天津市碳排放强度与碳排放影响因素分解分析

龚 雨 芹

(天津大学 管理与经济学部 系统工程研究所，天津 300072)

天津市碳排放强度与碳排放影响因素分解分析

龚 雨 芹

(天津大学 管理与经济学部 系统工程研究所，天津 300072)

通过对1996 ～2012年天津市经济增长、能源消费进行分析，发现减少天津市CO2排放对其低碳城市建设有着重要的意义.通过计算天津市CO2排放量，运用LMDI法分解影响CO2排放的因素，探索了天津市二氧化碳减排政策.结果表明，天津市能源消费量保持上升形势，且终端消费能源结构以煤炭为主.能源消耗量的增多必然会导致天津市CO2排放的迅速增多，其中，第二产业对能源消耗产生的CO2中贡献最大，决定了全市CO2排放增长的形势.人均GDP和能源强度效应的累积贡献量相对较大，而能源消费结构以及产业结构累计贡献量相对较小，且拉动和减缓作用交替出现.优化天津市能源结构和产业结构是发展低碳经济的根本路径.

碳排放；碳排放强度；因素分解；结构效应；对数平均迪氏指数法

政府间气候变化专门委员会通过对全球气候变化进行评估，积累了大量资料.在1956～2005年间以每10年0.13 ℃的速率变暖[1]，这主要是由温室气体排放的增多导致的.工业革命后，化石能源的使用逐步增多， CO2排放量也迅速上升，在未来很长时间内，地球将会承受气候变暖带来的生态环境变化.

如今，中国经济快速发展，能源消耗逐步增多，CO2大量排放所造成的环境问题也越来越受重视[2].中国通过消耗化石燃料产生的 CO2排放量已超过美国，并成为了世界第一大 CO2排放国家[3].我国应肩负起改善环境的重担，探索发展低碳经济的路径.

各国学者对碳排放强度的研究，集中于两大部分：①影响碳排放强度的原因.Ang等对中国工业能耗和CO2排放进行了解析，发现工业增加产值及行业能源强度与碳排放强度具有正负效应关系[4]；Cramer和Cheney采用环境压力等式模型对美国加利福利亚州人口、政府财政政策、收入等对碳排放强度的影响进行了深入研究[5]；Greening通过对10个OECD国家碳排放强度按部门分析后，认为生产部门碳强度降低是整体行业碳排放降低的主要原因[6]；宋德勇等认为“高投入、高排放”的经济发展方式是导致CO2排放增加的关键因素[7]；②碳排放强度的指数因子分解学.Yoichi Kaya创立KAYA恒等式，奠定了碳强度指数因子分解的理论基础[8]；Greening等运用指数因子分解方法探索了影响美国能源强度和碳排放强度的因子[9]；Fan等用适应迪氏指数分解法分解了影响中国碳排放强度的因子[10].由于指数因素分解法对数据的要求比较低，且可进行时间和空间的比较研究，现逐渐成为碳排放总量分解和能源强度分解的主流分析方法.

改革开放之后，天津市经济高速增长.在“十一五”阶段内，天津市能耗增大，CO2量也增加，减少CO2排放已刻不容缓.通过计算天津市CO2排放量，运用LMDI法解析了影响CO2排放的因子，并提供了有效减排建议，对天津市低碳建设有着重要意义.

1 天津市能源消费和二氧化碳排放现状

1.1 天津市能源消费状况

1.1.1天津市能源消费总量及其变化率

通过生产消耗的能源是天津市最主要的能源消耗方式.1996年之后，天津市的能源消耗量总体保持增长形势；2012年能源消费量达到8 208.01万tce，较1996年增长228.49%[11-12].

1.1.2天津市与地区能耗比较分析

据统计数据，2009年全国单位GDP能源消费是1.077 tce/万元，降低3.61%，其中天津单位GDP能源消费是0.836 tce/万元，降低6.03%，单位GDP能源消费由低到高在全国各省市中，排第七位[13].

1.1.3终端能源消费构成分析

通过把煤、油品、天然气等消耗量折成标煤，发现天津市终端能源消费以煤炭为主，石油类其次，天然气为辅.能源结构目前呈慢慢优化趋势，却依然不能改变煤炭为主的格局；虽然天然气在终端消费能源中增长速度缓慢，天津市能源结构有待进一步优化.

1.2 二氧化碳排放估算方法

由于数据获取困难，这里仅对终端化石能源燃烧导致的二氧化碳排放进行计算.测算方法基于 IPCC清单法[14]，公式如下：

(1)

其中：Ct是第t年CO2排放量，Ci,t为第t年i部门的CO2排放量，Ei,j,t为第t年i部门j种能源终端消费量，Fi为第i类能源的碳排放系数(以每吨标准煤计).(见表1)

表1 各种能源碳排放系数[15](t/tce)

1.3 天津市CO2排放分析

1.3.1天津市分产业CO2排放分析

按照传统划分一、二、三产业的方式，测算了1996～2012年天津市各产业CO2排放量.见表2.

1.3.2碳排放对经济的影响分析

随着人们对生活与环境质量要求逐渐提升，低碳经济已成为未来发展的重点.从图 1可以发现，CO2排放量和与GDP保持同样的增长.2005年后，天津市CO2排放增速得到控制，但GDP仍旧增加.这主要受益于减排措施的实施，使单位产值能耗不断降低，不断向低耗能、高产出的经济模式转型.

注：地区生产总值按2005年不变价格计算图1 1996～2012年天津市碳排放量和GDP变化趋势

1.3.3工业部门碳排放的行业结构分析

工业行业的碳排放是天津市碳排放量的主要来源，这里选取 2012 年天津市工业终端能源消耗数据计算碳排放并进行排序，选取七个高能耗高排放行业进行分析.由于数据缺失，这里仅对2005～2012年的CO2排放量进行分析.见图2.

图2 天津市高能耗高排放行业碳排放量变化趋势

2005 年，天津市高排放行业贡献了 58.51 %的CO2，至2012年，高排放行业贡献了69.03 %的CO2，其他行业仅贡献了约30 %的碳排放量.2012年黑色金属冶炼及压延加工业碳排放占总量的48.38 %，远大于其他部门；2012年，化学原料及化学制品制造业CO2排放量排第二，占比13.94%；2005～2009年期间，石油加工炼焦及核燃料加工业CO2排放量持续上升，2010年之后开始下降.黑色金属冶炼及压延加工业、化学原料及化学制品制造业和非金属矿物制品业碳排放量总和占排放总量的64.54%.可见工业产生的CO2主要来自于少数几个高能耗高排放部门.

1.4 天津市碳排放强度分析

1.4.1天津市碳排放强度测定

2009 年哥本哈根气候会之前，中国提出了“单位 GDP 碳排放”的概念.根据以下公式，可测算碳排放强度：

(2)

其中：ρt是第t年碳排放强度，Ct是第t年CO2排放量，Gt为第t年天津市生产总值.

通过图3可以发现，整体上天津市碳排放强度逐步下降.2012年碳排放强度与2005年比，降低了40.89%，如果继续现有速度，至2020年可以实现碳排放强度相比 2005 年降低 40%～45%的目标.

图3 1996～2012年天津市碳排放强度变化趋势

1.4.2工业部门碳排放强度分析

2012年，工业行业共产生47.49%的增加值，却导致相对于54.14%的碳排放总量.所以需要对各工业部门碳排放强度开展分析.由数据获取困难，这里仅对2007年天津市工业部门碳排放强度进行分析，其中各工业部门生产总值数据来源于《2007年天津市投入产出表》，选取2007年碳排放强度1.13 t/万元为该年平均碳排放强度.见图4.

结果显示，天津市不同工业部门碳强度差别极大.2007年，有11个工业部门的碳强度超过平均碳强度，其中，非金属矿物制品业和金属冶炼及压延加工业超标最突出.非金属矿物制品业和金属冶炼及压延加工业排放分别是平均水平的7倍和6倍，导致碳排放强度总体维持在一个比较高的水平.

注：地区生产总值按2005年不变价格计算图4 2007年天津市工业各部门碳强度情况

2 天津市产业CO2排放量影响因素分析

2.1 研究方法

在Ang提出的最原始的LMDI分解因素基础之上[16-17]，将天津市碳排放分解为人口、人均GDP、产业结构、能源效率、能源结构和碳排放系数6个因子，分解等式如下：

(3)

其中：P为人口；Q为GDP；E为能源消费量；C为能源消费的碳排放量.i为产业类型，j为能源类型.我们用ΔCtot表示能源消费碳排放增量为综合效应，综合效应由六方面效应的贡献量(万t)构成，即人口效应贡献量Δ CP、人均GDP效应贡献量ΔCG、产业结构效应贡献量Δ Cs、能源效率效应贡献量Δ Cn、能源结构效应贡献量Δ Cm和碳排放系数效应Δ Cu.

设基期的碳排放量是C0，t期是CT，Δ Ctot表示从基期到t期碳排放变化量，有：

ΔCtot=CT-C0=

ΔCP+ΔCG+ΔCs+ΔCn+ΔCm+ΔCu

(4)

如果测度逐年各因素效应贡献量，有：

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

2.2 结构效应的影响分析

这里把1996年设作基期，对天津市1997～2012年碳排放进行因素解析，观察各因素的贡献量.见图5.

根据结果可看出，人均GDP和能源强度效应累积贡献量较大，而能源消费结构以及产业结构累计贡献量较小，拉动和减缓作用交替出现.经济增长是导致天津市CO2排放增加的关键因素，而降低能源强度是减缓CO2排放增长的重要途径.以下是具体分析.

图5 天津市历年各影响因素累积贡献量

2.2.1人口效应

图6结果显示，人口对天津市碳排放增大起到了拉动的作用，这种作用仅次于人均GDP效应带来的变化.在农村城镇化的驱动下，近年来，天津市人口增多，1996～2012年年均增长率达2.53%，人口因素共贡献了16.6%(2 296.79万t)的CO2排放量.

图6 天津市人口效应累积贡献量及CO2排放

2.2.2人均GDP效应

人均GDP的提升是导致天津CO2排放增多的直接原因.1996～2012年，天津市人均 GDP年均增长率达11.12%，经济水平共导致76.2 %(8 173.96万t)的CO2增量.天津市是北方经济中心，工业持续高速发展趋势势必继续维持，所以应从改变经济增长的角度出发，慢慢削弱经济对天津CO2排放带来的变化.见图7.

图7 天津人均GDP效应累积贡献量及碳排放

2.2.3产业结构效应

根据分解结果，天津市产业结构效应贡献量并不多.1996～2012年间天津市产业结构共贡献了9%(185.54万t)的CO2减排.以2003年分界，产业结构效应累积贡献量从负效应变为正效应，到2008年起才回到负效应.与此对应，1997～2002年第三产业占比提升(37.8%增长到46.4%)，第二产业比重下降(从55.7%下降至49.7%)，此期间产业结构效应累积贡献量为负值，呈减缓作用；但2003年天津快速引进了多项重化工产业，使得二产的比重从49.7%上升至55.2%，三产从46.4%下降至42.8%，产业结构效应累积贡献量突然变为正值，产业结构因素从减缓因素变为拉动因素，CO2排放量呈现大幅提升，至2008年才有所缓和.因此，降低第二产业比重，促进第三产业发展，可抑制CO2排放量的增长.见图8、9.

图8 天津市产业结构效应累积贡献量及碳排放

图9 1996～2012年天津市产业结构变动图

2.2.4能源消费结构效应

天津市的能源消费结构效应贡献量相对较小，但我们对比能源结构效应的累计贡献量和碳排放总量，得出其对CO2排放变化带来的影响也不可忽视.1996～2012年间能源强度因素累积实现了8%(0.24万t)的碳排放.以2003年为界，之前天津市能源结构累积贡献量呈小幅下降趋势，之后突然大幅度上升，变成正值，能源结构因素从减缓因素变为拉动因素，与此趋势相一致的是碳排放量开始快速增加.煤炭消费产生的CO2排放是CO2排放总量的主要部分，但煤炭碳排放系数较高，这强调了利用水能、太阳能、风能等可再生能源的必要性.见图10.

图10 天津市能源结构效应累积贡献量及碳排放

2.2.5能源强度效应

能源强度是实现CO2排放减少的重要因子.能源强度对天津市CO2排放影响表现出波动的变化，但累积增量表现出负面的效应，1996～2012年间能源强度共导致82.5%(5 690.37万t)的CO2减排.2003年前能源利用效率的提高较好地抑制了CO2排放，2009年后由于坚持可持续发展，能源利用效率大幅增加，成功抑制了CO2排放的迅速增长.见图11.

图11 天津市能源强度效应累积贡献量及碳排放

3 天津市低碳经济发展政策建议

天津市要实现低碳经济，需要结合其具体情况.这里从3个方面提出一些具体的建议.

3.1 优化能源结构

在短时间内，天津市以燃煤为主的能源结构不大可能发生转变，这对天津市实现减排的目标带来巨大压力.因此，应针对能源结构制定一些策略：制定统一排放标准，强制超标排放部门进行减排技术改造；实行补贴或奖励等政策引导企业提升燃煤利用率；大力推行清洁技术.

3.2 优化产业结构

结合本市特点，发展低碳经济应是要分层次、分重点对产业结构调整.而天津市八大产业中，石油化工是高耗能行业，应重点对工业中高能耗高排放的部门实施节能减排.短时间内天津市重石油化工的产业较难发生变化，为了实现低碳发展，应努力发展高技术产业，优化本市产业结构

3.2.1石油化工产业

对于石化行业来说，应该加速技术的研发，往技术密集型产业发展.炼化企业则应增加研发成本，攻克轻质油的难题，实现量产；重建技术创新体系.

3.2.2高新技术产业

电子信息、生物、新能源等产业技术含量高，造成的碳排放比石油化工等产业少.发展高技术行业，可优化产业结构，最终起到减少CO2排放的作用.

新能源新材料产业作为天津市的新兴支柱，近年来飞速发展，尤其是风电产业和LED产业.天津市应凭借其优越的地理位置，建立全球领先的风电产业基地；LED照明耗电量少、寿命长且环保，发展前景可观，天津市有必要加大扶持力度.

3.2.3生态旅游业、物流业等第三产业

天津市拥有丰富的自然、人文资源，应加速其生态旅游业的发展.物流行业造成的CO2排放少，且耗费较少的资源，天津可以依托其北方重要枢纽的优点，加快发展现代物流产业.

3.3 政策工具

政府可以实行税收政策，对使用高排放的机动车的人征税，获得的税收收入可以用于环保建设.同时，对于一些民营企业，政府应该实施扶持的政策，帮助它们实现低碳发展.

4 结 语

通过介绍发展低碳经济的重要性，对天津市能源消费、CO2排放和碳排放强度进行分析.通过对影响CO2排放的因素进行分解，分析CO2排放量日益增长的原因，探索天津市发展低碳经济的路径.

如今，天津市能源消费量总体呈现上升形势，天津市终端消费的能源以煤炭为主，石油类其次，天然气等清洁能源为辅.第二产业产生的CO2排放中占总排放比例最大，造成全市 CO2排放的持续增长.

人均GDP和能源强度效应对天津市CO2排放的累积贡献较大，能源消费结构以及产业结构累计贡献较小，拉动和减缓作用交替出现.加快化石能源向可再生能源的转变，推行低碳技术，提升能源使用效率，逐步降低第二产业比重，大力发展第三产业，能有效的促进低碳经济发展.此外，利用政府财政税收手段，增大低碳行业的金融支持，也能实现低碳经济.

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Analysis of carbon intensity of Tianjin and effect of carbon emission factor decomposition

GONG Yu-qin

(Institute of Systems Engineering,School of Management & Economics, Tianjin University, Tianjin 300072, China)

With the rapid development of China’s economy, the energy consumption gradually increases, and more and more importance is given to the environment problem caused by large amounts of CO2emissions. Through analyzing the economy growth and energy consumption in Tianjin during 1996～2012, it is found that reducing CO2of Tianjin has important implications for its low carbon city construction. By calculating the CO2emissions of Tianjin and studying on the decomposition of carbon emission factors by the logarithmic mean Divisia index method (LMDI), the CO2emission reduction policies of Tianjin are explored. The results show that the energy consumption of Tianjin keeps increasing and the terminal energy consumption structure is mainly based on coal. The increase of energy consumption leads to the rapid increase in CO2emissions in Tianjin. The second industry is the largest contribution in the CO2emissions created by energy consumption, and it determines the city’s situation of CO2emissions. The cumulative contribution of the per capita GDP and the energy intensity effect are relatively large, while the cumulative contribution of the energy consumption structure and the industrial structure of rate are comparatively small, and it appears pull and slow effect alternately. Optimizing the energy structure and industrial structure of Tianjin is a fundamental path of low-carbon economy development.

carbon emission; carbon intensity; decomposition analysis; structural effect; logarithmic mean divisia index method

2014-11-01.

国家自然科学基金项目(71273185)；国家发展改革委应对气候变化司中国清洁发展机制基金项目(2012023)

龚雨芹(1989-)，女，硕士，研究方向：能源与环境政策建模.

F206

A

1672-0946(2015)05-0557-07