陳操操，邱大慶，于鳳菊，宋 丹，張 悅，孫 粉，胡永鋒

(北京市應(yīng)對氣候變化研究中心，北京 100161)

0 前言

氣候變化是人類社會在21世紀(jì)生存和發(fā)展面臨的重大挑戰(zhàn)。2016年11月生效的巴黎協(xié)定，明確規(guī)定把全球溫升幅度控制在2℃，并努力控制在1℃以內(nèi)。全球氣候治理嚴(yán)峻形勢無疑給各國提出了更高的要求。中國在2007年已經(jīng)成為全球溫室氣體第一大排放國家，根據(jù)世界銀行數(shù)據(jù)庫最新數(shù)據(jù)顯示，2014年中國CO2排放102.9億t，超過了美國、歐盟和日本的總和。無論從自身低碳轉(zhuǎn)型和發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)，還是履行國際承諾和引領(lǐng)氣候變化行動，中國高度重視應(yīng)對氣候變化工作。中國政府已承諾碳排放總量在2030年達(dá)到峰值并及早達(dá)峰，將單位GDP碳排放在2005年基礎(chǔ)上降低60%～65%。

能源消費(fèi)尤其是化石燃料燃燒產(chǎn)生CO2排放是人為因素引起全球氣候變化的主要原因[1]。能源消費(fèi)、碳排放與經(jīng)濟(jì)增長存在復(fù)雜的系統(tǒng)關(guān)聯(lián)。了解中國能源消費(fèi)碳排放變化的關(guān)聯(lián)因素，有助于展現(xiàn)應(yīng)對氣候變化工作的努力，真正實現(xiàn)能源系統(tǒng)脫碳，也是學(xué)術(shù)界長期關(guān)注的問題。不少研究者單獨(dú)或聯(lián)合采用經(jīng)濟(jì)學(xué)模型、因素分解模型方法來研究中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展、能源消費(fèi)和碳排放關(guān)系問題。例如，林伯強(qiáng)等采用索洛增長模型和因素分解研究如何保障經(jīng)濟(jì)增長的同時完成碳減排目標(biāo)[2]。劉博文等運(yùn)用LMDI分解法和Tapio脫鉤指標(biāo)分析了1996年到2015年間中國區(qū)域產(chǎn)業(yè)增長和CO2排放的脫鉤彈性和脫鉤努力程度[3]。包森等采用埃農(nóng)映射作為雙組份模型從非線性方法角度分析了能源系統(tǒng)的復(fù)雜性, 對中國的能源生產(chǎn)與消費(fèi)、碳排放進(jìn)行了預(yù)測[4]。有的研究者從資源和物質(zhì)流動的角度分析中國能源和消費(fèi)情況[5-6]。

當(dāng)前更多的研究關(guān)注從行業(yè)角度討論中國能源消費(fèi)與碳排放的問題，然而從能源結(jié)構(gòu)、能源效率、能源生產(chǎn)轉(zhuǎn)化以及可再生能源等角度開展研究較少。本文基于1995～2017年中國經(jīng)濟(jì)、能源消費(fèi)和碳排放數(shù)據(jù)，通過脫鉤系數(shù)，Kaya模型和因素分解模型認(rèn)識理解三者的相互關(guān)系，并提出相關(guān)的政策建議。

1 方法與數(shù)據(jù)

1.1 脫鉤模型

根據(jù)環(huán)境庫茲涅茨曲線(EKC)假說，經(jīng)濟(jì)的增長一般帶來環(huán)境壓力和資源消耗的增大，但當(dāng)采取一些有效的政策和新的技術(shù)時，可能會以較低的環(huán)境壓力和資源消耗換來同樣甚至更加快速的經(jīng)濟(jì)增長，這個過程被稱為“脫鉤”，其一般表現(xiàn)為倒U型曲線關(guān)系。目前被廣泛引用OECD的脫鉤概念，是指阻斷經(jīng)濟(jì)增長與環(huán)境沖擊之間的聯(lián)系[7, 8]。脫鉤模型的研究思路在能源消費(fèi)和碳排放領(lǐng)域得到大量的應(yīng)用[9-12]。本研究采用經(jīng)典的Tapio脫鉤模型[8],研究中國 GDP增長、能源消費(fèi)、碳排放之間的關(guān)系 , 其測度用脫鉤彈性來表示。定義能源和碳排放脫鉤彈性如下。

(1)

(2)

式中m，n——能源和碳排放脫鉤彈性;

ΔE，ΔC和ΔGDP——能源增長變化，碳排放增長變化和GDP增長變化。

結(jié)果采用三狀態(tài)八分法分類, 即劃分為：連接狀態(tài)(擴(kuò)張性耦合和衰退性耦合)，脫鉤狀態(tài)(強(qiáng)脫鉤、弱脫鉤和衰退性脫鉤)，負(fù)脫鉤狀態(tài)(強(qiáng)負(fù)脫鉤、弱負(fù)脫鉤、擴(kuò)張性負(fù)脫鉤)[10]。

1.2 Kaya模型與LMDI指數(shù)分解

為了更好的理解碳排放、能源消費(fèi)和經(jīng)濟(jì)增長的相互關(guān)系，基于經(jīng)典的Kaya恒等式，將碳排放分解擴(kuò)展為GDP、能源消費(fèi)、能源結(jié)構(gòu)等影響因素[13]。

(3)

式中C——能源消費(fèi)碳排放總量；

GDP——國內(nèi)生產(chǎn)總值；

FE/GDP——單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能源消費(fèi)總量的強(qiáng)度；

FEff/FE——化石能源占能源最終消費(fèi)的比例；

PEff/FEff——一次化石能源生產(chǎn)占一次化石能源最終消費(fèi)的比例；

C/PEff——碳排放總量與一次化石能源生產(chǎn)的比值。

進(jìn)一步，選擇LMDI因素分解法對恒等式進(jìn)行加法分解。LMDI屬于IDA指數(shù)分解法分支范疇，經(jīng)Ang等研究者改良，具有全分解、無殘差、易使用，消除“0值問題”等優(yōu)點(diǎn)[14-17]，被廣泛使用于能源和碳排放研究領(lǐng)域。對應(yīng)Kaya恒等式分解如下

ΔC=ΔCGDP+ΔCEi+ΔCFEff+ΔCPEff+ΔCCi

(4)

依據(jù)加法公式

(5)

1.3 數(shù)據(jù)來源

研究所用的1995～2017年能源和經(jīng)濟(jì)等數(shù)據(jù)來源于國家統(tǒng)計局歷年中國統(tǒng)計年鑒[18](1995～2018年)，中國能源統(tǒng)計年鑒[19](1995～2018年)。其中國內(nèi)生產(chǎn)總值GDP數(shù)據(jù)剔除了物價影響，統(tǒng)一到2000年不變價。采用能源表觀消費(fèi)量法計算全國碳排放量數(shù)據(jù)，即能源消費(fèi)總量為終端能源消費(fèi)量，生產(chǎn)加工轉(zhuǎn)換損失量和損失量的總和。能源品種歸并為5大類：煤、石油、天然氣、可再生能源和其他。能源消費(fèi)導(dǎo)致碳排放核算主要參考IPCC溫室氣體清單排放核算指南。碳排放計算中各類能源的碳排放系數(shù)采用國家發(fā)改委能源研究所采納的碳排放系數(shù)[20]。

2 實證分析

2.1 基本特征研究

數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，1995、2000、2005、2010和2017年，中國最終能源消費(fèi)總量分別為13.12億t、14.70億t、26.14億t、36.06億t和44.85億t噸標(biāo)煤，1995～2017年年平均最終能源消費(fèi)增長率為5.89%。與之對應(yīng)年份的碳排放分別為31.34億t、34.60億t、62.04億t、83.92億t和99.09億t，1995～2017年年平均碳排放增長率為5.54%。1995～2017年GDP、能源消費(fèi)總量和碳排放兩兩指標(biāo)相關(guān)性高，經(jīng)檢驗均滿足0.05水平下Pearson顯著性檢驗。

由圖1和圖2可見，GDP、能源消費(fèi)和碳排放增長以2005年為分界點(diǎn)，1995～2005年，GDP、能源消費(fèi)和碳排放的增長趨勢基本一致，2005年以后GDP增長與能源和碳排放關(guān)系出現(xiàn)松動。

中國目前經(jīng)濟(jì)發(fā)展、能源消費(fèi)和碳排放有很強(qiáng)的階段性特征。根據(jù)增速的不同，1995～2017年最終能源消費(fèi)大體上可劃分為3個階段。第一階段為1995～1999年，最終能源消費(fèi)年平均增速為2.78%，增長較為平緩；第二階段為2000～2005年，最終能源消費(fèi)年平均增速為11%，急劇增加；第三階段為2006～2017年，年平均增速回落到4.64%。

表1 中國能源消費(fèi)、碳排放和GDP相關(guān)關(guān)系(1995～2017年)

圖1 中國最終能源消費(fèi)與GDP情況趨勢變化

圖2 中國碳排放情況及趨勢變化

碳排放與最終能源消費(fèi)變化趨勢具有較高的一致性，碳排放增長速率略低于能源消費(fèi)速率。第一階段1995～1999年，碳排放年平均增速為2.54%；第二階段2000～2005年，最終能源消費(fèi)年平均增速為11%；第三階段為2006～2017，年平均增速4.03%。

對第三階段2005～2017年的能源和碳排放采取線性回歸，隨時間變化兩者均具有較好的線性關(guān)系。第三階段碳排放斜率要低于能源消費(fèi)斜率，表明中國能源消費(fèi)碳排放增長逐漸背離最終能源消費(fèi)的增長。

2.2 脫鉤系數(shù)分析

圖3是中國最終能源消費(fèi)和碳排放脫鉤系數(shù)的分階段均值散點(diǎn)圖。考慮到數(shù)據(jù)的冗長，為了更準(zhǔn)確掌握趨勢規(guī)律，在2.1的研究結(jié)論和階段劃分的基礎(chǔ)上，本研究進(jìn)一步把脫鉤系數(shù)時間軸歸并到4個階段：第一階段為1995～1999年，第二階段為2000～2005年，第三階段2006～2011年，第四階段2012～2017年。

圖3 中國最終能源消費(fèi)與碳排放脫鉤系數(shù)均值散點(diǎn)圖

從1995～2017年歷史年份上看，中國最終能源消費(fèi)增速和GDP增速均大于0。碳排放增速僅在個別年份小于0，大多數(shù)年份大于0。因此無論能源消費(fèi)脫鉤系數(shù)還是碳排放脫鉤系數(shù)基本保持在Tapio指標(biāo)等級的第一象限[10]，狀態(tài)分為連接狀態(tài)和脫鉤狀態(tài)。從劃分階段看，經(jīng)歷了從1995～1999年弱脫鉤(0～0.8)，到2000～2005年擴(kuò)張性連接(0.8～1.2)，再回落到2006～2011年弱脫鉤(0～0.8)以及2012～2017年弱脫鉤程度繼續(xù)加深(0～0.4)，且第四階段能和碳出現(xiàn)脫離，碳排放脫鉤明顯加速的情況。

這種情況與全國經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平及節(jié)能減排政策出臺實施效果緊密關(guān)聯(lián)的。在“九五”和“十五”時期，全國經(jīng)濟(jì)呈現(xiàn)高速增長，年平均GDP增長率在9%～10%高位水平，但增長模式較為粗放，高度依賴能源資源的投入與支撐。進(jìn)入“十一五”以后，國家節(jié)能減排力度不斷加大，出臺各項法律、條例和部門規(guī)章，區(qū)域方面東部沿海發(fā)達(dá)地區(qū)減排成果顯著，逐步改善了粗放的經(jīng)濟(jì)增長模式，全國層面重新從擴(kuò)張性連接過渡回落到能源消費(fèi)和碳排放的弱脫鉤狀態(tài)。

2.3 因素分解結(jié)果

為了便于理解，針對中國碳排放LMDI指數(shù)分解的5個因素可以解釋為：規(guī)模效應(yīng)為GDP對應(yīng)國內(nèi)生產(chǎn)總值增長貢獻(xiàn)；強(qiáng)度效應(yīng)FE/GDP，代表單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能源消費(fèi)總量的強(qiáng)度貢獻(xiàn)，即提高能效對碳排放的影響；結(jié)構(gòu)效應(yīng)FEff/FE，代表化石能源占能源最終消費(fèi)的比例，可理解為優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，降低化石能源或增加非化石能源對碳排放的貢獻(xiàn)；轉(zhuǎn)化效應(yīng)PEff/FEff，代表一次化石能源生產(chǎn)占一次化石能源最終消費(fèi)的比例，可理解為化石能源加工轉(zhuǎn)化的生產(chǎn)效率提高對碳排放的影響；質(zhì)量效應(yīng)C/PEff代表碳排放總量與煤油氣一次化石能源生產(chǎn)的比值，可理解為高碳化石能源向低碳化石能源轉(zhuǎn)變的貢獻(xiàn)。

圖4 關(guān)鍵驅(qū)動因素對中國碳排放的貢獻(xiàn)率

以正值貢獻(xiàn)率體現(xiàn)為碳排放的推動效應(yīng)，負(fù)值貢獻(xiàn)率體現(xiàn)為碳排放反向阻力效應(yīng)?？傮w上看，在中國1995～2017年能源消費(fèi)碳排放的關(guān)鍵驅(qū)動因素中，規(guī)模效應(yīng)GDP貢獻(xiàn)度依然最高，4階段平均貢獻(xiàn)度為330%?；茉促|(zhì)量對碳排放的正向貢獻(xiàn)率為48%。阻力效應(yīng)方面，強(qiáng)度效應(yīng)是降低碳排放的最有力因素，能源強(qiáng)度平均貢獻(xiàn)度為-209%。轉(zhuǎn)化效應(yīng)與結(jié)構(gòu)效應(yīng)也促使碳排放的降低，但是化石能源利用率和化石能源結(jié)構(gòu)平均貢獻(xiàn)度分別只有-61%和-8%。

表2 中國能源消費(fèi)碳排放因素分解(1995～2017年)

按4個階段碳排放因素的分解結(jié)果看，碳排放的增幅明顯下降，從“九五”時期約2億t增幅，到“十五”和“十一五”時期分別27億t、23億t增幅，下降為“十二五”至2017年的6億t增幅。

首先經(jīng)濟(jì)總量的擴(kuò)張始終是導(dǎo)致碳排放增長的最主要因素，4個階段的貢獻(xiàn)率分別為538%、80%、176%和526%。根據(jù)環(huán)境庫茲涅茨曲線基本原理，經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境壓力呈現(xiàn)倒U型關(guān)系曲線。作為發(fā)展中國家，現(xiàn)階段中國依然處于倒U型曲線的左端。其中1995～1999年受東南亞經(jīng)濟(jì)危機(jī)的影響，也對碳排放增加產(chǎn)生剎車抑制作用。

能源強(qiáng)度體現(xiàn)的效率在降低碳排放上發(fā)揮的作用最大，貢獻(xiàn)率分別為-426%、19%、-72%和-359%，值得一提的是“十五”期間國內(nèi)能源強(qiáng)度效應(yīng)體現(xiàn)為負(fù)值，表明此階段能源效率不高，面臨的許多經(jīng)濟(jì)和發(fā)展問題,如高耗能、高排放、粗放式經(jīng)濟(jì)增長、重工化經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、能源效率比較低等，存在浪費(fèi)情況。

按照2000年GDP不變價，中國萬元國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗從1995年的2t標(biāo)煤下降到2017年的0.97噸標(biāo)煤，降幅達(dá)到51.5%。從1995～2017年23年期間，除2002～2005年萬元國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗同比上年出現(xiàn)了反彈上升外，其余年份能源強(qiáng)度均體現(xiàn)為下降趨勢。

再次，能源的結(jié)構(gòu)效應(yīng)的減排作用初步顯現(xiàn)，2006～2011年及2012～2017年對應(yīng)的減排量為0.25億t和2.2億t，對應(yīng)階段降碳貢獻(xiàn)率分別為-1%和-35%。根據(jù)聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署的報道[21]，中國在2010～2019年一直是全球可再生能源產(chǎn)能的最大投資國，累計投資7 580億美元，超過美國和日本的總和。中國風(fēng)電、太陽能等可再生能源裝機(jī)容量均為世界第一。截至2019年6月，中國風(fēng)電裝機(jī)1.93億kW，占總裝機(jī)容量的10.5%。光伏裝機(jī)1.36億kW，占總裝機(jī)容量的7.4%，光伏裝機(jī)已經(jīng)提前實現(xiàn)2020年的規(guī)劃目標(biāo)[22]?？稍偕茉吹陌l(fā)展和對傳統(tǒng)化石能源的替代，優(yōu)化了中國的能源結(jié)構(gòu)，對中國實現(xiàn)能源安全、大氣污染防治以及溫室氣體排放控制等多重目標(biāo)均作出突出貢獻(xiàn)[23]。不斷提高可再生能源比重，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，將成為未來國內(nèi)碳減排的關(guān)鍵領(lǐng)域。

化石能源生產(chǎn)加工轉(zhuǎn)化的效率提高無疑對中國碳排放下降起到良好的促進(jìn)作用。從因素分解的結(jié)果證實了這一點(diǎn)，4個階段碳排放貢獻(xiàn)率分別為-1.6億t，-3.6億t，2.3億t和-9.9億t，貢獻(xiàn)率分別為-81%，-13%，10%和-158%。國家統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù)顯示[18]，從1995年到2017年，能源生產(chǎn)加工轉(zhuǎn)換效率由71.1%提高到73.7%，整體趨勢持續(xù)提高，但是2005年后存在部分年份的效率要低于上年的情況。根據(jù)世界自然基金會相關(guān)研究，從1980年至2012年，中國能源系統(tǒng)整體效率從26%提升至36%，其增幅主要?dú)w功于因推行強(qiáng)有力節(jié)能政策而帶來的“終端消費(fèi)環(huán)節(jié)能源效率”提高，其中“電力生產(chǎn)加工轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)”(即煤炭、原油、天然氣等一次能源轉(zhuǎn)換成電力的環(huán)節(jié))對能源系統(tǒng)總體效率影響較大[24]，控煤是提高中國能源系統(tǒng)效率的關(guān)鍵。

3 發(fā)展趨勢

改革開放40余年以來，中國經(jīng)濟(jì)增長正在從高速度增長不斷轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展，經(jīng)濟(jì)增速雖然出現(xiàn)下滑趨勢，但是仍保持穩(wěn)健增長態(tài)勢。經(jīng)濟(jì)增長依然對能源消費(fèi)需求擴(kuò)大和碳排放增加產(chǎn)生最主要驅(qū)動作用，具有一定的剛性需求[2]。中國已經(jīng)構(gòu)建了低碳法律政策體系，遍及環(huán)保、能源、資源、循環(huán)經(jīng)濟(jì)、清潔生產(chǎn)等，據(jù)統(tǒng)計，僅能源方面就有30多部行政法規(guī)，200多個部門規(guī)章[25]。能源和碳排放與經(jīng)濟(jì)初步脫鉤的態(tài)勢已顯現(xiàn)，但經(jīng)濟(jì)和環(huán)境沖擊還沒有達(dá)到庫茲涅茨曲線的拐點(diǎn)。

在短期內(nèi)提高能源利用效率依然是降低資源消耗，減少碳排放的主要途徑，這有賴于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級，改變高耗能、高排放、粗放式經(jīng)濟(jì)增長，推廣節(jié)能低碳產(chǎn)品和技術(shù)，提高能源使用效率和產(chǎn)出效率。從長遠(yuǎn)來看，要實現(xiàn)2030年碳排放峰值目標(biāo)，反向的驅(qū)動因素減量必須要高于經(jīng)濟(jì)增長帶來的增量，依靠可再生能源和新能源，加快能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)調(diào)整和開發(fā)是必然的選擇，利用低碳清潔的可再生能源，例如風(fēng)能和太陽能等，降低煤炭消耗比重，使得經(jīng)濟(jì)實現(xiàn)增長的同時，碳排放穩(wěn)定或下降。

4 結(jié)論

(1)1995～2017年中國平均最終能源消費(fèi)增長率為5.89%，平均碳排放增長率為5.54%。中國目前經(jīng)濟(jì)發(fā)展、能源消費(fèi)和碳排放有很強(qiáng)的階段性特征。1995～2005年經(jīng)濟(jì)發(fā)展、碳排放與最終能源消費(fèi)變化趨勢具有較高的一致性。2005年后經(jīng)濟(jì)發(fā)展與能源和碳排放關(guān)系出現(xiàn)松動，碳排放增長速率低于能源消費(fèi)增長速率且差異逐漸擴(kuò)大。

(2)基于三狀態(tài)八分類Tapio指數(shù)，對1995～2017年4個階段的中國能源和碳排放脫鉤系數(shù)進(jìn)行評估，中國經(jīng)歷了從1995～1999年弱脫鉤(0～0.8)，到2000～2005年擴(kuò)張性連接(0.8～1.2)，再回落到2006～2011年弱脫鉤(0～0.8)以及2012～2017年弱脫鉤程度繼續(xù)加深(0～0.4)，且第四階段能和碳出現(xiàn)脫離，碳排放脫鉤明顯加速的情況。

(3)通過Kaya恒等式建立了碳排放與能源強(qiáng)度、能源結(jié)構(gòu)等影響因素關(guān)系式，以LMDI模型進(jìn)行加法無殘差分解，結(jié)果表明，在中國1995～2017年能源消費(fèi)碳排放的關(guān)鍵驅(qū)動因素中，規(guī)模效應(yīng)GDP貢獻(xiàn)度依然最高，4階段平均貢獻(xiàn)度為330%?；茉促|(zhì)量對碳排放的正向貢獻(xiàn)率為48%。阻力效應(yīng)方面，強(qiáng)度效應(yīng)是降低碳排放的最有力因素，能源強(qiáng)度平均貢獻(xiàn)度為-209%。轉(zhuǎn)化效應(yīng)與結(jié)構(gòu)效應(yīng)也促使碳排放的降低，但是化石能源利用率和化石能源結(jié)構(gòu)平均貢獻(xiàn)度分別只有-61%和-8%。

(4)中國經(jīng)濟(jì)增長依然對能源消費(fèi)需求擴(kuò)大和碳排放增加產(chǎn)生最主要驅(qū)動作用，具有一定的剛性需求。短期內(nèi)提高能源利用效率依然是降低資源消耗，減少碳排放的主要途徑，從長遠(yuǎn)來看要實現(xiàn)2030年碳排放峰值目標(biāo)，依靠可再生能源和新能源，加快能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)調(diào)整和開發(fā)是必然的選擇。