文献阅读 | 中国与能源有关的二氧化碳排放变化的驱动因素

题目

Drivers of change in China’s energy-related CO2 emissions

作者

Xiaoqi Zheng, Yonglong Lu, Jingjing Yuan , Yvette Baninla, Sheng Zhang, Nils Chr. Stenseth, Dag O. Hesseng , Hanqin Tian, Michael Obersteiner , and Deliang Chen

期刊

Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America

时间

2019年12月

一作

单位

State Key Laboratory of Urban and Regional Ecology, Research Centre for Eco-Environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences

链接

http://www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1908513117

研究背景

目前，对全球二氧化碳排放贡献最大的国家是中国，占全球排放量的近30%。与许多其他国家一样，人为二氧化碳排放的主要原因是与能源有关的化石燃料燃烧。从1978年到2018年中国经济迅速增长（年增长率为9.4%），人均国内生产总值（PCG）和人均能源使用量之间存在着强烈的耦合关系，且人均国内生产总值和人均能源消耗之间也存在非常强的正相关关系。中国的能源消耗随着经济的发展而增加，从1978年的4亿吨油当量增加到2018年的32.48亿吨油当量，年增长率为5.4%。不断增长的能源消耗对中国的环境产生了巨大的负面影响，包括土地利用的变化，空气、水和土壤的污染以及陆地和海洋的生物多样性的丧失，它还导致了大量的二氧化碳排放，造成了中国对全球大气二氧化碳浓度的相对贡献的增加。中国的PCG和人均CO₂排放量之间也有很强的耦合关系（图1A），而且已经证明经济增长仍然与CO₂排放紧密耦合。

图1. 1978年至2016年，主要国家或地区的关键指数的动态变化。A显示了人均二氧化碳排放量与人均GDP的变化；B显示了能源强度与碳强度的变化，气泡大小代表人均国内生产总值

中国当局认识到中国在全球二氧化碳减排和减缓气候变化方面的重要性，并相应地加强了应对气候变化的措施：例如，推出了 “能源生产和消费的革命性战略”。这一战略旨在加强节能，优化能源结构，支持核能和可再生能源的发展。通过这些举措，与能源有关的二氧化碳排放的增加量得以减少，然而，未来的排放仍需大幅减少，排放本身的驱动因素以及减少二氧化碳总排放量和相对排放量的政治和技术驱动因素都需要探索、量化和更好地理解。

研究方法

本文应用Kaya identity方法来分析观察到的趋势。这个分析工具将二氧化碳排放变化的贡献分配为4个因素的乘积，即人口规模（P）、PCG、单位GDP的能源强度（EI）和单位能源消耗的排放（碳强度[CI]），这些因素中的每一个对二氧化碳排放的贡献可以通过指数分解分析（IDA）来评估。据本研究团队所知，过去40年的主要决定因素还没有被完全确定和定量评估，中国碳排放的时间趋势只在短暂的时间跨度内进行过分析，因此，本文将这项研究扩展到40年的时间尺度。尽管中国的二氧化碳排放量持续上升，但它们并没有以同样的速度增长。因此，分析从1978年到2018年影响二氧化碳排放的4个因素，可以帮助政策制定者和利益相关者了解历史变化，确定如何遏制二氧化碳的增加。本文应用对数平均迪氏指数法（LMDI），借助于Kaya特性和计量经济分析方法，定量评估了1978年以来驱动中国二氧化碳排放增长的决定因素。

研究发现

中国与能源相关的二氧化碳排放的动态变化

对中国1978年至2018年的能源相关排放的准确描述，是进行分解分析的出发点。除了1994年、2005年和2012年的国家二氧化碳排放清单之外，中国当局并没有公布关于二氧化碳排放的年度官方报告。尽管如此，一些国际组织和数据库，如国际能源署（IEA）、全球大气研究排放数据库（EDGAR）、二氧化碳信息分析中心和气候获取指标工具，以及英国石油公司（BP）都发表了关于中国二氧化碳排放的报告，这些都被用于本研究。本文还根据官方能源消耗数据和既定的排放系数计算了全国的二氧化碳排放量。

从国际数据库获得的数据与中国官方排放清单数据的比较表明，IEA的数据具有最佳的匹配性。目前工作中计算出的二氧化碳排放量（图2中的红色曲线）与BP公司的数据匹配度很高。因为本文中，中国的二氧化碳排放量从1978年的1.37Gt CO₂迅速增加到2018年的9.64Gt CO₂，年均增长率为5.0%，排放历史可以大致分为3个阶段。第一阶段始于改革开放的启动，结束于2000年，在此期间，二氧化碳排放量以年均4.2%的速度缓慢增长。第二阶段从2001年中国加入世界贸易组织（WTO）开始，到2012年结束，其间年均增长率为8.5%。第三阶段是2012年后，中国经济进入“新常态”，2013年至2018年，二氧化碳排放量的增长放缓，年均增长率为0.81%。

图2. 1978年至2018年中国与能源有关的二氧化碳排放

二氧化碳排放的四个驱动因素

这四个指标的历史变化非常不同。尽管尽力优化能源结构，但与1978年相比，CI仅下降了13.1%，这是由于煤炭在一次能源消费中的比例较高，2018年仍占59.0%（比1978年低11.7个百分点）。随着经济和技术效率的不断提高，EI也在持续下降，2018年，EI比1978年下降了77.9%，但仍高于主要发达国家的EI（图1B）。PCG显示出明显高于人口增长的速度，2018年的PCG是1978年的25倍以上。自1978年以来，中国实施了计划生育政策，人口增长率得到了有效控制，2018年，总人口比1978年增加了45.0%，而人均二氧化碳排放量却增加了387%。

图3. 1978年至2018年四个指标的历史变化。以1978年为基准年，因此1978年的指标值设为1。CI（橙色）、EI（青色）和人口规模（蓝色）显示在左Y轴上，而PCG（紫色）显示在右Y轴上

通过政策变化的视角进行分解分析

通过评估每个五年规划期的宏观经济政策变化和碳排放之间的关系，国家宏观经济政策在不同时期以不同方式影响4个驱动因素，从而影响碳排放的趋势，这种影响逻辑似乎是合理的。排放制度的变化和各种贡献者的贡献与不同时期的国家政策计划密切相关（表1）。例如，1978年，中国政府开始全面调整国民经济的发展方向，从计划经济转向社会主义市场经济，中国的经济效率从受文化大革命影响的限制性经济体制中逐步得到改善。在改革后的3年间（1978年至1980年），经济增长率明显高于能源消耗的增长率，这导致了EI和CI的下降。改革开放政策也增加了国内需求，导致经济快速增长和二氧化碳排放量增加。另一个例子是中国加入世贸组织，这标志着二氧化碳排放增加的第二阶段的开始，2001年中国加入WTO后，国际市场向中国无限制开放，对能源密集型工业生产的投资增加，导致能源消耗急剧增加，EI大幅回升，在第十个五年计划（FYP）期间（2001年至2005年），4个指标的影响都是积极的。

表1. 1978年至2018年的主要政策和累积决定因素的影响（百万吨）

综合分析

不同驱动因素的正负贡献的时间变化显示了政策驱动的动态变化。在整个时期内，PCG和P对碳排放的贡献很大，而EI和CI的影响在正负之间变化，在大多数年份对二氧化碳排放有负向的影响。中国的二氧化碳排放量自1978年以来一直在增加，1978年至2018年期间增加了6倍。从这个时间跨度的总体来看（图4），对二氧化碳排放增加最重要的因素是PCG，它对1978年至2018年期间二氧化碳排放的总体变化贡献了176%。第二个最重要的因素是人口增长，占总体变化的16%。EI和CI效应显示出相反的趋势，分别导致二氧化碳排放量减少79%和13%。

图4. 1978年至2018年4个指标的累积决定因素效应。y轴上方的百分比指的是决定因素对二氧化碳排放变化的贡献

本文还进行了计量经济学分析，以进一步验证二氧化碳排放与4个驱动因素之间的关系。Johansen协整检验表明，中国的二氧化碳排放与CI、EI、PCG和PR之间存在长期稳定的协整关系，4个变量的弹性系数分别为2.24、1.16、1.25和0.50，意味着它们都与二氧化碳排放有正相关关系。例如，当PCG、EI和PR保持不变时，如果CI减少1%，那么中国的二氧化碳排放量将减少2.24%；当CI、EI和PR保持不变时，如果PCG增加1%，那么中国的二氧化碳排放量将增加1.25%。Johansen检验不仅验证了LMDI方法得出的4个指标的正负效应，而且发现在4个指标中，CI对二氧化碳排放的变化具有最大的潜在影响。然而，在现实中，与EI相比，CI对减缓二氧化碳排放增加的贡献较小，其主要是由于化石燃料消费，特别是煤炭消费的持续高比例。中国政府自1978年以来一直致力于减少EI，而CI的减少则是从 “十一五”（2006-2008）期间实施哥本哈根承诺开始的。

尽管减少CI的工作起步较晚，但中国政府已经实施了雄心勃勃的政策来促进非化石燃料能源的发展，CI的下降也越来越有助于降低碳排放。此外，可再生能源的装机容量，如风能、水能和太阳能，是世界上最大的。非化石燃料能源在一次能源消费中的比例从1978年的3.4%上升到2018年的14.3%，比2017年的全球平均水平低0.5个百分点。燃料结构略有优化（如煤炭和石油减少，天然气和可再生能源增加，核电小幅增加），但煤炭消费比例从1978年的70.7%下降到2018年的59.0%，比2017年的全球平均水平高31.4个百分点（图5A）。尽管不同的研究机构对中国能源使用的预测不同，但有一个共识，即中国的能源使用将继续上升到2030年，然后在2030年至2050年之间达到峰值。然而，由于低碳发展的趋势，燃料结构将在2050年前继续优化。

图5. 燃料结构和能源效率的动态变化。A显示了1978年至2018年间中国一次能源消费的燃料结构变化。B是1978年至2016年中国与主要发达国家的能源效率比较

中国和一些发达国家，如美国和日本，在能源效率方面的比较表明，中国在过去40年中取得了重大进展，但仍然落后于发达国家。因此，中国还有进一步提高能源效率的空间（图5B）。例如，中国的能源系统效率从1980年的25.9%提高到2012年的36.1%，而经济合作与发展组织（OECD）国家的能源系统效率自20世纪90年代初以来一直超过41.0%。自1978年以来，能源效率的提高是明显的，本文的分析表明，中国的开放政策以及产业结构的调整和经济体制的改革是这一趋势的主要促成因素。能源效率的进一步提高可能来自两个方面的驱动力，即技术改进和产业结构优化。一方面，技术改进带来的能源效率将逐渐降低，因为主要能源密集型产业的单位产品能耗在过去40年中已经在稳步提高。例如，2015年粗钢生产的EI为644公斤/吨，而全球先进水平为602公斤/吨。另一方面，中国的经济发展仍然依赖于能源密集型产业，其第二产业的比重明显高于其他主要发达国家。2017年，6个能源密集型产业的总能耗占工业总能耗的81.8%；但是，6个能源密集型产业的增加值仅占工业总增加值的29.7%。这意味着工业结构的优化在未来对降低EI非常重要。

编辑：王明皓

排版：江琴

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