中国能源结构调整对碳强度的影响研究

彭 旭， 崔 和 瑞

(华北电力大学 经济管理系, 河北 保定 071003)

中国能源结构调整对碳强度的影响研究

彭 旭， 崔 和 瑞

(华北电力大学 经济管理系, 河北 保定 071003)

受先天能源资源分布特点的影响，我国的能源结构不尽合理，并由此产生了严重的环境污染问题。文章首先对能源结构、碳强度的概念进行了界定；其次，探讨了能源结构和碳排放之间的矛盾关系及其影响机制；最后，论述了能源结构调整对碳强度影响的测度理论及方法，带入实际数据建立起了个体固定效应变系数模型，定量分析了能源结构调整对碳强度影响的程度。研究结果表明，加强水电、核电等新能源的利用对降低我国碳强度具有积极作用，需要采取多项措施优化能源结构，这也是我国未来能源战略的趋势。

能源结构；碳强度；环境约束；面板数据

一、引 言

我国是一个煤炭资源相对丰富，石油、天然气资源相对贫乏的国家，煤炭资源在一次能源消费中占有绝对的主导地位。近年来，能源消费过程中产生了严重的环境污染问题，已经成为了阻碍人类社会经济可持续发展的刚性约束条件。降低以煤炭资源为主的单一能源结构，积极发展水电、核电、太阳能等清洁能源，降低碳排放水平，促进人类能源与环境的可持续发展刻不容缓[1][2]。

不均等的能源资源分布决定了我国独特的能源消费结构。以煤炭为主的能源类型导致了我国碳排放量较多。为了降低我国单位GDP的煤炭消耗量，国内外学者从能源产业政策、能源替代计划、能源消费结构调整等多个角度，探究了我国能源结构调整及其减排的潜力[3]。在节能减排方面，林伯强、徐丽娜等[4][5]指出在社会经济发展、能源需求旺盛，以及制约我国社会经济环境可持续发展的温室气体排放约束的背景下，迫使我国能源结构战略必须做出相应调整，从能源需求和供给双侧考虑我国的能源问题，将二氧化碳作为能源需求侧管理的约束条件。在能源替代方面，刘全根、王韶华、杨勇平等[6][7][8]指出我国粗放型经济发展模式，以及以煤炭资源为主的能源消费结构使得我国的CO2，SO2和NOx等的排放量位居世界前列，伴随第三次世界能源结构的调整，可再生能源将在未来世界能源利用中扮演重要角色，大力发展水电、气电、核电等清洁能源，改善能源结构，这是未来我国能源战略的根本所在。现有文献从政策理论、产出贡献率等角度分析能源结构与碳强度之间关系的论述较多，直接分析两者关系及其影响程度的论述较少。本文则从具体的能源政策实践出发，探究能源结构调整对碳强度的影响机制，提出能源结构调整对碳强度影响的测度理论及方法，最后结合实际数据，利用面板模型分析能源结构调整对碳强度的影响程度。

二、能源结构对碳强度的影响机制

1.能源结构、碳强度的概念及其核算

能源结构指能源总消费量或总生产量中各类一次能源、二次能源的构成及其比例关系。图1显示了2013年我国各类能源的消费结构比例图。历史经验告诉我们，认清能源结构的转变趋势，顺应世界能源结构调整的历史潮流，对于新时期我国经济社会的发展将产生重要影响[9]。

图1 2013年我国各类能源的消费结构比例注：数据来自中国能源统计年鉴。

由可再生能源消费统计图2可以看出，在2004～2013年间，我国可再生能源发展迅猛，可再生能源消费总量逐年递增。10年前我国各类可再生能源消费水平都不高，可利用水平较低，能源种类不多。现如今我国的核能产业发展迅速，是世界上在建核电站数目最多的国家，政府连续出台关于生物质能、风电、太阳能等清洁能源发展的法规文件，鼓励可再生能源的发展[10]。

图2 2004～2013年我国可再生能源消费统计图

图3显示出了2004～2013年我国能源消费结构变化图，由此可以看出，过去十年里我国能源消费结构变化并不明显，但从细微处可以发现，我国煤炭资源的消费比例在过去十年中逐渐变小，天然气、水电、可再生能源的消费比例逐年上升。因此可以说，我国的能源结构逐渐优化，逐步转变以煤炭为主的能源消费结构，发展清洁能源[11]。

图3 2004～2013年我国能源消费结构变化图

碳强度指的是单位GDP所产生的CO2排放量，即：

(1)

目前国际上关于碳排放核算标准主要有两条路径，一是以终端消费的角度计算的碳核算体系；一是以全生命周期的角度计算的碳核算体系[12]。目前，我国碳排放计算基准和计算方法尚未与国际接轨，尚未形成全国统一的碳排放核算标准体系，仅有针对地区的或部分行业的碳排放核算标准体系。

2.能源结构与碳强度的矛盾关系

目前，我国的能源结构不尽合理，生产单位GDP的能源消耗量过高，生产能源过度依赖煤炭资源，造成我国CO2等温室气体排放过多，产生一系列的环境问题、能源安全问题等。中国能源问题的重点是煤炭资源问题，特别是煤炭资源在使用和消费过程中存在的问题；从另一角度也可以说，中国能源问题的重点是在于如何逐步增强可再生能源在能源生产、消费过程中的作用，进一步优化中国的能源结构，降低碳排放，实现能源的可持续发展[13]。2007年至今，国家职能部门已颁布多项能源发展政策，或多或少均描述了能源发展规划与碳排放以及环境保护之间的关系。然而已有的政策文件对于碳排放描述性要求较多，具体落实的方案较少；对于碳排放的总量限制要求较多，对降低个体生产单位碳强度的具体要求较少，这体现出了我国目前能源规划工作还不完善，需要形成一整套更为细致和完备的国家能源综合开发利用方案。

3.影响机制分析

在生产过程中，工业企业为了达到一定的生产量需要消耗一定的能源。以高品质能源为主的能源结构单位产出较高，污染较少；以低品质能源为主的能源结构单位产出较低，污染也较多，由此产生的能源效率也不尽相同。因此，优化能源结构可以改变与之相对应的能源效率水平以及碳排放量，进而降低碳排放强度。以中国为例，目前煤炭在各类能源中碳排放系数最高，占比也最高。在短期技术设备水平不变的情况下，如果能够降低煤炭在一次能源消费中的比例，增大对水电、核电、太阳能等清洁能源的利用水平，就可以提高能源的利用效率水平，降低碳排放强度。为了直观表达我国能源结构对碳强度的影响机制，建立了如下“碳源——碳生产——碳排放”的中国碳足迹形成图[14]。

图4 我国碳足迹形成图

图4从碳生产的角度具体描述了碳足迹的形成过程。碳排放的直接来源包括三部分：能源燃料燃烧、能源燃料的逸散排放以及二氧化碳的运输和储藏。能源燃料燃烧产生的碳的来源有，能源工业、制造工业和建设等；能源燃料逸散排放产生的碳的来源有，固体燃料、石油和天然气等。具体碳的来源还可以继续往下层细分，细分到最后一层是最初能源的供给与消费过程，即我国的能源结构问题——能源是如何进行生产和消费的以及利用方式问题。

图5显示出了我国能源资源的消费利用到碳排放的逻辑示意图。能源资源的碳排放问题最核心的部分是能源资源本身，它是最终导致碳排放问题的最初的“碳源”；第二圈各种能源的利用形式是碳排放的“碳生产”和“碳加工”过程；最外圈部分就是能源消费所导致的最终结果——“碳排放”。

三、能源结构对碳强度影响的实证分析

对于社会经济中的二维数据表，同时在时间和截面上取得的数据序列称为面板数据[15]。为了描述能源结构对碳强度的影响，本文选择煤炭消费量占一次能源消费的比例CP、原油消费比例OP、天然气消费比例GP、水电消费比例HP以及碳强度CI作为面板模型的分析数据。表1中各类能源消费数据选择《BP2014世界能源统计》中1978年至2013年的数据经处理得到。

图5 中国能源资源消费、电力生产和碳排放

表1 我国各类能源消费量统计 单位：百万吨标煤

年份一次能源消费量煤炭消费量原油消费量天然气消费量水电消费量1978年566.02404.03130.3517.6513.971979年582.47417.97130.1418.6515.69………………2008年2816.351955.99539.42104.52189.162009年3006.212100.97558.55115.09199.002010年3342.402299.67629.21137.49233.462011年3635.442515.46662.95167.82225.932012年3901.612652.04700.14188.10281.912013年4074.882750.48724.83207.79294.69

为了分析面板数据，首先需要对原面板数据进行平稳性检验，防止伪回归或者虚假回归的现象出现。检验方法选定适用于相同单位根情形“common unit root”的LLC和Breitung检验，以及不同单位根情形“individual unit root”的IPS、ADF和PP检验。

对原序列进行单位根检验，检验结果如表2所示，所有的P值均大于0.05，表明所有检验结果一致认定原序列为非平稳序列。为了进一步处理数据，采取对原序列进行一阶差分运算，一阶差分后所有序列通过单位根检验，P值均小于0.05，故原序列为一阶单整序列。

在验证了原序列为一阶单整序列的前提下，表3对原序列进行一阶差分后再进行协整检验，其中迹检验说明，在5%显著性水平存在2个协整方程，最大特征根检验说明在5%的显著性水平存在1个协整方程。

表2 面板数据的单位根检验

表3 差分序列的Johansen协整检验

图6 1978～2013年中国碳强度与能源结构趋势图

由上面的趋势图6可以看出，各回归变量的斜率随个体的不同而不同，解释变量的回归系数存在显著性差异，且存在不同的截距项，因此考虑建立个体固定效应变系数模型。

个体固定效应变系数模型可以表示成如下形式：

(2)

其中αi是随机变量，xit为k×1阶回归变量列向量，βi为k×1阶回归系数列向量，yit为被回归变量，εit为误差项，截距项αi包含了随个体变化，但不随时间变化的难以观测的变量的影响。运用EViews软件建立中国能源结构对碳强度影响的个体固定效应变系数模型，在面板估计“Pool Estimate”选项的估计方法“Estimation method”中，个体“Cross-section”选择固定Fixed，时点“Period”选择None，估计方法设定“Estimation Settings”选择最小二乘估计方法“LS”。相依变量“Dependent variable”填入碳强度CI(Carbon intensity),横截面特性“Cross-section specific”填入煤炭比例CP，原油比例OP，天然气比例GP，水电比例HP和截距项C。估算结果如表4所示。

表4 面板数据估算结果

面板数据的估计方程表示为：

CI=C(6) +C(1) +C(2)×CP+C(3)*OP+C(4)×GP+C(5)×HP

(3)

替代系数形式为：

CI= 1.5656843106e-15- 12.5624895356 + 12.7668778176×CP+ 12.8268731002×OP+ 23.5072596351×GP+ 6.07238362926×HP

(4)

上述替代系数回归模型方程(4)即为中国能源结构调整对碳强度影响的个体固定效应变系数模型。其中的C(6)系数较小可以忽略，C(2)～C(5)的回归系数与截距项系数C(1)之差C(i)-C(1),(i=1,2,...5)即为我国单位能源消费结构调整对碳强度的影响程度，简记为C*，各类能源结构调整的影响程度表述如下。

①C*(CP)=0.204388282

②C*(OP)=0.2643835646

③C*(GP)=10.9447700995

④C*(HP)=-6.49010590634

由此可见，煤炭比例、石油比例、天然气比例对我国碳强度具有正向影响，水电比例具有负向影响。其中煤炭和石油的消费结构调整比例对碳强度的影响程度大致相当，即煤炭和石油消费结构比例增加1%，碳强度将增加0.2%～0.3%左右；天然气消费结构调整比例对碳强度的影响较为明显，天然气的消费结构比例每增加1%，碳强度将增加10.9%左右；水电消费结构调整对于降低碳强度具有积极作用，水电消费结构比例增加1%，碳强度将会降低6.5%左右。积极发展水电、风电、太阳能等清洁能源对于缓解碳强度具有积极影响。新能源相比传统化石能源具有清洁、环保的特征，对降低我国碳排放强度具有重要意义。

四、结论及建议

本文通过能源结构调整对碳强度的影响机制分析以及面板数据模型的分析看出，优化我国以煤炭为主的能源消费结构，提升水电、风电、太阳能等清洁新能源的利用水平，对降低碳强度具有重要的积极作用，是在满足社会经济可持续发展的目标下，我国能源发展战略的必然趋势。协整检验表明碳强度、煤炭比例、石油比例、天然气比例之间存在稳定的协整关系。它们的回归结果说明了，大力发展水电资源对降低碳强度具有很好的正面效果，水电消费结构比例增加1%，碳强度将会降低6.5%左右。具体的政策建议如下。

(1)采取多样政策措施，优化能源结构。

我国以煤炭为主的能源结构产生了严重的环境污染问题。而能源问题是一个系统工程问题，需要采取多种手段优化能源结构，实现“能源—经济—社会”的可持续发展。

(2)积极发展核电、风电、水电等清洁能源。

相比较传统的煤炭、石油、天然气等化石资源，核电、风电、水电等清洁能源的发展前景广阔，属于环境友好型的绿色能源。单位能源生产的碳排放少，环境污染少，是社会经济可持续发展的重要能源保障。结合我国水利资源丰富的特点来看，未来我国应当大力发展水电资源，可以有效降低能源生产的碳排放。

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Research on the Effects of Energy Structure Adjustment in China on Carbon Intensity

PENG Xu， CUI Herui

( Department of Economic Management, North China Electric Power University, Baoding 071003, China )

Currently, energy structure in China is not rational owing to the distribution of natural energy resources, which results in serious environment pollution. This article introduces the concept of energy structure and carbon intensity and explores the contradictory relationship between energy structure and carbon emissions as well as the influential mechanism. Furthermore, the paper discusses the theories and methods used in studying the effects of energy restructuring on carbon intensity. Actual data are taken in establishing the varying coefficient model with individual fixed effect. The results show that the strengthening of hydropower, nuclear power, and other new energy utilization shows a positive effect on reducing carbon intensity. Therefore, measures need to be taken to optimize energy structure, which is also the trend of China’s energy strategies in the future.

energy structure; carbon intensity; environmental constraints; panel data

2014-12-18;

2015-07-16

国家自然科学基金项目：“智能电网环境下我国电力工业碳排放控制关键问题研究”(71471061)

彭旭(1990-)，男，安徽蚌埠人，华北电力大学经济管理系硕士研究生，研究方向为电力经济与管理,E-mail:donaldpengxu@163.com；崔和瑞(1967-)，男，河北易县人，教授，博士，主要从事能源系统分析与评价、复杂系统及数量经济分析研究。

F064.1

A

1008-407X(2016)01-0011-06