中国黑色金属行业能源消费碳排放因素分解研究

罗世兴，吴 青

(1.中国国土资源经济研究院，北京 101149； 2.国土资源部资源环境承载力评价重点实验室，北京 101149； 3.中国地质大学(北京)，北京 100083)

随着经济的持续快速增长，中国成为能源消费及其碳排放大国。2009年中国政府承诺到2020年单位GDP的CO2排放比2005年下降40%～45%。《工业绿色发展规划(2016～2020年)》提出2020年单位工业增加值CO2排放要比2015年下降22%。黑色金属行业是高能耗、高污染、高排放的工业部门，也是我国淘汰落后和过剩产能的重点领域。2015年黑色金属行业工业销售产值、能源消费总量、终端能源消费量分别占工业的6.19%、22.45%和27.26%。准确估算黑色金属行业能源消耗碳排放，分析其驱动因素，对行业节能减排有重要意义。

1 文献综述

能源消费碳排放及其因素分解是资源环境经济的热点。其中，碳排放核算主要依据IPCC和国家发展和改革委员会的温室气体清单指南，差异在于时空及参数选择。因素分解主要运用结构分解法或指数分解法。Ang B W等[1-3]比较了不同方法的分解效果，发现对数平均迪氏指数法不仅可以进行多因素分解，而且分解残差为0。此后该方法被广泛用于碳排放等因素分解领域。

现有研究集中于国家、省市、工业及制造业等宏观层面，也涉及农业、化工、建筑业及交通运输等部门。陈诗一[4]发现能源生产率提高是中国工业CO2排放强度下降的主要因素。童泉格等[5]研究发现进出口总额、固定资产投资及GDP是内蒙古能源碳排放的主要驱动因素。李波等[6]、李志国等[7]研究表明农村经济发展对农业碳排放具有较强推动作用。梁日忠等[8]、范体军等[9]发现规模效应中国化学工业碳增排的主因素。祁神军等[10]、胡颖等[11]认为能源结构和能源强度是我国建筑业减排的关键。杨良杰等[12]对江苏省交通运输业能源消费碳排放的研究发现经济产出、人口规模和产业结构起增排作用，能源结构和能源强度作用相反。谢守红等[13]研究发现产业增长和能源效率是我国交通运输业碳排放的最主要增排和减排因子。夏宾等[14]认为我国电解铝CO2排放估算应以排放系数法为主，实测法为辅。时玉茹等[15]发现经济规模是有色金属行业碳增排的主因素，能源强度起抑制作用，能源结构和碳排放系数影响较小。常前发等[16]探讨了黑色冶金矿山节能减排的主要内容及关键技术。彭兴文等[17]调查分析了我国黑色金属采选业的废水、CO、SO2等产污染及排污系数。

综上所述，当前缺乏对黑色金属行业的深入研究，能源大多仅考虑煤炭、原油、天然气，未考虑电力、热力等二次能源消费碳排放。能源数据大多采用工业分行业9种能源消费总量(实物量)数据折算，其结果比年鉴的标准高，按其计算碳排放存在夸大问题，故本文选择22种能源估算中国黑色金属行业能源消费碳排放，并进行弹性分析与因素分解。

2 模型数据

2.1 Tapio弹性分析法

弹性分析法运用环境压力与驱动因素间的变化弹性来测度脱钩程度，计算见式(1)。

e=(ΔC/C)/(ΔGDP/GDP)

(1)

式中：e为弹性系数；C为能源消费碳排量；GDP为经济产出。

参照Tapio[18]、钟太洋等[19]的研究，将弹性对应的脱钩状态划分，见表1。

表1 脱钩状态划分标准

2.2 LMDI因素分解法

碳排放不仅与能源消费量、经济产出及人口规模有关，还与能源结构、能源强度、产业结构等密切相关，故有式(2)。

C=

(2)

式中：C为碳排放总量；Cij为第i行业消费第j种能源的碳排放量；ECi为第i行业能源消费总量；ECij为第i行业第j种能源的消费量；Yi为第i行业的产值；Y为所有行业的产值；P为所有行业的就业规模。

对数平均指标分解法(Logarithmic Mean Divisia Index，简称LMDI)作为指数分解法的一种，本文采用加和法将碳排放变化量ΔC分解为式(3)。

ΔC=Ct-Ct-1=

ΔCf+ΔCm+ΔCε+ΔCs+ΔCa+ΔCθ

(3)

式中：ΔCf为排放因子效应，表示由能源碳排放因子变化引起的碳排放变化；ΔCm为能源结构效应，表示由能源结构改变引起的碳排放变化；ΔCε为能源强度效应，表示由能源强度改变引起的碳排放变化；ΔCs为产业结构效应，表示由产业结构变化引起的碳排放变化；ΔCα为经济产出效应，表示由单位就业产值变化引起的碳排放变化；ΔCθ为就业规模效应，表示由就业人数改变引起的碳排放变化，各效应计算见式(4)～(9)。

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

2.3 数据处理

本文采用工业分行业终端能源消费量(标准量)数据，《省级温室气体清单编制指南(试行)》的碳含量、《中国能源统计年鉴》的发热量等参数测算一次能源的碳排放系数，结果见表2。借鉴查建平等[20]、王文举等[21]的做法，计算电力、热力的历年平均碳排放系数[注]受篇幅限制，各能源发热量、碳含量参数、碳氧化率等参数及计算过程未展示，可向作者索要。。2010年开始终端能源消费能源种类由18种增加到27种，2013年又增加了“其他能源”，但其各种参数缺失，且石脑油、润滑油等5种能源消费少，故本文只选择了22种能源。工业总产值来源于《中国工业经济统计年鉴》，并按各行业工业生产者出厂价格指数以1994年为基期定基，就业人数来源于《中国工业经济统计年鉴》[注]本文的黑色金属行业包含黑色金属矿采选业，黑色金属冶炼和压延加工业。2012年开始不再统计工业总产值，以工业销售产值替代，2012年就业数据用相邻年份的平均估算。。

根据IPCC指南中自下而上的方法，黑色金属行业能源消费碳排放，计算见式(10)。

(10)

表2 各种一次能源的碳排放系数 单位：kg/kg标准煤

3 结果分析

3.1 碳排放特征分析

我国黑色金属行业能源消费碳排放总量及强度先升后降，呈现“倒U型”走势。其中，碳排放总量由1994年的11 443.93万t增加到2014年的72 342.56万t的最大值，2015年下降到66 751.38万t，年均增长8.76%。增长主要分三个阶段：1995～2001年下降转为缓慢增长；2002～2011年基本保持2位数的快速增长；2012～2015年快速增长转为下降，见图1。

碳排放强度1995年达到最大3.23 t/万元，此后下降到2015年0.91 t/万元，年均下降5.02%。产业结构上，冶炼和压延加工是黑色金属行业碳排放的主体，占98%左右，采选环节碳排放占比很小。能源种类上，焦炭、高炉煤气、电力和原煤是主要来源，2015年各占行业碳排放总量的46.64%、21.29%、14.34%和9.09%。

图1 1994～2015年中国黑色金属行业能源消费碳 排放总量及强度

3.2 碳排放与经济增长脱钩分析

1995～2015年中国金属行业能源消费碳排放与经济增长以弱脱钩为主，见表3，说明该行业以较低的碳排增长实现了较快的经济产出增长。21年中，弱脱钩、扩展连接、强脱钩、扩张负脱钩及强负脱钩分别有12年、3年、3年、2年和1年。1998年、1999年及2015年在实现经济产出增长的同时碳排放减少。2005年、2013年碳排放增长远超过经济产出的增长，出现负脱钩。1995年则呈现产值下降，碳排放增加的强负脱钩状态。

表3 1995～2015年中国黑色金属行业能源消费碳排放与经济增长脱钩弹性

3.3 碳排放因素分解

3.3.1 逐年效应

经济产出是行业能源消费碳排放的最大贡献者，其逐年效应1995～2007年处于稳步增长阶段，2008年开始波动较大，但维持正向驱动作用，2015年高达10 783.94万t。这主要得益于行业人均产出的不断提升，由10.29万元/人增加到174.36万元/人，年均增长14.43%。就业规模在2003开始起增排作用，并在2013年达到5 240.90万t的峰值，2014、2015年转为负向减排作用。这主要与矿业“黄金十年”就业人数的增加以及市场低迷时期就业的减少密切相关。能源结构除在1995年、2005年、2008年、2009年和2012年为负向外，其余年份均为正向增排作用(图2)，这主要是焦炭、高炉煤气等高碳排的能源占比居高不下。

能源强度是行业碳减排的主要因素，2012年减排作用达到最大值-8 168.42万t。这源于行业能源强度的持续下降，由3.03 t标准煤/万元减少到0.89 t标准煤/万元，年均下降5.67%。伴随着电力碳排放因子的逐步下降，2007年开始排放因子减排作用日益增强，2015年达到-882.46万t。产业结构一直起微弱的减排作用，这主要因为低碳排的黑色金属采选业产值比重日益增大。2015年行业碳排放比2014年减少5 591.18万t，经济产出、就业规模、能源结构、能源强度、排放因子和产业结构的贡献率分别为-192.87%、139.55%、-2.50%、144.69%、15.78%和-4.66%。

3.3.2 累积效应

图3显示经济产出累积效应为正且日益增大，说明经济产出作为行业碳增排的最大驱动因素，作用日益增强。就业规模累积效应在2007年由负向转为正向，且在2013年达到峰值后下降。能源结构累积效应作用不稳定，2010年开始起增排作用，2015年超过就业规模，成为第二大增排因素。

图2 1995～2015年中国黑色金属行业能源消费碳 排放各因素的逐年效应

图3 1995～2015年中国黑色金属行业能源消费碳 排放各因素的累积效应

能源强度累积效应为负且日益减小，说明能源强度对行业碳减排的作用持续增强。排放因子和产业结构累积效应的抑制作用不大。其中，排放因子累积效应从2002年开始转为减排作用，产业结构累积效应虽一直未负向，但增长缓慢。从1994年到2015年底，黑色金属行业累积增加了55 307.45万t，经济产出、能源结构、就业规模、能源强度、排放因子和产业结构的贡献率分别为139.21%、18.37%、11.41%、-62.91%、-4.93%和-1.16%。

4 结 论

1) 中国黑色金属工业能源消费碳排放总量和强度先升后降，分别于2014年和1995年达到峰值。冶炼加工环节，焦炭、高炉煤气等能源消费是行业碳排放的主要来源。碳排放与经济增长以弱脱钩为主，说明行业以较低的碳排增长实现了较快的经济增长。

2) 经济产出是行业碳排放增长的最大驱动因素。就业规模和能源结构先后于2007年及2010年转为增排作用。能源强度的下降是行业碳排放增长的主要抑制因素，碳排放系数减排作用次之，产业结构减排作用微弱。

3) 提高能源利用效率，降低能源消费强度，加快产业结构调整、淘汰落后及过剩产能成为黑色金属行业减排的关键；优化行业能源消费结构，提高清洁能源利用比重，并加大化石能源的清洁利用；深入推广行业清洁生产与碳捕捉与封存技术。