中国碳排放强度两阶段分解-solarbe文库

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2016年第20期科技管理研究 Science and Technology Management Research 2016 No．20 doi10．3969／j．issn．10007695．2016．20．045 中国碳排放强度两阶段分解董锋，代远菊，特日格勒 1．中国矿业大学管理学院，江苏徐州 221 116； 2．内蒙古大学，内蒙古呼和浩特020021 摘要通过采用LMD1分解方法对我国碳排放强度进行两阶段因素分解，第一阶段对碳排放强度进行LMD1分解，结果表明能源强度和能源结构是影响碳排放强度变化的主要因素，其中能源强度的贡献率超过90％。第二阶段对影响碳排放强度变化的主要因素能源强度进行LMD1分解，结果表明能源效率和产业结构对能源强度变化有显著影响。最后利用协整分析方法对分解变量进行长期协整关系验证，结果表明碳强度、能源结构、能源效率和产业结构存在长期均衡稳定关系。关键词碳排放强度；LMDI；两阶段；协整检验中图分类号F120；F124．5 文献标志码A 文章编号10007695201620026106 The Twostage Decomposition of Carbon Emission Intensity in China DONG Feng。，DAI Yuanju ，TERIGELE 1．School of Management，China University of Mining and Technology，Xuzhou 22116，China； 2．Inner Mongolia University，Hohhot 010021，China AbstractWith the rapid development of global economy，environmental problems have become more and more prominent． In 2007，China’S CO2 carbon emission has surpassed the United States and became the world’S largest CO2 emitter．Hence in the global energy saving and emission reduction targets，China has much more energy saving and emission reduction chal lenges than other countries．This paper utilized twostage LMDI decomposition to decompose China’S carbon emission in- tensity．In the first stage，LMDI model was applied to decompose carbon emission intensity．Decomposition result shows that the reduction of carbon emission intensity in China is mainly influenced by energy intensity and energy structure．Ener- gy intensity contributes more than 90％to the changes of carbon emission intensity，while the impact of energy structure is relatively smal1．In the second stage LMDI decomposition of energy intensity was conducted，which is the main factor influ encing the changes of carbon emission intensity．Decomposition result shows that the reduction of energy intensity in China Can be attributed to the industrial structure and energy efficiency during 1991201 1．Finally，Johansen Cointegration test Was employed to test the longterm cointegration relationship between variables．The result suggests that there has been a longterm equilibrium and stable relationship among carbon emission intensity and energy structure，technological progress，industrial structure．Based on the above analysis，three suggestions for energy saving and emission reduction are provided． Key wordscarbon intensity；LMDI；twostage；COintegration test 随着全球经济的快速发展，环境问题13益突出，如何更好地协调经济发展与环境保护已成为全世界关注的焦点。Street等研究指出我国能源消费产生的CO占我国碳排放总量的75％。根据国际能源署统计数据，2007年我国CO 排放量已超过美国，成为全球第一大CO 排放国。因此，在全球节能减排的目标中，我国所承担的节能减排任务相比于其他国家更重。作为一个负责任的发展中国家，我国在2009年哥本哈根气候大会上承诺，到2020年，我国单位GDP的CO 排放相较于2005年下降40％一45％[3 3 。2014年，中美双方共同发表了中美气候变化联合声明，宣布了各自2020年后的行动目标，我国承诺2030年左右CO排放达到峰值且将努力早日达峰，并计划到2030年非化石能源占一次能源消费比重提高到20％左右 J。2015年6月，我国向联合国气候变化框架公约秘书处提交的文件描述收稿日期20160226．修回日期20160607 基金项目国家自然科学基金面上项目“2030年碳排放达峰目标视域下的我国区域碳市场模拟研究”71573254；江苏省“青蓝工程” 中青年学术带头人人才项目2014年；江苏教育科学重点项目“新时期经济管理类研究生发表国际高水平论文创新能力培养研究与实践”Bb22015／01／027 262 董锋等中国碳排放强度两阶段分解了我国2030年行动目标，即到2030年实现单位 GDP的CO2排放比2005年下降60％～65％。在 2015年底结束的巴黎世界气候大会上中国重申了碳排放达峰和碳强度下降60％～65％两个重要减排承诺。CO 作为能源消费的产出物是衡量经济活动对环境负面影响的关键指标，分析影响我国CO 排放的相关因素是减少CO 排放，顺利实现承诺减排目标的关键。哥本哈根和2030年碳强度减排目标完成的相关针对性减排政策制定依赖于影响碳强度相关因素的准确考量，国内外对这方面的研究成果逐渐增多。 Fan等通过采用AWD方法对我国1980--2003年碳排放强度进行实证研究。沈小波等基于自回归分布滞后模型，对我国1980--2007年碳强度的主要影响因素进行了分析。陈继勇等选取了我国 2001--2008年的面板数据，研究了经济发展水平、 FDI、一次能源消费结构中煤炭占比和产业结构中重工业占比对我国碳强度的影响。刘晓燕等采用协整检验、脉冲响应函数和方差分解对江苏省碳排放强度与能源强度、第三产业比重和外贸依存度的关系进行分析。张伟等运用通径分析明确了三次产业比例的相互关系及与碳强度的关系。孙欣等¨ 采用协整检验和误差修正模型对我国碳强度与人均 GDP、第二产业比重、能源强度对碳强度的动态影响进行分析。周少甫等采用GregoryHansen协整检验方法结合结构突变分析，实证检验了我国碳排放强度与能源消费、经济增长及产业结构的关系。李建豹等¨ 通过构建碳排放强度影响因素的空问面板模型研究产业结构、人口总量、经济水平与城市化对长江经济带来的影响。在上述研究碳强度影响因素的文献中，自回归分布滞后模型和协整检验方法应用较多，而本研究所采用的指数分解方法较少，事实上现有文献大多是关于碳排放总量的指数分解，如朱勤等¨ 基于扩展的Kaya恒等式建立因素分解模型，应用LMD1 分解方法对能源消费碳排放进行因素分解；郭朝先运用LMD1分解技术对我国1995--2007年的碳排放从产业层面和地区层面进行了分解；宋德勇等_】从产出规模、能源结构、碳排放强度和能源强度等4个因素出发，采取了LMD1分解法对中国碳排放进行研究；雷厉等¨刮测度了1995--2008年我国29个省市的碳排放量，通过构建LMD1分解模型，将各地区人均碳排放分解为人均GDP、能源结构、能源强度等影响因素，同时将能源强度进一步分解为各产业能源强度和产业结构两类因素；赵志耘等采用LMD1分解方法对2000--2009年的我国碳排放量进行因素分解。通过对已有关于碳排放文献的回顾，可以发现已有研究中的不足，首先对碳排放LMD1分解中，很少有直接针对碳强度进行分解，其次LMDI两阶段分解方法运用较少，最后在进行LMD1分解的过程中很少有结合计量经济学的研究。基于已有研究的不足，本文建立两阶段LMD1分解模型从多层的角度对我国碳排放强度进行分析，并将分解研究与协整检验相结合，最后根据分析结果，对我国实现 2020年和2030年碳强度减排目标提出科学合理的建议。 1 我国区域碳排放强度现状重至善至萋萋萎萎萎蚕垂萤蚕委量萎蚕蔫要誊蚕蕃戛蚕僻静图1我国的碳排放强度1991--2014年根据IPCC推荐方法计算我国碳排放总量，并依据2000年不变价格GDP得到我国1991--2014年碳排放强度。从图1中可以看到，我国碳排放强度基本保持下降趋势，从最初1991年的6．274 6吨／万元到2014年的2．668 8吨／万元，下降幅度超过50％，年均下降速度为3．65％。分两时段来分析1991 2001年期间，这是我国碳排放强度下降速度较快的时期，碳排放强度从1991年的6．274 6吨／万元下降到2001年的3．265 8吨／万元，短短10年碳排放强度下降了47．95％，年均下降速度达到了6．32％。这是因为在2O世纪90年代初，国际上提出可持续发展理念，我国开始注重环境保护工作，对能源使用从鼓励变为限制，能源节约有了很大成效。而从 20世纪90年代中期开始推行抓大放小的国有企业改革制度，关停并转了l0多万家能源密集型企业，使我国碳排放强度下降幅度较大，下降速度较快，也出现了近2O年最大下降落差，在1997年、1998年下降速度都超过了8．28％。2002--2014年是我国碳排放强度比较复杂的一段时期，我国碳排放强度先升后降，总体变化幅度较小。碳强度2002年为 3．172 0吨／万元，2014年则下降为2．668 8吨／万元，碳排放强度年均下降速度为1．43％，下降幅度为0．503 2吨／万元，与上一时段相比，碳排放强度变化明显减弱。2003--2004我国碳排放强度呈现上升趋势，在2003年、2004年增长幅度分别达到了 6．10％和4．76％，增长了0．193 5吨／万元和0．160 3吨／万元，这是因为我国2001年12月11日正式加入世贸组织，出现了重工业化倾向。从2005年后我国碳排放强度又恢复整体下降趋势，这与国家在 2004--2007年颁布一系列节能减排政策有关，但下董锋等中国碳排放强度两阶段分解 263 降幅度并不明显。 2我国碳排放强度LMDI两阶段分解对数平均权重迪氏分解法Logarithmic Mean Divisia Index method，LMDI是Ang等共同提出的第一个使用在能源领域中的完全分解技术，如今在能源消耗和碳排放相关领域当中被广泛使用。 LMD1分解模型最大优点在于不会产生分解剩余项，并且允许数据中包含零。 2．1 碳排放强度LMD1分解根据碳排放强度的概念将其进行分解，推导过程如下 c，三 CtGDP E GDP∑ E旦 GDU ．彤 t t Et’ t～ 1 式1中c，为t年碳排放强度；GDP 为t 年实际GDP以2000年为基期；E‘为t年能源总消费量标准煤；E为t年i种能源的消费量标准煤；C为t年i种能源的CO排放量；R为t年种能源的CO碳排放率；S 代表能源结构因素，解释为第i种能源占总能源的比重。 r EI Ri 其中， y一从式1可以发现，碳排放强度是由能源强度，能源结构和碳排放率这3个因素来决定的，因此碳排放强度分解模型为 IlotCItCIH Is I咀 I R l d 2 式2中△CI tot是基于前期的碳排放强度变化量；ACS 为基于前期的能源结构效应，△c，，为基于前期的能源强度效应；A 为基于前期的碳排放率效应；aC／rsd为基于前期的几个影响因素中的两个或多个因素的交互效应。其中碳排放率和多因素交互影响效应在1991--2014年期间的变化非常微小，可以忽略不计。能源强度因素效应能源结构因素效应 △％∑ 学 0 C ／, - c ／ , -· ，一 f_】其中， InC／, ／根据公式2可将我国碳排放强度分解成能源强度和能源结构两种因素。表1是碳排放强度 LMD1分解结果，表中变化量为基于前一年的碳排放强度增长量，贡献率为各因素对碳排放强度变化做出的贡献程度。表1第一阶段分解结果从表1中可以发现，我国碳排放强度的降低主要受能源强度和能源结构共同的影响。从累积效应来看，1991--2014年我国碳排放强度下降了3．605 8 吨／万元，其中能源强度使我国碳排放强度降低了 3．306 5吨／万元，能源结构调整使我国碳排放强度下降了0．299 2吨／万元，可见能源强度是我国碳排放强度下降的决定性因素。在1991_2014期间能源结构因素引起的碳排放强度变化量有正有负，年均下降0．013 0吨／万元，对碳排放强度降低的贡献率低，年均贡献率只有3．37％；而能源强度因素引起的碳排放强度变化，大多为负数，只有在2002 2004年、2010--2011年和2012--2014期间为正数，年均下降0．143 8吨／万元，对碳排放强度降低的贡献高，年均贡献率为96．63％见图2。越 - 0, 3 ∞ -0 ～』1 l删 n』一u 图2各因素对碳排放强度的影响华嚣董锋等中国碳排放强度两阶段分解分阶段来看，1991--2001年期间我国能源强度因素引起的碳排放强度年均下降幅度0．288 2吨／万元，年均贡献率为95．78％，能源结构因素引起的碳排放强度年均下降幅度为0．012 7吨／万元，年均贡献率为4．22％；2001--2014期间，能源强度使我国碳排放强度年均降低0．028 2吨／万元，其年均贡献率为95．87％。我国能源结构调整使碳排放强度年均降低0．017 7吨／万元，其年均贡献率为4．13％。从上述分析中，可以看出能源强度是我国碳排放强度降低的促进因素，而能源结构因素对碳排放强度降低的贡献较小，因此有效降低能源强度是碳减排最有效的途径。能源强度是单位GDP的能源消耗量，降低能源强度，有两方面的因素第一，通过科技手段降低能源的消耗量，提高能源效率；第二，降低高能耗的GDP，如大力发展第三产业等，从而实现低碳经济，有效降低能源强度和碳排放强度。从能源结构调整的角度分析碳减排，虽然其对碳排放强度降低的贡献程度较低，但是依然具备结构优化的空间，降低煤炭消耗，增加石油、天然气等能源比重，优化能源结构，可以有效降低碳排放强度。 2．2能源强度LMD1分解对碳排放强度进行第一阶段LMD1分解后，可知我国能源强度和能源结构对我国碳排放强度有着抑制作用，其中能源强度对碳排放强度的贡献率超过90％以上，而能源结构的影响相对较小，影响效果并不明显。而能源强度也同样受能源效率和产业结构的影响。能源强度的分解公式表达为 E1∑ ． 3 其中，代表能源效率因素，解释为第产业的能源强度；代表产业结构因素，解释为第产业生产总值占国内生产总值GDP的比重，i1，2，3。计算公式与碳排放强度的分解方法一致。一 AF／EI 一E1t一一AFI AEI AFI 4 能源效率因素效应． ∑ n等能源效率因素效应一 ’ ‘ 产业结构因素效应 ∑ ln EL 一Ei 权重函数为 j 南其中，△ 表示由各产业的能源效率变化引起的能源强度变化；A E，表示由于产业结构变化引起的能源强度变化；△肼为几个因素的交互效应。根据公式4将我国能源强度分解为能源效率因素和产业结构因素。表2第二阶段分解结果艉m0 ；图3各因素对能源强度的影响表2和图3是我国能源强度分解结果和趋势图。从中可以看出，1991--2014期间我国能源强度的下降受产业结构变动和能源效率的共同影响，能源效率是我国能源强度下降的主要原因，其贡献率为 111．45％，产业结构调整总体来说对能源强度的降低却起着阻碍作用，其影响程度相对较小，贡献率为一11．45％。从累积效应来看，1991--2014年，能源强度下降了1．395 4吨／万元，其中能源效率使我国能源强度降低了1．582 2吨／万元，产业结构调整使我国能源强度上升了0．186 7吨／万元，可见能源效率是我国能源强度下降的主要原因。将1991 2014分为两个阶段分析，也可得到相同的结论 1991--2001年期间，我国能源强度下降较快，总体能源强度下降1．157 8吨／万元，能源效率对能源强度的降低起着正向促进作用，年均贡献率为董锋等中国碳排放强度两阶段分解 265 1 1 1．77％，但产业结构调整对能源强度的降低却起着相反作用，年均贡献率为一11．77％。2002--2014年，总能源强度从最初的增加到2004年开始下降，其总体能源强度只下降了约0．237 7Ⅱ屯／万元，说明这期间能源效率和产业结构调整效应缩小或基本相抵，导致能源强度基本没有变化。20022Oo4年能源效率和产业结构调整都抑制了我国能源强度的下降，这是因为我国加入wro世贸组织，工业化进程加快，第二产业比重增加，高耗能产业迅速发展所导致。 3 碳排放强度影响因素协整关系验证 3．1变量选取从上述因素分解中得出结论，能源强度和能源结构对我国碳排放强度有非常明显的影响，而能源强度受能源效率和产业结构的影响。因此可以推断出，碳排放强度的下降主要受能源结构因素、能源效率因素和产业结构调整的影响。在以往的研究中，不少研究者采用能源强度表征技术进步，如董锋等用能源强度表征技术进步来进行CO 排放分解的协整检验，李国志等。。在选择变量时用能源强度来表征技术水平。同时，有较多的研究表明技术进步对提高能源效率发挥着重要的作用，例如 Khazzom 指出技术进步提高能源效率而节约了能源，徐士元L2 研究验证了技术进步与能源效率之间存在一定的长期均衡关系。因此，技术进步也可以用来表征能源强度能源效率的改善。本文选取因变量碳排放强度，自变量能源结构、技术进步和产业结构因素进行协整检验。能源结构表征变量为煤炭占能源总消耗量比重，产业结构因素选取了第三产业比重，而技术进步因素选取国家财政科学技术支出费用。相关数据取自1981--2015年中国统计年鉴和中国能源统计年鉴，数据年度为 1980--2014年。 3．2单位根检验非平稳序列在各时点上随机规律不同，难以用已知信息掌握序列总体的随机性，因此需要检验数据的单位根，对各变量LCI，LS，LSS和 ”分别是变量碳排放强度、能源结构5、技术进步ss、产业结构P”取自然对数进行ADF检验。表3单位根检验表3续从表3中可以看出，各变量在水平项上和进行一阶差分的结果均存在单位根，数据序列不平稳，而ADF检验结果表明这些不平稳的序列进行二阶差分后在1％的显著性水平下均达到了平稳，因此变量LCI，LS，LSS，LPTI均为二阶单整，服从I2。由于LCI，LS，LSS，LPTI的时间序列都属于同阶单整，因此要对变量进行协整检验。 3．3 Johansen协整检验 JJJohansenJuselius检验是Johansen在 1988年及在1990年与Juselius共同提出的一种用向量自回归模型为基础的检验回归系数的方法，通常称为Johansen检验，是一种进行多变量协整检验的较好方法。协整关系检验是检验协整回归方程是否存在单位根。如果两个或两个以上的时间序列变量是非平稳的，但它们的某种线性组合表现出平稳性，则这些变量之间存在长期的均衡关系即协整关系，而满足协整关系的变量之间仍然可以建立回归方程，并且不会造成伪回归现象，因此对各变量进行协整检验是必要的。如果这个时间序列不是协整的，残差中一定存在单位根，如果序列是协整的，残差将是平稳的。变量的单整和协整性质决定了LCI，LS， LSS， ”的模型构建。如果时间序列是协整的，那么存在长期均衡关系，否则只能解释为短期关系。采用Johansen极大似然估计法，根据AIC准则选择有选择滞后阶数为2的协整模型，对各时间序列 LCI，LS，LSS，LPTI之间的协整关系进行检验，检验结果如表4所示。表4 Johansen协整检验注1’表明在5％显著水平上拒绝原假设；2滞后l司隔11；3非限定性协整秩检验从表4检验结果可知，，LS，LSS，LP”等 4个变量在5％的显著性水平下存在一个协整关系，因此取以下协整方程为最终方程，用数值方式表达如下 LCI-2．375 01．626 6LSo．169 1LSS一0．569 9LPTI5 一1．235 43．482 4一7．446 5一5．761 5 由协整方程5可以看出，我国碳排放强度与能源结构、技术进步和产业结构存在长期均衡稳定关系，但是能源结构对于碳排放强度的作用明显小于技术进步和产业结构，这主要是由于我国长期以煤炭消费为主，能源结构变化较小，对碳排放强度的影响较小。LCI与的系数为正，LSS和LPTI 的系数为负数，说明我国能源结构和产业结构的改善、技术进步对我国碳排放强度有降低作用，这与 266 董锋等中国碳排放强度两阶段分解陈继勇、张伟等学者的研究结论相似，同时也与前文碳排放强度LMD1分解分析结果和理论预期基本一致。 4结论和建议根据测算出的我国1991--2014年碳排放强度、能源结构和能源强度，运用LMDI两阶段因素分解法分析影响我国碳排放强度变化的主要因素，同时选取1980--2014年中国历年相关数据，运用单位根检验和Johansen协整检验方法对分解变量进行协整关系验证。 LMDI两阶段因素分解法结果表明第一阶段对碳排放强度LMD1分解中，我国碳排放强度的降低受到能源结构和能源强度的影响，由能源结构引起的碳排放强度变化量有正有负，对碳排放强度降低的贡献率低，由能源强度因素引起的碳排放强度变化，大多为负数，对碳排放强度降低的贡献高；第二阶段对能源强度LMD1分解中，我国能源强度的下降受产业结构变动和能源效率的影响，能源效率是我国能源强度下降的主要原因，产业结构调整总体来说对能源强度的降低起着阻碍作用，其影响程度相对较小。协整检验分析结果表明我国碳排放强度与技术进步、能源结构和产业结构存在长期的均衡稳定关系，能源结构、产业结构的改善和技术进步能够降低碳排放强度，这也验证了两阶段分解的结果。根据上述分析和结论，针对我国节能减排的目标，提出如下政策建议 1改善能源消费结构，提高煤炭清洁利用比例。我国主要以煤炭消费为主，而煤炭单位能源消费碳排放远大于其他能源。合理地改变能源消费结构，减少煤炭资源的消费，增加石油、天然气、水电核电在能源消费中的比重，改变我国以煤炭为主的能源结构，在一定程度上能够有效降低碳排放强度。然而由于我国富煤、贫油、少气，改变以煤为主的能源消费结构并不容易，因此提高我国煤炭利用率，创新我国煤炭利用技术，将储量丰富的煤炭转化为较为高效清洁的能源是一条有效可行的途径。 2降低能源强度，促进技术进步，提高能源利用效率。能源强度是影响我国碳排放强度的主导因素，而且能源利用效率相比发达国家较低。我国能源在开采、转换、贮存等过程中有很大的损失，因此，能源消费的节能潜力也较大。据相关调查，如果我国能源利用效率能达到先进国家的水平，我国每年将节约4亿多吨的标准煤，因此碳排放强度的减少可以通过降低能源强度来实现。能源强度的降低可以通过两方面来实现，首先可以通过改进设备，降低单位产品的能耗并采用先进的管理模式，设置能源专项资金；其次可以通过提高能源使用技术水平和技术创新能力，使经济增长不仅仅依靠能源消耗的增长，而是主要依靠能源效率的提高。 3发展第三产业，淘汰落后产能。第三产业碳强度显著低于第二产业¨ ，世界发达经济体第三产业比重一般在2／3以上，而我国2014年第三产业比重仅为48．2％，发展第三产业不但关系到我国经济结构和发展质量的提升，也关系到2030年碳排放达峰和碳强度下降60％～65％目标的实现。当前我国无论是高耗能的钢铁制造、电解铝，还是新兴的光伏太阳能和风电产业，均存在严重的产能过剩，利用行政和经济手段淘汰落后产能不但有助于行业整体脱困，也能促进行业整体能源效率的提高，从而帮助国家宏观减排目标的实现。参考文献 [1]STREETS D G，JIANG K J，HU X，et a1．Recent reductions in China’s greenhouse gas emissions[J]．Science，2001，294 55481835一l837 [2]INTERNATIONAL ENERGY AGENCYIEA．CO2 emissions from fuel combustion 2008 edition[R]．ParisOECD／IEA，2009． [3]朱小雯．我国承诺到2020年碳减排40％～45％[N／OL]．每日经济新闻网，20091127[20160912]．http／／www． nbd．corn．cn／newshtml／20091 127／20091 127042543471．htHd [4]新华社．中美气候变化联合声明[N／OL]．新华网，201411 13[201609一l2]．http／／news．xinhuanet．eorrr／2014一 l1／12／c 一 1113221744．htm [5]FAN 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