峰值背景下中国经济增长与能源碳排放关系分析☆

陈操操，邱大庆，于凤菊，宋 丹，张 悦，孙 粉，胡永锋

(北京市应对气候变化研究中心，北京 100161)

0 前言

气候变化是人类社会在21世纪生存和发展面临的重大挑战。2016年11月生效的巴黎协定，明确规定把全球温升幅度控制在2℃，并努力控制在1℃以内。全球气候治理严峻形势无疑给各国提出了更高的要求。中国在2007年已经成为全球温室气体第一大排放国家，根据世界银行数据库最新数据显示，2014年中国CO2排放102.9亿t，超过了美国、欧盟和日本的总和。无论从自身低碳转型和发展低碳经济，还是履行国际承诺和引领气候变化行动，中国高度重视应对气候变化工作。中国政府已承诺碳排放总量在2030年达到峰值并及早达峰，将单位GDP碳排放在2005年基础上降低60%～65%。

能源消费尤其是化石燃料燃烧产生CO2排放是人为因素引起全球气候变化的主要原因[1]。能源消费、碳排放与经济增长存在复杂的系统关联。了解中国能源消费碳排放变化的关联因素，有助于展现应对气候变化工作的努力，真正实现能源系统脱碳，也是学术界长期关注的问题。不少研究者单独或联合采用经济学模型、因素分解模型方法来研究中国经济发展、能源消费和碳排放关系问题。例如，林伯强等采用索洛增长模型和因素分解研究如何保障经济增长的同时完成碳减排目标[2]。刘博文等运用LMDI分解法和Tapio脱钩指标分析了1996年到2015年间中国区域产业增长和CO2排放的脱钩弹性和脱钩努力程度[3]。包森等采用埃农映射作为双组份模型从非线性方法角度分析了能源系统的复杂性, 对中国的能源生产与消费、碳排放进行了预测[4]。有的研究者从资源和物质流动的角度分析中国能源和消费情况[5-6]。

当前更多的研究关注从行业角度讨论中国能源消费与碳排放的问题，然而从能源结构、能源效率、能源生产转化以及可再生能源等角度开展研究较少。本文基于1995～2017年中国经济、能源消费和碳排放数据，通过脱钩系数，Kaya模型和因素分解模型认识理解三者的相互关系，并提出相关的政策建议。

1 方法与数据

1.1 脱钩模型

根据环境库兹涅茨曲线(EKC)假说，经济的增长一般带来环境压力和资源消耗的增大，但当采取一些有效的政策和新的技术时，可能会以较低的环境压力和资源消耗换来同样甚至更加快速的经济增长，这个过程被称为“脱钩”，其一般表现为倒U型曲线关系。目前被广泛引用OECD的脱钩概念，是指阻断经济增长与环境冲击之间的联系[7, 8]。脱钩模型的研究思路在能源消费和碳排放领域得到大量的应用[9-12]。本研究采用经典的Tapio脱钩模型[8],研究中国 GDP增长、能源消费、碳排放之间的关系 , 其测度用脱钩弹性来表示。定义能源和碳排放脱钩弹性如下。

(1)

(2)

式中m，n——能源和碳排放脱钩弹性;

ΔE，ΔC和ΔGDP——能源增长变化，碳排放增长变化和GDP增长变化。

结果采用三状态八分法分类, 即划分为：连接状态(扩张性耦合和衰退性耦合)，脱钩状态(强脱钩、弱脱钩和衰退性脱钩)，负脱钩状态(强负脱钩、弱负脱钩、扩张性负脱钩)[10]。

1.2 Kaya模型与LMDI指数分解

为了更好的理解碳排放、能源消费和经济增长的相互关系，基于经典的Kaya恒等式，将碳排放分解扩展为GDP、能源消费、能源结构等影响因素[13]。

(3)

式中C——能源消费碳排放总量；

GDP——国内生产总值；

FE/GDP——单位国内生产总值能源消费总量的强度；

FEff/FE——化石能源占能源最终消费的比例；

PEff/FEff——一次化石能源生产占一次化石能源最终消费的比例；

C/PEff——碳排放总量与一次化石能源生产的比值。

进一步，选择LMDI因素分解法对恒等式进行加法分解。LMDI属于IDA指数分解法分支范畴，经Ang等研究者改良，具有全分解、无残差、易使用，消除“0值问题”等优点[14-17]，被广泛使用于能源和碳排放研究领域。对应Kaya恒等式分解如下

ΔC=ΔCGDP+ΔCEi+ΔCFEff+ΔCPEff+ΔCCi

(4)

依据加法公式

(5)

1.3 数据来源

研究所用的1995～2017年能源和经济等数据来源于国家统计局历年中国统计年鉴[18](1995～2018年)，中国能源统计年鉴[19](1995～2018年)。其中国内生产总值GDP数据剔除了物价影响，统一到2000年不变价。采用能源表观消费量法计算全国碳排放量数据，即能源消费总量为终端能源消费量，生产加工转换损失量和损失量的总和。能源品种归并为5大类：煤、石油、天然气、可再生能源和其他。能源消费导致碳排放核算主要参考IPCC温室气体清单排放核算指南。碳排放计算中各类能源的碳排放系数采用国家发改委能源研究所采纳的碳排放系数[20]。

2 实证分析

2.1 基本特征研究

数据结果显示，1995、2000、2005、2010和2017年，中国最终能源消费总量分别为13.12亿t、14.70亿t、26.14亿t、36.06亿t和44.85亿t吨标煤，1995～2017年年平均最终能源消费增长率为5.89%。与之对应年份的碳排放分别为31.34亿t、34.60亿t、62.04亿t、83.92亿t和99.09亿t，1995～2017年年平均碳排放增长率为5.54%。1995～2017年GDP、能源消费总量和碳排放两两指标相关性高，经检验均满足0.05水平下Pearson显著性检验。

由图1和图2可见，GDP、能源消费和碳排放增长以2005年为分界点，1995～2005年，GDP、能源消费和碳排放的增长趋势基本一致，2005年以后GDP增长与能源和碳排放关系出现松动。

中国目前经济发展、能源消费和碳排放有很强的阶段性特征。根据增速的不同，1995～2017年最终能源消费大体上可划分为3个阶段。第一阶段为1995～1999年，最终能源消费年平均增速为2.78%，增长较为平缓；第二阶段为2000～2005年，最终能源消费年平均增速为11%，急剧增加；第三阶段为2006～2017年，年平均增速回落到4.64%。

表1 中国能源消费、碳排放和GDP相关关系(1995～2017年)

图1 中国最终能源消费与GDP情况趋势变化

图2 中国碳排放情况及趋势变化

碳排放与最终能源消费变化趋势具有较高的一致性，碳排放增长速率略低于能源消费速率。第一阶段1995～1999年，碳排放年平均增速为2.54%；第二阶段2000～2005年，最终能源消费年平均增速为11%；第三阶段为2006～2017，年平均增速4.03%。

对第三阶段2005～2017年的能源和碳排放采取线性回归，随时间变化两者均具有较好的线性关系。第三阶段碳排放斜率要低于能源消费斜率，表明中国能源消费碳排放增长逐渐背离最终能源消费的增长。

2.2 脱钩系数分析

图3是中国最终能源消费和碳排放脱钩系数的分阶段均值散点图。考虑到数据的冗长，为了更准确掌握趋势规律，在2.1的研究结论和阶段划分的基础上，本研究进一步把脱钩系数时间轴归并到4个阶段：第一阶段为1995～1999年，第二阶段为2000～2005年，第三阶段2006～2011年，第四阶段2012～2017年。

图3 中国最终能源消费与碳排放脱钩系数均值散点图

从1995～2017年历史年份上看，中国最终能源消费增速和GDP增速均大于0。碳排放增速仅在个别年份小于0，大多数年份大于0。因此无论能源消费脱钩系数还是碳排放脱钩系数基本保持在Tapio指标等级的第一象限[10]，状态分为连接状态和脱钩状态。从划分阶段看，经历了从1995～1999年弱脱钩(0～0.8)，到2000～2005年扩张性连接(0.8～1.2)，再回落到2006～2011年弱脱钩(0～0.8)以及2012～2017年弱脱钩程度继续加深(0～0.4)，且第四阶段能和碳出现脱离，碳排放脱钩明显加速的情况。

这种情况与全国经济发展水平及节能减排政策出台实施效果紧密关联的。在“九五”和“十五”时期，全国经济呈现高速增长，年平均GDP增长率在9%～10%高位水平，但增长模式较为粗放，高度依赖能源资源的投入与支撑。进入“十一五”以后，国家节能减排力度不断加大，出台各项法律、条例和部门规章，区域方面东部沿海发达地区减排成果显著，逐步改善了粗放的经济增长模式，全国层面重新从扩张性连接过渡回落到能源消费和碳排放的弱脱钩状态。

2.3 因素分解结果

为了便于理解，针对中国碳排放LMDI指数分解的5个因素可以解释为：规模效应为GDP对应国内生产总值增长贡献；强度效应FE/GDP，代表单位国内生产总值能源消费总量的强度贡献，即提高能效对碳排放的影响；结构效应FEff/FE，代表化石能源占能源最终消费的比例，可理解为优化能源结构，降低化石能源或增加非化石能源对碳排放的贡献；转化效应PEff/FEff，代表一次化石能源生产占一次化石能源最终消费的比例，可理解为化石能源加工转化的生产效率提高对碳排放的影响；质量效应C/PEff代表碳排放总量与煤油气一次化石能源生产的比值，可理解为高碳化石能源向低碳化石能源转变的贡献。

图4 关键驱动因素对中国碳排放的贡献率

以正值贡献率体现为碳排放的推动效应，负值贡献率体现为碳排放反向阻力效应。总体上看，在中国1995～2017年能源消费碳排放的关键驱动因素中，规模效应GDP贡献度依然最高，4阶段平均贡献度为330%。化石能源质量对碳排放的正向贡献率为48%。阻力效应方面，强度效应是降低碳排放的最有力因素，能源强度平均贡献度为-209%。转化效应与结构效应也促使碳排放的降低，但是化石能源利用率和化石能源结构平均贡献度分别只有-61%和-8%。

表2 中国能源消费碳排放因素分解(1995～2017年)

按4个阶段碳排放因素的分解结果看，碳排放的增幅明显下降，从“九五”时期约2亿t增幅，到“十五”和“十一五”时期分别27亿t、23亿t增幅，下降为“十二五”至2017年的6亿t增幅。

首先经济总量的扩张始终是导致碳排放增长的最主要因素，4个阶段的贡献率分别为538%、80%、176%和526%。根据环境库兹涅茨曲线基本原理，经济发展和环境压力呈现倒U型关系曲线。作为发展中国家，现阶段中国依然处于倒U型曲线的左端。其中1995～1999年受东南亚经济危机的影响，也对碳排放增加产生刹车抑制作用。

能源强度体现的效率在降低碳排放上发挥的作用最大，贡献率分别为-426%、19%、-72%和-359%，值得一提的是“十五”期间国内能源强度效应体现为负值，表明此阶段能源效率不高，面临的许多经济和发展问题,如高耗能、高排放、粗放式经济增长、重工化经济结构、能源效率比较低等，存在浪费情况。

按照2000年GDP不变价，中国万元国内生产总值能耗从1995年的2t标煤下降到2017年的0.97吨标煤，降幅达到51.5%。从1995～2017年23年期间，除2002～2005年万元国内生产总值能耗同比上年出现了反弹上升外，其余年份能源强度均体现为下降趋势。

再次，能源的结构效应的减排作用初步显现，2006～2011年及2012～2017年对应的减排量为0.25亿t和2.2亿t，对应阶段降碳贡献率分别为-1%和-35%。根据联合国环境规划署的报道[21]，中国在2010～2019年一直是全球可再生能源产能的最大投资国，累计投资7 580亿美元，超过美国和日本的总和。中国风电、太阳能等可再生能源装机容量均为世界第一。截至2019年6月，中国风电装机1.93亿kW，占总装机容量的10.5%。光伏装机1.36亿kW，占总装机容量的7.4%，光伏装机已经提前实现2020年的规划目标[22]。可再生能源的发展和对传统化石能源的替代，优化了中国的能源结构，对中国实现能源安全、大气污染防治以及温室气体排放控制等多重目标均作出突出贡献[23]。不断提高可再生能源比重，优化能源结构，将成为未来国内碳减排的关键领域。

化石能源生产加工转化的效率提高无疑对中国碳排放下降起到良好的促进作用。从因素分解的结果证实了这一点，4个阶段碳排放贡献率分别为-1.6亿t，-3.6亿t，2.3亿t和-9.9亿t，贡献率分别为-81%，-13%，10%和-158%。国家统计局数据显示[18]，从1995年到2017年，能源生产加工转换效率由71.1%提高到73.7%，整体趋势持续提高，但是2005年后存在部分年份的效率要低于上年的情况。根据世界自然基金会相关研究，从1980年至2012年，中国能源系统整体效率从26%提升至36%，其增幅主要归功于因推行强有力节能政策而带来的“终端消费环节能源效率”提高，其中“电力生产加工转换环节”(即煤炭、原油、天然气等一次能源转换成电力的环节)对能源系统总体效率影响较大[24]，控煤是提高中国能源系统效率的关键。

3 发展趋势

改革开放40余年以来，中国经济增长正在从高速度增长不断转向高质量发展，经济增速虽然出现下滑趋势，但是仍保持稳健增长态势。经济增长依然对能源消费需求扩大和碳排放增加产生最主要驱动作用，具有一定的刚性需求[2]。中国已经构建了低碳法律政策体系，遍及环保、能源、资源、循环经济、清洁生产等，据统计，仅能源方面就有30多部行政法规，200多个部门规章[25]。能源和碳排放与经济初步脱钩的态势已显现，但经济和环境冲击还没有达到库兹涅茨曲线的拐点。

在短期内提高能源利用效率依然是降低资源消耗，减少碳排放的主要途径，这有赖于产业结构升级，改变高耗能、高排放、粗放式经济增长，推广节能低碳产品和技术，提高能源使用效率和产出效率。从长远来看，要实现2030年碳排放峰值目标，反向的驱动因素减量必须要高于经济增长带来的增量，依靠可再生能源和新能源，加快能源消费结构调整和开发是必然的选择，利用低碳清洁的可再生能源，例如风能和太阳能等，降低煤炭消耗比重，使得经济实现增长的同时，碳排放稳定或下降。

4 结论

(1)1995～2017年中国平均最终能源消费增长率为5.89%，平均碳排放增长率为5.54%。中国目前经济发展、能源消费和碳排放有很强的阶段性特征。1995～2005年经济发展、碳排放与最终能源消费变化趋势具有较高的一致性。2005年后经济发展与能源和碳排放关系出现松动，碳排放增长速率低于能源消费增长速率且差异逐渐扩大。

(2)基于三状态八分类Tapio指数，对1995～2017年4个阶段的中国能源和碳排放脱钩系数进行评估，中国经历了从1995～1999年弱脱钩(0～0.8)，到2000～2005年扩张性连接(0.8～1.2)，再回落到2006～2011年弱脱钩(0～0.8)以及2012～2017年弱脱钩程度继续加深(0～0.4)，且第四阶段能和碳出现脱离，碳排放脱钩明显加速的情况。

(3)通过Kaya恒等式建立了碳排放与能源强度、能源结构等影响因素关系式，以LMDI模型进行加法无残差分解，结果表明，在中国1995～2017年能源消费碳排放的关键驱动因素中，规模效应GDP贡献度依然最高，4阶段平均贡献度为330%。化石能源质量对碳排放的正向贡献率为48%。阻力效应方面，强度效应是降低碳排放的最有力因素，能源强度平均贡献度为-209%。转化效应与结构效应也促使碳排放的降低，但是化石能源利用率和化石能源结构平均贡献度分别只有-61%和-8%。

(4)中国经济增长依然对能源消费需求扩大和碳排放增加产生最主要驱动作用，具有一定的刚性需求。短期内提高能源利用效率依然是降低资源消耗，减少碳排放的主要途径，从长远来看要实现2030年碳排放峰值目标，依靠可再生能源和新能源，加快能源消费结构调整和开发是必然的选择。