山东省能源消费碳排放影响因素分析

邵敏，郝晴，闫桂焕，许崇庆

（齐鲁工业大学（山东省科学院），山东省科学院生态研究所，山东济南250103）

0 引言

气候变化影响着人类生存和发展，以煤、石油、天然气为主的化石燃料燃烧产生的CO2，是地球气候变暖的最主要因素［1］。气候变化问题目前已不仅仅是科学问题，而上升为全球性的政治、经济和社会问题［2］。山东省是能源消费大省，长期以来，以煤为主的能源消费结构以及煤炭能源的低效利用，使得山东省碳排放量在全国处于较高位置。因此，结合山东实际，系统分析碳排放影响因素、寻求碳减排路径对山东发展低碳经济至关重要。

近年来，因素分解法成为研究碳排放驱动因素的一种常用方法。田立等分析了影响黑龙江省碳排放的主要因素，发现经济发展模式和产业结构是拉动黑龙江省碳排放量增长的主要因素［3］；饶群采用因素分解模型分析了能源结构、能源强度、经济发展对长三角地区碳排放的影响，发现经济发展为人均碳排放量增长的主要因素［4］；郝晴等分析了山东省交通领域能耗碳排放驱动因素，发现经济因素和能源强度因素是交通碳排放的主要正向驱动因素，产业结构因素是负向驱动因素［5］；刘洪久等分析了能源结构、产业结构等因素对江苏省碳排放的驱动作用及贡献值［6］；杜颖建立了广西人均碳排放的因素分解模型，定量分析研究了经济发展、能源结构和能源效率因素对广西人均碳排放的影响［7］。

由于对数平均权重分解法（LMDI）能使分解残差为零，比较适合进行时间序列分析，因而在碳排放因素研究领域应用较为广泛。因此，本文通过采用LMDI模型对山东省碳排放量进行因素分解，定量分析经济发展、能源结构、能源效率以及人口因素对山东省2000—2016年碳排放量的影响，分析山东省碳排放与其影响因素间的关系，为山东省经济可持续发展提供理论依据。

1 研究方法

1.1 碳排放测算方法

煤品、油品、天然气等一次能源消费是山东省的主要温室气体来源。本文对山东省总的二氧化碳排放量采用自上而下的计算方法进行测算，计算公式如下：

其中，C为山东省碳排放总量；Ci为第i种能源的碳排放量；Ei为第i种能源的消费量；Fi为第i种能源的碳排放系数；Oi为第i种能源的碳氧化率；IN表示碳与二氧化碳之间的转换系数，IN=44/12；i表示能源类型。各类能源碳排放相关参数如表1所示。

表1 各类能源碳排放相关参数

1.2 LMDI模型构建

碳排放与经济发展、能源结构、能源效率、人口规模等因素密切相关，基于此，构建山东省碳排放迪氏（Divisia）指数分解模型，具体表达式如下：

式中，Ci为i种能源的碳排放量；Ei为i种能源的消费量；E为能源消费总量；Y为地区生产总值（GDP）；P为人口。

为明确各类因素对碳排放变化的影响，令：

其中，Fi表示第i种能源的碳排放强度，即消费单位i种能源的碳排放量；Si表示能源结构因素，即第i种能源占能源消费总量的比例；I表示能源效率因素，即单位GDP的能源消耗；R表示经济发展因素，即人均GDP；P表示人口因素，即人口规模。由此，公式（2）可以写为：

由式（4）可以看出，碳排放量C的变化与能源排放强度Fi、能源结构Si、能源效率I、经济发展R以及人口规模P有关。为更好地分析各因素对碳排放的影响，将碳排放的变化分解为能源强度、能源结构、能源效率、经济发展及人口规模等5种驱动因素定量影响之和，为对碳排放的变化进行合理分解，消除分解余量，采用Ang［8］和Choi［9］提出的LMDI算法进行分解。第t期相对于基期的碳排放量的变化表示如下：

其中，t表示第t期，0表示基期，Ct为t期碳排放总量，C0为初期（基准期）碳排放总量，ΔCF、ΔCS、ΔCI、ΔCR、ΔCP分别表示能源排放强度因素、能源结构因素、能源效率因素、经济发展因素、人口规模对碳排放量变化的贡献值。

2 山东省能源碳排放及驱动因素分析

2.1 山东省能源碳排放

根据公式（1），结合2001—2017年《山东统计年鉴》和2001—2017年《中国能源统计年鉴》中的能源结构和能源消费数据，可以计算出山东省2000—2016年能源消费产生的碳排放量，结果如图1所示。从图中可以看到，2000—2016年，山东省碳排放量总体呈上升趋势，由2000年的2.48亿吨二氧化碳增加至2016年的9.33亿吨二氧化碳，增加了277%。2000—2010年期间山东省碳排放增速较快，2011年后碳排放增速放缓，但总量仍较大。

从图中还可以看到，山东省碳排放构成中煤品消费产生的二氧化碳一直占据主导地位，且增长迅速，由2000年的1.9亿吨二氧化碳增加至2016年的7.8亿吨二氧化碳，增加了311%；煤品消费产生的碳排放约占排放总量的80%，其次是油品消费，约占排放总量的10%～20%；天然气消费产生的碳排放占比最小，不足1%。这是由于山东省能源消费以煤品为主，油品次之，天然气消费量最少，且煤品的碳排放系数较高，也造成了山东碳排放量的居高不下。

2.2 山东省碳排放驱动因素分析

由于各类能源的碳排放强度系数Fi是固定值，即ΔCF=0，故影响碳排放的主要因素为能源结构、能源效率、经济发展和人口变化。将这四个主要影响因素根据式（7）～式（10）进行计算，结果如表2所示。

图1 2000—2016年山东省碳排放情况

2000—2016年各因素对山东省碳排放的贡献值如图2所示，可以看到，所有因素的总效应呈增长趋势，在2011年有所降低，但其后又继续保持增长态势。2016年总效应达到68560.5万吨二氧化碳，碳排放增长迅速。

表2 2000—2016年各因素对山东省碳排放的贡献值

造成山东碳排放量快速增长的主要因素是山东经济的快速发展，从图2可以发现，经济发展对山东碳排放的贡献值是不断增大的，特别是2000—2010年期间，基本呈现出指数增长趋势，说明这一时期山东省经济的快速增长主要是由高耗能、高污染的产业发展带动的，2010年之后，由经济发展因素带来的碳排放增速变缓，说明山东省逐步重视经济发展的总体质量，不再只是单纯注重总量的增长。

图2 2000—2016年各因素对山东省碳排放的贡献值趋势图

能源结构因素对碳排放的贡献不明显，2014年之前能源结构对碳排放的影响呈正贡献，到2015和2016年开始出现了负贡献，这是由于一直以来山东省能源结构都是以煤品为主，煤品在山东一次能源消费中占到了80%左右，且能源结构变化不大，因此，能源结构对碳排放的贡献呈正向波动，且贡献不大。近两年，能源结构因素出现了负贡献，说明山东开始重视能源结构的调整，2016年，煤品消费占比有所降低，降至77%，天然气消费占比有所提高，达到了3%以上。

从图2还可以看到，能源效率因素对碳排放的贡献在2007年之前是正贡献，从2008年开始变为负贡献，且抑制作用逐渐增大，可见能源效率是抑制碳排放增长的主要因素，说明山东省在提高能源利用率、节能减排方面取得了很好的成效，但可以发现，能源效率对降低山东碳排放的贡献值逐渐变缓。

人口因素对山东省碳排放呈正贡献，且不断增加，这说明随着人口规模的增大，碳排放是不断增加的，但与经济发展带来的增加值相比，人口因素对碳排放的贡献相对较小。

根据以上分析，可将影响山东碳排放的4个因素分为两类，一是拉动因素，即经济发展和人口因素，二是抑制因素，即能源结构和能源效率因素。2016年四个分解因素的贡献值如图3所示，从图中可以看到，经济发展是拉动山东碳排放量的最重要因素，能源效率因素是抑制碳排放增长的最重要因素，能源结构和人口因素对碳排放变化的影响不明显。

随着山东经济的飞速发展，仅仅依赖能源效率的提高已经难以抑制由经济发展引起的碳排放的增加，因此，除了继续提高能源效率外，还需进一步发挥能源结构的改变对碳排放的抑制作用。

图3 2016年各分解因素的贡献值

3 结论及对策

本文通过LMDI算法对山东省能源碳排放进行因素分解，通过分析，得到以下结论：

（1）经济发展和人口因素是山东碳排放增加的拉动因素，其中，经济发展是拉动山东碳排放增长的主要因素，人口因素对碳排放的拉动作用较小。

（2）能源效率和能源结构因素是影响山东碳排放的抑制因素，能源效率是抑制山东碳排放的重要因素，由于山东能源结构变化较小，能源结构对碳排放的贡献不明显且一度呈现出正贡献，只在近两年出现了负贡献，能源结构的抑制作用仍需继续挖掘。

因此，针对山东省要实现碳减排，本文提出以下措施：

（1）调整能源结构，逐步降低煤炭消费比重。不断推动能源结构优化，促进能源低碳化转型，大力发展新能源和清洁能源。把清洁低碳能源作为调整能源结构的主攻方向，坚持清洁利用化石能源，大力发展非化石能源，不断压减煤炭消费量。

（2）提高能源利用效率，推广节能减排技术。加大节能技术的开发、引进、推广和应用，不断提高煤品、油品、天然气等能源资源的利用率；推广使用节能设备，提高能源转化效率，降低中间环节的能源消耗和浪费；鼓励、引导和支持企业研究开发节能工艺、设备和技术，增强自主创新能力。

（3）促进传统产业低碳转型升级，积极发展战略新兴产业。加快传统产业结构调整，运用高新技术、新工艺和节能技术改造升级传统产业，提高传统高耗能产业的能耗水平；加快推进新旧动能转换，积极培育发展科技含量高、低碳排放、环境污染少的战略性新兴产业。