中國能源結構調整對碳強度的影響研究

彭 旭， 崔 和 瑞

(華北電力大學 經濟管理系, 河北 保定 071003)

中國能源結構調整對碳強度的影響研究

彭 旭， 崔 和 瑞

(華北電力大學 經濟管理系, 河北 保定 071003)

受先天能源資源分布特點的影響，我國的能源結構不盡合理，并由此產生了嚴重的環境污染問題。文章首先對能源結構、碳強度的概念進行了界定；其次，探討了能源結構和碳排放之間的矛盾關系及其影響機制；最后，論述了能源結構調整對碳強度影響的測度理論及方法，帶入實際數據建立起了個體固定效應變系數模型，定量分析了能源結構調整對碳強度影響的程度。研究結果表明，加強水電、核電等新能源的利用對降低我國碳強度具有積極作用，需要采取多項措施優化能源結構，這也是我國未來能源戰略的趨勢。

能源結構；碳強度；環境約束；面板數據

一、引 言

我國是一個煤炭資源相對豐富，石油、天然氣資源相對貧乏的國家，煤炭資源在一次能源消費中占有絕對的主導地位。近年來，能源消費過程中產生了嚴重的環境污染問題，已經成為了阻礙人類社會經濟可持續發展的剛性約束條件。降低以煤炭資源為主的單一能源結構，積極發展水電、核電、太陽能等清潔能源，降低碳排放水平，促進人類能源與環境的可持續發展刻不容緩[1][2]。

不均等的能源資源分布決定了我國獨特的能源消費結構。以煤炭為主的能源類型導致了我國碳排放量較多。為了降低我國單位GDP的煤炭消耗量，國內外學者從能源產業政策、能源替代計劃、能源消費結構調整等多個角度，探究了我國能源結構調整及其減排的潛力[3]。在節能減排方面，林伯強、徐麗娜等[4][5]指出在社會經濟發展、能源需求旺盛，以及制約我國社會經濟環境可持續發展的溫室氣體排放約束的背景下，迫使我國能源結構戰略必須做出相應調整，從能源需求和供給雙側考慮我國的能源問題，將二氧化碳作為能源需求側管理的約束條件。在能源替代方面，劉全根、王韶華、楊勇平等[6][7][8]指出我國粗放型經濟發展模式，以及以煤炭資源為主的能源消費結構使得我國的CO2，SO2和NOx等的排放量位居世界前列，伴隨第三次世界能源結構的調整，可再生能源將在未來世界能源利用中扮演重要角色，大力發展水電、氣電、核電等清潔能源，改善能源結構，這是未來我國能源戰略的根本所在。現有文獻從政策理論、產出貢獻率等角度分析能源結構與碳強度之間關系的論述較多，直接分析兩者關系及其影響程度的論述較少。本文則從具體的能源政策實踐出發，探究能源結構調整對碳強度的影響機制，提出能源結構調整對碳強度影響的測度理論及方法，最后結合實際數據，利用面板模型分析能源結構調整對碳強度的影響程度。

二、能源結構對碳強度的影響機制

1.能源結構、碳強度的概念及其核算

能源結構指能源總消費量或總生產量中各類一次能源、二次能源的構成及其比例關系。圖1顯示了2013年我國各類能源的消費結構比例圖。歷史經驗告訴我們，認清能源結構的轉變趨勢，順應世界能源結構調整的歷史潮流，對于新時期我國經濟社會的發展將產生重要影響[9]。

圖1 2013年我國各類能源的消費結構比例注：數據來自中國能源統計年鑒。

由可再生能源消費統計圖2可以看出，在2004～2013年間，我國可再生能源發展迅猛，可再生能源消費總量逐年遞增。10年前我國各類可再生能源消費水平都不高，可利用水平較低，能源種類不多。現如今我國的核能產業發展迅速，是世界上在建核電站數目最多的國家，政府連續出臺關于生物質能、風電、太陽能等清潔能源發展的法規文件，鼓勵可再生能源的發展[10]。

圖2 2004～2013年我國可再生能源消費統計圖

圖3顯示出了2004～2013年我國能源消費結構變化圖，由此可以看出，過去十年里我國能源消費結構變化并不明顯，但從細微處可以發現，我國煤炭資源的消費比例在過去十年中逐漸變小，天然氣、水電、可再生能源的消費比例逐年上升。因此可以說，我國的能源結構逐漸優化，逐步轉變以煤炭為主的能源消費結構，發展清潔能源[11]。

圖3 2004～2013年我國能源消費結構變化圖

碳強度指的是單位GDP所產生的CO2排放量，即：

(1)

目前國際上關于碳排放核算標準主要有兩條路徑，一是以終端消費的角度計算的碳核算體系；一是以全生命周期的角度計算的碳核算體系[12]。目前，我國碳排放計算基準和計算方法尚未與國際接軌，尚未形成全國統一的碳排放核算標準體系，僅有針對地區的或部分行業的碳排放核算標準體系。

2.能源結構與碳強度的矛盾關系

目前，我國的能源結構不盡合理，生產單位GDP的能源消耗量過高，生產能源過度依賴煤炭資源，造成我國CO2等溫室氣體排放過多，產生一系列的環境問題、能源安全問題等。中國能源問題的重點是煤炭資源問題，特別是煤炭資源在使用和消費過程中存在的問題；從另一角度也可以說，中國能源問題的重點是在于如何逐步增強可再生能源在能源生產、消費過程中的作用，進一步優化中國的能源結構，降低碳排放，實現能源的可持續發展[13]。2007年至今，國家職能部門已頒布多項能源發展政策，或多或少均描述了能源發展規劃與碳排放以及環境保護之間的關系。然而已有的政策文件對于碳排放描述性要求較多，具體落實的方案較少；對于碳排放的總量限制要求較多，對降低個體生產單位碳強度的具體要求較少，這體現出了我國目前能源規劃工作還不完善，需要形成一整套更為細致和完備的國家能源綜合開發利用方案。

3.影響機制分析

在生產過程中，工業企業為了達到一定的生產量需要消耗一定的能源。以高品質能源為主的能源結構單位產出較高，污染較少；以低品質能源為主的能源結構單位產出較低，污染也較多，由此產生的能源效率也不盡相同。因此，優化能源結構可以改變與之相對應的能源效率水平以及碳排放量，進而降低碳排放強度。以中國為例，目前煤炭在各類能源中碳排放系數最高，占比也最高。在短期技術設備水平不變的情況下，如果能夠降低煤炭在一次能源消費中的比例，增大對水電、核電、太陽能等清潔能源的利用水平，就可以提高能源的利用效率水平，降低碳排放強度。為了直觀表達我國能源結構對碳強度的影響機制，建立了如下“碳源——碳生產——碳排放”的中國碳足跡形成圖[14]。

圖4 我國碳足跡形成圖

圖4從碳生產的角度具體描述了碳足跡的形成過程。碳排放的直接來源包括三部分：能源燃料燃燒、能源燃料的逸散排放以及二氧化碳的運輸和儲藏。能源燃料燃燒產生的碳的來源有，能源工業、制造工業和建設等；能源燃料逸散排放產生的碳的來源有，固體燃料、石油和天然氣等。具體碳的來源還可以繼續往下層細分，細分到最后一層是最初能源的供給與消費過程，即我國的能源結構問題——能源是如何進行生產和消費的以及利用方式問題。

圖5顯示出了我國能源資源的消費利用到碳排放的邏輯示意圖。能源資源的碳排放問題最核心的部分是能源資源本身，它是最終導致碳排放問題的最初的“碳源”；第二圈各種能源的利用形式是碳排放的“碳生產”和“碳加工”過程；最外圈部分就是能源消費所導致的最終結果——“碳排放”。

三、能源結構對碳強度影響的實證分析

對于社會經濟中的二維數據表，同時在時間和截面上取得的數據序列稱為面板數據[15]。為了描述能源結構對碳強度的影響，本文選擇煤炭消費量占一次能源消費的比例CP、原油消費比例OP、天然氣消費比例GP、水電消費比例HP以及碳強度CI作為面板模型的分析數據。表1中各類能源消費數據選擇《BP2014世界能源統計》中1978年至2013年的數據經處理得到。

圖5 中國能源資源消費、電力生產和碳排放

表1 我國各類能源消費量統計 單位：百萬噸標煤

年份一次能源消費量煤炭消費量原油消費量天然氣消費量水電消費量1978年566.02404.03130.3517.6513.971979年582.47417.97130.1418.6515.69………………2008年2816.351955.99539.42104.52189.162009年3006.212100.97558.55115.09199.002010年3342.402299.67629.21137.49233.462011年3635.442515.46662.95167.82225.932012年3901.612652.04700.14188.10281.912013年4074.882750.48724.83207.79294.69

為了分析面板數據，首先需要對原面板數據進行平穩性檢驗，防止偽回歸或者虛假回歸的現象出現。檢驗方法選定適用于相同單位根情形“common unit root”的LLC和Breitung檢驗，以及不同單位根情形“individual unit root”的IPS、ADF和PP檢驗。

對原序列進行單位根檢驗，檢驗結果如表2所示，所有的P值均大于0.05，表明所有檢驗結果一致認定原序列為非平穩序列。為了進一步處理數據，采取對原序列進行一階差分運算，一階差分后所有序列通過單位根檢驗，P值均小于0.05，故原序列為一階單整序列。

在驗證了原序列為一階單整序列的前提下，表3對原序列進行一階差分后再進行協整檢驗，其中跡檢驗說明，在5%顯著性水平存在2個協整方程，最大特征根檢驗說明在5%的顯著性水平存在1個協整方程。

表2 面板數據的單位根檢驗

表3 差分序列的Johansen協整檢驗

圖6 1978～2013年中國碳強度與能源結構趨勢圖

由上面的趨勢圖6可以看出，各回歸變量的斜率隨個體的不同而不同，解釋變量的回歸系數存在顯著性差異，且存在不同的截距項，因此考慮建立個體固定效應變系數模型。

個體固定效應變系數模型可以表示成如下形式：

(2)

其中αi是隨機變量，xit為k×1階回歸變量列向量，βi為k×1階回歸系數列向量，yit為被回歸變量，εit為誤差項，截距項αi包含了隨個體變化，但不隨時間變化的難以觀測的變量的影響。運用EViews軟件建立中國能源結構對碳強度影響的個體固定效應變系數模型，在面板估計“Pool Estimate”選項的估計方法“Estimation method”中，個體“Cross-section”選擇固定Fixed，時點“Period”選擇None，估計方法設定“Estimation Settings”選擇最小二乘估計方法“LS”。相依變量“Dependent variable”填入碳強度CI(Carbon intensity),橫截面特性“Cross-section specific”填入煤炭比例CP，原油比例OP，天然氣比例GP，水電比例HP和截距項C。估算結果如表4所示。

表4 面板數據估算結果

面板數據的估計方程表示為：

CI=C(6) +C(1) +C(2)×CP+C(3)*OP+C(4)×GP+C(5)×HP

(3)

替代系數形式為：

CI= 1.5656843106e-15- 12.5624895356 + 12.7668778176×CP+ 12.8268731002×OP+ 23.5072596351×GP+ 6.07238362926×HP

(4)

上述替代系數回歸模型方程(4)即為中國能源結構調整對碳強度影響的個體固定效應變系數模型。其中的C(6)系數較小可以忽略，C(2)～C(5)的回歸系數與截距項系數C(1)之差C(i)-C(1),(i=1,2,...5)即為我國單位能源消費結構調整對碳強度的影響程度，簡記為C*，各類能源結構調整的影響程度表述如下。

①C*(CP)=0.204388282

②C*(OP)=0.2643835646

③C*(GP)=10.9447700995

④C*(HP)=-6.49010590634

由此可見，煤炭比例、石油比例、天然氣比例對我國碳強度具有正向影響，水電比例具有負向影響。其中煤炭和石油的消費結構調整比例對碳強度的影響程度大致相當，即煤炭和石油消費結構比例增加1%，碳強度將增加0.2%～0.3%左右；天然氣消費結構調整比例對碳強度的影響較為明顯，天然氣的消費結構比例每增加1%，碳強度將增加10.9%左右；水電消費結構調整對于降低碳強度具有積極作用，水電消費結構比例增加1%，碳強度將會降低6.5%左右。積極發展水電、風電、太陽能等清潔能源對于緩解碳強度具有積極影響。新能源相比傳統化石能源具有清潔、環保的特征，對降低我國碳排放強度具有重要意義。

四、結論及建議

本文通過能源結構調整對碳強度的影響機制分析以及面板數據模型的分析看出，優化我國以煤炭為主的能源消費結構，提升水電、風電、太陽能等清潔新能源的利用水平，對降低碳強度具有重要的積極作用，是在滿足社會經濟可持續發展的目標下，我國能源發展戰略的必然趨勢。協整檢驗表明碳強度、煤炭比例、石油比例、天然氣比例之間存在穩定的協整關系。它們的回歸結果說明了，大力發展水電資源對降低碳強度具有很好的正面效果，水電消費結構比例增加1%，碳強度將會降低6.5%左右。具體的政策建議如下。

(1)采取多樣政策措施，優化能源結構。

我國以煤炭為主的能源結構產生了嚴重的環境污染問題。而能源問題是一個系統工程問題，需要采取多種手段優化能源結構，實現“能源—經濟—社會”的可持續發展。

(2)積極發展核電、風電、水電等清潔能源。

相比較傳統的煤炭、石油、天然氣等化石資源，核電、風電、水電等清潔能源的發展前景廣闊，屬于環境友好型的綠色能源。單位能源生產的碳排放少，環境污染少，是社會經濟可持續發展的重要能源保障。結合我國水利資源豐富的特點來看，未來我國應當大力發展水電資源，可以有效降低能源生產的碳排放。

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Research on the Effects of Energy Structure Adjustment in China on Carbon Intensity

PENG Xu， CUI Herui

( Department of Economic Management, North China Electric Power University, Baoding 071003, China )

Currently, energy structure in China is not rational owing to the distribution of natural energy resources, which results in serious environment pollution. This article introduces the concept of energy structure and carbon intensity and explores the contradictory relationship between energy structure and carbon emissions as well as the influential mechanism. Furthermore, the paper discusses the theories and methods used in studying the effects of energy restructuring on carbon intensity. Actual data are taken in establishing the varying coefficient model with individual fixed effect. The results show that the strengthening of hydropower, nuclear power, and other new energy utilization shows a positive effect on reducing carbon intensity. Therefore, measures need to be taken to optimize energy structure, which is also the trend of China’s energy strategies in the future.

energy structure; carbon intensity; environmental constraints; panel data

2014-12-18;

2015-07-16

國家自然科學基金項目：“智能電網環境下我國電力工業碳排放控制關鍵問題研究”(71471061)

彭旭(1990-)，男，安徽蚌埠人，華北電力大學經濟管理系碩士研究生，研究方向為電力經濟與管理,E-mail:donaldpengxu@163.com；崔和瑞(1967-)，男，河北易縣人，教授，博士，主要從事能源系統分析與評價、復雜系統及數量經濟分析研究。

F064.1

A

1008-407X(2016)01-0011-06