福建省节能减排政策效果评估——基于多层指数分解模型

黄逸敏，王 远，，许 翔，王春春，伍博炜

（1.福建师范大学a.湿润亚热带生态地理过程教育部重点实验室；b.地理科学学院，福建 福州 350007；2.南京大学a.环境学院；b.污染控制与资源化研究国家重点实验室，江苏 南京 210023；3.福建省环境保护设计院有限公司，福建 福州 350012）

0 引言

随着城市化与工业化的快速发展，我国社会经济得到空前发展，导致能源消费量加速增长，造成能源供应量不足等一系列问题，给我国进一步深化发展和全社会长期安全与稳定带来了严重的威胁［1］。能源的大量使用也对生态环境产生了严重的负面影响，如温室气体和污染物的大量排放造成全球气候变暖［2］、酸雨 频 发［3］和 雾 霾 天 气 严 重［4］等 一 系 列 问题。

为了协调环境保护、经济发展和能源利用之间的关系，我国在“十一五”与“十二五”期间相继出台了一系列节能减排政策措施和发展目标，具体包括：推广清洁能源，升级初级能源结构；加速能源技术升级，增强能源转化效率；提升能源使用效率，降低终端能源强度；发展新兴产业，优化国民经济结构等方面［5-7］。“十三五”期间，我国政府明确提出了节能减排目标，并争取在2030 年之前CO2排放尽早实现达峰。本文分别从能源消费量和CO2排放量的驱动因素出发，评估节能减排政策在福建省的实施效果，有利于明确下一步节能减排工作的重点，促进福建节能减排目标的顺利实现。

国内外学者通常采用因素分解模型来研究能源消费和CO2排放驱动因素，包括结构分解分析方法（Structural Decomposition Analysis，SDA）和指数分解分析方法（Index Decomposition Analysis，IDA）两类分解方法。结构分解法多用于国家层面的研究，而指数分解法主要运用于单个或多个部门的节能减排研究。其中，对数平均迪氏指数分解模型（Logarithmic Mean Divisia Index，LMDI）是各个指数分解方法中适用 范 围 最 为 广 泛［8，9］，研 究 区 域 涵 盖 国 家［10，11］、区域［12，13］和 省 级［14，15］等 不 同 尺 度。Jiang 等［16］采 用LMDI方法将我国30 个省份碳排放的影响因素分解为碳排放强度效应、能源强度效应、经济活动效应和能源结构效应4 个方面。LMDI 分解分析法具有结果无分解残差，同时总效应值与分效应值的总和相等，能够分解和处理包含零值和负值数据集等优势，因此本文采用LMDI 分解法研究能源消费量和CO2排放量变化的驱动因素。然而，当前的研究大多只采用单层分解模型，仅单方面地从能源消费侧或者供应侧分析对能源消费量和CO2排放量的影响，而未将能源供应与能源需求两侧对能源消费的影响进行综合考虑。为此，Xu 等［17］将单层指数分解模型拓展为多层指数分解模型。多层指数分解模型能够更全面地揭示单层指标中更深层的驱动因素，并提供多个角度的分析［18］。

综上所述，本文采用多层对数平均指数分解分析模型（Multilevel- hierarchical Logarithmic Mean Divisia Index，M- LMDI），将福建省2000—2019 年能源消费量和CO2排放量变化的影响因素分解为初级能源结构效应、终端能源强度效应、经济结构效应、经济规模效应和能源转化总效应，同时将能源转化总效应进一步分解为终端能源结构效应和能源转化效率效应，并将节能减排的4 个领域纳入研究体系中分析该省节能减排的政策效果，为节能减排政策效果评估提供依据。

1 研究区概况、数据来源与研究方法

1.1 研究区概况与数据来源

福建省简称“闽”，位于我国东南沿海地区，东北与浙江省毗邻，西面、西北与江西省，西南与广东省相连，东面隔台湾海峡与台湾省相望；南北最长为530km，东西最宽为480km，陆地总面积12.4 万km2；辖福州、厦门、莆田、泉州、漳州、龙岩、三明、南平、宁德9 个市和平潭综合实验区，省会为福州市。福建省肩负着海峡西岸经济区、海上丝绸之路核心区、福建自贸区和我国首个省级生态文明先行示范区建设发展的重任。2000—2019 年，福建省一次能源消耗量与经济总量分别从2000 年的29.43Mtce、3765 亿元增加到2019 年的137.18 Mtce、42395 亿元，分别增长了4.66 和11.26 倍，年均增长率为8.44%和13.59%（图1）。

图1 2000—2019 年福建省地区生产总值与初级能源供需概况Figure 1 Overview of GDP and primary energy supply and demand in Fujian，2000—2019

福建能源资源储量较低但需求大，导致能源自给率相对较低，对外依赖度大，2000—2019 年该省能源生产量仅占能源消耗量平均值的37.71%。由此可见，福建省能源消耗大而供应少，能源供应安全问题已经十分严峻，实施节能减排对福建省建设生态文明试验区尤为重要。为响应国家政策，福建省“十一五”规划首次把节能减排作为约束性指标，并提出对有限资源进行有效管理和优化升级产业结构；“十二五”期间，福建省对节能减排政策进行探索，相继出台了价格和环保收费、财政激励、税收优惠和金融支持等方面的指导性政策；2017 年，福建省出台《“十三五”节能减排综合工作方案》，明确了各地市的节能减排约束性目标，同时强调要优化产业和能源结构，加强重点领域节能。一系列政策措施的出台，表明福建省地方政府与中央政府的政策规划保持高度的一致，整体上都是从能源结构、产业结构、能源强度等方面进行约束，因此有必要对该省节能减排政策的实施效果进行评估。本文中采用的数据来源于《福建统计年鉴2000—2020》。

1.2 研究方法

本文首先收集了福建各部门终端能源消费实物量，根据各类能源的折标煤系数和能源转化效率，计算出福建省能源消耗总标准量，同时核算CO2排放量；然后采用多层指数分解模型，分别对福建省能源消费量和CO2排放量的驱动因素进行多层指数分解分析；最后将影响能源消费量和CO2排放量的因素分解结果与节能减排政策相结合，评估我国节能减排政策在福建省的实施效果。

能源消费及碳排放核算：根据能量守恒定律，将福建省初级能源消费总量分为终端能源消费量与能源传输转化损失量。计算公式为：

碳排放的核算方法主要包括生产责任法、测量法、消费责任法等［19-21］，本文采用由《IPCC（2006）指南》推荐的以生产责任法为基础的通用方法，核算化石能源燃烧产生的CO2。计算公式为：

式（1）、（2）中：i 表示各类能源消费部门；j 表示不同类型的初级能源；CEij、Eij、FEij、ELij分别表示i部门的j 类能源消费产生的碳排放、初级能源消费总量、终端能源消费总量和能源转化损失量；ej表示j 类能源的能源转化效率；NVCj表示j 类能源的平均低位发热量；EFj表示j 类能源的碳排放系数；O 为能源的碳氧化效率。

多层指数分解模型：传统的Kaya 恒等式通常使用一次能源强度指数来分解国家、地区的能源消耗和污染排放［22-25］，对能源消费的研究往往从单一角度（供应侧或需求侧）进行分析。本文根据LMDI 相关的最新研究应用进展［26-28］，通过对传统的Kaya恒等式进行拓展，将能源转换效率和终端能源强度集成到模型中，使研究能够同时评估能源供应侧的转换效率和能源需求侧的利用效率，从而实现研究结果与实际应用的衔接。改进后的模型可将我国4个主要的节能减排目标（提高能源转化效率、优化初级能源结构、提高能源使用效率、优化经济结构）纳入研究体系，并分别对应因素分解结构模型中的能源转化总效应、初级能源结构效应、终端能源强度效应、经济结构效应。同时，为兼顾能源的供应侧与需求侧，将能源转化总效应进一步分解为终端能源结构效应和能源转化效率效应（图2）。

图2 多层分解模型结构Figure 2 Multilevel- hierarchical decomposition structure

因素分解模型数据集中的零值均以10-8进行替代，其结构与公式如下所示：

首先，将能源消耗部门的初级能源消费总量进行分解。计算公式为：

根据多层指数分解模型，将能源转化总效率进一步分解为终端能源结构效应和能源转化效率效应。计算公式为：

同理，在分解碳排放总量的驱动因素时，根据能源消耗部门的能源消费量将碳排放总量进行分解。计算公式为：

式（2）—（5）中：E、PE、FE、C 分别表示能源消费总量、初级能源消费量、终端能源消费量和能源消费的CO2排放总量；i ＝1，2，…，7，分别表示农林牧渔业、工业、建筑业、交通运输仓储和邮政业、批发零售、住宿餐饮业、其他行业和生活消费；j ＝1，2，3，4，分别表示煤炭、石油、天然气和非化石能源等4 种初级能源；k ＝1，2，…，5，分别表示煤、焦炭、石化产品、天然气和热力—电力等5 种终端能源；G 表示福建地区生产总值；eij、ti、ii、yi、rij分别表示初级能源结构效应、能源转化总效应、终端能源强度效应、经济结构效应和能源的碳排放系数效应。

加法分解与乘法分解是LMDI 分解的两种方法，本文选择加法分解。初级能源消费总量变化的加法分解公式为：

初级能源消费的CO2排放总量变化的加法分解步骤如下：

2 结果及分析

2.1 福建省能源消费量及碳排放总量

总体上，2000—2019 年福建省能源消费量和CO2排放量呈现先逐渐增长后趋于稳定的变化特征（图3）。

图3 2000—2019 年福建省能源消费量及CO2 排放量变化趋势Figure 3 Trend of energy consumption and carbon emission in Fujian，2000—2019

2000—2005 年福建省能源消费量和能源消费的CO2排放总量增速较快，2005—2010 年增速有所减缓；2010—2015 年，福建省的能源消费量增速进一步放慢，并在此期间保持相对稳定；2015—2019 年能源消费量和CO2排放量开始逐渐平稳。由于2005 年之前福建省能源消费量和CO2排放量增长较快，导致经济、能源和环境三者之间的矛盾日益加剧。而“十五”期间福建省还未明确提出节能减排政策，在“十一五”和“十二五”期间福建省响应国家政策相继提出了一系列的节能减排政策，同时“十三五”期间福建省明确提出控制温室气体减排方案。因此，随着国家和福建省一系列节能政策和碳减排政策的逐步出台与实施，该省的能源消费量与CO2排放量增长速度开始逐渐下降。

2.2 能源消费量及碳排放总量分解结果

本文运用M—LMDI 模型分别对福建能源消费量和CO2排放量变化的驱动因素进行了分析，结果如图4 所示。从图4 可见，总体上经济规模效应在2000—2019 年各阶段对能源消费量与CO2排放量的贡献度表现为最大值，因此经济规模效应是能源消费量和CO2排放量增长的最大驱动因素。经济规模效应在2005—2010 年的驱动作用最强，说明福建省经济规模不断增长，对能源消费量和CO2排放总量的贡献度也在加强。终端能源强度效应对能源消费量和CO2排放量的影响主要表现为明显的负效应，说明终端能源强度效应抑制了能源消费量和CO2排放量的增加。具体而言，终端能源强度效应在2000—2005 年间对能源消费量和CO2排放量增长的影响为正效应，然而在2005—2010 年、2010—2015 年、2015—2019 年期间转变为负效应，并成为抑制能源消费量与CO2排放量增加的最大的驱动力。这是由于福建省在“十一五”期间明确提出主要污染物控制指标与能耗标准，加大淘汰落后产能，加强重点项目治理，使得此期间技术水平有所提升，从而降低了终端能源强度。初级能源结构效应对能源消费几乎无影响，而对CO2排放总量有一定的抑制作用。该负效应主要来源于2010—2015 年，说明该期间福建省采取的相关措施（如提高清洁能源利用等）使初级能源结构得到逐步优化。经济结构效应和能源转化总效应对能源消费量和CO2排放量的增长有微弱的促进效果。能源转化总效应对能源消费量和CO2排放量的影响从“十五”期间的负效应逐渐过渡到“十二五”期间的正效应。

图4 2000—2019 年福建省各阶段能源消费量与CO2 排放量影响因素分解Figure 4 Decomposition of influencing factors of energy consumption and CO2 emission in Fujian，2000—2019

分析单层指数分解模型计算结果分析发现，2000—2019 年间各阶段能源转化总效应的贡献率均较小，说明能源转化总效率对能源消费量和CO2排放量几乎无影响。但多层指数分解模型表明终端能源结构效应的驱动因素主要为正值，促进了能源消费量和CO2排放量的增长。能源转化效率效应主要为负值，抑制了能源消费量和CO2排放量的增长。说明能源终端结构效应与能源转化效率效应两因素在相互抵消，通过多层因素分解能够观测其内部的影响特征（表1）。

表1 2000—2019 年福建省各阶段能源消费量与CO2 排放量驱动因素的相对贡献度Table 1 Relative contribution of energy consumption and CO2 emission factors in Fujian，2000—2019

由此可见，福建省能源转化效率不断提高对其抑制CO2排放的增加具有一定的影响，终端能源结构的不合理是造成能源转化总效应为正值的主要原因。因此，若仅采用单层指数分解模型对能源消费进行因素分解，会忽略驱动因素的内部结构。通过对各驱动因素进行多层分解，能够明确其内部结构特征，从而更精准地明确问题根源，实施准确有效的政策措施。

2.3 各效应的时间变化特征及政策效果

通过对各驱动因素的时间变化情况的具体分析，可进一步分析各节能减排政策在不同阶段所产生的效果，从而评估福建省在各阶段对国家出台的各项节能减排政策的实施效果。

由图5 可知，福建省经济总量逐年上升，2000—2019年GDP由3920.07 亿元增长到28797.07 亿元（2000 年不变价），增长了7.3 倍；GDP的增速呈先升后降的变化特征，在2007 年达峰值（15.2%）。由此可知，2005—2010 年福建省经济增速最快。根据前文，经济规模效应在2005—2010 年相对贡献度最大，说明经济增长的速度越快，经济规模效应的相对贡献度越大，因此经济增长对福建省能源消费量和CO2排放量起正向驱动作用。当前，我国仍处于社会主义初级阶段，与广东、浙江两个相邻省份相比，福建经济相对落后，因此发展经济仍是我国和福建省当前的首要任务。尽管经济增长是能源消费量与CO2排放量的重要驱动力，但由于经济发展的导向性，短期内能源消费总量与CO2排放量仍将保持持续增长。

图5 2000—2019 年福建省经济规模与经济结构变化Figure 5 Economic scale and economic structure change in Fujian，2000—2019

由前文可知，经济结构对福建省能源消费量和CO2排放量起到正效应。为分析正效应产生原因，本文分析了经济结构的变化规律。从福建省的一、二、三产业结构变化情况来看，2000—2019 年该省第一产业的占比不断下降，第二产业的占比不断提高，第三产业的占比情况相对稳定。整体上，福建省第二产业为优势产业，第一产业为劣势产业。由于第二产业的能源强度远大于第一产业和第三产业的能源强度，因此经济结构效应在3 个五年计划期间对能源消费量和CO2排放量的变化均为正效应。根据发达国家的发展经验，产业结构调整时间跨度长、涉及范围广，短时间内调整产业结构的政策难以取得明显成效，因此福建优化经济结构的节能减排措施效果不明显。

初级能源结构效应和终端能源强度效应：福建省初级能源结构时间变化分析结果如图6 所示。从图6 可知，福建省的初级能源一直以原煤为主，其消费量占该省初级能源消费总量的50%左右，近年来呈略微下降的趋势；石油消耗量占比相对稳定，基本稳定在30%左右；一次电力及其他能源消费量占比呈由上升到下降再上升的波动变化；2009 年福建省开始使用天然气，且其使用量逐年增加，这是导致初级能源结构效应由正效应转向负效应的主要原因。分阶段分析发现，“十五”与“十一五”期间各种初级能源消费占比相对平稳，而“十二五”与“十三五”期间一次电力和天然气等低碳清洁能源占比不断上升，从而使煤炭等传统化石能源的占比不断下降，说明近年来我国对新能源的利用和核电机组的投入的影响力在逐渐显现。对比分解结果可以发现，初级能源的低碳化和清洁化有效抑制了碳排放的快速增长，因此能源消费结构的调整对节能减排起到一定的作用。

图6 2000—2019 年福建省初级能源消费结构与终端能源强度变化Figure 6 The change of primary energy consumption structure and terminal energy intensity in Fujian，2000—2019

终端能源强度越低，说明能源的使用效率越高。本文统计了2000—2019 年间福建省终端能源强度的变化情况（图6），发现福建省终端能源消费强度先增加后减少，2005 年出现拐点，并在2005—2019年间出现下降。回顾过去，“十五”期间我国经济下行压力加大，高耗能产业借此机会得到发展，导致2000—2005 年间终端能源消费强度总体呈上升趋势。然而，能源消费量的快速增长产生了较多负面的能源环境问题。福建省在“十一五”“十二五”和“十三五”期间先后出台了多项节能减排政策。2019年福建省终端能源消耗强度仅为0.32tce/万元，较2005年高峰时下降了52.92%，说明“十一五”以来福建省在提高能源使用效率、降低终端能源强度的节能减排政策下取得了明显效果。

能源转化总效应：从能源供应侧的转化效率时间变化情况来看（图7），炼焦的转化效率较高且随时间变化较为稳定，一直维持在接近100%的水平；炼油的转化效率也较高，随时间变化略有下降，但总体上转化效率在90%以上。说明随着时间的变化，炼焦、炼油的转化效率对于能源消费量和CO2排放量变化的影响未起到显著的作用。随着国家实施关停小型火电厂、推广热电联产技术等措施，福建省的发电及电站供热转化效率处于不断提高的状态，能源转化效率整体上呈升高趋势。因此，发电及电站供热转化效率的不断提高是导致能源转化效率效应对能源消费量和CO2排放量的变化起抑制作用的主要因素。

从能源需求侧的终端能源结构的时间变化来看（图7），福建省终端能源消费以煤炭、石化产品和热力电力为主，部分能源消费量占终端能源消费总量的90%左右。从2005 年开始，福建省煤炭消耗量占比不断下降，占终端能源消费总量的比例由原先的第一名下降到2013 年的第三名，这主要是由于清洁能源的利用和核电机组的投入抢占了煤炭的消费量。焦化产品呈先下降后上升的趋势，2013 年成为占比最高的终端能源类型。第三产业自2005 年以来在三产中的占比不断提高。同时，人们生活水平日益提高，使电力消耗占终端能源消费量的比重不断升高。尽管天然气的消费量也在逐年上升，但所占比例远小于其他能源，其所能影响的终端能源消费结构的能力十分有限，因此终端能源消费结构在2005—2019 年表现为正效应。

图7 2000—2019 年福建省能源转化效率与终端能源消费结构变化Figure 7 Energy conversion efficiency and terminal energy consumption structure in Fujian，2000—2019

3 结论

本文采用多层指数分解模型分析了2000—2019年福建省能源消费量与CO2排放量的驱动因素，揭示了影响该省能源消费与CO2排放的隐藏驱动因素，并将节能减排政策集成到各驱动因素的分析中，通过对各驱动因素变化趋势的分析，评估和讨论了节能减排政策在福建省的实施效果。主要结论如下：①研究期内福建省能源消费量与CO2排放量总体上表现为先逐年增加后趋于稳定，尽管时间上能源消费量和CO2排放量的增速在放缓，其仍未呈现出明显的下降趋势。②从影响福建省能源消费量与CO2排放量的驱动因素来看，终端能源强度效应主要表现为负效应，其对能源消费量和CO2排放量的变化具有较强的抑制作用。技术水平的提高抑制了福建省能源消费量与CO2排放量的增长，其他因素基本呈正效应。其中，经济规模效应的正效应最为显著，经济规模的提高促进了能源消费量和CO2排放量的增长。③多层指数分解模型通过剖析单层指数中易忽略的指标，对各驱动因素进行了更深入的分析，以弥补单层指数模型的缺陷。本文通过将能源转化总效应进一步分解为终端能源结构效应和能源转化效率效应，发现两驱动因素呈相反效应，两者之间存在相互抵消。福建省能源转化效率的提高对抑制碳排放的增加具有一定效果，终端能源结构的不合理是造成能源转化总效应为正值的主要原因。④研究期内终端能源强度大幅下降，提高能源使用效率的节能政策取得的效果最为明显，能源转化效率和初级能源结构的调整也取得了阶段性成果。福建省的经济结构调整是一个长期的过程，涉及范围广，短期内调整产业结构的政策难以取得明显的成效。尽管在经济快速发展的过程中，福建省节能减排政策的实施尚未扭转能源消费和碳排放总量增长的趋势，但在一定程度上控制了能源消费和碳排放的过快增长，说明该省当前实施的节能减排政策对缓解经济、能源与环境之间的矛盾具有一定作用。从社会经济的长期发展来看，通过不断调整节能减排政策，未来福建省能源消费和CO2排放的增长局面将会得到扭转。