中国碳排放影响因素研究——基于灰色关联的动态分析

王常凯

(1.东南大学 经济管理学院，江苏 南京 210096；2.南京信息工程大学 中国制造业发展研究院，江苏 南京 210044)

中国碳排放影响因素研究
——基于灰色关联的动态分析

王常凯1,2

(1.东南大学 经济管理学院，江苏 南京 210096；2.南京信息工程大学 中国制造业发展研究院，江苏 南京 210044)

中国政府高度重视节能减排、绿色发展。在此背景下，本文使用1995-2011年相关数据，采用灰色关联分析方法分析了人均GDP、产业结构、能源结构、能源强度、工业先进程度、城市化率、贸易密度等7个因素对中国人均CO2排放的影响程度及动态变化。主要结论为：1995-2011年，GDP每增加1万元，能源消费增加3.39吨标煤，CO2排放增加10.56吨；对中国人均CO2排放影响程度较大的因素，初期是能源结构、工业先进程度和贸易密度，后期是能源强度、城市化率和产业结构；人均GDP、能源强度、城市化的影响在增大，能源结构和工业先进程度的影响逐渐下降，产业结构和贸易密度的影响呈波动趋势。以上结论为我国制定和完善低碳发展政策提供了参考依据。

碳排放；灰色关联；动态分析；影响因素

引 言

伴随着世界经济的快速发展，化石能源的消耗量急剧增加，世界上许多国家都面临两个亟需解决的问题：能源稀缺和气候变化。特别是碳排放导致的全球气候变化异常问题，已经成为全世界关注的焦点。中国作为世界上最大的发展中国家，由于多年来的粗放式经济发展模式，经济增长严重依赖能源和资源的高投入、高消耗，使得中国已经成为世界上第二大能源消费国和最大碳排放国，这不但是世界和中国可持续发展的威胁，也使中国在未来气候谈判中要承受来自发达国家的更大压力。林伯强认为未来很长一段时间内，中国仍是发展中大国，正处在城市化与工业化的高速发展阶段，经济高速增长与能源刚性需求高速增长是其主要特征[1]，因此中国碳排放的高速增长在较长一段时间内将会持续。

中国政府一直对节能减排给予高度重视。2009年11月，国务院常务会议确定了2020年全国单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%-45%的目标；2011年3月《“十二五”规划纲要》颁布并提出了具体的节能减排目标：非化石能源占一次能源消费比重达到11.4%，单位国内生产总值能源消耗降低16%，单位国内生产总值二氧化碳排放降低17%；2013年1月，国务院常务会议划定能源消费总量红线：到2015年，全国能源消费总量控制在40亿吨标准煤左右，用电量控制在6.15万亿千瓦时左右。在此背景下，为了兑现中国节能减排的庄严承诺，探寻中国碳排放的影响因素就变得十分重要和有意义。

一、文献综述

有关碳排放驱动因素或称影响因素的研究是气候变化研究领域的一个热点问题，目的在于解决以下问题：是哪些因素影响碳排放？这些因素影响程度如何？这些影响因素的动态特征是什么？如何有效地减少碳排放？

不管是在区域层面上还是在产业层面上，驱动碳排放的因素有很多，学者们采用不同方法针对其中某些因素进行了重点研究。在区域层面，任立、黄崇杰研究了各区域对外贸易密度、人均收入与二氧化碳排放量之间的关系。分析表明， 三大区域的对外贸易密度都对人均碳排放有显著的影响， 碳排放随着贸易密度的增加而增长，中部、西部的边际碳排放比东部大[2]。李凯杰、曲如晓发现技术进步和中国碳排放存在长期均衡关系，长期内技术进步可以减少碳排放，而短期内技术进步对碳排放没有明显作用[3]。Xin Tian、Miao Chang、Hiroki Tanikawa认为最终需求水平和产业结构变化增加了碳排放；能源强度提升是降低碳排放的唯一显著要素[4]。王峰、吴丽华、杨超指出影响中国碳排放的还有人均GDP、交通工具数量、人口总量、经济结构、家庭平均年收入、生产部门能源强度、交通工具平均运输线路长度、居民生活能源强度等因素[5]。在产业层面，徐盈之、徐康宁、胡永舜运用改进的拉氏因素分解法，对中国制造业1995-2007年碳排放的驱动因素进行了研究，并基于 DPSIR 框架构建了碳排放脱钩指数，对制造业部门碳排放的脱钩效应进行了测度。研究结果表明我国制造业碳排放的驱动因素有着较强的阶段性特点；产出效应为主要的正向驱动因素，能源强度效应为主要的负向驱动因素；制造业部门碳排放存在一定的脱钩效应，但强脱钩年份较少；在强脱钩向弱脱钩的转变过程中，经济结构效应起着关键作用[6]。陈诗一发现能源强度降低或者能源生产率的提高，是二氧化碳排放强度波动性下降的主要且直接的决定因素，能源结构和工业结构调整也有利于碳排放强度降低[7]。何小钢、张耀辉认为投资规模与工业碳排放显著相关，短期内技术进步对碳排放没有明显作用[8]。

在众多模型中，灰色关联(Grey Relation Analysis，GRA)模型以其独特的优势在能源消费和碳排放等的分析上得到了广泛的应用。Sue J. Lin、I.J. Lu、Charles Lewis利用灰色综合关联模型发现台湾发电量的快速增加是近10年CO2排放增长的最大原因，CO2排放最大的依次是钢铁、交通、石油化工和等部门[9]。I.J. Lu、 Sue J. Lin、 Charles Lewis利用灰色关联分析了台湾地区交通部门的能源消费的动态特征，评估了油价、GDP、交通工具数量和行驶里程对能源消费增加的影响，结果表明经济的持续增长同交通燃料消耗关联最大，其次是私人汽车的增长[10]。Chaoqing Yuan、Sifeng Liu、 Zhigeng Fang用灰色关联方法分析了不同时期经济增长和能源消费的关系，结果表明不同阶段二者的关系并不相同，能源消费和第二产业增加值关联最大，GDP和煤炭的消费关联度更大[11]。国内也有不少学者使用灰色关联分析来研究能源消费和碳减排问题。蔡晓春、宋美喆运用灰色关联分析法研究了影响能源利用效率的各因素的影响程度并进行排序，得出外商直接投资、经济发展水平、产业结构为能源利用效率的主要影响因素，Ramp;D存量、市场化水平为一般影响因素[12]。董锋、谭清美、周德群在研究中国能源消费量、GDP和技术进步等五个变量之间的协整关系时，利用灰色关联分析方法进行变量选择[13]。司江伟、徐洪静运用灰色关联分析法对山东省能源效率影响因素进行了实证分析，研究结论证实各因素按影响程度排序为: 产业结构、城市化水平、能源消费结构、市场化水平、对外贸易和科技水平，影响程度依次减弱；各影响因素呈现出相对稳定的趋势特征[14]。

综合以上文献，众多学者在利用灰色关联方法研究碳排放的影响因素，但是存在两个问题：一是对相关碳排放量的估算不够准确全面；二是没有体现出影响因素的动态变化。根据上述的文献总结和先验理论，本文选取人均GDP、产业结构、能源结构、能源强度、高技术产业发展程度、城市化率、贸易开放度等7个因素作为考察对象，采用灰色关联分析法研究中国人均碳排放的影响因素，并考察这些因素随时间的动态变化。

二、中国碳排放影响因素分析

(一)碳排放估算与中国脱钩状况

本文所用数据中水泥产量来自《中国工业统计年鉴2012》，水泥生产碳排放数据来自美国CO2信息分析中心(Carbon Dioxide Information Analysis Center,CDIAC)，其余数据来自历年《中国统计年鉴》。凡是涉及到价格的，统一平减为1978年的不变价格。

由于没有官方发布的中国历年碳排放量的数据，因此要对该数据进行估算。估算方法是首先计算终端八种化石能源(煤炭、焦炭、原油、汽油、煤油、柴油、燃料油和天然气)消耗量产生的碳排放，加上水泥生产产生的碳排放，由此得到中国历年的碳排放量。

化石能源消费碳排放按下文公式计算，其中各类能源的平均低位发热值数据来自《中华人民共和国国家标准GB/T 2008 综合能耗计算通则》；碳排放系数来自“IPCC2006指南”；大部分文献中碳氧化率都取1，实际上燃料中的碳是不可能经过燃烧全部转化为CO2的，本文的碳氧化率数据来自中国能源网“CO2排放计算——部门法加权平均”*http://www.china5e.com/show.php contentid=77707。由此得到的各种化石能源的碳排放因子见表1。

CO2排放量=∑i能源消费量×热值×碳氧化因子×碳排放系数×44/12

表1 各种化石能源的碳排放因子

中国经济发展及城市化进程的推进需要大规模基础设施建设，这带动了对建材的需求，从而推动了制造业中的某些行业特别是非金属矿物制品业(水泥、石灰、玻璃等的制造与生产)的迅猛发展。中国水泥产量多年来位居世界第一，1995年产量为47560.59万吨，2011年全国水泥产量209925.86万吨，占世界水泥总产量已经超过一半以上。水泥生产碳排放量占中国碳排放总量的比重自1995年始一直在上升，1995年为6.29%，2011年上升为9.61%。林伯强指出，水泥的生产过程会产生大量的CO2，其排放量占到中国碳排放总量的10%左右，因此我们不能对此忽略不计[1]。水泥生产碳排放情况见表2。

表2 中国历年水泥生产碳排放量及占中国碳排放总量比重

将化石能源消耗产生的碳排放与水泥生产产生的碳排放相加就得到中国历年碳排放总量数据。中国能源消费总量1995年为131176万吨标准煤，2011年达到348002万吨标准煤,年平均增长率为6.29%。从趋势上看可以分为两个阶段，1995-2000年增速较缓，年平均增速为2.10%；2000-2011年是高速增长阶段，年平均增速为8.25%。碳排放与能源消费的趋势高度相似，1995年碳排放总量为387661.25万吨，2011年增加到1062280.08万吨，年平均增长率为6.50%。1995-2000年平均增长率为1.30%；2000-2011年平均增长率为8.96%。按不变价GDP计算，1995-2011年能源边际消费为3.39吨标煤，CO2边际排放为10.56吨,即GDP每增加1万元，能源消费平均增加3.39吨标煤，CO2排放平均增加10.56吨。1995年的能源强度为7.28吨标煤/万元，2011年下降为4.25吨标煤/万元；碳强度1995年为21.52吨CO2/万元，2011年下降为12.97吨CO2/万元，能源强度和碳强度下降趋势明显，这表明了中国生产技术的进步和控制碳排放的决心。能源消费与碳排放趋势见图1。

图1 1995-2011年中国能源消费和碳排放趋势图

利用脱钩指数可以动态反映中国经济发展与碳排放相对变化的程度和规律[15]。脱钩指数ε是一种动态相对数，等于碳排放的变化率与同期GDP 变化率之比。其中强脱钩是指εlt;0,即GDP增长率大于0，而碳排放增长率小于0，代表绝对低碳经济发展阶段；弱脱钩是指0lt;εlt;0.8，代表相对低碳经济发展阶段；扩张连接是指0.8lt;εlt;1.2；扩张负脱钩是指εgt;1.2。

1996-2011年共16年间，经济发展和碳排放呈现强脱钩的年份只有1997和1998两年，这是因为这两年中国经济受到了东南亚金融危机的波及，经济发展减缓，能源消耗减少所致，以后便迅速恢复。其余年份都是碳排放变化率大于GDP变化率，特别是2003-2006年，脱钩指数均大于0.8，脱钩状态呈现扩张连接或扩张负连接现象，这期间正是我国产业开始重化工业化，重工业等高耗能行业发展迅猛，导致能源消费和碳排放增加，使得碳排放增长明显快于GDP增长。2007年脱钩指数下降为0.53，之后一路上升，到2011年又呈扩张连接状态，这是因为中国经济受到了全球金融危机的冲击，不得不依靠大幅增加投资来刺激经济增长的后果开始显现。

表3 1996-2011年中国脱钩状况

(二)灰色关联分析

1.模型

在现实世界中，“小样本”、“贫信息”不确定性系统普遍存在，灰色系统理论以善于处理此类问题而得到了广泛应用。灰色关联分析是灰色系统理论的重要组成部分，其基本思想是根据序列曲线几何形状的相似程度来判断其联系是否紧密。曲线越接近，相应序列之间的关联度就越大，反之就越小。灰色关联度有多种，本文采用灰色综合关联度分析中国碳排放的影响因素，灰色综合关联度是灰色绝对关联度和灰色相对关联度的综合，其计算过程如下[16]：

设有序列Xi=(xi(1),xi(2),…,xi(n),i=0,1,…,m，X0为系统总特征时间序列，称为参考序列；Xi,i=1,2,…,m为系统因素时间序列为，称为比较序列。

第一步，计算灰色绝对关联度。首先对始点进行零向化处理，

然后按照如下公式计算灰色绝对关联度ε0i：

第二步，计算灰色相对关联度。先将数据进行初值像处理

第三步，计算灰色综合关联度ρ0i。计算公式为：

ρ0i=θε0i+(1-θ)γ0i, 其中取θ=0.5

2.结果与分析

本文选取的时期为1995-2011年，以中国人均CO2作为参考序列，根据先验理论选取人均GDP、产业结构、能源结构、能源强度、工业先进程度、城市化率、贸易密度等7个因素为比较序列，考察这7个因素对中国碳排放的影响,各指标含义见表4。为了考察各影响因素的动态变化趋势，首先针对1995-2000年进行计算，然后采取窗口长度递增的方法，计算出以后每年的灰色关联度，由此来考察中国碳排放的主要影响因素及其动态变化。

表4 模型中相关指标及含义

分析碳排放与各影响因素的灰色综合关联度，灰色关联度的大小即意味着对碳排放的影响程度的大小。横向来看，2000-2002年，灰色综合关联度大小居前两位的是能源结构和产业先进程度，即这两个因素对中国碳排放的影响程度最大；2003-2004年，居前两位的是能源结构和贸易密度；2005年是能源结构和产业结构；2006-2007年是产业结构和能源强度；2008-2011年是能源强度和城市化率。由此可见，对中国人均CO2排放影响程度较大的因素，初期是能源结构、工业先进化程度和贸易密度，到后期是能源强度、城市化率和产业结构。纵向来看，人均GDP、能源强度、城市化等因素随着时间发展对碳排放的影响呈逐渐增大的趋势；能源结构、工业先进化程度等呈下降的趋势；产业结构和贸易密度的影响呈波动趋势。碳排放与各影响因素的灰色关联度见表5。

(1) 人均GDP。人均GDP与中国人均CO2排放的灰色综合关联度在2000年为0.5858，所有因素中影响程度最小，之后缓慢上升，2011年关联度为0.6093，影响程度在所有因素中上升到第5位。人均GDP是对一个国家人均产品与服务的生产能力的综合衡量指标，其不但反映了该国的经济发展水平，而且反映了居民物质生活的富裕程度。1995-2011年，中国的人均GDP以年均9.08%的速度增长,人均GDP的快速增长使得我国经济持续发展、综合国力增强、人民生活水平得到提高。人均GDP从两个方面影响碳排放：经济增长需要消耗作为基本要素的能源，这就要产生碳排放；收入水平提高时，势必增加居民对汽车、空调等耐用消费品的需求，导致生活用能源消费量和碳排放量的增加。因此人均GDP对人均CO2排放的影响程度越来越大。

(2)产业结构。产业结构对中国碳排放的影响程度在所有因素中一直居于前三位，与中国人均碳排放的关联度先上升后下降，2000年关联度为0.6657，居第三位；2006年关联度上升为0.7656，居第二位；之后逐渐下降，2011年关联度为0.6758，居第三位。创造同样的GDP,第三产业要比第二产业消耗更少的能源并排放更少的CO2。以2011年为例，每万元GDP(当年价格)第二产业需要消耗1.08吨标准煤，第三产业仅消耗0.23吨标准煤，约为第二产业的五分之一，“二、三、一”的经济结构向“三、二、一”的经济结构转变会使得能源消费下降，相应的碳排放也减少。分析中国经济结构的变化，从1995年到2011年，国民经济结构中第三产业的比例不断上升，由32.86%上升到43.35%，年平均上升0.66个百分点，但是这一期间第二产业的比例一直在45%以上，且几乎没有变化。因此中国的产业结构就成为影响碳排放的一个重要因素。

表5 各影响因素与碳排放的灰色关联度

(3)能源结构。从关联度来看，能源结构与产业结构的影响趋势类似，先上升后下降，其影响程度在2002年以前居第一位，到2003年位居第二位，其后逐渐让位于其他影响因素。这与中国的资源能源禀赋密切相关。煤炭在现有化石能源中碳排放因子是最高的，产生同等的热量，煤炭的碳排放量是石油的1.283倍，天然气的1.686倍，而且煤炭的利用效率要比其他能源低很多。囿于中国“富煤、贫油、少气”的资源格局，中国能源消耗一直以煤炭为主，其所占比例一直超过73%，且近年来有增加的趋势，2011年已达到77.8%。煤炭消耗产生的CO2排放量占到全国总排放量的79%-85%，能源的低碳化、清洁化和绿色化在目前还远不是中国能源消费的主流，中国能源去煤炭化的路程还很艰难。

(4)能源强度。能源强度与中国碳排放的关联度一直在上升，由2000年的0.6322位居第五位，迅速增加2006年的0.7923，居第一位，2007年超过0.8，一直到2011年关联度都在0.8以上，影响程度在所有因素中最大。中国能源强度是逐渐下降的，1995年的能源强度为7.28吨标煤/万元，2011年下降为4.25吨标煤/万元，年均下降3.31%，这代表了中国能源利用技术水平在提升。技术水平的提升促进了能源应用技术和能源转换效率的提高，减少了生产过程中的能源损耗，从而减少了碳排放。依靠技术进步努力提高中国各行业的生产工艺和技术水平，提高清洁能源的利用率和提高能源利用效率，从而促进中国能源强度的进一步下降，是中国节能减排的根本途径。

(5)工业先进程度。工业先进程度与人均CO2排放的关联度在2000-2003年所有因素中排在第二位，之后下降迅速，2011年所有因素中影响程度最小。这与中国高技术产业的相对发展缓慢有关。1995年，高技术产业总产值占工业总产值比重不到1%，2000年超过了12%，之后一直在10%～13%之间徘徊。高技术产业是指用当代尖端技术(主要指信息技术、生物工程和新材料等领域)生产高技术产品的产业，具有资源能源消耗少、附加值高、产业辐射面广等特点。大力发展高技术产业，可以大幅度减少资源能源消耗，提升能源效率从而降低单位GDP的碳排放，实现我国节能减排的目标。

(6)城市化。城市化率与中国碳排放的关联度随时间变化越来越大，从最初的第六位上升到2008年的第二位保持到2011年，这表明中国正在进行的城市化对中国碳排放的影响逐渐加大。中国城市化率1995年为29.04%，2011年达到了51.27%，年均提升1.39个百分点。根据发达国家经验，城市化率在30%～70%期间是加速城市化的时期，目前中等发达国家的城市化率是85%，西方发达国家的城市化率都在95%左右，因此中国的城市化建设还处于加速发展时期，城市化率还有很大的提升空间。由于城市化与工业化基本同步，城市化进程中的工业化特征体现为高耗能产业迅速发展，相对于国内城市化进程所需要的大量高耗能产品，如大规模城市基础设施和住房建设需要的大量水泥与钢铁，国际市场太小，只能依靠国内生产来满足[1]。这就需要工业相关行业快速发展为城市化建设提供支撑。因此城市化逐渐成为影响中国碳排放的第二因素，且在未来几十年内必将还充当这一角色。

(7)贸易密度。中国对外贸易与人均碳排放的关联度2000年为0.6361，居第三位，2003和2004年上升到第一位，关联度分别为0.7704、0.7469，之后有所下降，2011年关联度为0.6668，2005-2011年，影响程度在第三或第四位徘徊。分析原始数据，中国货物进出口总额占GDP比重的变动趋势与关联度的基本一致：从1995年到2011年，货物进出口总额占GDP比重稳定上升，1995年为39.29%，2005-2007年超过了60%，之后由于经济危机爆发使得世界经济放缓需求减弱，中国货物进出口总额占GDP比重下降迅速，2009年仅为44.27%，2010和2011年两年也是刚超过50%。越来越多的研究指出，对外贸易过程往往伴随着碳排放的转移，即发达国家由于受到较高的环境保护政策约束，将高污染、高能耗的产业转移到发展中国家，发展中国家为了优先发展经济，吸引外资，往往设置较低的环境保护标准。对中国来说，贸易密度对人均碳排放有显著的影响，碳排放随着贸易密度的增加而增长。

三、结论与政策建议

本文采用灰色关联分析方法动态分析了人均GDP、产业结构、能源结构、能源强度、工业先进程度、城市化率、贸易密度等7个因素对中国碳排放的影响程度。主要结论：1995-2011年，中国GDP每增加1万元，能源消费增加3.39吨标煤，CO2排放增加10.56吨；对中国人均CO2排放影响程度较大的因素，初期是能源结构、工业先进程度和贸易密度，到后期是能源强度、城市化率和产业结构；人均GDP、能源强度、城市化的影响逐渐增大，能源结构和工业先进程度的影响逐渐下降，产业结构和贸易密度的影响呈波动趋势。

上述结论蕴含丰富的政策含义。从以上结论可以看出，中国碳排放与自身的经济发展和人民生活是密切相关的，不合理的大幅削减碳排放势必会对中国的可持续发展造成影响。因此，中国在节能减排、绿色发展的道路上，必须权衡减排与发展的关系，在保证经济发展不受影响的前提下，控制碳排放，实现发展与减排的双赢。

1.制定有效合理的节能减排政策和措施。对各产业、各区域的发展程度、技术水平、碳排放现状、节能减排的潜力进行细致摸底、深入评估，在此背景下，针对中国政府提出的具体的节能减排的目标，做到在区域和产业层面上自上而下层层分解，规定具体时间具体目标，各部门自下而上层层落实，保证目标的实现。同时各级政府要提供具体详细有效的政策支持和技术指导。

2.加快产业结构和能源结构调整。加快产业结构调整，一是加快淘汰落后产业产能，并抑制过剩产能，引导产业健康发展；二是控制能源资源消耗高的行业的发展，并防止发达国家对中国此类产能的输出；三是抓住全球产业调整的机遇，发展以高新技术为基础的高科技产业，利用高技术产业改造提升传统产业和基础产业，迅速优化我国产业结构。立足国情进行能源结构调整，一是提高煤炭的利用效率并发展洁净煤技术；二是加快能源的结构性调整，降低煤炭消费比例，提升天然气等优质能源的消费比例，并通过推动新能源、可再生能源产业化和市场化，使之得到健康发展并成为能源消费支柱。

3.转变城市化发展思路。城市化能扩大内需，为我国经济的长期发展提供巨大的结构调整支持。中国城市化建设仍处于加速发展的前半期，但目前这种以片面追求城市规模扩大、空间扩张的思路是不可持续的。应当大力发展低碳城市化、新型城市化，坚持以人为本，以新型工业化为动力，以统筹兼顾为原则，推动城市现代化、城市集群化、城市生态化、农村城市化，全面提升城市化质量和水平，走科学发展、集约高效、功能完善、环境友好、社会和谐、个性鲜明、城乡一体、大中小城市和小城镇协调发展的城市化建设路子。如此这样必能利用市场导向，使对高能耗产品的巨大需求得到抑制。

4.调整进出口结构，控制高能耗产品的出口。出口产品在国内生产且其产品碳排放各不相同，降低出口产品中高碳产品的比例并增加低碳产品的比例，这就避免了将碳排放留在国内，自然就可降低国内的二氧化碳排放，同时也提高了产品的竞争力，提升了了对外贸易的质量。具体可以采取加强环境规制、征收碳税等手段抑制高耗能产品出口的需求。

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F205

A

1009-105X(2013)04-0068-07

2013-10-11

国家自然科学基金项目“环境规制下我国制造业转型升级研究”(项目编号：71173116)

王常凯，男，东南大学经济管理学院博士研究生，南京信息工程大学制造业发展研究院研究人员，研究方向为产业经济、能源经济。