中国城市化进程中的居民家庭能源消费及碳排放研究

张 馨，牛叔文，2，赵春升，胡莉莉

(1.兰州大学资源环境学院，甘肃 兰州730000;2.西部环境教育部重点实验室，甘肃 兰州730000)

一、引言

全球气候变化成为当今最紧迫的环境问题，中国作为能源消费大国和温室气体排放大国，面临着越来越大的国际减排压力。如何实现发展与节能减排的双赢关系到我国可持续发展的大局［1］。我国正处于工业化和城市化的中期阶段，居民消费水平不断提高，消费结构日益升级，对能源的需求不断增强。这不仅体现在直接用能上，也体现在满足生活需求的经济活动中产生的间接能源消费。能源利用作为衡量人类生活水平的关键指标［2］，与一切生产生活过程息息相关，并产生广泛的环境影响。居民生活中除了照明、炊事、取暖、家电等直接用能需求，对其他商品(如食品、衣着、家庭设备等)或服务(如医疗、教育、文化娱乐等)的需求也会间接地影响能源消费量。因此，能源消费和相应的CO2排放是与人们的生活方式和生活水平密切相关的。对家庭能源消费的研究不再只是停留在直接能源消费的计量和预测上，同时也需要通过人们的消费行为来计量分析间接的能源消耗。

国内外关于居民家庭能源消费的研究多集中在直接用能上，包括用能结构、数量、成本及其环境经济效应，能源利用效率和用能技术的改进，可再生能源和生物质能的开发利用，能源政策管理等方面。但对间接能源消费的研究不多，Lenzen(1998)利用投入-产出模型评估了澳大利亚消费者行为对能源消费和温室气体排放量的影响［3］。Weber和Perrels(2000)建立了生活方式对能耗的影响力模型，定量分析了德国、法国、荷兰的家庭消费结构以及生活方式对能源需求和碳排放量的影响［4］。Reinders等(2003)对比分析了欧盟11个国家的情况，发现家庭的直接和间接能源消费差异巨大［5］。Bin和 Dowlatabadi(2005)利用生活方式分析法(Consumer Lifestyle Approach，简称CLA)研究了美国消费者行为与能源利用以及二氧化碳排放量之间的关系［6］。李艳梅等(2008)运用投入产出方法，构建结构分解分析模型，对中国居民间接生活能源消费的增长原因进行了实证分析［7］。魏一鸣等(2007)基于CLA的运用，量化了1999-2002年中国城市和农村居民的生活方式对用能的直接和间接的影响，以及相应的CO2排放［8］。

已有的研究成果为本文提供了理论基础和方法借鉴，但它们都是空间维度的横向对比研究，本文将从时间序列上分析中国城镇和农村居民家庭的能源消费及其碳排放量的变动规律，从中解读城乡居民生活水平的差异以及城市化水平对能耗总量的影响。最后计算出2000-2007年生活用能的碳排放量并分析其变化趋势，从而为引导低碳生活提供依据。

二、研究方法和数据

(一)研究方法

1.理论基础

直接能源消费是指居民在生活中满足用能需求所直接消耗的能源，间接能源消费是指居民消费各种商品和服务，也就间接消费了生产商品和提供服务过程中所消耗的能源。关于家庭能耗影响的研究集中于间接能源消费的测算，20世纪90年代建立了较为系统的理论和模型。目前测算家庭能耗中的间接能源消费主要有三种方法:混合能源分析法、家庭代谢法、消费者生活方式分析法，这些方法共同的模型基础都是投入产出模型［9］。该模型的基本表达式为:

式中，E为家庭消费的间接能耗，F为与n×n维投入产出表中各产业所对应的产业能源强度，(I-A)-1为里昂惕夫逆矩阵，表示各个产业单位产出所需的所有产业的完全投入，Y为最终需求。

本文采用CLA法来计量家庭活动中的间接能耗。该方法［5］建立在投入产出 -生命周期评价(EID-LCA)分析法的基础上，分析消费品在生产过程中各个产品部分对其能源投入的综合影响，根据家庭消费支出数据计算出每类消费活动的能源强度，并将其与生活方式相联系。居民的日常生活行为如表1所示，这些行为方式直接或间接地影响着能源消费。由于农村地区几乎没有热力生产和燃气供应，并且在《中国能源统计年鉴》的“能源建设”栏目中没有关于农村地区能源建设的内容。因此，在农村居民的间接能耗中我们不考虑居住方面的消费行为。

表1 产生能源消费的居民生活行为分类

2.家庭直接用能及碳排放量的核算方法

城镇家庭生活中直接利用的能源种类主要有煤炭、液化石油气、天然气、煤气、汽油、热力和电力，农村的用能种类较单一，主要的商品能源有煤炭、电力、煤油和汽油。从利用方式可以分为照明、炊事、娱乐、取暖制冷、清洁卫生和交通等。城镇和农村的分能源种类的生活能源消费量数据可以从《中国能源统计年鉴》中获得。

直接用能消耗过程中，相应的碳排放量计算公式如下:

式中，Pdir为居民家庭直接能源消费的碳排放量，Fi为i种能源的消费量，Ci为i种能源的碳排放系数，如表2所示。

表2 各种能源的碳排放系数

3.家庭间接用能及碳排放量的核算方法

居民家庭间接能源消费是在人们满足日常活动需求的消费行为过程中而产生的。本文选取与人们生活消费相关的八类产业(见表3)，分别计算城镇和农村居民家庭在这些产业的消费中产生的间接能源消费及碳排放。根据生活方式分析法，计算公式［10］如下:

表3 家庭消费行为相关的行业部门［7］

式中，Eind为城镇/农村家庭间接能源消费总量，Pind为城镇/农村家庭间接能源消费中的碳排放总量，Xi为城镇/农村居民在i类产业消费中的人均支出，P为城镇/农村人口数，EIi为i类产业部门的能源强度(EIi=Ei/Gi，Ei为i类产业所包含的相关行业能耗之和，Gi为i类产业所包含的相关行业增加值之和)，CIi为i类产业部门的碳排放强度(CIi=Ci/Gi，Ci为i类产业所包含的相关行业碳排放量之和)。

(二)数据来源和处理

家庭生活中直接利用各种能源的消费量来源于2001-2008年《中国能源统计年鉴》，家庭居民在各消费项目中的支出数据来自历年的《中国统计年鉴》，分行业增加值来自《中国工业统计年鉴》，其中2004年数据来自《走向世界的中国制造业》，城镇和农村人口数据来自《中国人口统计年鉴》。

为了使数据具有可比性，我们将2000-2008年的现价分行业增加值换算为2000年的不变价，由此计算出可比的能源强度和碳排放强度。

三、中国居民生活能源消费的变动规律分析

(一)直接能源消费

由于城镇和农村居民的生活水平和生活方式存在差异，使得人们直接用能的种类、数量和结构上都有较大差别，见图1和图2。

从2000年到2007年，城镇居民的直接能源消费结构发生了十分明显的变动。煤炭消费量总体上是下降的，并且占能源消费总量的比重由2000年的30.5%降为2007年的13.4%。这表明煤炭作为非清洁能源在直接利用中呈下降趋势。液化石油气和煤气的消费量呈波动上升，但增长幅度较小，并且占总能源消费量的比例也在减小。电力、热力、天然气、成品油(汽油和柴油)的消费量呈逐年上升，并且增长速度很快，比重分别由2000年的18.5%、11.9%、6.5%和3%增长到2007年的23%、17.2%、15.5%和6.5%。这反映出在社会进步的大背景下人们的能源选择趋于向清洁、便利的能源转变。近些年来，家用电器的种类和数量不断增加，更新速度持续加快，电能的广泛使用促使了消费量的增加。但热力和电力作为二次能源，大部分由煤炭转化，对于用户是清洁的，对于整个环境的影响仍然存在。天然气的广泛利用使炊事用能更加清洁方便。2004年10月“西气东输”工程全线贯通并运营，天然气的消费量持续上升，促进了我国能源结构的调整。另外，私家机动车辆的大幅增长正在改变着城市居民的出行方式，每百户家庭拥有的汽车和摩托车数量由2000年的0.5辆和18.8辆增长到2007年的6.06辆和24.81辆，而成品油消耗的迅速增长也带来了严重的环境污染问题。

图1 2000-2007年城镇居民家庭直接能源消费中各类能源的变化趋势

图2 2000-2007年农村居民家庭直接能源消费中各类能源的变化趋势

农村居民家庭不同于城镇，能源消费分为自产的生物质能和商品能源二部分。在商品能源中煤炭所占比重大，2000-2007年间达2/3左右，所占份额呈波动下降趋势。炊事和取暖主要依靠煤炭，由于炉灶的热效率低，导致了煤炭的大量消耗。电力和液化石油气的消费量逐年增加，分别由2000年的18.5%和5%上升到2007年的27.3%和8.6%，说明高级商品能源在农村的可进入性增强。随着农民收入水平的提高，人们的消费意识转变，对能源的选择和需求逐渐偏向清洁的能源。过去用煤炭替代生物质能的消费，对植被保护和生态建设起到了积极作用。目前，电力和液化石油气对煤炭和生物质能的替代趋势日益明显，一些农村居民还利用可再生能源如沼气、太阳能。不仅用能结构趋于清洁化，也减少了农民购买商品能源的支出。

(二)间接能源消费

居民家庭的间接能源消费可以分为与人民生活相关的8个行业部门来计量，表4给出了分行业的能源强度。通过公式(2)可计算出2000-2007年居民家庭间接能源消费量。结果表明，城镇居民家庭的间接能源消费约占其生活总用能的87.8%，农村居民家庭则占71.9%。由于人们在八类行业中的消费支出不同，各行业的能源强度不同，使得间接能耗所占份额存在明显差异。

城镇居民家庭间接能源消费最大的是居住，平均占到60%以上;其次是食品、教育文化娱乐;再次是衣着、医疗保健、交通通信、家庭设备用品;最小的是杂项商品和服务，约占间接能源消费总量的0.36%(见图3)。通过表4可以看出居住行业的能源强度远远高于其他行业，尽管下降趋势明显，但人们在该行业的支出增长较快，从而导致人们在居住行业消费产生的间接能耗在近几年有所增加。杂项商品与服务的行业增加值是各行业中最大的，其能源强度是最小的，反映了第三产业产值高、耗能少的行业特点。

农村居民家庭除居住以外的其余七类消费行为产生的间接能耗结构如图4所示。其中食品所占的比例最大，约为53.8%。最小的是杂项商品与服务，约占0.65%。教育文化娱乐的间接能耗占间接能源消费总量的比例是仅次于食品的，约占29.3%。其余消费行为影响间接能耗分别为:衣着占6%，家庭设备用品占2%，医疗保健占5%，交通通信占3.3%。

表4 中国2000-2007年分行业能源强度(吨标煤/万元)

图3 2000-2007年城镇居民家庭的间接能源消费

图4 2000-2007年农村居民家庭的间接能源消费

除了居住，在城镇和农村居民家庭间接能源消费中，食品和教育文化娱乐所占比例都是最高的，这是由于两个行业的能源强度高，城乡居民在这两个行业的消费支出也高。说明人们在满足生存必需的物质基础的同时，也在注重精神生活的构建。从时间序列来看，2000年到2007年，居民家庭中各类消费项目影响的间接能耗所占比例基本没有太大变化，主要原因是能源强度降低的同时，人们的消费支出也在升高。也就是说，用能技术进步的同时，人们对能源的需求和在各类商品和服务的消费都有所增加，这其中有经济快速增长的拉动作用，也有人们对生活质量提升的欲望使然。

在间接能耗的总体结构保持不变的格局下，一些消费项目的间接能耗又表现出较明显的变动趋势。城乡居民食品消费行为影响的间接能源消费所占比例呈逐年下降趋势，这与我国恩格尔系数下降相吻合。说明随着人们生活水平的提高，食品消费的支出比例逐渐减小。但城乡居民在交通通信和教育文化娱乐的间接能耗有所增加，农村居民医疗保健也在增加。总之，人们的消费倾向由生存型消费逐步转为发展型消费，反映了消费结构的转型。

(三)中国居民家庭生活能源消费的总体趋势

我国正处于工业化和城市化的快速发展阶段，人民生活日益丰富的同时，对能源的需求和消费也在不断增加。通过以上对居民家庭直接能源消费和间接能源消费的计算和分析，可以看出2000-2007年城乡居民直接能耗和间接能耗的总量变化趋势，如图5和图6。

从图中可以看出，城镇和农村家庭的间接能源消费都远高于直接能源消费。从2000到2007年，城镇和农村家庭的直接能源消费都在持续增长，城镇的直接能源消费从6700.56万吨标煤上升到11458.13万吨标煤，平均增长率为7.97%;农村从4545.8万吨标煤上升到6729.93万吨标煤，平均增长率为5.77%。反映了城镇的直接能源消费增长速度要快于农村。从间接能源消费的变化来看，城镇虽有波动但总体呈增长趋势，从54033.92万吨标煤上升到64538.71万吨标煤。而农村呈逐年下降趋势，从19609.13万吨标煤下降到11555.14万吨标煤。

城乡人均能源消费量在年际间都有所变化，城镇平均为1356千克标煤;农村平均为271千克标煤。影响城乡居民家庭能源消费总量变化的主要因素有城市化水平、能源效率和人均收入。一方面，近年来能源效率的提高会导致城乡居民的人均用能量的下降。另一方面，人均可支配收入逐年提高，导致了对商品和服务消费的增加，从而增加了能源消费。两方面因素相互作用，造成了城乡居民的人均能源消费量的波动。从2000到2007年，中国的城市化率从36%上升到45%，随着城乡人口结构的改变，越来越多的农村人口进入到城镇，城镇人口的增加使得城镇居民家庭的能源消费总量增加。相应地，农村居民家庭的能源消费总量就下降了。如果不考虑其他因素，在城市化过程中，如果一个农村居民转变为城市居民，那么将会增加能源消费量1085.26千克标煤。

图5 2000-2007年城镇居民家庭直接和间接能源消费总量

图6 2000-2007年农村居民家庭直接和间接能源消费总量

四、居民家庭生活能源消费的碳排放分析

(一)直接能耗中的碳排放

根据公式(1)，可以得出城镇和农村居民家庭直接能源消费产生的碳排放总量，其变动趋势如图7。随着直接用能消耗的增长，碳排放量也在增加，2007年城镇和农村由直接能耗产生的碳排放量分别为8535.04万吨和6883.41万吨。从2000年到2007年，城镇和农村的碳排放量变动轨迹基本相同，在2005年之后，农村的碳排放量的增长趋势有所减缓，主要是由于煤炭的消费量有所下降。而在城镇，尽管煤炭的消费量也在下降，但是其他种类的能源消费量增长速度很快，导致了城镇的碳排放量持续增长。

(二)间接能耗中的碳排放

根据公式(3)和计算得出的碳排放强度(如表5)，得到城镇和农村居民间接能源消费的碳排放量。

表5显示，2000-2007年这八类行业的碳排放强度都呈下降趋势，说明单位产值的碳排放量减少，但产值增速快导致了碳排放量的逐年上升。也就是说，碳排放强度的降低并不意味着碳排放总量的降低。中国正处于工业化快速发展阶段，各行业的发展都需要消耗大量的能源，必然导致碳排放量的增长，因此中国仍然面临着巨大的节能减排压力。

图7 2000-2007年中国城乡居民家庭直接能源消费的碳排放量

表5 中国2000-2007年分行业碳排放强度(吨碳/万元)

图8 城镇和农村分行业平均碳排放量

城镇和农村家庭在各类行业的消费行为导致的碳排放量的比重关系如图8所示。城镇的居住、食品和教育文化娱乐的碳排放量占到前三位，农村的食品、教育文化娱乐和衣着的碳排放量位居前三。

2000-2007年城镇和农村居民家庭间接能源消费的碳排放量的变动趋势如图9所示。城镇的变化是先快速上升然后有略微下降，总体上是波动增长的，由47273.92万吨到56678.76万吨;而农村是持续下降的，由13097.06万吨到8117.94万吨。这与城乡居民的间接能源消费变动趋势相一致。由于农村居民在食品消费中的碳排放量大幅降低，而消费食品间接产生的碳排放量占农村居民家庭间接能耗的碳排放总量的比例最大，从而影响农村间接能耗的碳排放总量的降低。

五、结论

城市和农村作为两种不同的地域空间，人们的生产和生活方式不同，其能源消费结构和相应的碳排放量也有所不同。随着城市化进程的加快，城乡人口结构的变动将会导致能源消费量的增加。在不考虑其他因素的前提下，一个农村居民转变为城市居民，能源消费量将增加1085.26千克标煤。

2000至2007年是我国城镇化快速推进的时期，城乡居民家庭的直接能源消费总量上升、结构变动。城镇居民成品油、天然气、热力、电力的消费量快速上升，煤炭的用量下降。农村居民家庭以煤炭为主要能源，但电力、液化石油气的消费量增加较快。直接用能结构变动反映出能源替代的趋势，也反映出人们生活质量的差异。居民家庭间接能源消费总量在城镇地区呈波动上升趋势，特别是居住能耗最多，占60%以上;在农村地区持续下降，由于没有计量居住项目，食品能耗所占的比重最大，约为53.8%。教育文化娱乐、衣着、医疗保健居中，杂项商品与服务的最小，这在城乡的次序大致一样。食品的间接能耗呈下降趋势，与人们的消费倾向和生活质量的提高有密切关系。城乡居民的间接能源消费不仅仅是结构和数量的差异，也体现了人们的消费行为特征以及消费趋势的转变。人们逐渐由重实物消费转为物质消费和服务消费并重，由生存型消费转为发展型消费。

中国正处于工业化中期阶段，随着人均收入水平的提高，对各种商品和服务的消费支出也会增加，在未来较长时间内能源消费和碳排放量都将会增加。2000至2007年，城镇和农村由直接能耗产生的碳排放量是上升的，由间接能耗产生的碳排放量城镇和农村呈现出不同的变化趋势，城镇波动上升，而农村缓慢下降。由于城市化率的提高，大量人口由农村流向城镇，而农村居民的间接能耗要弱于城镇居民，相应的碳排放量也逐年降低。而城镇人口增多、间接能耗强，能源消费和碳排放量升高。因此人口结构的改变以及居民消费水平的提高将成为碳排放新的增长点。

在现阶段的用能技术水平下，由于经济的快速发展必然导致能耗增加，而能耗增加必然导致碳排放的增加。目前，我国仍是一个发展中的国家，改善民生的任务依然艰巨，只能通过燃料的转换和用能技术的进步做到相对的低碳发展。城乡生活消费结构的改变对于未来的能源利用和碳排放会产生显著的影响。随着低碳概念进入到人们的生活，居民的能源消费将逐步转向可持续的消费模式。

［1］庄贵阳.低碳经济:气候变化背景下中国的发展之路［M］.北京:气象出版社，2007.

［2］B.Sudhakara Reddy.A Multilogit Model for Fuel Shifts in the Domestic Sector［J］.Energy，1995，20(9):929-936.

［3］Manfred Lenzen.Primary Energy and Greenhouse Gases Embodied in Australian Final Consumption:An Input-Output Analysis［J］.Energy Policy，1998，26(6):495-506.

［4］Christoph Weber，Adriaan Perrels.Modelling Lifestyle Effects on Energy Demand and Related Emissions［J］.Energy Policy，2000，(28):549-566.

［5］A.H.M.E.Reinders，K.Vringer，K.Blok.The Direct andIndirect Energy Requirement of Households in the European Union［J］.Energy Policy，2003，(31):139-153.

［6］Shui Bina，Hadi Dowlatabadi.Consumer Lifestyle Approach to US Energy Use and the Related CO2Emissions［J］.Energy Policy，2005，(33):197-208.

［7］李艳梅，张雷.中国居民间接生活能源消费的结构分解分析［J］.资源科学，2008，30(6):890-895.

［8］Yi-Ming Wei，Lan-Cui Liu，Ying Fan，Gang Wu.The Impact of Lifestyle on Energy Use and CO2Emission:An Empirical Analysis of China’s Residents［J］.Energy Policy，2007，(35):247-257.

［9］陆莹莹，赵旭.家庭能源消费研究述评［J］.水电能源科学，2008，26(1):187-191.

［10］魏一鸣，范英.中国能源报告2006:战略与政策研究［M］.北京:科学出版社，2006.