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移除书签第四章 山西总体及各产业碳排放核算及特征分析
第一节 碳排放核算方法说明
2014年IPCC（Intergovernmental Panel On Climate Change）第五次评估报告指出，人类对气候系统的影响是明确的，人为驱动因子造成的温室气体排放已成为自20世纪中期以来气候变暖的主要原因[277]。BP统计年鉴显示，中国2014年二氧化碳排放量为91.66亿吨，其中将近89%的碳排放是由化石燃料燃烧所导致的二氧化碳排放引起的。本课题研究的碳排放为能源消耗引起的二氧化碳排放[278]。
由于中国统计部门尚未公布二氧化碳排放的相关数据，要对其进行研究，需要根据国外或国内相关机构给出的计算办法，对此数据进行核算。就目前来说，CO2排放相关数据主要来源有以下六个数据库（见表4.1）。
表4.1 二氧化碳排放数据的主要来源
表4.2 各种能源二氧化碳排放因子
在进行国际间碳排放比较或对中国整体碳排放研究时，学者们倾向直接利用表3.7中所列数据库的数据。对中国进行分省碳排放研究与对比时，多数学者同样会选择已有的CO2排放数据，根据各省能源消费比重进行重新分配。本书对山西省碳排放的核算采用“自下而上”法进行，直接利用各种能源的碳含量值、氧化率以及平均低位发热量等缺省值进行计算（见公式4.1）。目前，在学术界普遍采用的是IPCC公布的CO2排放系数。各种能源的转化因子、氧化率等指标如表4.2所示。
（4.1）
公式（4.1）中，下标i表示能源种类，上标t代表时间；
指时间t上二氧化碳总排放（万吨）；
表示在时间t上i种能源的消费量（万吨标准煤）；LCVi 表示i种能源的平均低位发热值；EFi表示i种能源的碳含量缺省值；Oi代表i种能源的氧化率缺省值。表4.2为各种能源二氧化碳相关计算因子表。其中碳含量、氧化率为2011年5月国家发改委应对气候变化司公布数值。
第二节 山西能源结构及总体碳排放
根据公式（4.1），对山西能源消费碳排放进行计算。数据来源于《新中国60年统计资料汇编（1949-2008》中“山西省能源消费总量及构成”表，《山西能源经济60年（1949-2008）》中“终端能源消费及构成”表以及《山西统计年鉴（1988-2015）》中“能源最终消费量和构成”表。以下分别从能源消费结构、碳排放总量以及人均碳排放、碳排放强度三个维度进行分析。
一、山西能源消费结构
1.山西能源种类消费结构
选取10年截面数据，对山西省能源消费结构变化进行分析（见图4.1）。山西煤炭资源丰富，开发时间较长，一直是山西能源消费的主要来源。
图4.1 1950-2014年山西主要能源消费结构
自1950年至2000年，山西煤炭在终端能源消费中占据绝对主导地位。1950年，山西总能源消费为147.9万吨标准煤，其中煤炭占比为83.2%。到1960年，煤炭占比有所减少，为70.3%。而焦炭比重上升很快，自1950年的8.7%上升到1960年的19.7%。这与1960年左右大炼钢铁有关。自1960年到1980年间，山西能源消费中煤炭比重一直居高不下，在70%上下浮动。1990年，煤炭比重明显下降，电力和焦炭比重大幅上升。油类制品比重也有所增加。自2000年后，山西积极进行能源结构调整，天然气以及电力消费比重显著增多。在2014年，山西省终端能源消费中，电力消费比重最高，为32.8%。其次为煤炭、焦炭和天然气，比重分别为26.0%、13.0%和17.7%。油类制品比重最低，为6.7%。从能源结构总体变迁的趋势来看，山西省能源结构不断优化，碳排放量较大的煤炭以及焦炭比重逐渐缩小。
2.山西能源消费的产业结构
能源消费结构可以从不同角度进行分析。在对山西终端能源消费结构变化研究之后，从产业间消费结构再对能源结构进一步分析。图4.2为1987-2014年间山西各个产业能源消费结构变化情况。在进行统计比较时，各产业能源消费统一折算为标准煤。
图4.2 1987-2014年山西能源消费的产业结构
从图4.2中可以得出以下两点结论。第一，第二产业是山西能源的主要部门，其次为人民生活和第三产业，第一产业的能源消耗量最小。从历年平均能源消费值上来看，这四个部门依次为6700.42万吨标煤、908.52万吨标煤、723.42万吨标煤和313.95万吨标煤，比重依次为77.49%、10.51%、8.37%和3.63%。第二，第二产业能源消费比重在研究期内基本保持不变。在2001年到2008年间，二产能耗比重不断扩大，在2009年之后保持稳定。这种变动趋势与山西“煤炭黄金”十年对煤炭开采等行业的刺激有关。第一产业能耗自1987年到2014年呈现出逐渐减少的趋势。与之相反，第三产业能耗比重不断增大。这是由于社会发展对服务行业的需求越来越旺盛有关。关于人民生活能源消费，其自1987年到2001年出现波动下降的态势。在2002年之后基本保持稳定，比重约为10%。
二、山西碳排放总量及人均碳排放
以1978年为界，分阶段进行讨论。自新中国成立到改革开放政策的实施，山西经济不断发展，能源消费也随之上升。基于能源消费的碳排放同样呈现出不断增长的趋势。图4.3为1949-1978年山西碳排放总量及人均碳排放。
图4.3 1949-1978年山西碳排放总量及人均碳排放
从图4.3中可以看出，碳排放总量以及人均碳排放均呈现出波动上升态势。此外。两者的波动趋势相同，两个小峰值分别出现在1960年和1966年左右。第一个波动（1958-1961）出现的原因为“大跃进”时期“以钢为纲”政策所致，全国各地均出现了“土法上马，钢水遍地流”的局面。除此之外，山西各地纷纷建设小型水泥厂也导致能源消费快速上涨，尤其是碳排放较大的焦炭。第二个波动（1965-1968）正值“小三线”全面建设时期。这一时期，“小三线”建设包括晋西北和晋西管涔山区、吕梁山区。“小三线”钢厂以及水泥厂的建设导致的能源消费碳排放量及人均碳排放量的较快增长。
1978年后，山西经济进入全面发展时期。1980年，山西被国家确定为煤炭能源基地，第二产业尤其是煤炭产业快速发展。能源产业的发展促使碳排放量持续上升。图4.4为1978-2014年山西碳排放总量与人均碳排放的变化情况。根据两个指标变动规律，分4个阶段进行讨论。
图4.4 1978-2014年山西省碳排放总量及人均碳排放
第一阶段（1978-1994），缓慢增长时期。其中，碳排放总量由1978年的10942.48万吨增长到1994年的21382.64万吨，年均增速为3.9%。人均碳排放同期增长了1.98吨，年均增速为2.2%。第二阶段（1995-1999）为波动时期。碳排放总量以及人均碳排放量出现倒“U”型的波动。1995-1997年碳排放总量上升较快可能与山西经济规模的快速扩大有关。这三年山西平均GDP增长速度为11.7%。但是，受1997年亚洲金融危机短期影响，全省工业市场疲软，原煤大幅关井压产。因此，碳排放总量及人均碳排放量在1999年出现明显下降。第三阶段（2000-2009）为快速增长时期。碳排放总量在这一时期增长了25298.68万吨，年均增速高达7.7%。与此同时，人均碳排放由2000年的8.23吨快速增长到2009年的15.18吨，年均增速为7.0%。这一时期碳排放的快速上升与山西煤炭产业发展的黄金时期高度契合。2003年煤炭需求上升，山西各个地市煤炭产业发展迅速。这种快速增长的趋势在2008年达到高峰。第四阶段（2010-2014）为减速增长时期。随着国际及国内能源结构的变革，煤炭的市场需求逐渐萎缩。同时全国经济增速明显放缓。在2014年，除天然气外，山西各种能源消费均出现下降趋势，从而导致碳排放总量及人均碳排放的降低。
三、山西能源强度及碳排放强度
在2015年巴黎气候大会上，中国确立了到2030年单位GDP二氧化碳排放比2005年下降60%-65%的减排指标。在国内，有关碳排放强度的指标尚未纳入分解范围，但单位产值能耗指标早在“十一五”规划期间已经作为发展的约束指标下发各省[281]。山西在“十一五”规划期目标是单位产值减排22%，但实际只达到20.66%。作为全国的能源基地，山西提高能源利用效率不仅对于全国的节能减排起到积极作用，而且对于区域的生态环境保护有着重要意义。1978年到2014年山西省能源强度和碳排放强度如图4.5所示。其中，能源强度即单位GDP能耗，图中单位为吨/万元。碳排放强度为单位地区生产总值二氧化碳排放量，单位为吨/万元。为了增强数据的可对比性，地区生产总值以1987年为基年进行折算（1987=100）。
图4.5 1987-2014年山西能源强度与碳排放强度变化
从图4.5中可以看出，总体上山西能源强度和碳强度均呈现逐年下降的趋势。能源强度自1987年的17.08吨/万元下降到2014年的4.22吨/万元，年均下降速率为5.05%。碳排放强度同期自67.42吨/万元下降到18.38吨/万元，年均下降速率为4.50%。根据图中两个指标的变化趋势，可以将研究时段分为3个阶段分别进行分析。
第一阶段为1987-1994年。在这一阶段中能源强度和碳排放强度不断下降。结合山西经济发展的实际情况，这表明随着技术进步，能源利用效率在逐渐提高。而碳排放强度的下降还暗示能源结构在逐渐优化[282]。1995年出现两个强度均上升的现象，这是由于在1995年山西经济高速增长导致的能源需求急剧扩张造成的。
第二个阶段为1995-2000年。可以看出能源强度与碳排放强度在这一时期下降很快，两者的平均降低速度分别为11.14%和9.90%。促使强度指标降低的关键原因就是技术进步推动的效率提高以及清洁生产工业的推广。同时另一个关键原因是这一时期山西进行了小煤矿的大型整顿活动。1995年山西省政府通过了煤炭工业局的《关于继续整顿小煤矿的实施意见》，要求大力整治小煤矿[283]。这一政策的执行在很大程度上提高了煤炭开采利用效率。
第三个阶段为2001-2014年。从图4.5中可以看出，这一时期能源强度与碳排放强度呈现缓慢下降的趋势。两者下降速率依次为4.49%和4.55%。促使强度下降的原因主要为技术进步以及能源结构调整。如2005年，山西天然气消费比重大幅提高，约占总能源消费比重的14.2%。除天然气之外，电力消费比重也在逐渐提高。清洁能源利用比例的提高有效促进能源强度和碳排放强度下降。
第三节 山西各产业能源结构及碳排放
一、山西各产业能源结构变化
选取五年时间截面数据（1990、2000、2005、2010及2014）来说明山西各产业能源消费结构的变化。为更清楚反映第二产业内部能源消费的情况，将第二产业分为工业和建筑业进行讨论。图4.6为1990年山西省各产业（行业）能源消费结构情况。
图4.6 1990年山西省各产业（行业）能源消费结构
在1990年，山西省第一产业主要消费的能源中原煤所占比重为47%，其次为电力和焦炭，依次占比24%和15%。同期，第一产业消耗能源总量为260.63万吨标准煤，占山西总能源消费的5.5%。第二产业中工业消费的能源种类较为丰富，主要消费的能源为原煤、电力、焦炭以及天然气煤气及其他。这四者的消费占比分别为35%，23%，21%和17%。工业是山西省消费能源的主要产业部门，1990年其消费能源占山西省总能源为74.0%。因此，工业部门的能源消耗结构在很大程度上决定了山西总体能耗结构。建筑业能源消费以原煤和石油制品为主，两者总占比为76%。这一年，建筑业总能耗为27.55万吨标准煤，占比仅为0.6%。第三产业消耗能源中，石油占比最大，为36%。其次为原煤和电力。从能源消费的绝对数量来看，1990年第三产业消费占总能源消费的3.6%，为178.89万吨标准煤。
图4.7 2000年山西省各产业（行业）能源消费结构
2000年，山西省各产业能源消费结构发生很大改变（见图4.7）。从各产业（行业）角度对其分析。首先，第一产业能源消费中原煤和焦炭消费比重增加，共增长25%。电力和石油制品消费比重减少，依次减少22%和3%。这说明第一产业中煤炭地位在加强。其次，工业中原煤、焦炭、洗精煤以及石油制品比重基本保持稳定。变化最大为电力消费。与1990年相比，其比重在10年内减少了12个百分点。与之相反，2000年天然气的消费比重较1990年增长了11%。再次，建筑业中能源结构较1990年有较大改变。具体而言，原煤所占比重大幅上升。相对地，石油制品和电力消耗比重降低。尤其是电力消费，由1990年的20%下降到2000年的5%，年均降低速率达12.95%。这从侧面反映出山西能源消费结构以煤炭为主的趋势在逐渐增强。最后，第三产业能源消费中原煤比重基本保持不变，石油与电力消费比重减少。与此同时，天然气比重显著上升，自1990年的2%快速增加到2000年的21%，年均增速高达26.5%。
表4.3 2005年、2010年与2014年山西三次产业能源消费量及消费结构
对2005年、2010年以及2014年各产业能源消费结构变化情况进行列表分析（见表4.3）。各种能源消费量单位为万吨标煤。
从表4.3中可以看出，山西省三次产业的能源消费结构虽然在2005年到2014年间发生变化，但总体来讲，除了第三产业天然气比重较快上升外，其他能源的变化幅度均较小。从2005年、2010年以及2014年的截面数据对比来看，第一产业能源消费依然以原煤和电力为主；第二产业内，煤炭消费和电力消费同样是能源消费的两个主要来源；第三产业中石油制品和电力消费量最大。从横向角度来看，第二产业的能源消耗所占比重一直较高，2005年为88.5%，2010年下降为84.0%，到2014年重新上升至85.6%。随着第三产业的不断发展，其所消费能源的比重由2005年的8.28%逐渐上升到2014年的12.3%。第一产业能源消耗量最小且呈现出逐年下降的趋势，其比重由2005年的3.2%下降至2014年的2.1%。
二、山西各产业碳排放分析
产业结构在很大程度上决定了各个产业的二氧化碳排放。山西省产业结构虽然一直调整，但以第二产业，尤其是“煤炭相关”产业一枝独秀的格局从未得到根本改变[284]。从图4.8中可以看出，山西三次产业之间的碳排放存在显著的差异。这种差异在2001年之后表现更为突出。根据各个产业碳排放特征，可以将1987-2014年分为3个时段进行讨论。
第一阶段，缓慢增长时期（1987-1999）。这一时期三产碳排放绝对差异较小，排放总量均缓慢上升。从历年平均比重来看，三产碳排放的比值为5.99:75.03:4.88。第一产业比重逐渐下降，第二产业和第三产业比重缓慢上升。1995-1997年的快速增长可能与山西经济的高速发展有关。这三年山西省GDP增长速度依次是12.0%、11.8%和11.3%。1997年亚洲金融危机爆发，导致此后两年山西煤炭需求乏力，经济增长减速。随之，各产业碳排放总量减少。其中1999年山西第一产业遭受严重自然灾害，也是促使第一产业碳排放减少的原因之一。
图4.8 1987-2014年山西三次产业碳排放结构
第二阶段，快速增长时期（2000-2009）。以第二产业为例，其碳排放总量由2000年的200.68百万吨增长到2009年的393.51百万吨，年均增速为7.5%。三次产业碳排放平均比重的比值为3.45:79.51:7.92。与第一阶段相比可以看出，第一产业比重减少，而第二产业与第三产业比重逐渐上升。2008年到2009年出现下降趋势的主要原因为全球金融危机导致的经济增长减速所致。
第三阶段，增速降缓时期（2010-2014）。与2013年相比，山西省三次产业的碳排放量在2014年均出现不同程度的降低。其中，第一产业碳排放减少321.50万吨，第二产业和第三产业分别减少502.05万吨与581.55万吨。碳排放量的减少与山西经济增速明显放缓有着直接关系。由于煤炭以及钢铁行业产能严重过剩，山西经济增长动力不足，在2014年GDP增长率仅为4.9%。
三、山西各产业碳排放强度分析
碳排放强度是指每单位GDP的增长所带来的CO2排放量。对一个国家或地区的发展来说，碳排放强度的下降，可以间接反映出区域能源利用效率的提高或是经济增长方式的转变，同时碳强度的降低也能部分说明能源消费结构发生转变[285]。对发展中国家来说，碳排放强度的降低说明了经济增长过程中对碳排放依赖逐渐减弱。换句话说，经济增长与碳排放之间正在或已经发生脱钩。
图4.9 1987-2014年山西三次产业碳排放强度变化
图4.9为1987-2014年山西各产业碳排放强度的变化情况。从中可以看出，山西省各产业碳排放强度均呈现明显下降趋势。第一产业碳排放强度从1987年的36.0吨/万元下降到2014年的1.7吨/万元，年均下降速率为10.6%。同期，第二产业每万元的碳排放量降低了77.4吨，年均降低速度为8.1%。第三产业碳排放强度自7.3吨/万元减少到1.4吨/万元，年均降速为5.9%。
根据三次产业碳排放强度变化的趋势，可以发现自1987年到2000年，属于碳排放快速下降时期。自2001年以后，各产业碳排放强度下降幅度减少。其中，第二产业在2001年到2003年间甚至出现了缓慢上升的趋势。这与中国加入世贸组织以及山西对能源工业的巨额投资有很大关系。2009年，中国在联合国气候变化峰会上承诺将在2020年前大幅度降低碳排放强度。“十二五”规划提出，五年期间全国碳排放强度要下降17%。与2010年相比，2014年山西各产业碳排放强度变化趋势存在明显差异。其中第一产业下降了31.3%，第三产业减少了29.5%，但碳排放量最多的第二产业反而上升了7%。从总体来看，山西碳排放强度自2010年的6.13吨/万元下降到2014年的5.57吨/万元。下降了9.1%。这说明山西的碳减排距离国家所定目标还有很大差距。
第四节 山西碳排放总量与各产业产值的相关性分析
随着各产业产值的不断增长，碳排放量也出现同向的增长态势。为了进一步分析碳排放总量与各产业产值，尤其是工业产值增长之间的关系，本节利用Pearson相关系数以及散点图来进行深入研究。碳排放总量和各产业产值之间的Pearson相关系数见表4.4。为了减少时间序列数据分析过程中产生的异方差，更准确地发现数据之间的关系，在进行相关性分析之前，将所有数据取对数。由于1990年后山西碳排放增速逐渐加快，因此本节研究的时间段为1990-2014年。
表4.4 碳排放量与各产业产值的Pearson相关系数
从表4.4中可以看出，碳排放总量与各产业产值的相关性均大于0.95。这表明各产业产值的增长与碳排放之间的相关性显著。同时表4.4中结果显示：在三次产业中，碳排放与第二产业产值之间的相关系数最高，为0.9869。而与第二产业相比，工业产值与碳排放之间的的相关系数更高，为0.9872，这表明在第二产业中，工业产值对碳排放的促进作用更加明显。
在进行Pearson相关系数分析之后，对各产业产值与碳排放做散点图进一步分析，结果如图4.10所示。
根据线性回归的拟合优度，可以判断各产业与碳排放之间关系的密切程度。与第一产业相比，第二产业、第三产业以及工业与碳排放的关系更为紧密。其中，工业与碳排放线性拟合的R2最高，为0.9745。其次为第一产业和第三产业，R2分别为0.9738和0.9592。第一产业与碳排放线性拟合的R2最低，为0.9199。这一结论进一步印证了Pearson相关性分析的结果。说明山西省碳排放与第二产业产值，尤其是工业产值的相关性最为显著。要实现碳发展的目标，重点应该放在第二产业，特别是工业的节能减排上。
图4.10 三次产业及工业产值与碳排放总量散点图
第五节 本章小结
依据IPCC碳排放计算指南，对山西省1949-2014年间碳排放总量及1987-2014年间各产业碳排放进行核算。分别从省级层面和产业层面，通过能源消费结构、碳排放总量、碳排放强度和能源强度等方面依次进行深入研究。研究所获主要结论如下：
（1）1979-2014年，山西碳排放可以分为四个阶段：缓慢增长时期（1979-1994），波动时期（1995-1999），快速增长时期（2000-2009）以及减速增长时期（2010-2014）。碳排放总量的波动与经济增长速度密切相关。从山西能源消费种类的结构变迁来看，煤炭的绝对主导地位自1978年持续到2005年左右。2005年之后山西能源结构中电力消费比重最高，到2014年其比重为32.8%。第二产业是山西能源消费的关键行业，约占总能源消费的75%。1987-2014年间的研究数据显示，山西能源强度与碳排放强度均逐渐下降，两者下降速率分别为5.05%和4.50%。
（2）三次产业层面的分析显示，产业间能源消费结构以及碳排放量存在较大差异。就能源消费结构而言，从2005年、2010年以及2014年的截面数据对比来看，第一产业和第二产业能源消费以原煤和电力为主，第三产业能源消费主要为石油制品和电力。而从碳排放总量来看，三次产业碳排放自1987年到2014年均呈现不断上升趋势。1987-1999年为缓慢增长时期；2000-2009年为快速增长时期；2010-2014年为增速降缓时期。从绝对数量上说，第二产业碳排放比重很大，研究期内的平均比重为76.89%，第一产业与第三产业分别为4.42%和7.16%。
（3）三次产业间的对比分析显示，各产业碳排放强度在研究期内均出现下降趋势但下降速率存在差异。其中，第一产业碳排放强度从36.0吨/万元下降到1.7吨/万元，年均下降速率为10.6%。同期第二产业每万元的碳排放量降低了77.4吨，年均降低速度为8.1%。第三产业碳排放强度自7.3吨/万元减少到1.4吨/万元，年均降速为5.9%。
（4）利用Pearson相关系数以及散点图对山西碳排放总量与各产业产值，尤其是工业产值之间的关系进行深入研究。结果显示，碳排放总量与各产业产值的相关性均大于0.95。这表明各产业产值的增长与碳排放之间的相关性显著。在三次产业中，碳排放与第二产业产值之间的相关系数最高，为0.9869。而工业产值与碳排放之间的相关系数更高，为0.9872。散点图的拟合同样证实山西省碳排放与第二产业产值，尤其是工业产值的相关性最为显著。要实现碳发展的目标，重点应该放在第二产业，特别是工业的节能减排上。
