基于LMDI方法的陕西省能源消费碳足迹因素分解研究

宋 敏，郭清卉

（西安财经学院 陕西资源环境与区域经济研究中心，陕西 西安710100）

一、引 言

大量温室气体排放引发的气候变暖问题已引起全球的关注，中国作为最大的碳排放国，能源消费与二氧化碳的排放成为关注的焦点。气候变化是当前人类社会面临最为严峻的全球环境问题之一。虽然关于气候变化成因和影响的学术争论一直存在，但不可否认，大气中温室气体浓度的增加是导致这一变化的重要因素。节能减排，发展低碳经济，实现可持续发展，是人类与地球和谐共存的必然要求。作为一个负责任的大国，中国郑重地向世界承诺，到2020年单位GDP碳排放强度将在2005年的基础上减少40%～45%，并已作为约束性指标纳入到了国民经济和社会发展中长期规划之中［1］3－4。随着中国经济快速发展，能源消费持续增长，由传统能源消费带来CO2排放过多引起的温室效应已经成为关注的焦点问题。陕西省居于国家区域发展总体战略的优先位置，其碳排放量也与日俱增，其面临的挑战是如何在保持经济增长的同时完成降低碳排放的目标。因此，开展对陕西省能源消费碳排放的研究，对推动区域低碳经济的发展具有重要意义。

近年来，各种分解方法被用来定量分析不同因素变动对能源消费碳足迹的影响，取得了不少进展，如计量回归、结构分析法和指数分解法等。当前国外学者对碳排放测算主要依据投入产出模型。Peter等使用环境投入产出模型（Environmental Input－Output，EIO）估算消费中嵌入的二氧化碳排放量［2］，但EIO模型对数据有较高的要求，编程数据集存在很大的困难，所以应用不广泛。Davis和Crlderia基于消费者的角度估算了全球贸易中嵌入的二氧化碳排放，研究发现，2004年全球23%的二氧化碳的排放是来自中国和其他新兴的发达国家出口贸易［3］。目前国内学者在碳排放研究方面也开展了大量工作，取得了很多有益的研究成果。石敏俊等利用2007年各省区的投入产出模型和2002年中国省区间的投入产出模型，测算出中国各省区的碳足迹及省区间的碳排放转移［4］。张丽君等采用2002－2009年的能源消费数据，运用LMDI方法和脱钩指数分析了郑汴都市区碳排放驱动因素及其产业低碳发展的类型和方向，指出经济规模与要素投入是碳排放变化最主要的推动要素和脱钩变化相对平稳的因素［5］。李艳梅等对中国1980—2007年的碳排放进行分解，构建因素分解模型，分析了经济总量增长、产业结构演进和碳排放强度变化所产生的碳减排效应［6］。宋敏选取了榆林经济发展中影响生态环境的指标，借用人工神经网络方法进行了预测研究［7］。张伟等对陕西省的碳排放影响因素及其作用强度进行了深入研究，提出了抑制碳排放不合理增长的若干建议［8］。

综合国内外的研究可以看出，碳足迹的测算存在多种模型和方法，且根据不同方法计算得出的结果并不相同。目前针对陕西省能源消费中碳排放的研究较少，尤其是关于能源消费碳足迹的研究更少，且当前的研究成果远不能满足本省发展的需要。在这一背景下，本文利用近几年的统计数据，采用对数平均迪氏指数法（LMDI）对陕西省的能源消费碳足迹进行分析并得出相应结论，为当前陕西省调整、制定具体的节能减排政策，实现经济社会可持续的低碳化发展提供参考。

二、相关理论与方法

“碳足迹”的概念来源于“生态足迹”，是指在人类活动过程中直接或间接排放的CO2或者其他造成温室效应的气体的总和。它是从生命周期角度的意义出发，分析各种产品生命周期或与人类活动直接或间接相关的碳排放过程。碳足迹的计算是评估人类在活动过程中温室气体排放量的有效途径，碳足迹概念自提出以来就广泛应用于各领域，而本文中的“能源碳消费足迹”专指在各种能源消费活动过程中所产生的CO2排放量。

指数分解方法是指将能源强度变化分解为技术变动和结构因素等，为分析能源强度变化的影响因素提供一个完整的分析框架。在应用研究中主要采用Ang在综合比较各种IDA方法的基础上提出来的对数平均迪氏指数法（LMDI）。Ang认为，该方法满足因素可逆，能消除残差项，克服了用其他方法分解后存在残差项或对残差分解不当的缺点，使该模型更具说服力。

本文依据LMDI分解方法，将陕西省能源消费的碳排放影响因素分解为能源结构、能源强度、经济规模、人口规模四种因素，以测量和分析能源消费结构变化、能源强度增强、经济规模增长和人口变化对陕西省碳排放的影响。根据日本学者Yoichi Kaya提出的碳排放量恒等式建立模型：

式（1）中C表示碳排放总量，指燃烧化石能源（主要包括煤炭、石油、天然气等）释放出的热量所对应的碳量；PE、GDP、POP分别表示一次性能源消费总量、国内生产总值和国内人数总量，Cef、Eef、Gef、Pef分别代表能源结构效应、能源强度效应、经济规模效应和人口效应。设基期碳排放总量为C0，t期碳排放总量为Ct，用下标tot表示总量变化，可将差分分解为：

各分解因素贡献值的表达式分别为：

能源结构效应：

其中，Cij表示第i种产业中消耗第j种能源产生的碳排放，Mij表示第j种能源在第i种产业的能源消费中所占比重，Ii表示第i种产业单位GDP的能源消费量，即该产业的能源强度，G表示人均GDP，P表示人口数量。

三、陕西省能源碳足迹分解

（一）陕西省能源禀赋现状

陕西省能源资源储量丰富，截止2012年底，煤炭保有储量为1 641．6亿吨标准煤，位居西部第三位，全国第四位；石油剩余可采储量为3 1397．9万吨，保有储量居西部第二位，全国第四位；天然气剩余可采储量为6 376．26亿立方米，保有储量居西部第四位，全国第四位。综上，陕西省是中国重要的能源生产基地，在中国经济未来的发展中扮演着至关重要的角色。近年来，随着西部大开发力度的加大，尤其在习近平主席提出大力发展“丝绸之路经济带”之后，陕西省要被建设成为丝绸之路经济带的“新起点”和“桥头堡”，经济的快速发展成为大势所趋的局面，这势必会引起各种能源消费量的大幅度增加，因此陕西省现阶段所面临的节能减排任务非常艰巨。对陕西省的碳排放进行深度的研究，将会在很大程度上促进节能减排工作的开展，对本省的发展有着重大而深远的意义。

（二）数据的分解过程

本文中的能源消费主要指由煤炭、石油、天然气构成的化石能源消费总量。数据来源于2006－2013年《中国能源统计年鉴》中的陕西能源平衡表及2006－2013年《陕西统计年鉴》。根据标准煤折算系数（1kg煤品＝0．714 3kg标准煤，1kg油品＝1．428 6kg标准煤，1m3天然气＝1．33kg标准煤），将陕西省三大产业中煤品、油品、天然气的消费量折合为标准煤，结果如表1所示。

表1 陕西省三大产业中煤品、油品和天然气消费量折算成标准煤的数据表 能耗单位：万吨标准煤

根据IPCC碳排放计算指南，利用式（7）计算三种能源消费的碳排放量：

式（7）中，C为碳排放总量，指燃烧化石能源（主要包括煤炭、石油及天然气等）释放出的热量所对应的碳量；Bj为能源j的消费量，按标准煤计算；Cj为能源j的碳排放系数（表2）。根据式（7）计算碳排放量结果如表3所示。

表2 各种能源消费的碳排放系数

表3 陕西省三大产业中煤品、油品和天然气的碳排放量单位：万吨

四、陕西省能源碳足迹影响因素分解

利用上述计算结果，将其依次代入式（3）～（6）中，对陕西省能源消费碳足迹进行LMDI因素分解，得到能源结构效应、能源强度效应、经济规模效应和人口规模效应四种影响陕西省能源消费碳足迹因素变化的情况，再将每种影响因素相加得到总效应。

（一）能源结构因素和能源强度因素

从图1中可以看出，陕西省能源结构因素对陕西省能源碳足迹的累积贡献值在2006年为正值，但自2006年之后就一直表现为负值，且2006－2007年的变化幅度明显，说明在2007年，陕西省能源结构调整对本省能源产业碳排放的增长起到了显著的抑制作用，可以认为陕西省能源结构优化在这一年已经取得了初步成效。自2007年开始，能源结构因素的累积贡献值一直在零以下，虽数值不大，且在这之后有波动，但波动性不明显，说明在这段时间里能源结构因素对陕西省的碳减排一直具有正面作用。

能源强度反映了能源经济活动的整体效率。从图1中可以看出，陕西省能源强度对能源消费碳足迹的累积贡献值一直是负值，说明能源强度的变化对陕西省碳足迹的增加总体上呈现抑制作用，且抑制作用从2006至2010年越来越大，到2011年抑制作用突然减小，但之后又再次出现增强的现象，且增强幅度很大。

图1 陕西省能源结构效应和能源强度效应对能源消费碳足迹的累积贡献图

（二）经济规模因素和人口规模因素

由图2可见，2006—2012年期间，陕西省经济规模效应的累积贡献值一直为正值，并且数值较大，说明经济规模的持续扩大明显推动了CO2排放量的增加，是陕西省碳排放快速增长的关键因素。其中2008－2009年，陕西省经济规模效应的累积贡献值相对于其他年份出现了增长缓慢的趋势，这是由于在国际金融危机的背景下，国际经济出现普遍低迷现象，陕西省经济增长的速度也明显下降，从而使得经济规模效应出现了短暂的缓速。

图2 陕西省经济规模效应和人口规模效应对能源消费碳足迹的累积贡献图

从图2中可以看出，人口规模效应的累积贡献值一直在零之上，说明人口规模因素对陕西省该阶段碳排放增长起着促进作用。虽然中国的计划生育政策有效地控制了人口的快速增长，2007年人口增长率达到了历史的最低点0．52%，但自2005年以来，平均每年的净增长人口规模还是很大。人口数量的高增长使得人口的城市化率也快速提高，随之而来的居民消费规模获得增长，并且消费模式也发生了变化，最终导致能源消费增长使碳排放量增加，由此带来环境问题的加剧。

（三）总效应分析

陕西省能源消费碳足迹的总效应具体如图3所示。由图3可知，陕西省能源消费碳足迹的总效应在数值上除2006年与2007年是负值外，其余年份均为正值，且2007－2011年呈现持续增加的趋势，其中2010－2011年的增速明显，自2011年之后，则出现下降的趋势。说明陕西省能源碳排放量从2008开始一直在增加，这是由于陕西省的经济从2008开始快速增长，特别是2010－2011年进入大发展、大繁荣阶段，从而导致各种能源原料的生产量与消费量大幅增加，最终导致碳足迹的增加。从2011年开始各种因素的总效应开始下降，说明近年来陕西省针对这种情况所采取的各种降低能耗、降低污染、发展低碳经济的措施起到了一定的作用。

图3 陕西省总效应对能源消费碳足迹的累积贡献图

五、政策建议

本文利用LMDI模型，对陕西省能源结构、能源强度、经济规模及人口规模等因素对能源消费碳足迹的影响进行了深度分析，根据分析结论，本文提出如下政策建议：

第一，提高能源利用效率。陕西省正处于工业化高速发展时期，能源强度下降是抑制陕西省能源消费碳足迹增长的主要因素，但其波动性较大。技术进步是能源效率提高的主要驱动力，推动能源开采、利用及转换环节的技术创新和开展清洁生产。同时，完善节能减排相关法律法规的制定和实施，从法律层面上推动能源效率的有效提高。建立能源－经济－环境系统的能源利用效率评价指标体系以及相应的评价考核方法，并将此列入陕西省节能减排综合性工作方案中，对各地区和各用能单位综合评价考核，引导各地区和各用能单位进行节能减排，推动能源、经济和环境的可持续发展。

第二，优化能源消费结构。能源结构变化对陕西省该时期碳排放表现出微弱的正效应，这主要源于陕西省能源结构并未得到明显改善。因此，陕西省应紧紧抓住“丝绸之路经济带”的历史机遇，加大科技投入，继续努力发展能效技术和可再生能源技术，大力培育低耗能、战略性新兴产业。推动能源技术创新，依靠新技术改变传统能源的使用模式，发展新能源开发利用技术。推动工业工艺路线优化，有效减少原材料及能源消耗。利用现有的节能技术及新的技术创新来改造耗能系统，如热电联产、提高电机驱动效率、改进液体膜分离技术、安装能效更高的供热和制冷系统、提高照明效率及推广使用节能灯等，尽快完成经济发展方式从粗放型向集约型的转变，从而实现节能减排的目标。

第三，大力发展低碳经济。经济规模扩大始终是陕西省能源消费碳足迹快速增长的关键因素。陕西省经济的发展需要依靠能源为其提供动力，所导致的环境压力上升也是不可避免的。因此，当前陕西省在制定节能减排政策时不能通过控制经济规模的方式，而应着眼于加快经济发展模型的转变。转变思想观念，强化低碳发展是落实科学发展观重要途径的意识，建立推进低碳经济的制度和措施，发挥各行业的积极性，推进国际合作，整体推进低碳经济的发展，完成国家节能减排目标。同时，应积极调整能源消费结构，提高电力、天然气等高效、清洁能源的占比，推进可再生能源和新能源的开发和利用，大力发展新兴生产服务业和生活服务业，有计划地淘汰高能耗、高污染产业，有效制止低水平重复再建，加快经济结构向能源节约型和集约化转变。

［1］ 赵成柏．中国经济增长中碳排放强度演化机制及减排路径研究［M］．北京：经济科学出版社，2013．

［2］ Peters G，Manshanden W，Tukker A．Report on Technical Report Focusing on Economic Data Sources for SUT／IO Tables for EU25and ROW，EXIOPOL ［N］．Scoping Report WP III．2．a and WP III．3．a，2007．

［3］ Davis S J，Calderia K．Consumption－Based Accounting for CO2Emissions［J］．Sustainability Science，2010，107（2）．

［4］ 石敏俊，王妍，张卓颖，等．中国各省区碳足迹与碳排放空间转移［J］．地理学报，2010，67（10）．

［5］ 张丽君，秦耀辰，张金萍，等．郑汴都市区产业CO2排放演变机理及脱钩分析［J］．地理科学进展，2012，31（4）．

［6］ 李艳梅，张雷，程晓波．中国碳排放变化的因素分解与减排途径分析［J］．资源科学，2010，32（2）．

［7］ 宋敏．榆林资源型产业集群可持续发展评估指标预测研究［J］．统计与信息论坛，2011，26（1）．

［8］ 张伟，张金锁，邹绍辉，等．基于LMDI的陕西省能源消费碳排放因素分解研究［J］．干旱区资源与环境，2013，27（9）．