中国能源消费的二氧化碳排放时空特征分析

孙荃等

[摘 要]基于我国能源相关统计数据，利用联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）提供的缺省因子法，对全国2000—2012年45个行业部门及30个省区的二氧化碳排放总量进行估算，分析其时空特征。2012年我国碳排放总量为260413.02万吨，年均增长率为7.77%，2012年碳排放强度为0.489吨/万元GDP。电力、热力的生产和供应业为碳排放量最大的部门，2002年占总碳排放的34.96%，之后一直处于34%～37%。山东、内蒙古、河北的碳排放占全国碳排放总量的22.92%，是我国碳排放量最多的3个地区；宁夏、山西、内蒙古是我国碳排放强度最大的3个地区，宁夏、山东、福建等地的碳排放强度减小率均小于3.50%。利用散点分布关系说明碳排放强度影响因素的作用导向，经济总量、科技水平、居民消费水平的提高可以促进碳排放强度的降低。建议采取加快推进能源革命、强化科技创新和推广、逐步控制碳排放总量等碳减排政策。

[关键词]能源消费；二氧化碳排放；时空特征；行业部门；中国

[中图分类号]F062.1 [文献标识码]A [文章编号]1671-8372（2015）03-0039-05

Analysis of temporal and spatial characteristics of carbon dioxide emissions from Chinas energy consumption industries

SUN Quan， ZHOU Jing-yue， YAN Yan， ZHANG Pei-dong， GUO Hao， SONG Kai-hui

（College of Environment and safety Engineering， Qingdao University of Science and Technology， Qingdao 266042， China）

Abstract：We calculate the total amount of CO2 emissions in Chinas 45 industry sectors and 30 provinces from 2000-2012 to analyze the spatial characteristics by using IPCC reference method on the basis of statistical data from Chinese energy consumption. In 2012， the total amount of CO2 emission of China is 2，604，130，200 ton， and the average annual growth rate is 7.77%； the carbon emission intensity is 0.489ton per ten thousand Yuan GDP. The industries of electricity and heat production and supply are the largest source of carbon emissions， accounting for 34.96% of the total amount of carbon emissions of 2002， and this ratio has maintained at 34% ～37% until 2012. Shandong， Inner Mongolia and Hebei emitted the largest amount of carbon， accounting for 22.92% of the whole country. Ningxia， Shanxi and Inner Mongolia have the largest carbon intensity. The rate of carbon intensity of Ningxia， Shandong and Fujian is less than 3.50%. Explaining the function of carbon intensity by using scatter distribution relationship shows that the growth of aggregate economy， technological level and the level of household consumption can contribute to reduce the strength of carbon emission. So we suggest accelerating the energy revolution， strengthening the innovation and promotion of science and technology to control the total amount of carbon emissions step by step.

Key words：nergy consumption； CO2 emissions； temporal and spatial characteristics； industry sector； China

一、引言

有关能源的消费及其引致的碳排放问题研究现已成为影响人类社会发展和全球政治经济格局的重大战略课题[1]。为了应对全球气候变化，实现已制定的节能减排目标，需要科学地分析能源消费与二氧化碳排放的时间及地域分布特征。目前，国内外部分学者对二氧化碳排放问题进行了研究。Lantz和Feng、Pendo Kivyiro等[2-3]利用线性回归方法，以加拿大、部分非洲国家为研究对象，研究了人均GDP、人口、技术、能源消费、经济发展、外商投资与碳排放之间的关系。Justice Tei Mensah、Atef Saad Alshehry、Chor Foon Tang、Zihui Yang等[4-7]以非洲6个新兴经济体、沙特阿拉伯、越南、印度为研究对象，运用协整及格兰杰检验方法、格兰杰因果关系检验模型及有向无环图等方法，分析了能源消费、经济增长、能源价格、外商投资与碳排放及彼此间的关系。

Shi-Chun Xu等、邓吉祥等[8-9]利用LMDI方法，分析能源结构、能源强度、产业结构、经济总量、人口规模等因素对能源消费碳排放的影响，研究表明，经济产出是影响碳排放的最主要因素，其次为人口规模、能源结构，城镇化、能源消费、二氧化碳排放之间存在一个长期的双向相关关系，按部门讲，工业部门为最主要的碳排放源，工业行业中碳排放贡献从大到小依次为电力生产、石油加工及炼焦、金属冶炼及压延、化学制造、非金属矿产品。Shaojian Wang等[10]利用1995—2011年中国省域面板数据，发现中国人均碳排放由东部沿海地区经中部地区至西部地区渐次降低。于潇等、马大来、冯宗宪、陈志建等[11-14]对中国各省区的碳排放绩效、能源碳排放和经济增长的关系、人均碳排放的空间格局等进行了探索与研究。李新等[15-16]采用政府间气候变化专门委员会（IPCC）《国家温室气体清单指南》碳排放数学模型，测算了2001—2010年中国及各省电力能源消费碳排放量和碳排放强度，研究了省际碳排放强度时空演变和差异性特征、电能消费碳排放强度的演变特征和产业间差异性。查冬兰和周德群[17]在对中国28个省区近10年能源利用效率进行差异性分析的基础上，研究了能源消耗导致的地区间人均二氧化碳排放的差别。曾贤刚等[18]利用IPCC缺省排放系数和省区能源消费数据计算了省区碳排放，并分析了各省排放的变化趋势及减排对策。

现有研究多立足于国家层面，集中于对碳排放影响因素的分析，对省域层面、行业层面碳排放核算的研究逐渐增多，但仍不足以支持区域减排策略的形成以及国家对碳排放重点行业的控制，难以为我国完善减排政策体系提供足够的理论参考。本文收集国家及地区层面、各行业部门的能源消费量，测算与能源消费相关的二氧化碳排放总量、碳排放强度，分析其时空特征。利用散点分布关系说明碳排放强度影响因素的作用导向，并提出相应的碳减排政策建议。

二、我国碳排放测算方法及数据来源

（一）测算方法

考虑中国尚未公布适合本国的特定碳排放系数且相关技术统计资料不完善，本文拟采用2006年IPCC《指南》第二卷中提供的参考方法，对我国全部45个行业及30个省区（西藏自治区的数据缺失，本文暂不考虑）的二氧化碳排放量进行测算。本文依照《中国能源统计年鉴》统计口径，将能源消费种类划分为煤炭、焦炭、原油、汽油、柴油、煤油、燃料油、天然气八类。采用终端能源消费量加上为生产电力和热力耗用的化石能源作为计算二氧化碳排放的能源消费量，忽略运输和输配的能源损失量。各种能源的折标煤系数和二氧化碳排放系数如表1所示。具体计算公式如下：

其中，Cit表示第t年i省区二氧化碳排放总量；Eijt表示第t年i省区j类能源的实物消费量；δi表示i类能源的能源转换因子，根据净发热值将燃料转化为统一能源单位；ηi表示第i类能源的碳排放系数。44/12表示将碳原子质量转换为二氧化碳分子质量的转换系数。

表1 各种能源的折标准煤系数和二氧化碳排放系数

能源种类 折标准煤系数 二氧化碳排放系数（t/tce）

煤炭

焦炭

原油

汽油

柴油

煤油

燃料油

天然气 0.7143kgec/kg

0.9714kgec/kg

1.4286kgec/kg

1.4714kgec/kg

1.4571kgec/kg

1.4714kgec/kg

1.4286kgec/kg

1.3300kgec/m3 0.7476

0.1128

0.5854

0.5532

0.3416

0.5931

0.6176

0.4479

注：数据来源于《中国能源统计年鉴2013》及IPCC研究结果

（二）数据来源

本文计算用到的能源、经济、人口、教育、消费、科技等数据均来自国家统计局国家数据中的年度数据[19]和地区数据[20]。

三、我国碳排放时空特征分析

（一）我国碳排放总量

本文利用2000—2012年能源消费数据核算的碳排放量比利用一次能源消费核算的碳排放量高，高出的百分比范围为9%～14%。中国各类能源消费的碳排放及碳排放总量，皆从2002年开始快速增长（见图1），碳排放总量由2002年的114353.37万吨增长到2012年的260413.02万吨，年均增长率为7.77%。煤炭、焦炭、原油、汽油、煤油、柴油、燃料油、天然气等能源消费的碳排放在总量中的占比，2002年依次为71.11%、1.18%、16.49%、2.67%、0.70%、3.34%、2.99%、1.52%，2012年依次为72.31%、1.66%、14.99%、2.54%、0.66%、3.24%、1.25%、3.35%。

2012年我国万元GDP碳排放为0.489吨，比2000年降低了54.63%，比2002年降低了48.82%，2000—2012年，我国万元GDP碳排放的年均减小率为5.90%。

图1 中国能源消费的二氧化碳排放

（二）我国分行业碳排放特征分析

本文核算了全部45大类行业2000—2012年的碳排放量（见图2），其中，电力、热力的生产和供应业为碳排放量最大的部门，2000年占总碳排放量的29.78%，2002年达到34.96%，之后一直处于34%～37%之间。石油加工、炼焦及核燃料加工业的碳排放量居于次位，2000年占总碳排放量的17.19%，2004年达到20.84%，之后保持在20%左右，2012年达到最大，占比为21.87%。中国分行业碳排放量前11位的行业部门的碳排放量在碳排放总量中的比重，2000年为86.64%，且持续增大，到2012年增大到92.95%。生活消费中2001—2004年的部分能源消费数据缺失，核算的碳排放数据偏小。

2000—2012年中国分行业碳排放量前11位的行业部门中，碳排放量年均增长率最大的是有色金属冶炼及压延加工业，其年均增长率为11.41%。其次为石油加工、炼焦及核燃料加工业，年均增长率为9.12%。电力、热力的生产和供应业的年均增长率为8.79%，位居第三。煤炭开采和洗选业、交通运输仓储和邮政业、黑色金属冶炼及硣延加工业的碳排放年均增长率分别为7.77%、7.70%、7.51%。造纸及纸制品业、化学原料及化学制品制造业、其他行业的年均增长率分别为5.99%、5.32%、5.27%。非金属矿物制品业及生活消费的碳排放年均增长率相对较小，分别为4.52%、4.04%。

图2 二氧化碳排放量前11位的行业部门

（三）我国省域碳排放特征分析

2012年山东、内蒙古、河北的碳排放总量依次为30640.60万吨、20725.96万吨、19926.05万吨，占全国碳排放总量的22.92%，是我国碳排放量最多的3个省份，其2000—2012年的碳排放年均增长率分别为12.19%、14.90%、7.78%，增长率分别位列全国各省增长率的第5、第3、第16。青海是2012年我国碳排放量最小的省份，碳排放1452.12万吨，占全国碳排放总量的0.47%，碳排放年增长率为10.75%，位列第8。海南、宁夏的碳排放年均增长率分别为17.23%、16.43%，是我国碳排放年均增长率最大的两个地区。

2012年北京、广东、福建的万元GDP碳排放分别为0.199吨、0.286吨、0.333吨，是我国万元GDP碳排放最少的3个地区，2000—2012年，其万元GDP碳排放的年均减小率分别为10.09%、5.42%、2.36%。2012年宁夏、山西、内蒙古的万元GDP碳排放分别为2.101吨、1.605吨、1.305吨，是我国万元GDP碳排放最多的3个地区，2000—2012年，其万元GDP碳排放的年均减小率分别为0.72%、7.26%、3.98%。其他万元GDP碳排放较大的省份地区包括新疆、贵州、甘肃、陕西、青海、黑龙江、河北。除海南外，我国省域万元GDP碳排放减小率较小的地区为宁夏、山东、福建、广西、新疆、陕西、云南，年均减小率小于3.50%。

我国2012年碳排放量排位前十的省份地区依次为山东、内蒙古、河北、江苏、山西、辽宁、广东、河南、浙江、陕西，其碳排放占全国碳排放总量的59.00%。我国省域碳排放强度呈由东部沿海地区向其他地区辐射减小的趋势。我国2000—2012年省域碳排放强度如图3所示。

图3 中国省域二氧化碳排放强度

四、我国碳排放时空特征的影响因素分析

使用2005—2012年我国30个省份地区的万元GDP碳排放与各地的城镇化水平共240组数据，以及2000—2012年我国30个省份地区的万元GDP碳排放，结合各地的人均碳排放量、经济总量、第二产业比重、居民消费水平、国内专利申请授权项、技术市场成交额、教育经费共390组历史数据，绘制散点分布图（见图4）。

我国省域万元GDP碳排放随其城镇化水平的提高而减小，城镇化水平小于60.00%时，因地区基础条件及城镇化模式的不同，其万元GDP碳排放降低的特点有所差异；大于60.00%后，各地碳排放强度及变化趋势逐渐统一。万元GDP碳排放与人均碳排放具有同向变化关系，且碳排放强度降低到一定程度后，其散点分布趋于集中。随着第二产业比重的增加，地区碳排放强度呈增长趋势，第二产业比重小于0.38时，各地的碳排放强度及变化趋势较为相近；当比重大于0.38后，随着产业比重的增加，产业丰富度增加，地区碳排放强度出现较大差异。各省域万元GDP碳排放与经济总量、居民消费水平、国内专利申请授权项、教育经费皆呈反向变化，随变量因素值的增长，因变量因素值的变化率变小。万元GDP碳排放与技术市场成交额无法用对数关系表达，线性关系表示亦不适用，技术市场成交额增加的初始阶段，碳排放强度迅速降低，之后的变化则趋于缓慢。

图4 碳排放强度与部分影响因素的散点分布关系

五、促进我国碳减排的政策建议

我国的碳减排行动任重而道远，需要全社会的共同参与。建议加强宣传，使广大社会团体及个人充分认识气候变化问题的复杂性、长期性、严重性，树立低碳经济意识。建立专项资金，以低碳服务团体、文化传播媒介为主体，开展广泛有效的低碳宣传活动。

电力、热力的生产和供应业为碳排放量最大的部门，我国应加快推进能源生产和消费革命，全面推进新能源发展，稳定扩大可再生能源发电及液体燃料产业规模。激励生物质清洁发电技术研发及发电过程的能源多级梯度利用，重点拓展风电利用模式，大幅增加太阳能发电材料及技术的研发投入，加紧地热发电、海洋能发电的示范与开发。建立系统的新能源管理体系，将新能源利用与节能目标相结合，改善能源消费结构，提升能源利用效率，降低能源消费过程的碳排放。

科技研发与技术推广对降低碳排放强度具有重要作用，建议建立更系统更活跃的科技创新体系，建立通畅的科研交流平台，以政府引导为辅，积极培育与支持产学研科技创新链。严格规范技术市场秩序，完善产权保护体制，促进技术转化。切实降低产品的能耗强度，增加物料利用率。

我国省级行政区划较多，各地社会经济条件及碳排放情况皆有差异，应以碳排放量大的行业、地区以及碳排放强度大的地区为重点，试行或落实碳核算、碳认证、能源管理等碳减排及节能管理措施。激励与处罚并重，推动低碳技术在生产及消费中的利用。以重点碳排放行业为主体，组织针对性的技术研发，切实降低碳排放强度，逐步控制碳排放总量。

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[责任编辑 张桂霞]