基于廣義費(fèi)雪指數(shù)的我國鋼鐵工業(yè)碳排放量變化及影響因素分解

郭丹丹,龔本剛,張孝琪

(安徽工程大學(xué)管理工程學(xué)院,安徽蕪湖 241000)

基于廣義費(fèi)雪指數(shù)的我國鋼鐵工業(yè)碳排放量變化及影響因素分解

郭丹丹,龔本剛?,張孝琪

(安徽工程大學(xué)管理工程學(xué)院,安徽蕪湖 241000)

在對2001～2011年我國鋼鐵工業(yè)CO2排放量進(jìn)行測算與變化分析的基礎(chǔ)上,建立基于廣義費(fèi)雪指數(shù)的鋼鐵工業(yè)CO2排放影響因素分解模型,對我國鋼鐵工業(yè)CO2排放因素進(jìn)行分解,并給出我國鋼鐵工業(yè)減排建議．研究結(jié)果表明:經(jīng)濟(jì)發(fā)展效應(yīng)是影響我國鋼鐵工業(yè)CO2排放的主要因素,且對鋼鐵工業(yè)CO2排放增長起拉動作用;能源結(jié)構(gòu)效應(yīng)對我國鋼鐵工業(yè)CO2排放增長整體起微弱拉動作用;能源強(qiáng)度效應(yīng)對我國鋼鐵工業(yè)CO2排放增長起著抑制作用．

廣義費(fèi)雪指數(shù);碳排放;因素分解;鋼鐵工業(yè)

工業(yè)革命以來,CO2等溫室氣體排放量隨著世界各國經(jīng)濟(jì)發(fā)展而迅速增加,從而引起諸如全球氣候變暖等一系列環(huán)境污染問題．氣候變暖除了自然因素外,更大程度是人類活動造成的,特別是化石能源消耗導(dǎo)致的溫室氣體排放[1]．作為世界上最大的發(fā)展中國家,中國正處于快速推進(jìn)工業(yè)化和城市化進(jìn)程中, CO2排放依舊迅速增加,削減和控制CO2排放十分緊迫．鋼鐵行業(yè)作為溫室氣體排放主要行業(yè)之一,其排放的CO2占全球CO2排放總量的4%～5%,而我國鋼鐵行業(yè)的CO2排放量占發(fā)展中國家鋼鐵工業(yè)總排放量的30%,鋼鐵行業(yè)成為僅次于化工和建筑工業(yè)之后的我國第三大CO2排放源[2]工業(yè)．不管怎樣,我國的工業(yè)化和城市化進(jìn)程不會停止,能源和污染密集型的鋼鐵工業(yè)在未來很長一段時間里仍然會在經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮不可替代的基礎(chǔ)作用．因此,研究鋼鐵工業(yè)CO2排放量的變化及影響因素對我國節(jié)能減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)具有重要意義．

碳排放是關(guān)于溫室氣體排放的一個總稱,而溫室氣體中最主要的氣體是CO2,因此文中的碳排放主要是指CO2排放．D氏指數(shù)與拉氏指數(shù)分解法是目前碳排放因素分解常用方法,而它們都存在一定的不足．廣義費(fèi)雪指數(shù)法(Generalized Fisher Index,GFI)能折衷拉氏指數(shù)和D氏指數(shù)這兩種分解方法,很好地克服了它們的缺點(diǎn),消除因素分解殘差項(xiàng),使分解結(jié)果更加精確[3]．鑒于此,在對我國鋼鐵工業(yè)CO2排放量變化分析的基礎(chǔ)上,采用廣義費(fèi)雪指數(shù)法對鋼鐵工業(yè)CO2排放進(jìn)行因素分解,提煉影響碳排放量的關(guān)鍵因素,進(jìn)而給出減排途徑．

目前,鋼鐵工業(yè)CO2排放影響因素問題被國內(nèi)外許多學(xué)者所研究,且取得一定研究成果．碳排放量變化及其影響因素研究．如Diakoulaki等采用Laspeyres指數(shù)法對希臘CO2排放變化進(jìn)行研究,研究結(jié)果對希臘碳排放增加原因做出解釋[4]．Casler等以1972～1982為樣本期間對美國CO2排放量的影響因素進(jìn)行實(shí)證分析[5]．Chung等采用divisia指數(shù)法來分解韓國工業(yè)部門能源消費(fèi)產(chǎn)生的CO2排放,并根據(jù)分解結(jié)果對碳排放各影響因素作了深入分析[6]．Zhang等運(yùn)用Laspeyres指數(shù)法,對中國1991～2006年間CO2排放變化進(jìn)行因素分解[7]．魯萬波等基于LMDI的“兩層完全分解法”從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的角度分析了農(nóng)林牧漁業(yè)、工業(yè)、建筑業(yè)等6大產(chǎn)業(yè)部門對碳排放的貢獻(xiàn)[8]．許菁采用STIRPAT模型對中國1997～2010年碳排放變化影響因素進(jìn)行實(shí)證研究,認(rèn)為投資是影響碳排放規(guī)模的最主要因素[9]．范丹等采用廣義費(fèi)雪指數(shù)法(GFI)分析中國人均碳排放變化影響因素[10]．鋼鐵工業(yè)CO2排放量變化及其影響因素研究．如Rynikiewicz對歐洲鋼鐵工業(yè)在全球氣候變暖和碳減排壓力下發(fā)展思路進(jìn)行研究[11]．Zhang等對中國鋼鐵工業(yè)CO2減排措施及其影響因素和效果之間的關(guān)系進(jìn)行了分析,研究結(jié)果表明,盡管CO2減排可以帶來顯著地環(huán)境效益,但其對經(jīng)濟(jì)效益的影響卻不明晰[12]．徐文青等在對中國鋼鐵工業(yè)CO2排放現(xiàn)狀分析的基礎(chǔ)上,結(jié)合具體的節(jié)能技術(shù)概述了我國鋼鐵工業(yè)CO2減排措施[13]．Sheinbaum等采用LMDI分解法對墨西哥鋼鐵工業(yè)的能源使用和CO2排放變化進(jìn)行分析,揭示了CO2排放與鋼鐵工業(yè)能源使用和生產(chǎn)流程之間的關(guān)系[14]．

綜上不難發(fā)現(xiàn),目前鋼鐵工業(yè)碳排放因素分解研究存在幾點(diǎn)不足:已有鋼鐵工業(yè)CO2排放研究主要側(cè)重于對CO2排放影響因素的定性分析,鮮有從定量角度對其進(jìn)行研究;廣義費(fèi)雪指數(shù)法作為一種新的因素分解方法,目前運(yùn)用在碳排放因素分解中的文獻(xiàn)較少涉及;目前大多數(shù)研究主要基于煤炭、石油和天然氣等3種能源對鋼鐵工業(yè)碳排放因素分解進(jìn)行實(shí)證分析,從而使得數(shù)據(jù)樣本較小,不能很好地反映鋼鐵工業(yè)碳排放的實(shí)際情況．

針對上述問題,在考慮煤炭、石油、天然氣、焦炭、電力和石油類等能源的基礎(chǔ)上,采用廣義費(fèi)雪指數(shù)法對鋼鐵工業(yè)CO2排放進(jìn)行因素分解,進(jìn)而擴(kuò)大數(shù)據(jù)樣本,從定量角度分析能源結(jié)構(gòu)效應(yīng)、能源強(qiáng)度效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展效應(yīng)對鋼鐵工業(yè)CO2排放變化的影響,并根據(jù)研究結(jié)論給出相應(yīng)碳減排建議．

1 我國鋼鐵工業(yè)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)及碳排放量變化

為了便于分析,這里將鋼鐵工業(yè)消耗的能源歸為煤炭、焦炭、石油類、天然氣、電力5大類,我國鋼鐵工業(yè)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)如圖1所示．其中,燃料油、柴油、煤油及汽油被歸為石油類．由圖1可知,我國鋼鐵工業(yè)各類能源消費(fèi)中,焦炭消費(fèi)比重最大,煤炭次之,其次依次為電力、石油類和天然氣．其中焦炭能源消費(fèi)占總消費(fèi)比例2001～2004年持續(xù)保持在66%～70%之間,2005～2011年均在70%以上;煤炭能源消費(fèi)占總消費(fèi)的比例在2001～2007年由19.10%降到13.97%,但后期又有所回升,整體升降幅度保持在6%以內(nèi);電力能源消費(fèi)占總消費(fèi)的比例除2001年低于10%外,2002～2011年一直保持在10%～13%之間,而且呈逐年遞增趨勢,但增幅較小;油類能源相對較少且呈逐年遞減趨勢,增幅保持在5%以內(nèi);天然氣消費(fèi)所占比例最少且呈逐年遞增趨勢．不難看出,我國鋼鐵工業(yè)以焦炭和煤炭為主的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)自2001年以來無明顯變化．盡管各類能源消費(fèi)所占比例在不同年份有所變化,但變化幅度均較?。?/p>

對2001～2011年我國鋼鐵工業(yè)CO2排放量進(jìn)行測算,其測算公式為[15]:

式中,Ct為CO2排放總量;Ei為能源i消費(fèi)量;Li為能源i的折標(biāo)煤系數(shù);Fi表示能源i的CO2排放系數(shù)．另外,電力能源消費(fèi)產(chǎn)生的碳排放測算采用文獻(xiàn)[16]提出的方法,其測算方法為:

相應(yīng)地,電力消費(fèi)產(chǎn)生的CO2排放量測算公式為:

式中,Cd是電力消費(fèi)CO2排放量;Md是電力等同煤炭消耗量;Fm是煤炭CO2排放系數(shù)．其中,火電比重由《中國統(tǒng)計(jì)年鑒》中相應(yīng)數(shù)據(jù)計(jì)算得出．折煤炭系數(shù)與折標(biāo)煤系數(shù)數(shù)據(jù)源自《中國能源統(tǒng)計(jì)年鑒》．各類能源CO2排放系數(shù)由《中國能源統(tǒng)計(jì)年鑒》中平均低位發(fā)熱量和《省級溫室氣體清單編制指南》(發(fā)改辦氣候[2011]1041號)中公布的單位熱值含碳量和碳氧化率等數(shù)據(jù)折算從而得出．各種能源CO2排放系數(shù)如表1所示．

依據(jù)《中國能源統(tǒng)計(jì)年鑒》2001～2011年相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),并根據(jù)表1和式(1)可計(jì)算出鋼鐵工業(yè)石油類、焦炭、煤炭和天然氣4類能源消費(fèi)產(chǎn)生的CO2排放量,由式(2)、式(3)可以計(jì)算出電力能源消費(fèi)產(chǎn)生的CO2排放量,計(jì)算結(jié)果如表2所示．根據(jù)表2數(shù)據(jù)得出,2001～2011年我國鋼鐵工業(yè)各類能源消費(fèi)產(chǎn)生CO2排放量趨勢如圖2所示．

表1 各種能源CO2排放系數(shù)

表2 鋼鐵工業(yè)各類能源消費(fèi)碳排放量

由表2和圖2可以看出,我國鋼鐵工業(yè)CO2排放總量呈逐年上升趨勢,由2001年的34 497．85萬噸增長到2011年的12 8234．76萬噸．各種能源消費(fèi)產(chǎn)生CO2排放從大到小依次為焦炭、煤炭、電力、石油類、天然氣,這與前面分析的各種能源消費(fèi)比例排列次序相吻合．2001～2011年石油類能源消費(fèi)產(chǎn)生的碳排放整體上呈遞減趨勢,其原因主要為2001～2011年石油類能源消費(fèi)量整體有所下降．除石油類能源以外,其他各種能源消費(fèi)產(chǎn)生的碳排放均呈逐年遞增趨勢,其原因主要為2001～2011年這些能源消費(fèi)量的不斷增長．在鋼鐵工業(yè)各類能源消費(fèi)產(chǎn)生的碳排放中,焦炭能源消費(fèi)產(chǎn)生的碳排放增長最為明顯,由2001年的23 631．31萬噸增長到2011年的94 55．44萬噸,且其增長趨勢同鋼鐵工業(yè)CO2整體增長趨勢是一致的．由此看出,各類能源消費(fèi)產(chǎn)生的CO2排放量中,焦炭對CO2排放增長貢獻(xiàn)最高,其次分別是煤炭、電力、天然氣、石油類能源．綜上不難發(fā)現(xiàn),鋼鐵工業(yè)不斷增長的各種能源消費(fèi)量(除石油外)以及變化微弱的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)與其不斷增長的碳排放有著密切的關(guān)系．鑒于此,下面我們基于廣義費(fèi)雪指數(shù)法對鋼鐵工業(yè)CO2排放變化進(jìn)行因素分解,從定量角度對鋼鐵工業(yè)CO2排放變化的各影響因素進(jìn)行進(jìn)一步探討．

2 鋼鐵工業(yè)CO2排放因素分解的GFI模型

設(shè)Q為總量指標(biāo),其可由n個分量X1,X2,…,Xn表示．i表示總量指標(biāo)的分類層級,用于進(jìn)行層級結(jié)構(gòu)變化的分析,則有:Q＝∑iQi＝∑iX1iX2i…Xni．定義N＝{1,2,…,n},N的勢為n．S為N的一個子集,勢為s′,定義函數(shù)Q(?)＝∑(∏m∈NX0m),其中?為空子集,上標(biāo)表示時期0和時期T．根據(jù)“幾何平均”原理,將QT/Q0分解為n個部分．每一要素Xj(j＝1,2,…,n)分解結(jié)果為:

DXj(j＝1,2,…,n)是GFI的因素分解項(xiàng)．

基于Kaya恒等式的碳排放基本公式可表示為:

其中,C表示CO2排放總量;Ci表示能源i消費(fèi)產(chǎn)生的CO2排放量;Ei表示能源i的消費(fèi)量;E表示能源消費(fèi)總量;G表示工業(yè)總產(chǎn)值;Fi表示能源i的CO2排放系數(shù),即單位能源i消費(fèi)產(chǎn)生的CO2排放量;Si為能源結(jié)構(gòu)效應(yīng),即能源i消費(fèi)占總能源消費(fèi)的比例;I為能源強(qiáng)度效應(yīng),即單位工業(yè)總產(chǎn)值的能源消耗．由于Fi是常量,由此將鋼鐵工業(yè)CO2排放變化分解為能源結(jié)構(gòu)效應(yīng)、能源強(qiáng)度效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展效應(yīng)3個因素．其變動為CT/C0＝DX1×DX2×DX3．其中,CT和C0分別表示第T期和基期CO2排放;DX1是能源結(jié)構(gòu)效應(yīng);DX2是能源強(qiáng)度效應(yīng);DX3是經(jīng)濟(jì)發(fā)展效應(yīng)．基于GFI模型,可將碳排放影響因素分解為:

3 結(jié)果分析

根據(jù)式(6)、式(7)、式(8)對2001～2011年我國鋼鐵工業(yè)CO2排放變化進(jìn)行GFI分解,分解結(jié)果如表3所示．根據(jù)表3的3因素貢獻(xiàn)率得出3因素對我國鋼鐵工業(yè)碳排放貢獻(xiàn)率的趨勢如圖3所示．

由表3和圖3可以看出,2002～2011年能源結(jié)構(gòu)效應(yīng)貢獻(xiàn)值總體上呈下降趨勢．其中,能源結(jié)構(gòu)效應(yīng)貢獻(xiàn)值在2002～2004年呈下降趨勢,由0．999 648下降到0．975 260,降幅約為0．02;2004～2006年呈上升趨勢,增幅約為0．05; 2006～2009年呈下降趨勢,降幅約為0.10;2009年以后又呈上升趨勢．不難發(fā)現(xiàn),能源結(jié)構(gòu)效應(yīng)對鋼鐵工業(yè)CO2排放增長整體上起微弱拉動作用,但在部分年份起抑制作用．其原因主要是鋼鐵工業(yè)以煤炭和焦炭消費(fèi)為主的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)并沒有得到有效改善．2002～2011年能源強(qiáng)度效應(yīng)貢獻(xiàn)值整體上呈下降趨勢,由2002年的1．021 574下降到2011年的0．395 978,表明能源強(qiáng)度效應(yīng)對鋼鐵工業(yè)CO2排放增長起抑制作用,且其抑制作用逐年增強(qiáng)．這一現(xiàn)象主要是因?yàn)榻陙黼S著中國鋼鐵工業(yè)技術(shù)水平的改善,其能源利用效率得到大幅提高．

2002～2011年經(jīng)濟(jì)發(fā)展效應(yīng)貢獻(xiàn)值呈整體上升趨勢,由2002年的1．103867增長到2011年的9．365 628,增幅較大．由此看出經(jīng)濟(jì)發(fā)展效應(yīng)對鋼鐵工業(yè)CO2排放增長起拉動作用,且拉動作用逐年增強(qiáng)．為了便于分析,這里將能源貢獻(xiàn)率表示為能源結(jié)構(gòu)效應(yīng)與能源強(qiáng)度效應(yīng)貢獻(xiàn)率之和．經(jīng)濟(jì)發(fā)展效應(yīng)對鋼鐵工業(yè)CO2排放變化貢獻(xiàn)率最大,能源結(jié)構(gòu)效應(yīng)次之,能源強(qiáng)度效應(yīng)最?。浑y看出,經(jīng)濟(jì)發(fā)展效應(yīng)對鋼鐵工業(yè)CO2排放增長起主要推動作用．2002～2003年經(jīng)濟(jì)發(fā)展效應(yīng)貢獻(xiàn)率低于能源貢獻(xiàn)率,這正是這兩年鋼鐵工業(yè)CO2排放增速有所下降的重要原因;2004～2011年經(jīng)濟(jì)發(fā)展效應(yīng)貢獻(xiàn)率持續(xù)大于能源貢獻(xiàn)率,且其貢獻(xiàn)率差距逐年拉大,這是2004年以來鋼鐵工業(yè)CO2排放快速增長的主要原因．

表3 3因素對我國鋼鐵工業(yè)CO2排放影響

4 結(jié)論與建議

基于廣義費(fèi)雪指數(shù)法對我國鋼鐵工業(yè)CO2排放進(jìn)行因素分解,得出如下結(jié)論:經(jīng)濟(jì)發(fā)展效應(yīng)是影響鋼鐵工業(yè)CO2排放增長的主要因素,對鋼鐵工業(yè)CO2排放起著正向拉動作用,且其拉動作用逐年增強(qiáng);能源結(jié)構(gòu)效應(yīng)對鋼鐵工業(yè)CO2排放增長總體上起微弱拉動作用,在部分年份又呈現(xiàn)反向抑制作用,但無論是拉動還是抑制,作用均不明顯;能源強(qiáng)度效應(yīng)對鋼鐵工業(yè)CO2排放增長持續(xù)起抑制作用,且其抑制作用逐年增強(qiáng);經(jīng)濟(jì)發(fā)展效應(yīng)的拉動作用遠(yuǎn)大于能源結(jié)構(gòu)效應(yīng)與能源強(qiáng)度效應(yīng)抑制作用之和,這也是鋼鐵工業(yè)CO2排放持續(xù)增長的重要原因．

由上述分析和結(jié)論,我國鋼鐵工業(yè)減排路徑建議如下:

改善能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)．鋼鐵工業(yè)以焦炭和煤炭為主的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)自2001年以來并未發(fā)生明顯改變．能源種類不同使得其CO2排放系數(shù)存在較大差異,焦炭和煤炭相對其他能源而言屬于高CO2排放能源,鋼鐵工業(yè)大量該類能源的消費(fèi)必然產(chǎn)生大量CO2排放．因此,降低煤炭和焦炭的消費(fèi)比重對于鋼鐵工業(yè)CO2減排有著重要意義．由于我國以煤炭為主的消費(fèi)結(jié)構(gòu)在短期內(nèi)變化的可能性很小,因此,鋼鐵工業(yè)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的改善需要一個長期過程．

提高能源利用效率．近年來鋼鐵工業(yè)不斷發(fā)展,在一定程度上較大提高了其能源利用效率,但相對發(fā)達(dá)國家而言,我國鋼鐵工業(yè)還需在提高能源利用效率上做進(jìn)一步努力．能源利用效率的提高在一定程度上可以減少相應(yīng)能源消費(fèi)增加所產(chǎn)生的CO2排放．工業(yè)化和城市化進(jìn)程在一定時期內(nèi)不會停止,作為能源和污染密集型產(chǎn)業(yè),鋼鐵工業(yè)在未來一定時期內(nèi)仍將對經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著不可替代的作用,因此,鋼鐵工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來的CO2排放仍將持續(xù)增加．另外,在我國以煤炭消費(fèi)為主的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)下,鋼鐵工業(yè)以煤炭和焦炭消費(fèi)為主的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)短期內(nèi)得到改善的可能性較小,因此提高能源利用效率是減少鋼鐵工業(yè)CO2排放的重要途徑．

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GFI-based changes and decomposition of influencing factor for carbon dioxide emissions of China＇s steel industry

GUO Dan-dan,GONG Ben-gang?,ZHANG Xiao-qi
(College of Management Engineering,Anhui Polytechnic University,Wuhu 241000,China)

Having calculated and analyzed carbon dioxide emissions in China＇s steel industry over the period 2001～2011,this paper establishes the decomposition to decompose the influencing factors of carbon dioxide emissions in China＇s steel industry based on the Generalized Fisher Index method and then presents some carbon dioxide emissions reduction advice．It concludes that the economic development is the main factor for accelerating carbon dioxide emissions in China＇s steel industry and has a pulling function on it,and that the energy structure effect is low for carbon dioxide emissions growth in China＇s steel industry while the energy intensity has an inhibitory effect on it．

generalized fisher index(GFI);carbon emissions;factor decomposition;iron and steel industry

X24

A

1672-2477(2015)04-0084-06

2015-03-10

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(71171002);蕪湖市軟科學(xué)研究基金資助項(xiàng)目(蕪科計(jì)字[2011]47號)

郭丹丹(1991-),女,安徽阜陽人,碩士研究生．

龔本剛(1973-),男,安徽金寨人,教授,博士．