东北老工业基地碳排放与能源结构关系的实证研究

(1.东北石油大学 石油经济与管理研究所,黑龙江 大庆 163318;2.大庆油田 创业腾飞建筑安装公司第四工程处,黑龙江 大庆 163318)

东北老工业基地碳排放与能源结构关系的实证研究

李绍萍1,柳光明1,张学敏2

(1.东北石油大学 石油经济与管理研究所,黑龙江 大庆 163318;2.大庆油田 创业腾飞建筑安装公司第四工程处,黑龙江 大庆 163318)

基于东北老工业基地2006—2015年的数据,运用灰色关联度分析模型对东北老工业基地碳排放与能源结构的关系进行了实证分析。实证结果表明:煤炭能源消费与碳排放强度之间的关联度最高,依次为石油、天然气、一次电力。东北老工业基地应创新煤炭利用技术,利用清洁能源区域优势,加大节能减排科技投入力度,发挥政策引导作用。

东北老工业基地;碳排放;能源结构;灰色关联度

1 引言

能源是推动社会经济发展必不可少的助动力,而经济社会的发展也会带来能源变革。能源作为稀缺资本对经济发展有着明显的制约作用,经济发展需要消费大量能源,而能源消费不可避免地带来CO2排放[1]。2007年我国碳排放总量超过美国,成为全球第一大温室气体排放国。我国政府在2009年的哥本哈根会议上向世界承诺,到2020年单位国内生产总值CO2排放量将比2005年下降40%—45%。碳减排的总量任务需要全国各个区域共同完成,东北老工业基地作为中国重工业聚集区,自然成为全国碳减排工作的重点。能源消费是碳排放的直接原因,能源消费结构成为影响碳排放的直接因素,因此对东北老工业基地碳排放与能源结构的关系进行分析，对节能减排、促进东北老工业基地低碳经济发展具有重要的现实意义[2]。

多年来,众多学者对能源结构与碳排放问题开展了大量的研究,其中国外研究起步较早。例如,美国著名学者Lester R Brown[3]在《生态经济革命》这本书中提出尽快从以石油和煤炭为核心的经济转变为以太阳能和氢能源为核心的经济是降低碳排放的有效方法;NeilStra-chan、Ramachandran Kannan[4]以英国作为研究对象,创建了新的MARKAL-MACRO能源结构模型;Reyer Gerlagh[5]从碳排放产生与节约角度分析了碳排放的内源性模型,在劳动力、资本及碳排放角度进行了发展;Azar、Lindgren、Andersson[6]以交通部门为研究对象,讨论了以降低二氧化碳排放为目标的交通运输燃料的替代问题;ToL[7]通过建立数学模型,讨论了美国的电源结构与碳排放之间的关联关系。国内方面,Youguo Zhang[8]从能源生产方面分析了与碳排放量相关的能源结构,优化了能源供给结构,并给出了碳减排的具体方案;何凌云、吴梦、尹芳[9]运用调节效应模型分析了可再生能源的投资和结构对碳排放的影响效应,并强调通过政策手段引导可再生能源的投资;陈盈、李函昱、田立新[10]运用logistics模型对不同能源结构下的碳排放进行预测,认为导致碳排放量增加的主要原因是能源消费过度依煤炭。这些相关研究为研究东北老工业基地能源结构优化和碳排放问题提供了有益的借鉴,但大多是从能源生产与供给视角进行研究,少有能源消费角度的研究。

基于东北老工业基地2006—2015年的数据,本文从能源消费角度,运用灰色关联度模型实证分析东北老工业基地碳排放与能源结构的关系,然后针对研究结果提出优化东北老工业基地能源结构的政策建议。

2 碳排放与能源结构现状

能源结构指能源总消费量或总生产量中各类一次能源、二次能源的构成与比例关系[11]。结合分析需要,参考相关年份的《黑龙江省统计年鉴》、《吉林省统计年鉴》、《辽宁省统计年鉴》的能源分类标准,本文主要考虑煤炭、石油、天然气和一次电力,其中一次电力是指核电、水电、风电、太阳能发电所发出的电力。历史经验表明,探究碳排放与能源结构的关系,顺应能源结构调整的历史潮流,必将有助于降低碳排放,促进我国经济可持续发展[12]。

目前我国并没有官方公布的碳排放量数据,无法直接获得东北老工业基地碳排放量的数据[13]。在现有的学术研究中,经常用到的碳排放量测算方法有决策树法、模型模拟法、排放系数法、物料衡算法、生命周期法、系统仿真法、实测法等[14]。在上述方法中,系统仿真法条件设定较多,很难被广泛接受;实测法安装成本较高,且监测对象通常是环境总体要素;碳排放系数法计算所需数据能够从相关统计年鉴获得,效率较高,适用性较强,在各种研究中被广泛运用,因此本文采用排放系数法对碳排放量进行测算。由于碳排放主要是因为化石能源的消费,且除一次电力以外的其他电力能源消耗是在发电环节消耗化石能源发生碳排放的,所以在测算碳排放量时本文主要考虑煤炭、石油和天然气这三种化石能源,计算公式为:

(1)

式中,Pi为能源i的消费量;Ri为能源i的碳排放系数;i=1,2,3分别为煤炭、石油和天然气;Pi是通过查阅2016年《黑龙江省统计年鉴》、2016年《吉林省统计年鉴》、2016年《辽宁省统计年鉴》和历年《中国能源统计年鉴》获得;Ri取值借鉴了国内外相关文献研究(表1)。查阅有关统计年鉴得到东北老工业基地三种化石能源的消费情况,通过表1的碳排放系数计算得到东北老工业基地2006—2015年的碳排放量(图1)[15]。

表1 碳排放系数

从图1可见,受“振兴东北老工业”基地战略的影响,碳排放量持续增加。从2009年开始,碳排放量增速加快,这主要是由于国家“四万亿”投资计划促使能源消费猛增。从2012年开始,碳排放量开始下降,由2012年的41364.71万t下降到2015年的37395.39万t,主要是受我国“十二五”规划的影响。“十二五”规划提出,单位国内生产总值二氧化碳排放量2015年比2010年下降17%,首次将单位国内生产总值二氧化碳排放作为约束性指标纳入规划。通过查阅资料计算得到东北老工业基地历年能源消费的结构比例(表2)。由表2可见,十年来东北老工业基地能源消费结构并没有变化，但水电、风电、核电等一次电力和天然气等可再生能源在能源消费结构中所占的比重不断扩大，可见东北老工业基地的能源结构得到了优化,正在发展清洁能源[16]。

图1 东北老工业基地2006—2015年碳排放量

表2 东北老工业基地2006—2015年能源消费结构

3 碳排放水平与能源结构关系实证分析

由于样本量大小对灰色关联度分析法没有影响,并且一般情况下通过该方法得到的定量和定性结果是一致的,因此本文选择该方法对东北老工业基地碳排放水平与能源结构关系进行实证分析[17]。

3.1 数据的选取

目前相关统计年鉴公布的最新数据为2015年数据,所以选取2006—2015年十年来的相关数据进行分析。碳排放强度能够反映一个地区的碳排放水平,所以选取碳排放强度为参考序列,并选取东北老工业基地煤炭、石油、天然气和一次电力的能源消费量分别占东北老工业基地能源消费总量的比重为行为序列。

参考序列:碳排放强度是衡量一个地区碳排放水平的综合指标,指单位生产总值的碳排放量。伴随着经济的增长,如果单位生产总值所带来的碳排放量下降,则这一地区实现了低碳发展。东北老工业基地碳排放强度计算公式为:

X0=地区碳排放总量(t)/地区生产总值(万元)

(2)

式中,X0={X0(k),k=1,2,…,n},n表示参考序列及行为序列的长度,在此n=10。

行为序列:本文的行为序列为东北老工业基地四大类能源消费量占东北老工业基地能源消费总量的比重,变量依次为X1、X2、X3、X4,计算公式为:

Xi=(某类能源的消费量/能源消费总量)×100%

(3)

式中,i=1,2,3,4;Xi={Xi(k),k=1,2,…,n}。

3.2 碳排放水平与能源结构关联关系分析

基础数据:根据历年的《中国能源统计年鉴》、《中国统计年鉴》、《黑龙江省统计年鉴》、《吉林省统计年鉴》、《辽宁省统计年鉴》的相关数据,通过计算得到东北老工业基地碳排放研究模型所需数据,见表3。

表3 2006—2015年东北老工业基地碳排放研究模型所需数据

无量纲化:因为不同指标有着不同的物理含义,所以在量纲上存在着差异。异量纲性对事物评价具有重要影响,这一问题的主要解决手段就是无量纲化处理[18]。对没有明显升降趋势的数据,均值化算子是常用的方法,所以论文采用该方法对数据进行处理:

(4)

(5)

通过计算得到均值化序列,见表4。

表4 均值化序列

求差值序列:首先求参考序列与各个比较序列的差,并取绝对值,然后从中找出最大值Δmax和最小值Δmin,见表5。计算公式为:

Δ0i(k)=|Yi(k)-Y0(k)|

(6)

最大值Δmax为0.94530，最小值Δmin为0.00101。

关联系数的计算公式为:

ξ0i(k)=(Δmin+ρΔmax)/(Δ0i(k)+ρΔmax)

(7)

式中,ξ0i(k)为关联系数；ρ为分辨系数,为防止关联系数失真,本研究中ρ=0.5[19]。关联系数见表6。

表6 关联系数

表6中每列用下式求均值:

(8)

式中,i=1,2,3,4;n=11。r0i表示能源i的消费比例相对于碳排放强度的灰色关联度,r0i值越大,表明关联度越大。r01=0.75367、r02=0.65745、r03=0.54010、r04=0.50624,即r01gt;r02gt;r03gt;r04。

4 结论与建议

4.1 结论

总体来看,当前东北老工业基地能源消费结构正在逐渐优化,煤炭和石油在能源消费总量中所占比重呈下降趋势,天然气和一次电力所占比重呈上升趋势,但仍存在两方面问题:一是严重依赖煤炭这种碳排放系数高、利用效率低的能源。虽然煤炭在能源消费总量中的比重呈下降趋势,但煤炭消费量占能源消费总量的比重始终维持在70%左右,现在或将来煤炭仍然是能源消费的主力。二是水电、风电等清洁能源的开发利用严重不足,在能源消费总量中始终占据极小部分。究其原因,可能是清洁能源的开发利用难度大,技术不成熟,投资成本相对较高。

4.2 对策建议

创新煤炭利用技术:实证分析结果表明,煤炭和石油在东北老工业基地近几十年的发展当中是绝对的主力能源，但煤炭的过度使用会产生大量的废气、废渣和废水,对环境造成非常大的影响。因此,建议东北老工业基地在逐渐削减煤炭消费数量,增加清洁能源消费数量,优化以煤为主的能源消费结构的同时要不断创新煤炭的利用技术,将储量相对丰富的煤炭转化成为高效和清洁的能源,实施清洁生产,使洁净煤炭技术在未来能源结构的优化中扮演重要的角色。

利用清洁能源区域优势:实证结论表明,东北老工业基地存在水电、风电等清洁能源开发与利用严重不足的问题,应积极开发利用东北老工业基地具有优势的清洁能源,扭转能源生产与消费的被动局面。同时,充分发挥东北老工业基地不同地区清洁能源的区域优势,如黑龙江省的太阳能和水能较丰富,辽宁湾地区的潮汐能较丰富,各地应因地制宜地进行清洁能源的开发与推广,促进清洁型、多元化的能源生产与消费结构的形成[20]。

加大节能减排科技投入力度:节能减排离不开科技的不断创新,只有科技创新才能对源头和过程进行控制,才能促进化石能源向可再生能源和新能源不断转化和进步。针对东北老工业基地的能源利用效率和开发水平较低的情况,应积极利用现有先进技术,引进国外发达国家先进技术,加大核电技术、煤炭清洁开采技术、光伏发电、氢能、燃料电池和污染治理等技术的研发投入,提高能源的使用效率和开发水平。

积极发挥政策引导作用:调整能源结构、降低碳排放需要充分发挥政策在财政、金融、税收领域的引导与扶持作用。首先,在财政方面,政府应设立低碳发展专项财政资金。一方面,以补贴或优惠资金形式投向风能、太阳能、地热能等新型绿色资源和可再生资源的基础设施和公用事业建设,用以改善低碳经济发展环境;另一方面,对引进低碳设备和低碳技术进行低碳生产的企业给予财政补贴,降低企业成本。其次,在金融领域,对自愿进行产业升级、设备改造、技术创新的高碳企业提供专项贷款,可采用低利率甚至零利率。第三,对化石能源和清洁能源实行增值税、消费税和资源税的弹性差别税率,大幅度提高碳排放强度大的煤炭、石油等化石能源的税率,降低天然气等清洁能源的税率;对采用清洁能源进行生产的企业在增值税、所得税等方面给予优惠,调整车辆购置税、车船使用税政策,对以清洁能源为动力、符合节能技术标准的车辆,可按适当比例减征车辆购置税和车船使用税[21]。

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EmpiricalResearchonRelationshipBetweenCarbonEmissionandEnergyStructureinNortheasternRustBelt

LI Shao-ping1,LIU Guang-ming1,ZHANG Xue-min2
(1.Institute for Petroleum Economics and Management Studies,Northeast Petroleum University,Daqing 163318,China; 2.Daqing Oil Field Entrepreneurship Tengfei Construction amp; Installation Corporation No.4 Engineering Department,Daqing 163318,China)

Based on the data of northeastern rust belt during 2006-2015,and by means of grey correlation analysis model,the empirical analysis was carried out on the relationship between carbon emission and energy structure in northeastern rust belt.The empirical result showed that,the correlation degree between consumption of coal energy and carbon emission was the highest,followed by petroleum and natural gas,and electric power ranked the last.Northeastern rust belt should innovate the coal utilization technology,fully play the regional advantages of clean energy,strengthen the science and technology input into energy conservation as well as emission reduction,and made the policy playing a guiding role.

northeastern rust belt;carbon emission;energy structure;grey correlation degree

10.3969/j.issn.1005-8141.2017.08.008

X321

A

1005-8141(2017)08-0938-04

2017-06-27；

2017-07-15

2012年国家社科基金项目(编号:12BJY076)的阶段成果;2014年国家社科基金项目(编号:14BJY028)的部分成果。

李绍萍(1964-),女,吉林省双辽人,博士,教授,硕士生导师,从事区域经济、可持续发展和财税政策研究。

柳光明(1991-)，男，吉林省辽源人，硕士研究生，研究方向为区域经济、可持续发展及财税政策。