decomposition

常用的指数分解方法有 Laspeyres，Divisia，Paasche，Fisher和Marshall-Edgeworth等，目前应用最为广泛的是前 2种方法.然而，Laspeyres和Divisia法都存在分解残差，而且 Divisia法还存在“0”值问题［11］.针对这些缺陷，国外学者提出了很多改进方式，其中，ANG提出的对数均值迪氏分解(Logarithm ic Mean Divisia Index，LMDI)法［12-14］不仅消除了分解残差，而且解决了 Divisia法中的“0”值问题，已被广泛用于碳排放总量分解和能源强度分解的研究［2-3，9，15］.

笔者亦采用 LMDI法，由式(1)可知，I的变化是由ES，EI和IS3个因素的变化引起的，因此I的变化值可以表示成这3个因素的贡献值之和:

式中，ΔI为各年份碳排放强度相对于1995年的变化值，t/(104元);ΔIES为能源结构变化对碳排放强度变化的贡献值，t/(104元);ΔIEI为产业部门能源强度变动对碳排放强度变化的贡献值，t/(104元); ΔIIS为产业结构变化对碳排放强度变化的贡献值，t/(104元).构造权重函数L()=(－)/ln()，其中，Wij=Fi×ESij×EIj×ISj，用对数形式 ln()，ln)，ln ()分别表示3个因素第t期相对于第0期的变化.第t期各因素的贡献值可以由式(3)～(5)计算得到.由此可以证明，采用这种方法进行分解不产生残差.

1.2 数据来源与处理

1995—2000年上海市能源数据来自历年《中国能源统计年鉴》［16］，2001—2008年的能源数据来自历年《上海市工业、能源和交通统计年鉴》［17］.《中国能源统计年鉴》只提供了上海市能源消耗的实物量，笔者按照国家统计局1986年公布的标准煤折算系数，将各种能源的消耗转化为标准量.上海市区域生产总值数据来自历年《上海市统计年鉴》［18］.我国未正式公布GDP平减指数，因此笔者按照居民消费价格指数与商品零售价格指数的平均值，将区域生产总值折算成1995年不变价，从而剔除价格变动的因素［19］.上海市碳排放总量按照C=ΣFi×Ei计算，碳排放系数采用国家发展和改革委员会能源研究所的数据，煤炭类能源、石油类能源和天然气的碳排放系数(以标准煤计，全文同)依次为0.747 6，0.582 5和0.443 5 t/t［20］.上海市电力消耗分为本市火力发电和外来电力两部分.火力发电投入的一次能源主要是原煤、煤气和燃料油，计算时按照各产业用电量占用电总量的比例，将发电所消耗的原煤和煤气并入各产业所消耗的煤炭类能源，将发电所消耗的燃料油并入各产业所消耗的石油类能源.外来电力作为零排放的一次能源处理，按照各产业用电量占用电总量的比例，分摊到各个产业.热力的处理方式与本地电力相似.上海市的热力绝大部分由第二产业使用，生产热力所消耗的一次能源是原煤，因此，将生产热力所消耗的原煤并入第二产业所消耗的煤炭类能源.定义“综合碳排放强度”为产业部门和生活消费领域的碳排放总量与区域生产总值的比值，定义“碳排放强度”为产业部门的碳排放量与区域生产总值的比值.由于生活消费领域的碳排放与区域生产总值之间没有直接联系，因此，笔者在因素分解中考察的指标为“碳排放强度”.

2 结果与分析

1995—2008年上海市各年份的碳排放总量大幅增加，由2.973×107t增至5.830×107t.该计算结果与赵敏等［21］采用《2006年 IPCC国家温室气体清单指南》中的计算公式和碳排放系数缺省值计算得到的结果一致.上海市综合碳排放强度显著下降，1995年104元产值的碳排量是1.19 t，2008年104元产值的碳排量在1995年的基础上下降了58.4%，达到0.49 t.碳排放强度与综合碳排放强度的变化趋势基本相同，由 1995年的 1.10 t/(104元)降至2008年的0.45 t/(104元)，降幅达到58.9%(见图1).

采用LMDI法对碳排放强度进行分解的结果如表2所示.产业部门能源强度的变化是上海市碳排放强度变化的主导因素，2008年上海市 104元产值碳排放比1995年减少了0.65 t，其中产业部门能源强度的贡献值(ΔIEI)为－0.44 t，贡献率为67.6%.能源结构调整是碳排放强度下降的一个次要因素.在2000年前，能源结构变化对碳排放强度变化的贡献值(ΔIES)接近于零;在2000年后，能源结构调整对碳排放强度的下降起到了一定的作用，期末相对于期初的贡献值(ΔIES)为－0.12 t，贡献率为18.2%.产业结构调整是另一个次要因素，其对碳排放强度变化的作用可以分为3个阶段.1995—1999年产业结构调整对碳排放强度的下降起到积极的作用，贡献值(ΔIIS)逐步升至－0.12 t;1999—2002年贡献值趋势线基本保持水平，可以认为在这一时期产业结构的变化对碳排放强度的变化无贡献;2002年后产业结构调整的贡献值变小，这一时期产业结构的变化反而抑制了碳排放强度的下降.产业结构因素的最终贡献值(ΔIIS)为－0.09 t，贡献率为14.2%.

图1 1995—2008年上海市碳排放总量和碳排放强度Fig.1 Carbon emissions and carbon emission intensity in Shanghai City during 1995-2008

表2 LM DI法碳排放强度因素分解结果Table 2 Carbon emission intensity decomposition results by LMDI

由因素分解分析可知，产业部门能源强度因素是碳排放强度下降的主导因素，其对碳排放强度下降的贡献率达到67.6%.上海市产业部门综合能源强度由1995年的1.56 t/(104元)降至2008年的0.76 t/(104元)(见表3).第一产业的能源强度尽管经历大幅波动，但在产业结构中的比重很小，因此其对综合能源强度的影响十分微小.第三产业虽然占有相当的比重，但其能源强度一直维持在0.5 t/(104元)左右，因此其对综合能源强度的变化也没有明显的影响.第二产业的能源强度在考察期间经历了大幅下降，104元产值的能耗由2.31 t标准煤降至1.05 t标准煤.此外，第二产业能源强度的波动情况与综合能源强度的波动情况相似，经历了1996年和1999年的上升，其余年份逐步下降.由此可见，第二产业能源强度的下降是上海市产业部门能源强度下降的主要因素.

在整个考察期的前半段，第二产业能源强度波动幅度较大，而2004年后其能源强度趋于稳定(见表3).第二产业能源强度的下降，一方面依靠产业部门能源利用效率的提高，另一方面依靠工业部门内部的结构调整.传统的节能模式主要是靠前者，经过多年的发展，上海钢铁、化工等众多行业的技术已经达到国内甚至国际先进水平，能源利用效率已达到较高的水准.考察期前半段第二产业能源强度的大幅下降充分证明，上海市在节能减排、淘汰落后产能方面取得了显著的成绩. 2004年后能源强度降幅减小表明，通过上项目、上工程来推进节能减排的传统思路存在着局限性，若要进一步降低能源强度，需要更多地依靠第二产业内部的结构调整，即增加低能耗高附加值产业的比重.

能源结构因素从2000年起开始发挥作用，其对上海市碳排放强度下降的贡献率是18.2%.上海市能源结构的调整主要体现在2个方面(见图2):①天然气和外来电力对传统化石能源的部分替代.上海市于1999年开始引进天然气，2008年天然气在能源结构中的比重达到2.2%;同年，上海市开始购入外来电力，2003—2007年，外来电力在能源结构中的比例以每年2%的速度激增，2008年外来电力的比重达到10.7%.②石油相对于煤炭的比例大幅提高.1995年石油在能源结构中的比重为27.0%，煤炭的比重为73.0%，二者的比值为0.37;2008年石油的比重为41.7%，煤炭的比重为45.4%，二者比值升至0.92.

在四大类能源中，石油和煤炭的碳含量较高，天然气和外来电力的碳含量较低.虽然经历了十多年的能源结构调整，煤炭和石油在上海市能源结构中的比重仍然高达87.1%，远远高于世界平均水平.2008年上海市天然气在能源结构中的比重仅为2.2%，而2005年天然气在全球能源结构中的比重高达23.7%［20］.在外来电力方面，笔者在因素分解时将外来电力当作零排放的一次能源是一种简化的处理方式，这在一定程度上高估了外来电力对碳排放强度下降的贡献.然而由于外来电力中包含水电和核电，而本地电力基本上是煤电，因此外来电力的碳排放强度确实低于本地电力，提高外来电力的比重是降低能源结构碳强度的一个重要方式.

表3 上海市产业部门能源强度Table 3 Energy intensity of different industry sectors in Shanghai City

图2 1995—2008年上海市能源结构Fig.2 Energy structure of Shanghai city during 1995-2008

根据LMDI法分解分析，产业结构因素对碳排放强度的贡献最小，其最终贡献率仅为14.2%.产业结构调整实际上是第三产业对第二产业替代的过程，然而上海市的这一替代过程存在着反复.与1995年相比，2002年第二产业比重从56.8%降至45.7%，同时第三产业的比重由 40.8%升至52.9%.但此后几年第二产业的比重有所回升，2003—2006年均达到或超过了48%;而第三产业的比重有所下降，2003—2006年均维持在50%左右;2008年第二产业的比重再度降至45.5%，第三产业的比重重新上升至53.7%.产业结构调整的实际情况与因素分析中的结果相吻合，1999—2002年产业结构因素对碳排放强度的贡献值一度达到 －0.12，但 2002年后贡献值有所减小，在2008年回落至－0.09.

上海市产业结构调整的反复与全国范围内二次重工业化运动相一致，2003年前后一批重化工业项目的上马导致第二产业比重的再度上升.然而，上海市产业结构的调整仍然存在较大的空间.从横向比较来看，2009年北京市第三产业的比重超过了75%，纽约、伦敦第三产业的比重均超过了80%，而素来坚持保留制造业的新加坡的第三产业比重也在70%以上;从纵向发展来看，2006年后上海市产业结构调整的步伐开始加速，根据《上海市统计年鉴2010》公布的数据，2009年第三产业的比重达到了59.4%.上海已经走到了后工业化的门槛上，随着“两个中心”的建设，第三产业的比重必将进一步提高，产业结构调整对碳强度减排的贡献有望提升.

3 结论与对策

a.上海市碳排放强度的下降主要得益于产业部门能源强度的下降.第二产业能源强度的下降是总体能源强度下降的主要原因.2004年后上海市第二产业的能源强度趋于稳定，这表明通过上节能项目来推进减排的方式存在着局限性.未来能源强度的下降需要更多地依靠工业部门内部的结构调整，限制高能耗高排放产业的发展，提高新能源、生物医药和电子信息制造等低能耗高附加值产业的比重.

b.能源结构存在较大的优化空间.从上海市的角度来看，随着海外液化天然气的引进和川气东送、西气东输等工程的实施，上海市拥有充足的气源，未来可以通过提升天然气的比重来降低能源结构的碳强度.此外，外来电力中包含低碳基的水电和核电，上海市可以通过外来电力代替部分本地火力发电使能源结构得到优化.在全国范围内，目前我国水力资源的开发水平还远落后于发达国家，核电在电力结构中的比重还较低.从长远来看，优化能源结构是实现碳减排的根本途径，未来若干年内我国应该继续加快水电和核电的开发利用.

c.产业结构对碳强度减排的贡献是3个因素中最小的，这在一定程度上是由于上海市产业结构调整在过去几年内一度停滞甚至出现反复.然而，从横向对比和纵向趋势来看，上海市产业结构调整存在着很大的空间和良好的态势.上海已经走到了工业化的末期，在未来10年内，应抓住建设“两个中心”的契机，大力发展现代服务业.从全国的角度来看，要实现既定的碳强度减排目标，同样需要抑制高耗能工业产业的过度发展，提高第三产业在国民经济中的比重，逐步实现产业结构的转型.

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Decom position Ana lysis o f Carbon Em ission Intensity in Shanghai City

ZHU Ling，ZHANG Zhen
Department of Environmental Science and Engineering，Fudan University，Shanghai 200433，China

X24

A

1001－6929(2011)01－0020－07

2010－08－13

2010－09－27

国家社科基金重点项目(09AZD048)

朱聆(1986－)，男，浙江桐乡人，zhuling1986@hotmail.com.

*责任作者，张真(1971－)，女，山西洪洞人，副教授，博士，从事环境经济学研究，756130177@139.com