基于Kaya恒等式的西安市碳足迹影响因素分析

张 巍

(陕西科技大学经济与管理学院，陕西 西安 710021)

0 引言

由于温室效应不断积累，人类正面临气候变暖的挑战。在温室气体中，二氧化碳对全球升温的贡献百分比最大，所以应对气候变化问题的重点就是减少二氧化碳的排放量。所谓碳足迹，就是指人类在生产和消费活动中产生的直接和间接的二氧化碳排放量[1]。通过碳足迹的影响因素分析和趋势分析，有利于针对性地制定碳减排方案，也有利于高质量发展政策的制定。

我国政府承诺，2030年前达到碳排放峰值[2]。峰值目标的约束倒逼全国各个地区采取有效的减排措施。近年来，西安市采取了一系列碳减排政策措施，取得了较好的减排效果。2018年，西安市单位GDP能耗为0.37t标准煤/万元，低于全省的0.528t标准煤/万元和全国的0.505t标准煤/万元，西安市的能源利用效率高于全国和全省平均水平。另一方面，由于西安市工业化、城镇化加速发展和城市基础设施大规模的建设，西安市能源消费总量不断上升。随着经济发展和收入水平提高，碳减排难度更大。因此，西安市未来碳足迹呈现升高倾向。西安市“十三五规划纲要”中提出了“单位GDP能源消耗累计降低16%”和“单位GDP二氧化碳排放强度累计降低18%”的目标。但从长期来看，西安市还面临更高减排目标的挑战。只有客观分析西安市碳足迹现状，在认真分析碳足迹影响因素的基础上才能提出合理的目标要求和减排方案。鉴于此，本文运用西安市经济社会发展统计数据，构建Kaya恒等式，利用LMDI模型分析影响因素的变动规律，为西安市实现碳减排目标提供政策参考依据。

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源

根据分析模型的需要，本文选取人口、GDP、单位GDP能耗、能源消费量等原始数据进行研究，数据来源于2006—2019年的《西安统计年鉴》。为保证数据的可比性，以2005年为基准年，按照GDP指数对相关数据进行处理。《西安统计年鉴》中只有规模以上工业企业的能源消费数据，所以工业能源消费量采用“规模以上工业企业主要能源品种消费量”。

1.2 碳足迹计算方法

鉴于本文研究的是城市区域尺度，根据数据的可获得性，采用IPCC方法计算碳足迹量。对温室效应影响最大的是二氧化碳，所以忽略其他温室气体的碳足迹只计算二氧化碳的排放量[3]。IPCC方法提供不同能源的碳足迹系数，基本公式为：碳足迹量=能源消费数据×排放系数。计算时，各种能源消费的实物量要按照标准煤进行换算。查询《中国能源统计年鉴》，各种能源的折标准煤系数如表1所示。

二氧化碳排放系数随着国家、地区、技术水平和能源结构的变化而变化。目前我国采用较多的“折标煤后CO2排放系数”为2.42～2.72kgCO2/kgce。本文采用的排放系数为2.45 kgCO2/kgce[4]。

表1 各种能源折标准煤系数

1.3 碳足迹影响因素分解方法

日本学者Yoichi Kaya(1989)提出一个定量分析二氧化碳排放的模型，将二氧化碳足迹量与人口、经济、能源等因素联系起来，称为Kaya恒等式，表达式为：

(1)

各变量的定义见表2。

表2 Kaya恒等式变量解释

为了更好地对西安市碳足迹影响因素进行分析，本文对Kaya恒等式进行扩展，计算公式如下：

(2)

Kaya恒等式是一种指数分解法(Index decomposition analysis，IDA)，LMDI模型是在IDA模型的基础上进一步研究得出的，被广泛用于对环境、能源问题的研究。本文参考B.W.Ang的分析模型，按照加法模式，对碳足迹量计算公式进行分解：

ΔC=Δp+Δg+Δe+Δf+Δs

(3)

式中：从0年到t年的碳足迹量的差值称为总效应ΔC。ΔC由五部分组成: 人口规模效应Δp，经济发展效应Δg，能源强度效应Δe，工业能源消费比重效应Δf,单位工业能耗碳足迹效应Δs，计算公式如下：

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

2 数据处理结果与分析

将西安市2005—2018年的数据通过Kaya恒等式对其用LMDI模型进行分解后，得到碳足迹量变化影响因素的贡献情况，如表3所示。

由表3可知，人口规模效应、经济发展效应和单位工业能耗碳足迹效应呈正值，是促进西安市碳足迹量增长的因素。经济发展效应对西安市碳足迹增量的影响最大，平均贡献率为144.42%。人口规模效应的平均贡献率为13.98%，是五个因素中影响程度最弱的一个。能源强度效应和工业能源消费比重效应呈现负值，是碳足迹量的抑制因素，平均贡献率分别是-58.56%和-63.81%。单位工业能耗碳足迹效应的平均贡献率为63.98%，反映出西安市工业领域仍然存在高碳产业，产业结构调整并没有向着有利于碳减排的方向发展，能源利用效率仍有提高空间。

表3 2006—2018年西安市碳足迹影响因素效应分解

2.1 人口规模因素分析

由计算结果可以看出人口总量对于西安市碳足迹呈现拉动作用，但影响程度较小。从图1中可以看出，2006—2018年西安市人口规模的增长率与碳足迹贡献率的波动幅度保持在小范围内，变动规律基本一致。从原始数据分析，2013年以前，西安市人口总量变化较小，对于碳足迹的增长作用不大。2013年以后，随着西安市代管西咸新区以及落户政策的放宽，西安市常住人口有较大幅度增加，对碳足迹的拉动较大。

2.2 经济发展因素分析

经济发展效应对碳足迹量的影响在数量与比重上都是最大的，共产生二氧化碳增量3968.53万t。依据2006—2019 年《西安统计年鉴》中的常住人口数和将各年GDP 换算为以2005年为基期的可比价GDP，计算出人均GDP。如图2 所示，代表经济发展程度的人均GDP 呈逐年上涨趋势，其增长率的趋势线也是上行的，表明经济的发展带来了能源需求的强劲攀升。工业是能源消费碳足迹最主要的部门，西安市的工业增加值在GDP中的比重基本稳定，经济发展规模对碳足迹的贡献率在2009年达到峰值后，近几年有缓慢的上升趋势。这反映出西安市产业结构中，第二产业中的高碳产业比重较高。

2.3 能源强度因素分析

西安市的能源强度效应对碳足迹增量的贡献率为负值，表明能源强度对于碳足迹总量的增加具有抑制作用。2006—2018年西安市的单位GDP能耗年均下降4.5%，在2013年以后对减少碳足迹的贡献率持续增加，说明了西安市在经济总量和能源消费持续增长的情况下，节能减排达到了明显的效果，成为低碳城市建设的重要手段。

2.4 工业能源消费比重因素分析

2006—2018年，西安市工业部门增加值和能源消费量持续增长，但工业能源消费比重不断下降。工业能源消费比重效应对碳足迹的贡献均为负值，说明对西安市碳足迹有负向抑制作用。这从一个方面意味着西安市三次产业结构中，第三产业的能耗不断提高，其对碳足迹增量的贡献也在逐步增加。同时也表明西安市第三产业的发展方式是低效和高耗能的，应该在第三产业中加大低碳能源和可再生能源的利用，大力发展节能技术，加快实现绿色发展的目标。

2.5 单位工业能耗碳足迹因素分析

2006—2015年西安市单位工业能耗碳足迹效应对碳足迹的贡献率为正值，且2013年以后贡献率有增长的趋势，表明西安市工业能源消费产生的碳足迹一直在增加，这主要是由于能源结构不合理导致的，煤炭、石油、天然气等一次能源的消耗量占工业能源消费总量的比重达80%以上，清洁能源的利用率较低。从趋势上分析，单位工业能耗碳足迹效应的年均增长速度大于经济发展效应的年均增长速度，意味着能源利用效率虽有一定程度提高，但仍有提高空间。传统的能源结构再加上能源技术和效率不高，既增加了碳足迹排放量又会制约西安市经济社会可持续发展。因此，西安市发展低碳经济的关键是优化能源结构，大力发展和利用新能源，同时持续对工业部门进行技术更新以提高能源效率，推进工业碳减排。

3 结论与建议

3.1 结论

本文选取了2006—2019年《西安统计年鉴》中的相关基础数据，以2005年为基年进行换算，构建了一个包括人口规模、经济发展、能源强度、工业能源消费比重、单位工业能耗碳足迹等变量在内的碳足迹恒等式。根据IPCC方法计算了西安市碳足迹量，运用LMDI方法对影响西安市碳足迹的因素进行量化分析，得到以下结论：经济发展是推动西安市碳足迹增长的首要因素，其次是单位工业能耗碳足迹和人口规模；能源强度是抑制西安市碳足迹增长的主要因素，其次是工业能源消费比重。

3.2 建议

(1)西安市碳足迹的主要驱动因素是经济产出，但实现减排目标不能寄希望于控制经济发展规模和速度，而应着眼于供给侧结构性改革，包括淘汰落后产能、高碳产业转型升级、发展战略性新兴产业等。

(2)适度增长人口规模。人口规模虽然对西安市碳足迹的贡献度不大，但随着一带一路倡议中西安桥头堡地位的突显，国家推进关中城市群建设和西安国家中心城市建设，各种政策叠加效应不断，西安的城市影响力提高，未来西安市的人口规模还会进一步扩大。人口增长会带来一系列城市管理等问题如城市公共服务欠缺、配套资源紧张、环境污染等。实现碳足迹减排目标，必须适度扩张城市常住人口，同时优化城市发展格局、不断完善基础设施、提高生活水平，防止产生“城市病”。

(3)提高能源利用效率，降低能源强度和能源转换系数。西安市已形成了持续、良好的产业结构，通过进一步降低第二产业比重以求短期内显著降低碳足迹总量是不切实际的。面对现有能源生产和利用格局以及新能源技术和成本的限制，提升能源效率的重点在于技术进步，开展技术创新，通过工艺革新升级、流程简化、加大对关键设备的更新和先进核心技术的应用等措施以达到节约能源和碳减排的目的则是可能的。

(4)优化能源结构，大力发展新能源、可再生资源。目前西安市的能源消费依然以一次能源为主，虽然近年来煤炭的消费比重持续降低，但原油及其制品、天然气仍然是碳足迹总量不断增长的重要来源，因此发展低碳的新能源和再生能源，比如太阳能、生物能等，同时优化能源结构，使低碳的能源在当前以化石能源为主的能源结构中的比重逐渐提高，是达到减排的有效途径。