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1、包头市“十二五”能源现状及碳排放影响因素分析基于灰色关联度分析法 刘志宏 刘娟 天津理工大学环境科学与安全工程学院 摘 要： 基于能源消费规模、产业结构和能源结构, 对“十二五”期间能源消费现状和包头市经济和环境之间的矛盾进行了分析。依据 IPCC 推荐的碳排放核算方法, 对包头市“十二五”期间的碳排放量进行估算, 并利用灰色关联度分析法对影响碳排放的各因素重要程度进行识别。结果表明, 能源消费结构、产业结构和单位 GDP 能耗是包头市能源消费碳排放量的主要影响因素。由于经济结构及历史原因等的制约, 包头市以煤炭为主的能源形式短期内较难改变。从优化能源结构、产业结构调整和提高能源利用率、协调经
2、济与环境发展关系等角度探索包头市“十三五”节能减排目标的实现路径。关键词： 能源消费; 碳排放; 能源结构; 产业结构; 灰色关联度分析; 减排; 包头; 作者简介：刘志宏 (1993) , 女, 硕士研究生, 主要研究方向为低碳经济、循环经济、可持续发展。收稿日期：2017-06-21Energy Status and Analysis on Carbon Emission Factors in Baotou City During the 12th Five-YearBased on Grey Correlation Degree AnalysisLIU Zhi-hong LIU Juan
3、 School of Environmental Science and Safety Engineering, Tianjin University of Technology; Abstract： Based on energy consumption scale, industrial structure and energy structure, the paper analyzes the current situation of energy consumption and the contradiction between economy and environment in B
4、aotou City during the 12 th Five-Year Plan period.According to the carbon accounting method recommended by IPCC, the carbon emission in Baotou City during the“12 th Five-Year Plan”period is estimated, and the importance degree of carbon emission factors is identified by gray relational analysis. The
5、 results show that the energy consumption structure, industrial structure and unit GDP energy consumption are the main influencing factors of energy consumption in Baotou City. Due to the economic structure and historical reasons, Baotou Citys coal-dominated energy form is difficult to be changed in
6、 short term. This paper aims to realize the 13 th Five-Year energy-saving emission reduction targets of Baotou, based on the optimizing energy structure, industrial structure adjustment, improving the using efficiency of energy and harmonizing the relations between environment and economy.Keyword： E
7、nergy consumption; Carbon emission; Energy structure; Industrial structure; Grey correlation degree analysis; Emission reduction; Baotou; Received： 2017-06-21随着环境与经济矛盾的日益突出, 国内外对低碳经济、可持续发展等话题热议不断。而温室气体含量的增加被认为是当下全球气候变暖、雾霾天气的一个主要原因。其中以煤、石油、天然气为主的化石燃料的燃烧而产生的能源消费碳排放是人类活动产生温室气体排放的最主要形式1。因此研究以能源消费为基础的碳排放
8、很有必要。目前国内外针对碳排放驱动因子的研究方法, 大部分学者都采用了模型法, 以及多模型综合的分析方法。模型主要有 KAYA 公式模型、迪式对数指标 (LMDI) 因素分解模型、IPAT 模型、STIRPAT 模型、Laspeyres 指数模型等。其中, KAYA 公式模型是由日本学者 Kaya 最先提出, 通过一种简单的数学公式将经济、政策和人口等因素与人类生活产生的 CO2联系起来2, 后来被广泛应用。Ang等3用对数平均公式替换了之前的简单算术平均权重计算方法, 提出了对数平均权重分解法 LMDI。英国学者 Cranston 和 Hammond4、Shi5利用 IPAT 模型进行实证研
9、究。彭希哲6、朱远程等7、张丽峰8则利用 STIRPAT 模型进行研究分析。从影响因素角度看, 国内外学者的研究分为单一因素研究和多因素研究。Liu 等9利用 KAYA 模型, 以 19902009 年数据为基础, 分析影响碳排放的 4 个驱动因子:能源结构、能源强度、国内生产总值和人口, 并对各因素的贡献值进行量化。Fan 等10通过研究不同发展水平国家在人口、经济、技术水平上对碳排放的影响, 得出各因素对碳排放的影响程度与国家所处的发展阶段有关。Shi5运用 IPAT 模型研究了 19751996 年间全球 93 个国家人口规模对碳排放的影响, 发现碳排放对人口规模的弹性系数为 1.42。
10、包头市作为内蒙古制造业、工业中心, 以及最大的中心城市, 产业重型化是其主要特征。同时也是中国重要的基础工业基地和全球轻稀土产业中心。为了响应全球低污染、低能耗、低碳排放的低碳经济发展之路, 缓解经济和环境之间的矛盾, 完成全国省、市下达的“十三五”规划目标, 制定适合于包头市现阶段发展特征的碳排放政策迫在眉睫。考虑到国内将灰色关联分析带入包头市能源经济发展的研究少之又少, 本文在现有研究的基础之上, 结合包头市“十二五”期间能源消费现状, 综合考虑包头市碳排放影响因素, 利用灰色关联度分析方法对各影响因素的重要程度进行识别, 并有针对性地提出“十三五”减排建议。1“十二五”期间包头市能源消费
11、现状分析1.1 能源消费增速放缓, 单位 GDP 能耗下降在包头市能源消费总量中, 能源消费总量上升, 而增长速度放缓。工业消费占了绝大多数比重, 约占全市能源消费总量的 80%。工业领域的能源消费总量虽然处于缓慢上升趋势, 但在全市能源消费总量的占比持续下降, 而用于交通运输、批发、零售和住宿餐饮业及其他服务业的能源消费在全市能源消费总量中的占比有明显上升 (图 1) 。说明在为包头市经济发展做出越来越大贡献的同时, 第三产业的能源消费量也在不断升高。包头市“十二五”期间, 单位 GDP 能耗不断下降, 能源利用率不断提高 (图 2) 。图 2 中, 2012 年下降趋势最为明显, 下降率为
12、 7.60%, “十二五”前 4 年单位 GDP 能耗累计降低 18.45%, 提前 1 年超额完成自治区下达的“十二五”节能降耗总目标。2015 年全年单位 GDP 能耗较上年下降 4.60%, “十二五”累计降低 22.20%, 超额完成“十二五”规划节能目标任务以及“节能减排示范城市”考核指标。图 1“十二五”期间包头市能源消费总量构成 下载原图(注:2010 年及 2010 年以后数据均按 2010 年价格计算, 后同) 图 2 包头市“十二五”期间能源消费强度情况 下载原图1.2 以“煤”为主的能源结构形式单一包头市能源消费过程中使用的燃料类型主要有:煤炭、焦炭、天然气、原油、煤油、
13、柴油、汽油、燃料油和电力等。从能源结构来看, 包头市能源消费总量中的原煤和天然气占比较大, 其中原煤占 80%以上, 且占比呈逐年上升的趋势;而天然气占比呈逐年下降的趋势 (表 1) 。以上结果表明, 包头市能源发展仍以燃烧原煤为其主要能源消费形式, 能源替代率很低。1.3 产业结构优化调整随着经济的飞速发展, 包头市的产业结构也有了很大的优化调整, 具体表现为:创新技术不断升级, 资源配置更加合理、公平, 各产业保证产值平稳增长, 规模以上工业企业能耗占比不断降低。“十二五”期间, 包头市产业结构不断优化, 第一产业占比 3%左右, 发展趋势保持稳定, 第二产业占比逐步下降, 第三产业占比逐
14、年上升, 到 2015 年, 第三产业占比超过了第二产业。同时, 规模以上工业能源消费量在全市能源消耗总量的占比也呈现逐年缓慢下降的趋势 (图 3) 。表 1 能源消费总量构成 下载原表 3 包头市产业结构及规模以上工业能耗占比变化情况 下载原图1.4 钢铁、电力、热力仍为主要能耗行业钢铁、电力、热力、有色冶金、煤化工行业是包头市的主要耗能行业, 综合能源消费量占规模以上工业企业综合能源消费量的 85.7%。此外, 硅铁、电石等高耗能行业以及稀土、装备制造业等占 14.3%。以 2015 年统计数据为例, 各行业能耗占比情况见图 4 所示。图 4 2015 年包头市主要能耗行业能耗占比 下载原
15、图2 方法计算2.1 碳排放核算方法基于 IPCC 提出的国家温室气体清单指南, 并借鉴徐国泉等11在碳排放影响因素分解模型中有关能源消费碳排放的计算方法, 对包头市“十二五”期间能源消费碳排放量进行计算验证。由于温室气体主要是由化石燃料燃烧、水泥生产、森林砍伐以及土地变化利用等产生, 而化石能源消费所导致的碳排放量占总碳排放量的比例接近 95%, 因此本文只计算用于燃料用途释放的 CO2能源消费量。根据中国能源统计年鉴能源平衡表, 以及包头市能源消费结构特点, 现将包头市能源种类划分为 4 种:煤炭、焦炭、石油、天然气。碳排放计算具体公式如下:式中:C碳排放总量;E i第 i 类能源的终端能
16、源消费量;N i第i 类能源的能源转换系数;e i第 i 类能源的碳排放系数。表 2 和表 3 分别给出了 4 种能源燃料的能源转换系数和 20102014 年碳排放量。表 2 各类能源的能源转换系数和碳排放因子 下载原表 表 3 包头市 20102014 年碳排放量 下载原表 2.2 包头市碳排放影响因素分析方法灰色系统理论是 1982 年邓聚龙12创立的一门边缘性学科, 而灰色关联度分析法是灰色系统分析方法的一种。灰色关联度分析法的基本思想是根据数列曲线几何形状的相似程度来判断其联系是否紧密, 曲线越接近, 相应数列的关联度就越大;反之越小。以此来判断各因素对系统发展的影响程度及重要程度。2.2.1 变量选取选取与能源消费碳排放有关的 5 个因素为主要指标来分析包头市的碳排放情况:GDP 增速、能源消费结构、单位 GDP 能耗、产业结构和单位工业增加值能耗。其中, GDP 增速均按当年的价格计算, 能源结
