基于GDIM的山东省能源消费碳排放与经济发展脱钩研究_闫庆友.pdf

3山东工业技术 2023 年 第 2 期(总第 310 期）收稿日期 2022-08-24 基金项目 国家重点研发计划项目“制造与协作企业全过程多价值链协同数据体系架构研究”(2020YFB1707801)。作者简介 闫庆友(1963)，男，博士，华北电力大学经济与管理学院，教授，博士生导师。通讯作者：李雪婷(1999)，女，华北电力大学经济与管理学院，硕士研究生。基于 GDIM 的山东省能源消费碳排放与经济发展脱钩研究（华北电力大学经济与管理学院，北京 102206）闫庆友，李雪婷 摘 要 随着能源消费引起的全球气候变暖问题日益加剧，如何有效控制和减少碳排放已经受到了世界各国的高度重视。碳排放与经济发展密切相关，但降碳不能以牺牲经济增长为代价，如何实现二者脱钩势必成为学者研究的重点问题。本文参照 IPCC 法计算碳排放系数并估算了 20002019 年山东省能源消费碳排放；运用广义迪氏指数分解法(GDIM)分析了碳排放驱动因素；结合 Tapio 脱钩指标和基于DPSIR 框架构建的脱钩努力模型测度了山东省经济增长和碳排放的脱钩弹性和脱钩努力程度。最后，给出了促进经济增长和能源碳排放强脱钩的若干政策建议。关键词 碳排放；经济增长；Tapio 脱钩；脱钩努力；GDIM 中图分类号 F205 文献标识码 A 文章编号 1006-7523（2023）02-0003-011DOI:10.16640/ki.37-1222/t.2023.02.001引 言随着能源消费引起的全球气候变暖问题日益加剧，如何有效控制和减少碳排放已经受到了世界各国的高度重视。中国本着大国的责任与担当，提出了“努力争取 2030 年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和”的目标。碳排放与经济发展密切相关，但降碳不能以牺牲经济增长为代价，避免陷入“中等收入陷阱”。在双碳目标和低碳经济的大背景下，碳排放与经济增长的关系一直是学者们研究的热点，而如何实现二者脱钩的问题更是研究的焦点。2002 年经济合作与发展组织(OECD)首次以“脱钩”来描述经济增长与环境污染或能源消耗联系的降低甚至阻断，并提出了描述环境压力与经济驱动力关系的 OECD 脱钩指数模型1。但OECD 脱钩模型对基期末期的选定具有高度敏感性，不同基准年下所得结果差异较大，并且仅将脱钩关系分为“绝对脱钩”和“相对脱钩”两种2。为此，Tapio3在研究欧洲经济增长与碳排放之间的关系时提出了 Tapio 脱钩指数模型对其进行改进，将脱钩关系细分为三大状态和八种等级，提高了脱钩关系测度的准确性和客观性，受到了国内外学者的普遍认可。Roco Romn-Collado 等4基于 Tapio 脱钩弹性指数分析了哥伦比亚能源消费与经济增长之间的脱钩关系。Dai Shuang 等5通过 Tapio 弹性系数法对金砖五国经济增长与能源消费碳排放之间的脱钩关系进行了对比分析。4Grand6、Stern7应用 Tapio 脱钩模型分析了世界部分国家经济增长或产业发展与碳排放之间的脱钩关系。孟陵龙8采用 Tapio 脱钩模型分析了我国 1985-2014 年电力生产碳排放与经济增长的脱钩关系及程度。任静和李敏9通过构建 Tapio 脱钩模型对河南省 GDP 与碳排放间的脱钩关系进行实证分析，得出河南省经济发展与碳排放之间总体呈相对脱钩状态的结论。为了对影响脱钩状态的各驱动因素作用机制及贡献度进行有效分析，学者们引入指数分解法对影响脱钩的关键因素进行定量测算并分析其影响程度。由于对数平均迪氏指数分解法(Logarithmic Mean Divisia Index method,LMDI)具有理论基础坚实，可操作性较强且能够进行无残差分解等优势，在国内外碳排放脱钩研究中运用的比较广泛1016。然而 LMDI 仅考虑了一个绝对量因素且因素间存在严重的相互依赖性，导致结果准确性不足。Vaninsky17,18提出了广义迪氏指数分 解 法(Generalized Divisia Index Method，GDIM)对其进行了改进，很好地解决了 LMDI 存在的问题。目前国内外对 GDIM 的应用尚处于起步阶段，尤其在碳排放与经济发展脱钩方面，相关文献较少，Yu 等19，孙玉环和杨光春20，马晓君等21分别从国家和行业层面将其用于碳排放与经济发展脱钩关系的研究。Tapio 模型能够深入研究碳排放与经济增长的脱钩关系，但未能反映政府减排努力的实际效果。脱钩努力模型是在因素分解的基础上，分析政府减排努力的实际脱钩效果以及各因素的脱钩贡献22。马晓君等21将 GDIM 与脱钩努力模型相结合，测度中国工业碳排放各驱动因素对脱钩努力的贡献程度。王杰等23，赖文亭等11和刘丽娜等12采用 LMDI、Tapio 脱钩模型和脱钩努力模型分别对金砖国家，我国各区域农业和福建省 13 个主要碳排放行业的碳排放影响因素与经济增长关系进行脱钩关系及脱钩努力程度分析。从现有文献来看，国内外对于碳排放与经济发展之间脱钩状态的研究较少。从研究内容来看，多数研究侧重于脱钩关系的判定，对影响因素的脱钩贡献进行深入研究的文献较少。从研究范围来看，主要集中在国家、区域或行业层面，从省级层面对能源消费碳排放与经济发展之间脱钩关系进行测度的文献较少。考虑到我国提出有条件的省份应该率先达峰，从而减轻其他欠发达地区的达峰压力，文章以社会经济发展较好和环境需求较为迫切的山东省为研究对象，采用碳排放系数法测算山东省 20002019 年的碳排放并通过GDIM 分解碳排放影响因素，然后构建 Tapio 脱钩指数模型和基于 DPSIR 框架的脱钩努力模型，分别对经济发展与碳排放的脱钩状态进行判定，分析政府减排努力的实际脱钩效果以及各因素的脱钩贡献，以期为山东省低碳经济发展提供建议。一、研究方法与数据来源1.研究方法（1）能源消费碳排放测算方法文章采用IPCC 国家温室气体清单指南中提供的计算方法，对能源消费碳排放进行测算，公式如下：（1）式中，C为能源消费碳排放总量，单位为万吨；iE为第i种能源消费量，单位为万吨或亿立方米；i为第i种能源的碳排放系数，表示单位能源所产生的碳排放量，单位为吨碳/吨燃料或吨碳/万立方米燃气。考虑到 IPCC 提供的碳排放系数未能充分考虑不同国家和地区能源种类的品质的差异，虽具有权威性但普适性不足，文章以我国基于本国国情编制的能源消耗引起的温室气体排放计算工具指南（2.0 版）为依据，对山东省 17 种能源的碳排放系数进行计算，过程如下：计算各类能源的低位发热量我国将煤当量（即标准煤 1kgce=29 307.6KJ/kg）作为能源计量单位，而国际上普遍采用热值单位，因此要将各类能源的折标准煤系数（kg 标准煤/kg）转换为净发热量（TJ/Gg）。（2）式中，基于 GDIM 的山东省能源消费碳排放与经济发展脱钩研究5山东工业技术 2023 年 第 2 期(总第 310 期）确定碳排放系数用缺省碳含量乘以净发热量，可以得到以实物量表示的碳排放系数（kg/kg）；1GJ 热值可换算为 34.163 273kg 标准煤，用缺省碳含量除以34.163 273 即可得到以标准量表示的 17 种能源的碳排放系数（kg/kg 标准煤），文章采用以实物量表示的碳排放系数来对碳排放量进行测算，如表 1 所示。表 1 各类能源碳排放计算相关参数序号能源类型折标准煤系数/(kgce/kg)净发热量/(TJ/Gg)碳含量/(kg/GJ)碳排放系数/(kg/kgce)1原煤0.71 20.93 26.37 0.77 2洗精煤0.90 26.38 25.41 0.74 3其他洗煤0.46 13.61 25.41 0.74 4型煤0.53 15.49 33.60 0.98 5焦炭0.97 28.47 29.50 0.86 6焦炉煤气0.61 18.00 13.58 0.40 7其他煤气0.18 5.23 13.58 0.40 8其他焦化产品1.15 33.82 29.50 0.86 9原油1.43 41.87 20.10 0.59 10汽油1.47 43.12 18.90 0.55 11煤油1.47 43.12 19.60 0.57 12柴油1.46 42.70 20.20 0.59 13燃料油1.43 41.87 21.10 0.62 14液化石油气1.71 50.24 17.20 0.50 15 炼厂干气1.57 46.05 18.20 0.53 16其他石油制品1.40 41.03 20.00 0.59 17天然气1.33 38.98 15.30 0.45（2）脱钩驱动力分析方法文章应用 GDIM 方法将山东省能源消费碳排放分解为：()()()CCCCEPGDPEPGDP=（3）()/()ECCGDPGDPE=（4）()/()GDPCCPPGDP=（5）为提高可读性，对相关变量进行改写，具体定义如表 2 所示。表 2 变量定义表变量含义单位C能源消费碳排放量万吨X1=GDP地区实际生产总值（经济发展水平）亿元X2=C/GDP生产单位 GDP 的碳排放量（产出碳强度）吨/万元X3=E能源消费量万吨标准煤X4=C/E单位能源消费产生的碳排放量（能耗碳强度）吨/吨标煤X5=P常住人口数（人口规模）万人X6=C/P人均碳排放量吨/人X7=GDP/P人均实际 GDP万元/人X8=E/GDP生产单位 GDP 的能源消费量（能源强度）吨标煤/万元将公式（3）（5）变换为如下形式：（6）34345634123181570000CX XX XX XX XX XXX XXX X=因 素12345678(,)X XXXXXXXXX=对 碳 排 放 变 化 的 贡 献 为 函 数()C X，根 据GDIM，构造雅可比矩阵：64352143817500000000()000100100000TXX XXXX X XXXXXX|=|（7）根据 GDIM 原理，碳排放的变化量C可以分解成各个因素贡献加总的形式：()()()TLCXCIXXdX+=（8）式中，L表示时间跨度，43(000000)TCXX=；I表示单位矩阵；“+”表示广义逆矩阵；若雅可比矩阵()X的列向量线性无关，则1()()()()TTXXXX+=（9）碳排放的变化可分解为 8 种效应之和：1X、3X、5X、2X、4X、6X、7X、8X。其中，1X、3X和5X为绝对量，分别反映了经济发展6水平、能源消耗以及人口规模变化对于山东省能源消耗碳排放的影响；其余五种效应为相对量因素，按顺序分别表示生产单位 GDP 的碳排放量、消耗单位能源产生的碳排放量、人均碳排放量、人均 GDP 和生产单位 GDP 所消耗的能源对碳排放变化的影响。（3）能源消费碳排放脱钩效应分析模型 Tapio 脱钩指数模型Tapio模型相较于OECD模型具有稳定性好、测量精度高、不受统计量纲的影响以及可分解分析各因素对脱钩效应贡献程度等优点，被广泛用于碳排放领域的研究。该模型创造性地引入“弹性系数”来对碳排放与经济发展之间的关系进行动态分析，提高了脱钩关系测度的准确性和客观性，并且对脱钩状态进行了更进一步的划分，公式如下：000000()/%()/ttCCCC CCtGGGGG G=（10）式中，t表示能源消费碳排放与经济发展的脱钩弹性系数；%C和%G分别表示能源消费碳排放和 GDP 的变化率；0tCC、和0tGG、分别表示基期和末期的能源消费碳排放和 GDP；C和G分别表示能源消费碳排放和 GDP 的变化量。根据弹性系数可将脱钩关系分为负脱钩、脱钩和连结 3 种状态，再以强、扩张、弱、衰退四种强度将其进一步细分为弱负脱钩、强负脱钩、扩张负脱钩、弱脱钩、强脱钩、衰退脱钩、衰退连结以及扩张连结 8 种等级，如表 3 所示。表 3 Tapio 脱钩弹性模型状态%C%Gt负脱钩弱负脱钩-0,0.8)强负脱钩+-(-，0）扩张负脱钩+(1.2,+）脱钩弱脱钩+0,0.8)强脱钩-+(-，0）衰退脱钩-(1.2,+）连接衰退连结-0.8,1.2扩张连结+0.8,1.2其中，实现低碳经济的