黃 芳

(平頂山學(xué)院資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，河南 平頂山 467000 )

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煤炭資源型城市碳排放特征研究：以平頂山市為例

黃 芳

(平頂山學(xué)院資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，河南 平頂山 467000 )

為了幫助煤炭型城市科學(xué)合理地制訂碳減排對(duì)策，以平頂山市為例，計(jì)算了2004～2012年間來自產(chǎn)業(yè)部門、生活部門能源活動(dòng)和水泥行業(yè)生產(chǎn)過程中地碳排放量，并用LMDI(對(duì)數(shù)平均權(quán)重分解法)法測(cè)算了各影響因子的貢獻(xiàn)。結(jié)果表明：①平頂山市碳排放量年增長(zhǎng)率為13.226%；②生產(chǎn)部門能源強(qiáng)度、人均GDP、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等是碳排放地主要正向驅(qū)動(dòng)因子，生活部門能源強(qiáng)度和能源結(jié)構(gòu)是負(fù)向抑制因子，正向驅(qū)動(dòng)因子的貢獻(xiàn)遠(yuǎn)大于負(fù)向因子。提高能源利用技術(shù)水平和產(chǎn)業(yè)升級(jí)是降低碳排放地主要措施。

碳排放；LMDI；驅(qū)動(dòng)因素；平頂山市

煤炭資源型城市作為我國(guó)重要的能源戰(zhàn)略保障基地，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)健康、持續(xù)發(fā)展提供了重要支撐。目前，我國(guó)共有煤炭資源型城市58個(gè)，占礦業(yè)城市總數(shù)的61%。大部分煤炭資源型城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式粗放，能源消耗較大，低碳建設(shè)任務(wù)艱巨。因此，充分認(rèn)識(shí)煤炭資源型城市能源消費(fèi)特征、碳排放驅(qū)動(dòng)因素、碳排放規(guī)律是當(dāng)前決策者們面臨的幾個(gè)非常迫切的問題。

目前對(duì)碳排放的研究較多，但大都集中在國(guó)家[1-4]、省[5-6]和大城市[7-8]三種空間尺度上，對(duì)煤炭資源型城市所在的中小城市研究極少，研究成果對(duì)地方政府的低碳建設(shè)工作并無較大實(shí)際指導(dǎo)意義。另外，已有的研究大多只考慮三大產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)部門的能源消耗和碳排放，生活部門和水泥生產(chǎn)過程中由于碳酸鈣分解產(chǎn)生的碳排放經(jīng)常被忽略[9-11]。在中國(guó)，隨著人們生活水平地不斷提高及城市化進(jìn)程地不斷推進(jìn)，以上兩種被忽略的碳排放量逐年增加，若在研究中忽略不計(jì)便不能準(zhǔn)確判斷目前低碳排放形式。

鑒于此，本文以平頂山市為例，從出生產(chǎn)部門、生活部門和水泥生產(chǎn)過程三方面測(cè)算平頂山市的碳排放量，應(yīng)用擴(kuò)展的Kaya恒等式找出影響碳排放的主要社會(huì)經(jīng)濟(jì)因子，用LMDI(對(duì)數(shù)平均權(quán)重分解法)法計(jì)算出各主要社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素對(duì)碳排放的貢獻(xiàn)，以期為煤炭資源型城市的低碳發(fā)展提供有力的理論支撐和經(jīng)驗(yàn)借鑒。

1 研究區(qū)概況、方法與數(shù)據(jù)

1.1 研究區(qū)概況

本文選擇平頂山市為實(shí)證研究對(duì)象，原因如下：一方面，平頂山市是我國(guó)的資源大市，擁有我國(guó)品種最全的煉焦煤、動(dòng)力煤生產(chǎn)基地。另一方面，平頂山市是我國(guó)的經(jīng)濟(jì)小市，2000～2012年間，人均GDP均比全國(guó)平均水平低10%以上，這和資源大市的地位不匹配。平頂山市的資源與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的矛盾比較突出，以平頂山市為研究對(duì)象，可以為其他資源型城市地低碳發(fā)展提供值得借鑒的經(jīng)驗(yàn)或教訓(xùn)。

1.2 LMDI法

本研究將平頂山市主要碳排放量分為產(chǎn)業(yè)部門能源消耗碳排放、生活能源消耗碳排放和生產(chǎn)過程非能源活動(dòng)碳排放三個(gè)部分(見式(1))，考慮到核算方式的可操作性，對(duì)于生產(chǎn)過程非能源活動(dòng)碳排放主要考慮水泥生產(chǎn)過程地碳排放。

C=C產(chǎn)業(yè)+C生活+C水泥

(1)

式中：C指總的碳排放量；C產(chǎn)業(yè)指產(chǎn)業(yè)部門能源消耗產(chǎn)生的碳排放量；C生活指生活能源碳排放；C水泥指水泥生產(chǎn)過程中碳酸鈣分解產(chǎn)生的排放量。根據(jù)擴(kuò)展的Kaya恒等式，將三種不同部門的碳排放量分別分解為相應(yīng)影響因子的乘積，具體見式(2)、式(3)和式(4)。

(2)

式中：Cij為第i個(gè)產(chǎn)業(yè)部門第j種化石能源的碳排放量；Eij為第i個(gè)產(chǎn)業(yè)部門第j種化石能源消耗量；Ei為第i個(gè)產(chǎn)業(yè)部門的能源消耗量；Yi為第i個(gè)產(chǎn)業(yè)部門的產(chǎn)值；Y為產(chǎn)業(yè)部門總產(chǎn)值；P為總?cè)丝凇?/p>

(3)

式中：C生活j為生活中第j種化石能源的碳排放量；E生活j為生活中第j種化石能源的消耗量；E生活為生活能源總消耗量；I為居民總收入；P為總?cè)丝凇?/p>

(4)

式中：CP為水泥生產(chǎn)量；UP為城市人口總數(shù)；P為總?cè)丝凇?/p>

ΔC=Ct-C0=ΔC1+ΔC2+ΔC3

(5)

式(5)中各類因子的絕對(duì)變化量可由式(6)求得。

(6)

式中，X代表式(5)中的各類因子。

1.3 數(shù)據(jù)說明

由于2004年前后的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)口徑不一致，且2004年之前的能源數(shù)據(jù)缺失嚴(yán)重，故本文主要研究2004年之后(包括2004年)的碳排放情況。文中數(shù)據(jù)均來自2005～2013年的《平頂山統(tǒng)計(jì)年鑒》和《河南統(tǒng)計(jì)年鑒》。為了剔除物價(jià)因素影響，以2000為基期，將各年的GDP、收入、產(chǎn)出等數(shù)據(jù)換算成基準(zhǔn)年的可比價(jià)。根據(jù)IPCC溫室氣體碳排放計(jì)算指南及平頂山市能源統(tǒng)計(jì)特點(diǎn)采用式(7)計(jì)算碳排放量。

(7)

式中：C為碳排放量，單位為104t；i為能源類型；Ei為能源i的消費(fèi)量，按標(biāo)準(zhǔn)煤計(jì)，單位為104標(biāo)煤；Ri為能源i的碳排放系數(shù)，單位為(104t)/(104標(biāo)煤)。根據(jù)IPCC碳排放計(jì)算指南，平頂山市使用的主要能源的碳排放系數(shù)如下[12]：原煤，0.7559；焦炭，0.8550；原油，0.5857；汽油，0.5538；煤油，0.5714； 柴油，0.5919；燃料油，0.6185；天然氣，0.4483。

2 碳排放總特征及影響因素分析

2.1 碳排放總特征

由表1可知，從2004～2012年平頂山市的碳排放總量從2027.087萬t增加到5475.867萬t，年均增長(zhǎng)率為13.226%。圖1為平頂山市2004～2012年間碳排放和GDP的增長(zhǎng)速率對(duì)比圖，圖中顯示碳排放的增長(zhǎng)率遠(yuǎn)高于同年GDP的增長(zhǎng)率，碳強(qiáng)度較高，說明碳利用效率不高。

從部門角度看，平頂山市第二、三產(chǎn)業(yè)、生活部門、水泥生產(chǎn)過程碳排放量的年平均增長(zhǎng)率分別為14.37%、9.32%、10.76%、10.91%，第一產(chǎn)業(yè)從總體上來看碳排放量變化不大。第二產(chǎn)業(yè)碳排放占比2004年為71.75%，2012年為77.78%，而其他行業(yè)或部門的碳排放量占比在研究其間變動(dòng)不大。從能源構(gòu)成角度看，80%左右的碳排放來自原煤，12%左右來自水泥生產(chǎn)過程中碳酸鈣的分解(圖2)。由此可見，原煤是平頂山市的主要碳排放源，其次是碳酸鈣分解，減少原煤使用量和水泥產(chǎn)量是降低碳排放的關(guān)鍵。

表1 2004～2012年間各部門碳排放量/萬t

圖1 2004～2012年間GDP和碳排放增長(zhǎng)率

圖2 2004～2012年間主要碳源碳排放量百分比

2.2 基于LMDI的影響因素分析

根據(jù)擴(kuò)展的Kaya恒等式，借鑒已有的研究成果[10-11]及可獲取的數(shù)據(jù)特點(diǎn)，將影響平頂山市碳排放的因素分別從能源強(qiáng)度因素、經(jīng)濟(jì)發(fā)展因素、城市化因素、人口規(guī)模因素和結(jié)構(gòu)因素等五個(gè)角度來進(jìn)行計(jì)算分析。

2.2.1 能源強(qiáng)度效應(yīng)

生產(chǎn)能源強(qiáng)度指單位GDP的能源消費(fèi)量，是能源利用效率的重要衡量指標(biāo)。能源強(qiáng)度值越大，說明能源利用效率越低，碳排放量就越高，故降低能源強(qiáng)度是節(jié)能減排的重要措施之一。由表2可知，平頂山市的生產(chǎn)能源強(qiáng)度對(duì)碳排放基本呈正向驅(qū)動(dòng)效應(yīng)，而且是9年間正向驅(qū)動(dòng)效應(yīng)最大的因素，促使碳排放量在2004～2012年間增加了944.683萬t。究其原因，工業(yè)能源強(qiáng)度在2004～2010年間呈明顯上升態(tài)勢(shì)，從2004年的7.05噸標(biāo)煤/萬元增加到2010年的11.28噸標(biāo)煤/萬元，因此能源強(qiáng)度致使碳排放量持續(xù)增加。2011～2012年能源強(qiáng)度下降到9噸標(biāo)煤/萬元，其負(fù)向驅(qū)動(dòng)效應(yīng)使碳排放量在2011～2012年間下降了49.683萬t。

生活能源強(qiáng)度指單位收入所消耗的能源量。居民生活能源消耗量跟地方生活環(huán)境、個(gè)人生活方式和習(xí)慣、消費(fèi)理念等有很大關(guān)系，并非完全受收入影響。平頂山市作為一個(gè)煤炭資源型城市，政府大力倡導(dǎo)低碳生活方式，2004～2012年間生活能源強(qiáng)度對(duì)碳排放的貢獻(xiàn)總體呈下降趨勢(shì)，下降約32.623萬t。 2.2.2 經(jīng)濟(jì)發(fā)展效應(yīng)

人均產(chǎn)出和人均收入可以大致說明一個(gè)經(jīng)濟(jì)體所處的經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段。二者對(duì)碳排放具有正向驅(qū)動(dòng)效應(yīng)，同等條件下人均產(chǎn)出的貢獻(xiàn)要大于人均收入。2004～2012年間人均GDP對(duì)碳排放的正向驅(qū)動(dòng)效應(yīng)為798.814萬t，在本研究中僅次于生產(chǎn)能源強(qiáng)度的驅(qū)動(dòng)效應(yīng)，人均收入的正向驅(qū)動(dòng)效應(yīng)為55.144萬t。

研究表明在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不同階段會(huì)依次出現(xiàn)碳排放強(qiáng)度倒U形曲線高峰、人均碳排放量倒U形曲線高峰和碳排放總量倒U形曲線高峰，在不同階段碳排放的主要驅(qū)動(dòng)因素呈現(xiàn)出如下特點(diǎn)[13]：在碳排放強(qiáng)度高峰出現(xiàn)之前，主要驅(qū)動(dòng)因素為能源技術(shù)；在碳排放強(qiáng)度高峰和人均碳排放量高峰之間主要驅(qū)動(dòng)因素為經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)；在人均碳排放量高峰至碳排放總量高峰階段，主要驅(qū)動(dòng)因素為碳減排放技術(shù)；再之后，碳減排放技術(shù)占絕對(duì)主導(dǎo)地位。研究發(fā)現(xiàn)平頂山市目前還未達(dá)到碳排放強(qiáng)度倒U形曲線高峰(圖3)，根據(jù)以上經(jīng)驗(yàn)研究可以推斷出目前平頂山市碳排放的主要驅(qū)動(dòng)因素為能源相關(guān)技術(shù)，其次為經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)因素。這和本研究的實(shí)證分析結(jié)果(即能源強(qiáng)度具有最大的驅(qū)動(dòng)效應(yīng)，其次是經(jīng)濟(jì)發(fā)展效應(yīng))是一致的。

圖3 2004～2012年間人均碳排放、
碳排放總量和碳排放強(qiáng)度

2.2.3 城市化效應(yīng)

城市化效應(yīng)用城市居民 水泥強(qiáng)度和人口城市化率來表示。城市居民水泥強(qiáng)度指城市人均水泥生產(chǎn)量，2004～2012年間，除2004～2005 年城市人均水泥量略有所下降外，其他時(shí)間均逐步穩(wěn)定增加，從2005年的3.1t/人增加到2012年的5.82t/人。平頂山市和全國(guó)其他地方一樣處在城市化的快速發(fā)展階段，道路、房屋、橋梁等工程建設(shè)需要大量水泥，從而促進(jìn)碳排放量快速增長(zhǎng)。而大量農(nóng)村人涌進(jìn)城市工作、生活，消費(fèi)和生活方式發(fā)生了較大變化，城市人均能源消費(fèi)量大約是農(nóng)村居民的3.5～4倍[14]。從分析結(jié)果看，城市居民水泥強(qiáng)度和人口城市化率對(duì)碳排放的正向驅(qū)動(dòng)效應(yīng)分別為525.201萬t、244.463萬t，僅次于生產(chǎn)能源強(qiáng)度、人均GDP和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)效應(yīng)。

2.2.4 人口規(guī)模效應(yīng)

在2004～2012年間，平頂山市總?cè)丝谝?.09%的速度遞增，截至2012年底，總?cè)丝谶_(dá)到534.662萬人，在人口規(guī)模變大的同時(shí)，人口結(jié)構(gòu)也發(fā)生著變化，城市人口比例不斷增加，規(guī)模和結(jié)構(gòu)的變化都朝著推動(dòng)碳排放量增加的方向發(fā)展，人口規(guī)模的正向驅(qū)動(dòng)效應(yīng)不斷增強(qiáng)，9年間對(duì)碳排放量的驅(qū)動(dòng)效應(yīng)為151.548萬t。

2.2.5 結(jié)構(gòu)效應(yīng)

結(jié)構(gòu)效應(yīng)包括能源結(jié)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)兩種因素。能源結(jié)構(gòu)指不同種類的能源組合情況，不同的能源結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同的能源碳排放強(qiáng)度，最終導(dǎo)致不同的碳排放量。在所消費(fèi)的終端能源中，化石能源是最主要的碳排放源，其次是生物質(zhì)能，最后是其他新能源。根據(jù)《2006年IPCC國(guó)家溫室氣體清單指南》[12]可知，在化石能源中，煤炭類能源的碳排放系數(shù)最高，其次是油類，最小的是各種氣類能源。清潔能源所占比例越高碳排放量就越少，反之則高。原煤是平頂山市的主要能源，2004～2012年間，原煤所占比例穩(wěn)中有降，從80%降到72.30%；與此相反，相對(duì)清潔能源天然氣比例穩(wěn)步增加，從0.03%上升到13.65%，說明平頂山市能源結(jié)構(gòu)在逐步優(yōu)化。分析發(fā)現(xiàn)，能源結(jié)構(gòu)產(chǎn)生負(fù)驅(qū)動(dòng)效應(yīng)，使碳排放量在9年間下降約14.134萬t。

平頂山市是典型的工業(yè)城市，2004～2012年間第二業(yè)產(chǎn)值平均占比62.90%，其中工業(yè)產(chǎn)值占GDP 的60%，第一產(chǎn)業(yè)為10.23%，第三產(chǎn)業(yè)為26.87%。第二產(chǎn)業(yè)碳排放大約占三大產(chǎn)業(yè)總碳排放量的92.4%，其中工業(yè)碳排放平均約為91.6%，二者碳排放占比在2011年之前總體均呈上升趨勢(shì)，2011年至2012年有所下降；第一產(chǎn)業(yè)碳排放大約占1.94%，第三產(chǎn)業(yè)大約5.66%，二者在2011年之前均呈下降趨勢(shì)，2011年至2012年有所增加。由于第二產(chǎn)業(yè)單位產(chǎn)值碳強(qiáng)度比第一、三產(chǎn)業(yè)高，所以第二產(chǎn)業(yè)比重增加勢(shì)必導(dǎo)致碳排放量增加。工業(yè)比重尤其是高污染高能耗的重工業(yè)比重偏大，使得工業(yè)碳排放量遠(yuǎn)高于第一、三產(chǎn)業(yè)。從對(duì)結(jié)果的分析也可以看出，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)效應(yīng)9年間持續(xù)增加，增加量為775.685萬t，僅次于生產(chǎn)能源強(qiáng)度和人均GDP的貢獻(xiàn)。由此可見，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，特別是要降低工業(yè)比重，增加第三產(chǎn)業(yè)比重，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)是平頂山市低碳轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵，這一點(diǎn)已被實(shí)踐證明是有效地碳減排措施[10-11]。在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整方面，平頂山市滯后于全國(guó)和東部發(fā)達(dá)地區(qū)。

表2 基于LMDI法的2004～2012年間平頂山市碳排放分解結(jié)果

注：*表中數(shù)據(jù)除“合計(jì)”外，每年對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)均為以上一年為基期計(jì)算的相應(yīng)影響因素對(duì)碳排放的驅(qū)動(dòng)效應(yīng)。

3 結(jié)論與啟示

文章以平頂山市(2004～2012年)為例，采用LMDI法探討了煤炭資源型城市碳排放特征、碳排放驅(qū)動(dòng)因素的貢獻(xiàn)。主要結(jié)論與啟示如下所示。

1)在2004～2012年間，碳排放年增長(zhǎng)率遠(yuǎn)高于GDP年增長(zhǎng)率。從部門角度看，第二產(chǎn)業(yè)是最主要的碳排放源，來自第二產(chǎn)業(yè)的碳排放占總碳排放量的75%左右；其次是水泥生產(chǎn)過程中碳酸鈣分解產(chǎn)生的二氧化碳，大約占12%；第三產(chǎn)業(yè)和生活能源消耗碳排放量分別占總量的5%左右；第一產(chǎn)業(yè)能源活動(dòng)產(chǎn)生的碳排放量最少，約占1.38%。從能源(或水泥)構(gòu)成角度看，按碳排放貢獻(xiàn)大小依次為：原煤、碳酸鈣分解、天然氣、其他，其中來自原煤的碳排放量占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，占比80%左右。

2)LMDI分析結(jié)果顯示，平頂山市碳排放的主要正向促進(jìn)因子依照貢獻(xiàn)度大小依次為：生產(chǎn)部門能源強(qiáng)度、人均GDP、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、城市居民水泥強(qiáng)度、人口城市化、人口規(guī)模效應(yīng)、人均收入等。負(fù)向抑制因子共有兩個(gè)，按照抑制性大小分別為：生活部門能源強(qiáng)度和能源結(jié)構(gòu)。正向驅(qū)動(dòng)因子的貢獻(xiàn)遠(yuǎn)大于負(fù)向抑制因子。

3)平頂山市低碳發(fā)展的關(guān)鍵在于：首先，降低生產(chǎn)能源強(qiáng)度，即通過技術(shù)水平提高能源利用效率，在確保經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)降低碳排放；其次，對(duì)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行升級(jí)改造，發(fā)展生態(tài)工業(yè)，低碳工業(yè)，通過改造工業(yè)流程或工藝設(shè)備，在提高產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)，減少溫室氣體地排放。

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[13] 中國(guó)科學(xué)院可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略研究組.中國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略報(bào)告——探索中國(guó)特色的低碳道路[M].北京：科學(xué)出版社，2009.

[14] 何曉萍，劉希穎，林艷蘋.中國(guó)城市化進(jìn)程中的電力需求預(yù)測(cè)[J].經(jīng)濟(jì)研究，2009(1)：118-130.

Carbon emissions in coal-oriented city：a case study of Pingdingshan city

HUANG Fang
(College of Resource and Environment Science，Pingdingshan University，Pingdingshan 467000，China)

This paper calculated the carbon emissions from the industries，residential sector and cement production from 2004 to 2012 in Pingdingshan，an important coal-oriented city in China.The logarithmic mean Divisia method (LMDI) was applied to calculate the contributions of the driving factors to carbon emissions.The results were as follows：①The carbon emissions were increasing at a rate of 13.226% annually；②The contributions of positively driving factors，which mainly included industrial energy intensity，per capita GDP，industrial structure，etc，were far greater those of the negatively inhibiting factors which included energy intensity in the residents sectors and energy structure.The improvement of energy utilization technology and the industrial transformation and upgrading would be the keys to low-carbon city.

carbon emissions；LMDI；driving forces；Pingdingshan

2014-11-27

河南省科技廳軟科學(xué)項(xiàng)目“煤炭資源型城市碳排放驅(qū)動(dòng)機(jī)制及低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)策研究”(編號(hào)：KJT142400410619)

黃芳(1980-) ,女,河南平頂山人，博士,講師，主要從事碳循環(huán)，區(qū)域可持續(xù)發(fā)展方面的研究。E-mail: hfhkmd@163.com。

F205

A

1004-4051(2015)10-0083-05