中国电力碳排放动态特征及影响因素研究

改革开放以来，中国经济快速发展，所取成就举世瞩目。但粗放型经济增长模式使得能源消费量大、使用效率低，导致污染排放量特别是二氧化碳排放不断增加，目前中国已成为世界第一碳排放大国。为了减少温室气体排放，2009年11月，国务院常务会议提出“2020年单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%-45%”的约束性目标。电力是社会经济发展不可或缺的优质能源，中国电力消费占能源终端消费总量的比重逐年攀升，1991年仅为9.53%，2012年该比例已达到22.56%。由于资源禀赋结构的限制，中国电力生产以火电为主，火电生产又主要依赖煤炭，化石能源的燃烧是二氧化碳排放的主要来源，因此中国的电力生产伴随大量的碳排放，据本文计算，电力生产碳排放已经占到中国碳排放总量的40%。为了完成中国节能减排目标，必须关注电力的减排问题。

1文献综述

中国碳排放量增加较快，哪些因素驱动中国碳排放增长?这个问题受到学者广泛关注，DuL，etal[1]基于1995-2009年的省际面板数据研究了中国碳排放的影响因素和减排潜力。王峰等[2]采用LMDI因素分解方法研究了1995-2007年中国碳排放的驱动因素。WangZ，etal[3]、WangP，etal[4]、WangW，etal[5]、陈诗一[6]分别采用因素分解或面板数据回归方法研究了北京、广东、江苏和工业碳排放的影响因素，均发现碳排放增加的主要影响因素是经济发展、城市化等，而能源强度的下降则抑制了碳排放的增加。

电力作为一种优质二次能源，其消费和中国经济增长关系密切，林伯强[7]在三要素生产函数框架下的实证表明GDP、资本、人力资本以及电力消费之间存在着长期均衡关系，YuanJ，etal[8]针对中国也得出了同样的结论;米国芳和赵涛[9]的研究表明，经济增长、电力消费、碳排放三者之间存在着长期稳定的协整关系;碳排放量与经济增长、电力消费与经济增长、碳排放量与电力消费都互为Granger因果关系。

虽然电力消费对中国经济增长的意义重大，但是电力生产碳排放量较大，这也引起了部分学者的关注。侯建朝和谭忠富[10]利用对数平均权重分解法构建了电力生产碳排放变化影响因素的分解模型，将CO2排放变化分解为收入效应、电力生产强度效应、电力生产结构效应、人口效应和发电煤耗效应。霍沫霖等[11]利用LMDI分解模型，分析了厂用电率、发电结构、发电煤耗、线损率等因素变化对电力工业碳排放强度变化的影响。ZhaoX，etal[12]利用ARDL模型研究了行业增加值、火电设备平均利用小时数、标准煤耗率三个因素对中国电力工业碳排放的影响。ZhangM，etal[13]研究了多种因素对中国电力生产碳排放的影响，并发现经济活动效应是碳排放增加的主要贡献力量，电力生产效率在抑制碳排放方面处于关键地位。

以上文献在分析电力碳排放的影响因素时，主要局限于电力工业，从电力生产角度去分析，缺乏考虑中国电力所处的经济社会宏观背景;虽有少数考虑到经济活动的影响，但忽视了人口增长、人民生活水平提高和产业结构变化对电力碳排放产生的影响，特别是对中国这样一个处于产业结构调整升级、经济稳步增长和人民生活水平逐渐提高时期的人口大国，这些因素的影响不容忽视。

本文从电力生产、输配到消费的全过程，引入电力生产结构、能源投入结构、能源转换效率、输配损耗、电力强度、经济结构和人口等因素，从电力的产业消费、输配损耗和生活消费三个角度进行因素分解，采用对数平均迪氏指数分解法(LMDI)研究这些因素对电力碳排放的影响程度和方向。本文的研究对于控制能源消费总量、优化能源结构、提高能源效率、促进节能减排、解决雾霾等问题都具有参考意义。

2研究方法和数据来源

2.1电力碳排放计算

我国的电力类型有火电、水电、核电及风电等4种主要类型，本文假设水电、核电及风电的生产不产生碳排放，电力碳排放主要由火电生产中投入的初始能源燃烧产生。计算碳排放有多种方式方法，联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)2006年编制《国家温室气体清单指南》，其中提出的碳排放计算方法是最常用的方法：

其中i表示能源种类，C表示二氧化碳排放量，Ei表示各种能源投入量，其中“其他能源”用“一般废弃物”代替;Ki代表平均低位发热量;ε表示能源含碳量;η表示碳氧化因子，取常数1。按照(1)式即可得到1991-2012年电力生产碳排放量。

2.2因素分解方法

因素分解分析在能源与碳排放研究中得到了广泛应用，本文基于电力从投入、转换到消费的全过程，构造电力碳排放因素分解模型如下：

火电生产初始能源投入种类较多，本文将其归为三类：“煤及其产品”、“油及其产品”和“天然气和其他”，分别对应i=1、2、3;C表示电力CO2排放，单位是万吨;Ei和E分别表示火电生产第i种能源投入和能源总投入，T1和T表示火电生产量和电力生产总量，单位均为万吨标准煤;G表示GDP，单位是亿元，P表示人口，单位是万人。

电力总消费可以分为农业、工业、建筑业和服务业等产业消费Ts、生活消费Tr和输配损耗量Tl三类，所以有

(4)式中j=1、2、3、4、5、6分别表示农业、工业、建筑业、服务业、居民生活等电力消费部门和电力损失。即电力生产碳排放增长分解为10个影响因素：排放因子效应CEi，即火电生产单位能源投入碳排放;能源结构效应ESi，即火电生产各能源投入比例;转换效率效应ET，即电力产出和生产投入之比;电力结构效应S，即电力生产中火电比重;电力强度效应TIj，各产业单位GDP电力消耗量;产业结构效用pj，即国民经济中各产业比重;经济规模效应PG，即人均GDP;生活消费效应PT，即人均生活用电量;人口规模效应P，即年末人口数;输配损耗效应TL，即电力在输配电中的损失。

碳排放量驱动因素的分解方法中，Ang等人[14-16]提出的对数平均迪式指数(LMDI)分解法，实现了完全分解且解决了数据中的零值和负值问题，从而得到了广泛应用。本文采用LMDI分解方法对电力碳排放驱动因素进行分解分析。

假设C0和CT分别表示基年和第T年电力消费碳排放量，则依据LMDI法将碳排放总量从基年到目标年T的变化分解为10个因素产生的影响，即

(5)式中各分解因素可以表示为：

其中Dm，m=1，2…，10对应10个影响因素，函数L为对数平均函数，该函数由Ang和Choi[17]引入Divisia分解中，其表达式如下：

2.3数据来源

本文电力相关数据来自1991-2012年中国电力平衡表和中国能源平衡表;产业和人口数据来自《中国统计年鉴2013》，各产业GDP根据各自的GDP指数转化为1990年不变价格。各种能源折标准煤系数由中国能源平衡表标准量和实物量对应数据计算得到;能源平均低位发热量来自《中华人民共和国国家标准GB/T2008综合能耗计算通则》;能源含碳量来自联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)2006年编制的《国家温室气体清单指南》。由于电力生产量和电力消费量数据相差非常小(一般在0.3%)，本文假定二者等同。

3电力生产及其碳排放动态特征

3.1电力生产及其碳排放增长较快，与GDP同步变化

1991-2012年，电力生产量由8327万tce增加到61297万tce，年均增长9.97%;碳排放由6.23亿t增加到36.01亿t，年均增长率为8.72%，占中国碳排放总量的比例已达到40%。电力生产和碳排放与GDP环比增速见图1。从图1可以看出，三者的变化趋势几近相同，GDP增长率变化稍平缓，电力消耗及其碳排放的增长率围绕GDP上下波动。碳排放增幅最小的三年为1998、2008和2012年。1998和2008年分别爆发了亚洲金融危机、美国金融危机和欧债危机，对中国经济造成了严重冲击，使得经济增长放缓，电力生产增长率大幅下降，电力碳排放呈负增长。2012年中国经济下行压力较大，三者又呈现增长同时放缓的状态。由此可见以经济发展变化为主线，电力生产及其碳排放都受到经济发展变化的影响。

3.2电力生产量大且以火电为主，主要依赖煤炭

电力在中国能源体系中的地位越来越重要，电力消费占能源终端消费总量的比重逐年攀升，1991年仅为9.53%，到了2012年该比例已达到22.56%;从世界看，2011年中国总发电量占世界比重为21.31%，首次超越美国(19.55%)，高居世界第一位。2011年世界主要国家电力生产结构见表1，从表1可以看出，与世界其他大多数国家不同，中国电力生产以火电为主，火电占比在79%83%之间，低于80%的只有1995、2001和2010三年。火电生产又存在煤炭比例过高、天然气比例过低的问题。因为煤是一种高碳能源，所以中国的电力生产会有大量碳排放产生。

3.3电力碳排放主要来源于煤炭燃烧

1991年燃煤碳排放占比为93.24%，2012年上升到98.01%，比重逐年升高;燃油碳排放1991年占比为6.54%，2012年为0.25%，占比逐年下降;其他能源排放1991年占比0.22%，2012年为1.75%，比重出现了上升。电力碳排放来源结构见图2。电力生产碳排放几乎全部来自煤炭的使用，天然气等优质能源在初始能源投入中的比例虽然一直在增加，但比重太小，降低煤炭比重、增加优质能源比例仍是中国电力生产需积极面对的一个问题。

3.4火电能源转换效率逐年提升，单位电力碳排放下降

中国发电效率也是一个由低到高的过程。根据中国能源平衡表(标准量)中的电力生产部分，计算得出电力生产的能源转换效率，计算公式为

中国1991-2012年历年火电生产转换效率，在1991-1997年先上升后下降，从1997年开始稳定上升，到2012年已经比最低的1997年提升了9.10个百分点(见图3)。这意味着中国火电生产初始能源的利用率在提高，生产技术在进步，与世界先进水平的差距正在逐渐缩小(根据《中国能源统计年鉴》数据，1995年，火电厂供电煤耗中国为412gce/kW·h，日本为331gce/kW·h;到2012年该数字分别为305和295，差距由81gce/kW·h缩小到10gce/kW·h)。单位电力CO2排放与转换效率的趋势刚好相反，先下降后上升再下降，1997年最高为9.61t/tce，2012年下降为7.53t/tce，这表明电力生产技术进步减少了电力碳排放。