新疆能源消费碳排放过程及其影响因素——基于扩展的kaya恒等式-王长建.pdf

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1、第36卷第8期2016年4月生 态 学 报ACTA ECOLOGICA SINICAV0136，No8Apr，2016DOI：105846stxb201410152033王长建，汪菲，张虹鸥新疆能源消费碳排放过程及其影响因素基于扩展的Kaya恒等式生态学报，2016，36(8)：21512163Wang C J，Wang F，Zhang H OThe process of energy-related carbon emissions and influencing mechanism research in XinjiangAeta Ecologica Sinica2016，36(8)：21

2、51-2163新疆能源消费碳排放过程及其影响因素基于扩展的Kaya恒等式王长建1一，汪 菲2”，张虹鸥11广州地理研究所，广州5100702中国科学院新疆生态与地理研究所。乌鲁木齐83001 13中国科学院大学。北京100049摘要：新疆，中国西部的欠发达区域，如何在保持社会经济持续快速发展的同时实现碳排放的减速增长是现阶段的重要发展命题，对于实现国家的减排目标有着至关重要的作用。通过对经典的Kaya恒等式进行扩展，并采用基于LMDI的完全分解模型，解析了1952年一2010年新疆的一次能源消费的碳排放的主要驱动因素。依据1952年以来新疆社会经济发展状况和碳排放总量演变特征，并结合一定的历史

3、背景等，将新疆的一次能源消费的碳排放划分为6个演变阶段，定量分析了人口规模效应、经济产出效应、能源强度效应、能源结构效应和能源替代效应在不同发展阶段的贡献作用，主要的研究结论如下：(1)经济产出效应和人口规模效应是新疆碳排放增长的最主要贡献因子。(2)能源强度效应在1978年之前对碳排放的增长表现为正效应，主要原因是极低的能源利用效率和落后的生产工艺。改革开放之后，能源强度效应成为遏制碳排放增长的重要贡献因子。(3)能源结构效应和能源替代效应也是遏制新疆碳排放增长的主要贡献因子，但是其贡献作用还比较小，主要是因为可再生能源在能源消费总量中的比重还比较低和以煤为主的能源消费结构还没有发生根本性的

4、改变。关键词：能源消费；碳排放；影响因素；新疆The process of energy-related carbon emissions and influencing mechanismresearch in XinjiangWANG Changjianl一，WANG Fei2”，ZHANG HongOHl1 Guangzhou Institute of Geography，Guangzhou 5 10070，China2 Xiny缸ng Institute ofEcology and Geography，Chinese Academy ofSciences，Urumqi 830011，C

5、hina3 University of Chinese Academy of Sciences，Being 100049，ChinaAbstract：Reduction of greenhouse gases(GHG)has become a primary concern for policy makers and govemmentmanagers globallyChina has become the worldS largest primary energy consumer and carbon emitter after decades of rapideconomic grow

6、thResearch on regional carbon emissions is crucial for China to achieve its reduction targetsPresentlythebiggest challenge faced by the local government is to reduce carbon emissions，and ensure that it does not hinder socialeconomic developmentThis case study in Xinjiang，a less developed area in wes

7、tern China，aimed to determine the mostimportant carbon emission contributors and analyze energyrelated carbon emissions Our estimates were based on theprovincial and national energy statisticsData resources available for the present study included statistics on populations，gross domestic product(GDP

8、)，and total energy consumption from 1952 to 2010Carbon emissions due to energyconsumption were calculated according to the method of the IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas InventoriesIt基金项目：广东省科学院青年科学研究基金(qnjj201501)；广州地理研究所优秀青年创新人才基金(030)收稿日期：2014-1015； 网络出版日期：20150821通讯作者Corresponding aut

9、horEmail：w”scjgdasaccnhttp：wwwecologicaca万方数据2152 生态学报 36卷was observed that the total energy consumption in Xinjiang increased from 0393 Mtce in 1952 to 82902 Mtce in 2010representing a 21095一fold increase over the period of 59 yearsEnergy-related carbon emissions in the area increased from0285 Mt i

10、n 1952 to 53662 Mt in 2010representing a 18823-fold increase over the study periodWe analyzed the changesin the total carbon emissions and carbon emissions structure from 1952 to 2010Coal consumption was found to be thebiggest contributor to total carbon emission in XinjiangThe share of carbon emiss

11、ions from coal consumption decreased until2004，but increased afterwardThe share of carbon emissions from natural gas increased steadily from 012in 1954 to866in 2010The Logarithmic Mean Divisia Index(LMDI)technique based on ail extended Kaya identity Was used todetermine the five main energyrelated c

12、arbon emissions in XinjiangWe first used the LMDI method to decompose carbondioxide emissions on a yearly basisTo understand of the factors influencing long-term carbon emissions，we divided thecarbon emissions process into six stages based on the changing trends of socio-economic development and car

13、bon emissions，historicallyThis method included measurements of the effects of population，affluence，energy intensity，renewable energypenetration，and emission coefficient for the different stages of the processDecomposition results showed that affluence andpopulation effects are the two most important

14、 contributors to increased carbon emissions，but their contributions are differentin the special development periodEnergy intensity Was positive in curbing carbon emissions during the prereform period，but became relatively dominant after 1978Renewable energy penetration and emission coefficients play

15、ed importantnegative but relatively minor effects on carbon emissionsThe insignificant effect of renewable energy penetration is largelyattributed to the small shares of renewable energyamounting to less than 6of the total energy consumptionThe emissioncoefficient effect plays a minor role in curbin

16、g carbon emissions，because the coal-dominated energy consumption structurehas not fundamentally changedAn effective solution to these problems will help Xinjiang to reduce carbon emissions andenvironmental damage with economic growthKey Words：energy consumption；carbon emissions；influencing mechanism

17、s；Xinjiang以全球变暖为主要特征的气候变化受到国际社会的广泛关注，温室气体排放成为全球变化领域的研究热点和国际环境保护的谈判焦点。目前国内外关于碳排放的研究内容大致分为，碳排放总量估算以及核算方法1。2、碳排放影响因素及其影响机理分析旧6j、碳排放情景分析0、碳减排技术手段与政策措施模拟。14 J等几个方面，其中碳排放核算是碳排放研究的基础，碳排放影响因素分析是制定减排措施、实施情景分析、以及减排措施模拟的关键，碳减排技术手段与低碳政策体系构建是碳排放研究的目标。碳排放的影响因素有很多，人1：3增长、经济发展、能源消费、产业结构、能源结构、技术进步等都是其关键因子。在测定碳排放影响因素

18、的众多模型中，Kaya恒等式是应用最为广泛的模型之一。Kaya恒等式将人口增长、人均GDP、单位GDP能源消耗(能源强度)、单位能源消耗碳排放(能源碳强度)作为碳排放增长的最主要推动力5。驯。高速的工业化进程、快速的经济增长和不断加速的能源消费增长，使中国的碳排放问题备受关注，为此中国做出了约束性的碳减排承诺。中国CO：排放量已位居世界第一，2009年哥本哈根气候大会上，中国政府提出了2020年单位国内生产总值CO，排放强度比2005年下降40一45的减排目标，非化石能源占一次能源消费的比重达到15左右。我国正在积极争取最大可能的排放权以适应社会经济的快速发展，能否在保持较快发展的前提下，兑现

19、约束性的减排承诺，已经成为政府部门、研究机构、社会民众的关注焦点和研究热点。从地理学的角度分析，对于一个国家碳排放的研究不仅需要从总量变化方面评估，而且也需要从区域格局变化来把握。一旦国家层面的谈判达成，即国家碳排放总量的确定，接下来面临的问题将是区域碳排放如何分配，因此有必要对区域碳排放进行研究。从区域空间格局的角度落实国家的碳减排政策，并实现碳减排的目标，使其具有更为明确的针对性和更为良好的操作性。新疆作为我国西部对外开放的重要门户、西部大开发的重点地区和重要的能源综合生产基地，当前正处于大开发、大建设、大发展的战略机遇期，如何从严控制二氧化碳排放强度，积极应对全球气候变化，将是新疆实现能

20、源经济社会可持续发展的重要命题。王长建等采http：wwwecologicaan万方数据8期 王长建等：新疆能源消费碳排放过程及其影响因素基于扩展的Kaya恒等式 2153用动态计量模型研究19782010年新疆能源消费对社会经济发展的影响机理旧。杜宏茹等对新疆19952008年能矿产业发展及其区域经济与环境效应的研究表明能矿产业的能源消耗与碳排放具有显著的相关性心2|。霍金炜等运用岭回归分析方法研究1995-2008年新疆的人口增长、经济发展和技术进步对碳排放的影响231。钱冬等借助投人产出结构分解模型对新疆1997-2007年的能源消费强度的影响因素进行研究J。张新林等借助IPAT模型以及

21、结构分解分析法对新疆能源消费碳排放的脱钩效应进行研究，19902010年间经济增长与碳排放之间处于弱脱钩及扩张连接状态旧5。借鉴已有的研究成果，本文通过重点分析新疆碳排放过程的历史演变规律，并借助指数分解模型同时结合相应的历史发展背景，对新疆碳排放的影响要素进行深入解析，为全面认识新疆的能源消费碳排放过程以及制定更具针对性的节能减排降耗政策提供理论参考。1数据来源与研究方法11数据来源所有数据均来源于新疆辉煌50年1949-1999、新疆五十年1955-2005)、新疆统计年鉴(1985年一2012年)和中国能源统计年鉴(1985年一2011年)。12碳排放量核算能源消费碳排放的核算主要依据I

22、PCC碳排放计算指南，参照缺省值确定主要的碳排放系数H2 6|。计算公式如下：c。=E：LCViCF：0i (1)l式中，i表示不同种类的能源，t代表时间，C。代表t年份的碳排放总量(百万吨，Mt)，E代表t年份第i种能源的消费总量(百万吨标准煤，Mtce)，CK(Lower calorific value)代表第i种能源的燃料低热值，CF：代表第i种能源的碳排放系数，0i代表第i种能源的燃烧氧化率(表1)4,26-27。表1碳排放转换因子【4琢27】!垒!竺竺!垫竺!垒坐!生竺!型塑堕竺竺竺塑竺皇!竺塑竺!型型竺垒坐!竺!竺!旦旦竺竺!竺兰：竺能源种类 转换因子26 低热值4,27 碳排放因

23、子4 氧化率4Energy sources Conversion factors IJ0wer e日lorific value Carbon emission factors Oxidation rate13碳排放因素分解模型的构建与优化常用的碳排放影响因素定量分析方法有结构因素分解模型(SDA)和指数因素分解模型(IDA)。指数分解法是用几个因素相乘的形式表示，并根据不同的权重确定方法进行分解，以确定各个指标的增量余额2 8|。Ang在系统阐述Laspeyres指数分解与Divisia指数分解等分析方法的基础上，运用对数平均迪氏指数方法http：wwwecologicacn万方数据生态学报

24、36卷(LMDI)对碳排放进行分解，不仅消除了分解残差，而且很好地解决了Divisia方法中的“0”值问题旧31|。目前LMDI模型已被广泛应用于碳排放研究，研究尺度从洲际区域32l、国家层面3埘1延伸到次级区域的省级尺度351、单体城市1，361、甚至城市和乡村居民37_38。研究时段有长期时间序列3 9|、短期时间序列删、甚至单个年份哺。研究内容从碳排放总量分解到能源强度和能源效率的分解卜4 2|；从一次产业的解析到具体产业部门(工业、制造业、交通运输业和服务业)的能源消耗研究，3 5。43。Zhang等利用LMDI模型在联合生产框架下对20个发展中国家1995-2005年间CO：排放进行

25、因素分解分析，研究表明经济增长是CO：排放增加的主要影响因素，技术变革是CO：排放减少的最重要影响因素32 J。Luciano Charlita等利用LMDI模型对巴西1970-2009年能源消费的CO，排放进行因素分解分析，研究表明经济活动和人口增长是碳排放增加的最主要影响因素口4|。Wang等采用LMDI模型对中国1957-2000年能源碳排放进行因素分解分析，能源强度的降低很大程度抑制了中国的碳排放增长，能源结构调整和可再生能源利用对降低碳排放有一定的积极作用一9|。wu等利用LMDI模型对中国1996-1999年能源消费的碳排放出现的微降趋势进行因素分解分析，研究表明产业结构调整和工业

26、企业平均劳动生产率的增长缓慢是其重要影响因素J。大量的研究结论均显示经济和人口增长是碳排放增长的拉动因素，产业部门能源效率的提高是能源强度下降的主要原因。131 Kaya恒等式Kaya恒等式将碳排放分解为4个影响因素，表达公式如下：C=P(詈)(鲁)x(詈) (2)式中，P代表人IsI规模，G代表国民生产总值(GDP)，E代表能源消费；GP代表人均GDP，EG代表能源消费强度，CE代表能源消费碳强度。132扩展的Kaya恒等式为了能够更好的解析能源消费的碳排放影响因素，特意将Kaya恒等式进行扩展1。计算公式如下：c=P(詈昙警矗)_pgesf (3)式中，朋代表化石能源消费，P，G，和E的含

27、义与公式(2)一致。c为一次能源消费碳排放总量；P为人口规模；G为国内生产总值(GDP)；砸为化石能源消费总量；E为一次能源消费总量；P=P，人口规模；g=GP，人均GDP；e=EG，能源消费强度；5=FEE，化石能源消费比重；厂=CFE，化石能源碳排放系数。鉴于当前能源结构多元化的发展趋势，对经典的Kaya恒等式进行扩展。能源消费结构优化的主要表现特征：相对高碳化石能源逐步向相对低碳非化石能源和可再生能源的过渡。经典的Kaya恒等式中仅仅考虑能源消费总量对碳排放的影响，而忽略了能源消费结构中非化石能源的替代作用。在能源消费结构多元化发展的今天，很有必要对非化石能源消费对碳排放的影响进行深人地

28、的研究。133对数平均迪氏分解法(Logarithmic Mean Divisia Index)Kaya恒等式是最为著名的指数分解法(Index decomposition analysis，IDA)。在众多的指数分解模型中，Logarithmic Mean Divisia Index(LMDI)模型因其分解无残差和有效地解决“0”值问题，被广泛应用于碳排放的分解研究31|。具体计算公式如下：zlC=CICo=AC”仃e。t+AC舻ffe。t+AC。e仃e。t+AC。一。m。t+ACL。ffe。t (4)式中，从0年到t年的碳排放量的差值称为总效应AC。zlC由5部分组成：人口规模效应(AC。

29、胁)，经济产出效应(zlC。胁)，能源强度效应(c。+)，能源替代效应(AC。)，能源结构效应(cM。)。CC DAC”胁=己1暑1n(兰) (5)LILI-ILIIU0 PoCC FAC”胁2高赢拶蒜(6)http：wwwecologicacn万方数据8期 王长建等：新疆能源消费碳排放过程及其影响因素基于扩展的Kaya恒等式zlC一毒蕞眦詈， e一2高1蠡h素dC。，。=lncC,一-1-cn-。Coln(詈) s一2 Lh素)ct-击彘M砉，c2蔬h杀(7)(8)(9)2实证分析21新疆能源消费过程研究由图1可知，新疆的一次能源消费总量呈不断增长趋势，从1952年的393万t标准煤增长到2

30、010年的82902万t标准煤，59年间增长了21095倍。1952年一1957年，建国初期国民经济逐步恢复，“一五计划”的实施，一次能源消费总量快速增长，年均增长速度为1953。1958年一1960年，“大跃进”时期一次能源消费量急剧增长，3年时间内一次能源消费总量为“一五计划”时期的386倍。1961年一1977年，一次能源消费的缓慢增长阶段，年均增长速度为508。1978年一1990年，改革开放以来，国民经济发展在良好的政策环境下恢复快速增长，12年间年均增长速度为1070，能源消费总量由1978年的972万t增长到1990年的1898万t，年均增长速度为574。1991年一2000年，

31、“八五”时期新疆确立优势资源转换发展战略，依托能源资源、矿产资源优势实施优势资源转换战略加速新型工业的发展。这一时期，新疆的优势资源转换发展战略初见成效，新型工业化进程稳步推进，GDP继续保持较快速度增长的同时，能源消费量由1991年的2050万t增长到2000年的3316万t，年均增长速度为549。2001年一2010年，2000年1月，国务院成立西部地区开发领导小组，实施西部大开发战略，全面提高西部地区的经济和社会发展水平。新疆依托丰富的水土光热资源、矿产资源和旅游资源，在西部大开发一系列战略部署、政策支持下，国民经济发展进入了一个新的阶段，GDP年均增长速度高达1328。与此同时，随着能

32、源资源、矿产资源的勘探开发进一步升级，石油天然气化工基地和煤电煤化工基地建设不断扩大规模，在带动新疆经济发展的同时，能源消费量由2001年的3496万t迅速增长到2010年的8290万t，年均增长速度高达1068。累豪娶蓥量茧豪瀑蒙孽基豪豢票晷蔡豪豢累累蓥娶豢豢善莹蓍誊善詈rqrq tq rrq N年份Year图1新疆1952年一加10年一次能源消费演变Fig1 Changes of energy consumption in Xinjiang from 1952 to 2010由图2可知，近60年来新疆的一次能源消费仍以煤炭和石油为主，尤其是煤炭在一次能源消费中的比重多年在601)2 I-。

33、1952年，新疆的一次能源消费中只有煤炭和石油，比重分别为821和179。1954年一次能源消费中增加天然气，比重为02。1957年一次能源消费中增加水风电，比重为O3。之后天然气和水风电在一次能源消费中的比重呈不断增长趋势，尤其是1990年以来，天然气和水风电的消费比重呈快速增长趋势。2005年以来，能源消费结构的多元化水平处于倒退状态，主要原因是煤炭消费比重呈现出逐年增长趋势。http：wwwecologicaca00O0OO00O00O0OO00OOO000OOOOO98765432，co_一Q譬jcou眦-ocu育l|o_一攀磐蜷_k一蛹蹈躲涎聪翟万方数据生态学报 36卷煤炭石油 天然

34、 水风电斟葛器器8 g葛嚣露2 g芝芸兽赛豺磊磊器累g甍累誊昌g蓦吕兽2竺曼竺旦曼旦苎宝宝旦竺曼曼旦2里2 2竺曼曼曼2曼昌昌昌昌昌蜀年份Year图2新疆1952年一加10年一次能源消费结构演变Fig2 Changes of energy consumption structure in X蠲iang from 1952 to 201022新疆碳排放量核算及其演进特征分析由计算结果分析，1952-2010年间新疆一次能源消费的碳排放总体呈不断增长趋势(图3)，从1952年的285l万t增长到2010年的536626万t，59年间增长了18823倍。1952年一1957年，新疆在“一五计划”期间

35、碳排放以较快速度增长，年均增速为1567。1958年一1960年，在“大跃进”运动期间，为实现工农业生产高指标，基本建设投资急剧膨胀，能源消费量的急剧增长导致了新疆碳排放出现阶段性的高峰，从1958年的21825万t迅速增长到1960年的38079万t。此后新疆碳排放呈现缓慢增长态势，1961年一1977年，新疆碳排放年均增长速度为497，尤其是1966年一1976年的“文化大革命”期间，新疆的国民经济经历由停滞、下降转向回升，相应的能源消费碳排放也经历了持续下降到缓慢增长的发展阶段。1978年-1990年，随着改革开放政策的全面实施，新疆国民经济呈现较快增长，能源消费的碳排放也呈现较快增长态

36、势，年均增长速度为559。1991年一2000年，新疆实施优势资源转换战略，加速新型工业化的发展，新疆碳排放年均增长速度为506。2001年一2010年，国家实施西部大开发战略，新疆的国民经济快速增长，能源消费的碳排放也呈现快速增长趋势，10年间年均增长速度达到1016。型圣萋耋重型至萋耋量至受萎墨塞鐾茎塞墨塞至萎萎墨萋|墓圣|薹|耄蚕口。口小凸口口。岔口口口口。口拿口o o口口口a口9 o o 9 9拿年份Year图3 1952-2010年新疆碳排放总量增长趋势Fig3 Total carbon emissions changes of xinjiang fcoml952 to 2010由图

37、4可知，煤炭消费是新疆一次能源消费碳排放的最主要来源。煤炭消费占新疆一次能源消费的碳排放比例最大，多年来在70以上。煤炭消费的碳排放比重由1952年的8555调整到2010年的7696。新疆的能源资源储量丰富，据全国第二次油气资源评价，新疆石油预测资源量2092亿t，占全国陆上石油资源量的30，天然气预测资源量104万亿m3，占全国陆上天然气资源量的34，煤炭预测储量219万亿t，占全国预测储量的40。尽管新疆拥有丰富的石油和天然气资源，但是这些低碳能源大多被国有企业一中国石油http：wwwecologicacaII刖Il-IllUtII刖_llIIlIllUll刖IlIlII川llIIII

38、IlIIlILlUIIlIUII“lI|l刖IIIIlIII-III-I川I_刖lULlIII_UIUIU-UI_LIUIIUILIlLI川UlUIUIIU广l卜HUn旧H“咀O0O0OOO8642摹宅Jn芑jeco；厶u13旨uh挈芒叫基羞敲器隧箍KKHMHHKMKHHH65432一，o一一coIs璺EuaoD斋u焉lolI删餐慧谨万方数据8期 王长建等：新疆能源消费碳排放过程及其影响因素基于扩展的Kaya恒等式 2157和中国石化控制，由此煤炭的资源优势和价格优势使其长期作为新疆能源消费的第一选择。一煤炭 石油-天然气鼋莉妻至薹萋萋量塞薹萋耋量星至萎鐾塞塞薹塞耋薹至薹萎薹薹星蓦|耋蚕蚕口口

39、口口口口口口小。岔口口口口口a口口口口口。量9 9 9量年份Year图4 1952年一加10年新疆一次能源消费的碳排放比例变化Fig4 Proportion changes of carbon emissions from the consumption of coal。oil and natIIr8l gas from 1952 to 201023新疆一次能源消费碳排放的因素分解分析采用基于LMDI的完全分解模型，首先逐年解析了1952年一2010年新疆的一次能源消费的碳排放的主要驱动因素。定量分析了1952年一2010年的人口规模效应、经济产出效应、能源强度效应、能源结构效应和能源替代效应在各个年份之间的贡献作用(表2)。表2碳排放影响因素的指数分解分析Table 2 Complete decomposition of carbon emission change from 1952 to 2010http：wwwecologicacnIIllllIIIl一_I一ll一I_llIlIIIl一_一_IIlI一l一ll一l一II一l一I_一ll一IlIIIl一Il一_一l_一