峰值背景下中國經濟增長與能源碳排放關系分析☆

陳操操，邱大慶，于鳳菊，宋 丹，張 悅，孫 粉，胡永鋒

(北京市應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世紀生存和發展面臨的重大挑戰。2016年11月生效的巴黎協定，明確規定把全球溫升幅度控制在2℃，并努力控制在1℃以內。全球氣候治理嚴峻形勢無疑給各國提出了更高的要求。中國在2007年已經成為全球溫室氣體第一大排放國家，根據世界銀行數據庫最新數據顯示，2014年中國CO2排放102.9億t，超過了美國、歐盟和日本的總和。無論從自身低碳轉型和發展低碳經濟，還是履行國際承諾和引領氣候變化行動，中國高度重視應對氣候變化工作。中國政府已承諾碳排放總量在2030年達到峰值并及早達峰，將單位GDP碳排放在2005年基礎上降低60%～65%。

能源消費尤其是化石燃料燃燒產生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、碳排放與經濟增長存在復雜的系統關聯。了解中國能源消費碳排放變化的關聯因素，有助于展現應對氣候變化工作的努力，真正實現能源系統脫碳，也是學術界長期關注的問題。不少研究者單獨或聯合采用經濟學模型、因素分解模型方法來研究中國經濟發展、能源消費和碳排放關系問題。例如，林伯強等采用索洛增長模型和因素分解研究如何保障經濟增長的同時完成碳減排目標[2]。劉博文等運用LMDI分解法和Tapio脫鉤指標分析了1996年到2015年間中國區域產業增長和CO2排放的脫鉤彈性和脫鉤努力程度[3]。包森等采用埃農映射作為雙組份模型從非線性方法角度分析了能源系統的復雜性, 對中國的能源生產與消費、碳排放進行了預測[4]。有的研究者從資源和物質流動的角度分析中國能源和消費情況[5-6]。

當前更多的研究關注從行業角度討論中國能源消費與碳排放的問題，然而從能源結構、能源效率、能源生產轉化以及可再生能源等角度開展研究較少。本文基于1995～2017年中國經濟、能源消費和碳排放數據，通過脫鉤系數，Kaya模型和因素分解模型認識理解三者的相互關系，并提出相關的政策建議。

1 方法與數據

1.1 脫鉤模型

根據環境庫茲涅茨曲線(EKC)假說，經濟的增長一般帶來環境壓力和資源消耗的增大，但當采取一些有效的政策和新的技術時，可能會以較低的環境壓力和資源消耗換來同樣甚至更加快速的經濟增長，這個過程被稱為“脫鉤”，其一般表現為倒U型曲線關系。目前被廣泛引用OECD的脫鉤概念，是指阻斷經濟增長與環境沖擊之間的聯系[7, 8]。脫鉤模型的研究思路在能源消費和碳排放領域得到大量的應用[9-12]。本研究采用經典的Tapio脫鉤模型[8],研究中國 GDP增長、能源消費、碳排放之間的關系 , 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。

結果采用三狀態八分法分類, 即劃分為：連接狀態(擴張性耦合和衰退性耦合)，脫鉤狀態(強脫鉤、弱脫鉤和衰退性脫鉤)，負脫鉤狀態(強負脫鉤、弱負脫鉤、擴張性負脫鉤)[10]。

1.2 Kaya模型與LMDI指數分解

為了更好的理解碳排放、能源消費和經濟增長的相互關系，基于經典的Kaya恒等式，將碳排放分解擴展為GDP、能源消費、能源結構等影響因素[13]。

(3)

式中C——能源消費碳排放總量；

GDP——國內生產總值；

FE/GDP——單位國內生產總值能源消費總量的強度；

FEff/FE——化石能源占能源最終消費的比例；

PEff/FEff——一次化石能源生產占一次化石能源最終消費的比例；

C/PEff——碳排放總量與一次化石能源生產的比值。

進一步，選擇LMDI因素分解法對恒等式進行加法分解。LMDI屬于IDA指數分解法分支范疇，經Ang等研究者改良，具有全分解、無殘差、易使用，消除“0值問題”等優點[14-17]，被廣泛使用于能源和碳排放研究領域。對應Kaya恒等式分解如下

ΔC=ΔCGDP+ΔCEi+ΔCFEff+ΔCPEff+ΔCCi

(4)

依據加法公式

(5)

1.3 數據來源

研究所用的1995～2017年能源和經濟等數據來源于國家統計局歷年中國統計年鑒[18](1995～2018年)，中國能源統計年鑒[19](1995～2018年)。其中國內生產總值GDP數據剔除了物價影響，統一到2000年不變價。采用能源表觀消費量法計算全國碳排放量數據，即能源消費總量為終端能源消費量，生產加工轉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。能源消費導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采用國家發改委能源研究所采納的碳排放系數[20]。

2 實證分析

2.1 基本特征研究

數據結果顯示，1995、2000、2005、2010和2017年，中國最終能源消費總量分別為13.12億t、14.70億t、26.14億t、36.06億t和44.85億t噸標煤，1995～2017年年平均最終能源消費增長率為5.89%。與之對應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、能源消費總量和碳排放兩兩指標相關性高，經檢驗均滿足0.05水平下Pearson顯著性檢驗。

由圖1和圖2可見，GDP、能源消費和碳排放增長以2005年為分界點，1995～2005年，GDP、能源消費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系出現松動。

中國目前經濟發展、能源消費和碳排放有很強的階段性特征。根據增速的不同，1995～2017年最終能源消費大體上可劃分為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、碳排放和GDP相關關系(1995～2017年)

圖1 中國最終能源消費與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系。第三階段碳排放斜率要低于能源消費斜率，表明中國能源消費碳排放增長逐漸背離最終能源消費的增長。

2.2 脫鉤系數分析

圖3是中國最終能源消費和碳排放脫鉤系數的分階段均值散點圖。考慮到數據的冗長，為了更準確掌握趨勢規律，在2.1的研究結論和階段劃分的基礎上，本研究進一步把脫鉤系數時間軸歸并到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 中國最終能源消費與碳排放脫鉤系數均值散點圖

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

這種情況與全國經濟發展水平及節能減排政策出臺實施效果緊密關聯的。在“九五”和“十五”時期，全國經濟呈現高速增長，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。進入“十一五”以后，國家節能減排力度不斷加大，出臺各項法律、條例和部門規章，區域方面東部沿海發達地區減排成果顯著，逐步改善了粗放的經濟增長模式，全國層面重新從擴張性連接過渡回落到能源消費和碳排放的弱脫鉤狀態。

2.3 因素分解結果

為了便于理解，針對中國碳排放LMDI指數分解的5個因素可以解釋為：規模效應為GDP對應國內生產總值增長貢獻；強度效應FE/GDP，代表單位國內生產總值能源消費總量的強度貢獻，即提高能效對碳排放的影響；結構效應FEff/FE，代表化石能源占能源最終消費的比例，可理解為優化能源結構，降低化石能源或增加非化石能源對碳排放的貢獻；轉化效應PEff/FEff，代表一次化石能源生產占一次化石能源最終消費的比例，可理解為化石能源加工轉化的生產效率提高對碳排放的影響；質量效應C/PEff代表碳排放總量與煤油氣一次化石能源生產的比值，可理解為高碳化石能源向低碳化石能源轉變的貢獻。

圖4 關鍵驅動因素對中國碳排放的貢獻率

以正值貢獻率體現為碳排放的推動效應，負值貢獻率體現為碳排放反向阻力效應。總體上看，在中國1995～2017年能源消費碳排放的關鍵驅動因素中，規模效應GDP貢獻度依然最高，4階段平均貢獻度為330%。化石能源質量對碳排放的正向貢獻率為48%。阻力效應方面，強度效應是降低碳排放的最有力因素，能源強度平均貢獻度為-209%。轉化效應與結構效應也促使碳排放的降低，但是化石能源利用率和化石能源結構平均貢獻度分別只有-61%和-8%。

表2 中國能源消費碳排放因素分解(1995～2017年)

按4個階段碳排放因素的分解結果看，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。

首先經濟總量的擴張始終是導致碳排放增長的最主要因素，4個階段的貢獻率分別為538%、80%、176%和526%。根據環境庫茲涅茨曲線基本原理，經濟發展和環境壓力呈現倒U型關系曲線。作為發展中國家，現階段中國依然處于倒U型曲線的左端。其中1995～1999年受東南亞經濟危機的影響，也對碳排放增加產生剎車抑制作用。

能源強度體現的效率在降低碳排放上發揮的作用最大，貢獻率分別為-426%、19%、-72%和-359%，值得一提的是“十五”期間國內能源強度效應體現為負值，表明此階段能源效率不高，面臨的許多經濟和發展問題,如高耗能、高排放、粗放式經濟增長、重工化經濟結構、能源效率比較低等，存在浪費情況。

按照2000年GDP不變價，中國萬元國內生產總值能耗從1995年的2t標煤下降到2017年的0.97噸標煤，降幅達到51.5%。從1995～2017年23年期間，除2002～2005年萬元國內生產總值能耗同比上年出現了反彈上升外，其余年份能源強度均體現為下降趨勢。

再次，能源的結構效應的減排作用初步顯現，2006～2011年及2012～2017年對應的減排量為0.25億t和2.2億t，對應階段降碳貢獻率分別為-1%和-35%。根據聯合國環境規劃署的報道[21]，中國在2010～2019年一直是全球可再生能源產能的最大投資國，累計投資7 580億美元，超過美國和日本的總和。中國風電、太陽能等可再生能源裝機容量均為世界第一。截至2019年6月，中國風電裝機1.93億kW，占總裝機容量的10.5%。光伏裝機1.36億kW，占總裝機容量的7.4%，光伏裝機已經提前實現2020年的規劃目標[22]。可再生能源的發展和對傳統化石能源的替代，優化了中國的能源結構，對中國實現能源安全、大氣污染防治以及溫室氣體排放控制等多重目標均作出突出貢獻[23]。不斷提高可再生能源比重，優化能源結構，將成為未來國內碳減排的關鍵領域。

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

3 發展趨勢

改革開放40余年以來，中國經濟增長正在從高速度增長不斷轉向高質量發展，經濟增速雖然出現下滑趨勢，但是仍保持穩健增長態勢。經濟增長依然對能源消費需求擴大和碳排放增加產生最主要驅動作用，具有一定的剛性需求[2]。中國已經構建了低碳法律政策體系，遍及環保、能源、資源、循環經濟、清潔生產等，據統計，僅能源方面就有30多部行政法規，200多個部門規章[25]。能源和碳排放與經濟初步脫鉤的態勢已顯現，但經濟和環境沖擊還沒有達到庫茲涅茨曲線的拐點。

在短期內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，這有賴于產業結構升級，改變高耗能、高排放、粗放式經濟增長，推廣節能低碳產品和技術，提高能源使用效率和產出效率。從長遠來看，要實現2030年碳排放峰值目標，反向的驅動因素減量必須要高于經濟增長帶來的增量，依靠可再生能源和新能源，加快能源消費結構調整和開發是必然的選擇，利用低碳清潔的可再生能源，例如風能和太陽能等，降低煤炭消耗比重，使得經濟實現增長的同時，碳排放穩定或下降。

4 結論

(1)1995～2017年中國平均最終能源消費增長率為5.89%，平均碳排放增長率為5.54%。中國目前經濟發展、能源消費和碳排放有很強的階段性特征。1995～2005年經濟發展、碳排放與最終能源消費變化趨勢具有較高的一致性。2005年后經濟發展與能源和碳排放關系出現松動，碳排放增長速率低于能源消費增長速率且差異逐漸擴大。

(2)基于三狀態八分類Tapio指數，對1995～2017年4個階段的中國能源和碳排放脫鉤系數進行評估，中國經歷了從1995～1999年弱脫鉤(0～0.8)，到2000～2005年擴張性連接(0.8～1.2)，再回落到2006～2011年弱脫鉤(0～0.8)以及2012～2017年弱脫鉤程度繼續加深(0～0.4)，且第四階段能和碳出現脫離，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度、能源結構等影響因素關系式，以LMDI模型進行加法無殘差分解，結果表明，在中國1995～2017年能源消費碳排放的關鍵驅動因素中，規模效應GDP貢獻度依然最高，4階段平均貢獻度為330%。化石能源質量對碳排放的正向貢獻率為48%。阻力效應方面，強度效應是降低碳排放的最有力因素，能源強度平均貢獻度為-209%。轉化效應與結構效應也促使碳排放的降低，但是化石能源利用率和化石能源結構平均貢獻度分別只有-61%和-8%。

(4)中國經濟增長依然對能源消費需求擴大和碳排放增加產生最主要驅動作用，具有一定的剛性需求。短期內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，從長遠來看要實現2030年碳排放峰值目標，依靠可再生能源和新能源，加快能源消費結構調整和開發是必然的選擇。