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1、中国碳排放变动因素分解研究 摘要 随着中国经济的快速发展，能源消费的急剧增长以及以煤为主的能源结构在短期内难以改变，中国一次能源消费的碳排放总量不断增长。本文基于广义费雪指数（GFI）方法，建立中国人均碳排放的因素分解模型，定量分析2000-2008年间，能源结构、能源效率和经济发展等因素的变化对中国人均碳排放的影响。该方法较之拉氏指数和D氏指数分解法，克服了它们的缺点，更好的消除了分解的残差项，得到的结果更加精确。分析表明：经济发展对拉动中国人均碳排放的贡献率呈指数增长，而能源效率对抑制中国人均碳排放的贡献率呈倒“U”型，并且其抑制作用当前有增强趋势，能源结构的抑制作用依然微弱。能源效率和能
2、源结构对碳排放的抑制作用难以抵消由经济发展拉动的中国人均碳排放量增长。本文得到当前能源效率因素对碳排放的抑制作用正逐渐增强，而能源结构因素对碳排放的抑制作用依然微弱，这与以往的结果不同。为了考察各种因素对中国能源消费碳排放影响的长期规律性，本文首次拟合了各种影响因素的瞬时变化率特征，进一步反映出各影响因素的动态演进过程。 关键词 碳排放；因素分解；广义费雪指数；动态演进 中图分类号 N94 文献标识码 A 文章编号 1002-2104(2011)11-0001-07 doi:10.3969/j.issn.1002-2104.2011.11.001 由于中国经济总量增长迅速，能源消耗不断增加，以
3、煤为主的能源消费结构未有改变，化石燃料能源的消费造成约有90%左右的碳排放，导致碳排放总量不断增长。到2020年我国单位国内生产总值CO2排放比2005年下降4045，其作为约束性指标被纳入国民经济和社会发展中长期规划。研究中国的CO2排放演化变化对优化能源结构、提高能源效率，以避免走发达国家“污染在先治理在后”的发展道路，具有指导意义。 1 文献综述 国内外关于碳排放的影响因素研究已有不少成果。Wang等1采用对数均值迪氏分解法(LMDI)对我国1957-2000年的CO2排放进行了因素分解，结果表明代表技术因素的能源强度是减少碳排放的最重要的因素，而能源结构也起到一定的作用，经济增长带来碳
4、排放的增加。Fan等2 采用适应性加权迪氏分解法(AdapIive Weighting Divisia，以下简称AWD)分解了1980-2003年碳排放强度(carbon intensity)的影响因素，发现尽管中国的CO2排放总量在上升，但是碳排放强度在下降。徐国泉等3采用对数平均权重Divisia指数分解法分析了1995-2004年中国人均碳排放的影响因素，结果显示经济发展对拉动中国人均碳排放的贡献率呈指数增长，而能源效率和能源结构对抑制中国人均碳排放的贡献率都呈倒“U”。冯相昭等4利用修改后的Kaya恒等式对1971-2005年中国的CO2排放进行了分解，结果表明 经济发展和人口增长是C
5、O2排放增加的主要驱动因素。胡初枝等5通过对我国六部门能源消费数据使用简单的碳排放公式计算得到的1990-2005年CO2排放量进行了简单平均的因素分解，指出规模和能源强度是正负两类最主要的因素，并且指出不同产业碳排放差异较大，产业结构的变化对碳排放减少有一定影响。国外也有很多有关碳排放的研究成果，Chris P. Tsokos, Yong Xu6通过建立一个CO2排放的微分方程系统，得到一个随时间变量变化的累积函数，利用该系统预测了10、20和50年CO2排放构成因素的变化率。Knapp等7从Granger因果检验的角度，研究了全球CO2排放量和全球人口之间的因果关系，认为两者之间不存在长期
6、协整关系，但是全球人口是全球CO2排放量增长的原因。D. Diakoulaki等8采用简化的Laspeyres模型，将希腊在1990-2002年之间均等的分为两个碳排放时期，研究结果为希腊的碳排放增加的原因给出了解释，并为完成碳减排的目标提出了建议。D. Diakoulaki, M. Mandarak9用简化的Laspeyres模型，利用5个因素分解分析了欧洲14个国家的工业部门CO2的变化，发现大多数欧盟国家虽然已经做出相当大的努力，但没有充分发挥减排贡献。 由以上可见，当前对碳排放变动因素分解分析用的较多的是拉氏指数和D氏指数分解法，但它们各自都有其自身缺陷，费雪指数法则折衷这两种指数方法
7、，并能很好的克服它们的缺点，更好的消除了因素分解的残差项，得到的结果更加精确。本文从碳排放现状出发，数据来自中国统计年鉴和中国能源统计年鉴，采用广义费雪指数法对中国碳排放变动进行因素分解，分解分析能源结构，能源效率和经济发展等因素对中国碳排放变动的影响。最后一部分给出了主要结论并提出了相应的碳减排对策。本文用新方法分析研究中国碳排放变动演化情形，所得结果综合了以往方法的结果，并获得新的有意义结果。得到当前能源效率因素抑制作用逐渐增，强能源结构的抑制作用依然微弱的结论，这与以往的结果不同，首次拟合了各种影响因素的瞬时变化率特征，进一步反映出各影响因素的动态演进过程。 2 GFI模型评价 寻找二氧
8、化碳减排途径的前提，是准确分析和计量促使碳排放增加的原因何在。指数分解分析作为研究事物的变化特征及其作用机理的一种分析框架，近年来在社会经济研究各方面中已经得到越来越多的应用。目前，最常用的包括Laspeyres指数分解和Divisia指数分解等10-12。但是，当指数分解存在残差项时，说明碳排放变动的部分不能为以上模型所解释。拉氏指数法及绝大部分D氏指数都存在着这个缺陷。相对于拉氏指数和D氏指数法各自都有其自身缺陷，费雪指数法则能折衷这两种指数方法，并能克服拉氏指数和D氏指数法的缺点。Ang、Lju和Hyun-Sik Chung13比较了广义费雪指数(the Generalized Fish
9、er Index)与其他五种常用的IDA方法，即：拉氏指数、帕氏指数、AMDI，算术平均D氏指数、LMDI (对数平均D氏指数法)、LMDI (对数平均D氏指数法)，并利用Fisher提出的因子互换检验、时间互换检验和比例检验；Balk提出的总量检验；Ang和Choi提出的零值稳健检验；Chung和Rhee提出的负值稳健检验对各种方法进行了上述检验，给出了检验结果，为选择合理的因素分解方法提供了有力的依据。广义费雪指数只在其中的总量检验中未通过，其他检验均通过，而其他方法均有两个或更多的检验未通过，因此广义费雪指数表现出优良的因素分解特性，综合来看其是进行因素分解的最佳方法。 碳排放因素分解法
10、可以分为两种不同的形式，即加法分解(Additive Decomposition)和乘积分解(Multiplicative Decomposition)，目前研究中多选用拉氏指数和D氏指数方法的加法分解，均存在一定缺陷，费雪指数法属于乘积分解，模型更加复杂，而且对分解因素更加难以把握，本文克服了这些问题，首次将费雪指数法和碳排放公式很好的结合，很好的选择了碳排放变动的影响因素，故而本文拟采用费雪指数法对中国碳排放变动进行因素分解，分解分析能源结构，能源效率和经济发展等因素对中国碳排放变动的影响，进一步拟合了各种影响因素的瞬时变化率特征，反映出各影响因素的动态演进过程。 3 碳排放的因素分解及演
11、进分析 3.1 模型基础 Ang等13提出的广义费雪指数(GFI)方法，具体实现过程如下：设V为总量指标，其由n个分量X1，X2，Xn表示。i表示总量指标的次级分类，用于进行结构变化的分析，则有：V=iVi=iX1iX2iXni。定义N=1,2,n，N的势为n。 S为N的一个子集，势为s。定义函数V(S)=(lSXTlmNSX0m)，V()=(mNX0m)其中为空子集，上标表示时期0和时期T。根据“几何平均”原理，将VT/V0分解为n个部分。每一要素X 3.2 数据处理及结果 采用的基础数据来自中国统计年鉴和中国能源统计年鉴，部分数据通过简单计算和整理得到，值得说明的是GDP采用了以2000年
12、为基期的不变价格计算，以剔除价格波动的影响。具体见表2。 在该模型中，X1代表能源结构因素，即i种能源在一次能源消费中的份额；X2代表能源效率因素，即单位GDP的能源消耗；X3代表经济发展因素，即人均GDP。利用公式(4)(5)(6)，分别计算能源结构因素、能源效率因素和经济发展因素对中国碳排放变动的影响。结果见表3、表4和图1。 表3及表4是中国碳排放变动的GFI因素分解结果。我们发现，经济发展因素对碳排放变动的贡献最多为12.125(占42.9%)，能源结构和能源效率的影响次之，分别为7927(占28.7%)和7.827（占28.4%）。 从图1可以看出，中国人均碳排放总体在不断增加，20
13、00-2002年期间，中国人均碳排放增长缓慢，但是，2002年以后一直急速增长，年增长率超过10%。显然，造成中国人均碳排放急速增长的主要因素是中国经济的快速发展。经济发展对拉动中国人均碳排放的贡献率呈指数增 增大。而抑制中国人均碳排放增长的因素是能源结构和能源效率，但效果并不明显。效率因素对抑制中国人均碳排放的贡献率呈倒“U”型，并且近几年其抑制作用有增强趋势，这也是最近几年中国人均碳排放增长的趋势有所减缓的主要原因。2001-2003年能源结构和能源效率的抑制贡献率与经济发展的拉动贡献率之间的差距最小，而此时中国人均碳排放量在2001-2003年增长最缓慢，但随后，由于能源效率的抑制贡献率
14、的减小和经济发展的拉动贡献率的增大，抑制贡献率与拉动贡献率之间的差距又不断扩大，导致了中国人均碳排放呈指数增长。 3.3 影响因素演进分析 从本文以上研究，已经得到能源结构、能源效率、经济发展这三个影响因素对中国碳排放变动的贡献率的大小，为了解决这些因素在未来具体如何演进，进一步反映出各影响因素的动态演讲过程，本文采用最小二乘拟合方法，很好的反映碳排放影响因素瞬时变化规律和变化趋势。过程如下： 首先拟合出能源结构因素的瞬时变化率，图2表示能源结构因素DX1的变化率，纵坐标代表变化率（%），横坐标代表时间（年）。 能源结构因素的瞬时率拟合方程为： dDX1(t)dt=-0046 979 t4+3
15、7675 t3-1133 e+006 t2+1514 3e+009 t-7590 1e+011 若能源结构因素变化率Dx1(t)0时，则表示能源结构随时间的变化率为正，能源结构对碳排放的影响越来越 图2 能源结构因素的变化率特征 Fig.2 Rate of change of the energy structure 大。由图2可见，2002年至2004年中国的能源结构因素瞬时率都是为正，而能源结构因素对碳排放起抑制作用，说明在这一段时期内能源结构因素发挥了逐渐增强的抑制作用。 若能源结构因素变化率Dx1(t)0时，则表示能源效 率随时间的变化率为正，能源效率对碳排放的影响越来越 大。由图3可
16、见，2002-2005年中国的能源效率因素瞬时率都为正，而能源效率因素对碳排放起抑制作用，说明这一时期能源效率抑制碳排放的作用逐年增强。 若能源效率因素变化率Dx2(t)0时，则表示经济发展随时间的变化率为正，经济发展对碳排放的影响越来越大。 由图4可见，2002年至2008年中国的能源效率因素瞬时率都是为正，而经济发展因素对碳排放起促进作用，说明此段时期经济发展不断地促进碳排放增长，给碳减排带来极大的压力。 4 结果比较及特点 在关于碳排放因素分解方面的研究中，本文所得研究结果与以往研究结果有相近的地方，也有不同之处，以下给出了本文与其他人研究结果的比较及特点分析。 徐国泉、刘则渊、姜照华3
17、采用对数平均权重Divisia指数分解法分析中国人均碳排放的影响因素，得到2000年以来，人均碳排放增长率超过10%，2000年以后，抑制贡献率与拉动贡献率之间的差距不断扩大，经济发展对拉动中国人均碳排放的贡献率呈指数增长，这一结果与本文相似。但本文又进一步得到2001-2003年能源结构和能源效率的抑制贡献率与经济发展的拉动贡献率之间的差距最小，而此时中国人均碳排放量在2001-2003年增长最缓慢，但随后，由于能源效率的抑制贡献率的减小和经济发展的拉动贡献率的增大，抑制贡献率与拉动贡献率之间的差距又不断扩大，导致了中国人均碳排放呈指数增长，并且近几年能源效率因素逐渐增强，这一系列的结论有别
18、于前者的研究结果。 D. Diakoulaki等8采用简化的Laspeyres模型，从人类活动、能源强度、混合燃料三个因素方面分解分析了希腊在1990-2002年之间的碳排放，得到人类活动因素引起CO2排放量增加32,242万t（占到150%），能源强度因素占-35%，混合燃料因素占-15%，后两个因素共减少CO2排放10 575万t。本文得到经济发展因素（即人类活动因素）对碳排放变动的贡献最多12.125(占42.9%)，能源结构因素（结构效应因素）和能源效率因素（即能源强度因素）的影响次之，分别为7.927(占28.7%)和7.827（占28.4%）。说明经济发展因素对中国和希腊都是正效应
19、并占到主导位置，其它因素虽然起到负效应，但减排效果微弱。 Ming Zhang, Hailin Mu等15采用完全分解方法分析CO2强度，能源强度，结构变化和经济活动对中国碳排放的影响。结果表明，经济活动对CO2排放量变化起正效应作用（占196%）；1991-2006这段时期，能源强度下降对CO2排放减少影响较大（占到126%）；CO2强度和结构变化的影响相对较小。并得到中国CO2排放量在全球减排中作出重大贡献。而本文认为2000-2008后这一段时期能源强度（能源效率）因素的抑制作用仍然不明显，为7.827（占28.4%），但其抑制作用还在逐渐加强。 李艳梅、张雷、程晓凌16按照“共同产生、
20、平均分担”原则，构建了碳排放因素分解模型，选择1985-2007年的数据，计量经济总量增长、产业结构演进和碳排放强度变化所产生的碳减排效应，表明造成碳排放增加的因素是经济总量增长和产业结构变化，而产生碳减排效应的因素惟有碳排放强度降低。该模型没有很好的处理结构分解过程中的残余项，而本文得到的是碳排放强度（即能源效率）因素对抑制中国人均碳排放的贡献率呈倒“U”型，并且近几年其抑制作用有增强趋势，这也是最近几年中国人均碳排放增长的趋势有所减缓的主要原因。 以上几位学者的研究都没有考虑到，我国经济发展并不一定引发碳排放的增加，经济增长也会自发导致碳排放量的减少，我国碳排放政策的缺失，节能减排政策实施
21、滞后是导致我国碳排放持续上升的又一重要因素。通过以上分析，我们发现，经济发展是我国人均碳排放增长的主导因素。作为发展中国家，经济产出的增长是满足国民生存与发展基本需求的必要条件，维持经济系统运行带来的能源消费是无法避免的，其导致的环境压力上升也是在所难免。随着中国经济的飞速发展，中国人均碳排放量在2002年后急剧增长，说明仅依赖能源效率的提高已难以抑制经济发展引起的中国人均碳排放。因此，本文强调在未来的中长期发展规划，我国碳减排的政策制定不能从控制经济发展规模的方面采取主要措施，应该大力优化能源生产消费的结构和提高能源使用效率，完善环境经济政策和节能减排政策。 5 碳减排对策建议 为了达到20
22、20年碳排放减排的目标及为应对全球气候变化做出贡献，综合以上分析，本文提出了以下几点碳减排对策： （1）环境调控政策和相关立法的完善。前文研究得到经济增长并不会自发导致碳排放量的减少，经济增长也并不一定引发碳排放的增加，控制经济发展过程中的碳排放，应建立实施技术标准、碳交易、碳排放的企业准入门槛、节能减排等政策措施降低碳排放量，完善相关的碳排放法律法规。 （2）改善能源生产和消费结构。由于受能源赋存条件以及经济条件限制，我国很难尽快改变以煤为主的能源消费格局。但是积极增加油气进口，开发新能源和可再生能源，逐步减少煤炭在能源消费中的比重，增加石油、天然气、水电、核电所占比重，中国的碳排放将得到很
23、大的缓解。此外，在加强能源结构调整的同时，加速发展煤炭清洁利用技术，实现煤炭的清洁、高效利用，减少碳排放。大力发展环保产业。 （3）提高能源使用效率。国内外很多专家学者的研究中都提到，碳减排的主要措施之一是提高能源利用效率。本文研究中也得到，能源效率对抑制碳排放的作用有加强趋势，可见今后继续依靠提高能源利用效率，降低碳排放的空间还很大。可通过更新设备、采用先进技术和工艺、加强能源管理等措施，提高一些高耗能行业的能源利用效率，充分挖掘高耗能工业部门的节能减排潜力。 （编辑：于 杰） 参考文献（References） 1王灿，陈吉宁，邹骥. 中国能源碳排放的分解：1957-2000J能源，2005
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34、 China J. Resources Science, 2010,32(2):218-222. Factor Decomposition Analysis of Carbon Emissions Change in China TIAN Li xin ZHANG Bei bei (Energy Development and Environmental Protection Strategy Research Center,Jiangsu University, Zhenjiang Jiangsu 212013,China) Abstract With the rapid developme
35、nt of Chinese economy, sharpe increase of energy consumption and coal dominant energy structure will not be changed in a short term, and the aggregate carbon emissions caused by primary energy consumption have been increasing consistently in China. Based on Generalized Fisher Index Approach (GFI), a
36、 decomposition model of carbon emissions per capita in China is established. The model is adopted to analyze the influence of energy structure, energy efficiency and economic development on carbon emissions per head from 2000 to 2008 in China. The results show that the contribution rate of carbon em
37、issions per capita pushed by economic development presents an exponential growth. However, the contribution rate of carbon emissions per capita inhibited by energy efficiency appears as an inverted “U”. The inhibiting effect indicates a strengthening tendency but inhibition of energy structure is st
38、ill weak. The inhibition caused by energy efficiency and energy structure is difficult to offset the growth of carbon emissions per capita in China driven by economic development, which is different from previous findings. In order to find out the regularity of various factors that impact carbon emissions in China, this paper simulates the features of instantaneous rate of change for various factors for the first time and this further reflects the dynamic evolution of various factors. Key words carbon emissions; factor decomposition; the Generalized Fisher Index; the dynamic evolution 20