山東省煤炭碳排放的影響因素及減排措施

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摘要：針對(duì)山東省煤炭行業(yè)碳排放問題，基于2005年～2014年山東省煤炭行業(yè)歷史數(shù)據(jù)，首先采用Kaya分解模型，找出影響山東煤炭行業(yè)碳排放水平的驅(qū)動(dòng)因素，以及各因素的變化趨勢(shì)；然后結(jié)合LMDI模型，得出各驅(qū)動(dòng)因素對(duì)山東省煤炭行業(yè)的絕對(duì)貢獻(xiàn)值，并對(duì)比碳排放水平進(jìn)行具體分析，最后提出合理化的減排措施及建議。

關(guān)鍵詞：碳排放；Kaya分解模型；煤炭行業(yè)；碳減排

0引言

煤炭行業(yè)作為我國能源生產(chǎn)的支柱產(chǎn)業(yè)，也是高消耗、高污染行業(yè)之一。考慮到資源環(huán)境現(xiàn)狀和實(shí)現(xiàn)我國經(jīng)濟(jì)又好又快發(fā)展的目標(biāo)，對(duì)煤炭產(chǎn)業(yè)進(jìn)行碳減排已成為我國碳減排道路上必須面對(duì)和重視的問題。本文基于改進(jìn)后的碳排放Kaya分解模型，以2005年為基期，對(duì)2005年~2014年的山東省煤炭行業(yè)碳排放狀況進(jìn)行研究，得出影響煤炭行業(yè)碳排放的幾大驅(qū)動(dòng)因素，并提出合理的碳減排措施及建議。

1煤炭行業(yè)碳排放量計(jì)算模型

對(duì)比一般行業(yè)碳排放量計(jì)算的方法，即各個(gè)相關(guān)部門每一種能源消耗量和該能源碳排放系數(shù)相乘累計(jì)所得到的計(jì)算過程，煤炭行業(yè)還需考慮到在煤炭開采過程中所產(chǎn)生的伴生物品（如瓦斯等）對(duì)碳排放的貢獻(xiàn)值。相關(guān)研究表明，瓦斯的主要成分甲烷對(duì)溫室效應(yīng)影響程度是CO2的24.5倍，故可將甲烷看作一種碳排放系數(shù)為24.5的“無關(guān)能源”，與其他能源消耗所產(chǎn)生的碳排放量進(jìn)行累計(jì)，進(jìn)而得到煤炭行業(yè)的碳排放總量C=λiEi+24.5G+r（1）式中λi———第i種能源的碳排放系數(shù)；Ei———第i種能源的消耗總量；G———在煤炭生產(chǎn)過程中的瓦斯排放量；r———在煤炭生產(chǎn)過程中由于煤矸石等在堆積過程中因氧化產(chǎn)生的碳排放量。

2山東省煤炭行業(yè)碳排放因素分解模型

2.1Kaya恒等式

目前碳排放影響因素的研究雖然還存在著很多不足，但是其中一些較為成熟的理論也被大眾所接受，最為被接受的是日本學(xué)者Yoichikaya（1989）于IPCC研討會(huì)上提出的Kaya恒等式理論，該觀點(diǎn)將一些諸如能源、經(jīng)濟(jì)等宏觀因素以數(shù)學(xué)的關(guān)系來分析描述碳排放量變化的影響因素。目前，該理論得到了學(xué)術(shù)界的普遍認(rèn)可和碳排放研究學(xué)者的廣泛運(yùn)用，Kaya恒等式是Kaya理論的核心內(nèi)容，其分解模型碳排放總量C=CPE×PEGDP×GDPP×P（2）式中PE———能源消費(fèi)總量；GDP———國民生產(chǎn)總值；P———人口數(shù)量。

2.2煤炭行業(yè)碳排放影響因素的Kaya分解模型

本文旨在分析山東省煤炭產(chǎn)業(yè)碳排放影響因素，僅考慮以上因素并不全面，故在Kaya理論的基礎(chǔ)上對(duì)Kaya恒等式進(jìn)行了改進(jìn)，加入了能源結(jié)構(gòu)效應(yīng)等影響因子，改進(jìn)后的煤炭行業(yè)Kaya分解模型山東省煤炭行業(yè)碳排放總量MC=ΣMCi=ΣMCiEi×EiNH×NHGDP1×GDP1P′×P′（3）式中MCi———第i種能源的碳排放量；Ei———山東省煤炭行業(yè)第i種能源消耗量；NH———山東省煤炭行業(yè)能源消耗總量；GDP1———山東省煤炭行業(yè)總產(chǎn)值；P′———山東省煤炭行業(yè)從業(yè)人口數(shù)量。由式（3）可定義能源排放強(qiáng)度因素Fi=MCi/Ei，即消費(fèi)單位第i種能源產(chǎn)生的碳排放量；能源結(jié)構(gòu)因素Si=Ei/NH，即第i種能源在一次能源消費(fèi)總量中的份額；能源效率因素I=NH/GDP1，即單位煤炭產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值的能源消耗；行業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展因素R=GDP1/P′，即煤炭產(chǎn)業(yè)的人均生產(chǎn)總值；此外，煤炭行業(yè)第t期相對(duì)于基期碳排放量的變化量ΔMC=MCt-MC0（4）式中MCt———第t期山東省煤炭行業(yè)的碳排放總量；MC0———2005年山東省煤炭行業(yè)的碳排放總量。簡(jiǎn)化后的Kaya模型為MC=ΣMCi=ΣFiSiIRP′（5）式中Fi———第i種能源的碳排放強(qiáng)度；Si———第i種能源的消費(fèi)占比；I———煤炭行業(yè)單位生產(chǎn)總值所需能耗量；R———煤炭行業(yè)人均生產(chǎn)總值。基于式（3）～式（5），結(jié)合LMDI分析法對(duì)各驅(qū)動(dòng)因素貢獻(xiàn)程度進(jìn)行分解計(jì)算，各影響因素的碳排放變化量貢獻(xiàn)值：能源結(jié)構(gòu)效應(yīng)對(duì)煤炭行業(yè)碳排放量變化的貢獻(xiàn)值ΔMCS=3i=1ΣWi′lnSitSi0；能源排放強(qiáng)度效應(yīng)對(duì)煤炭行業(yè)碳排放量變化的貢獻(xiàn)值ΔMCF=3i=1ΣWi′lnFitFi0；能源效率效應(yīng)對(duì)煤炭行業(yè)碳排放量變化的貢獻(xiàn)值ΔMCI=3i=1ΣWi′lnItI0；行業(yè)經(jīng)濟(jì)效應(yīng)對(duì)煤炭行業(yè)碳排放量變化的貢獻(xiàn)值ΔMCR=3i=1ΣWi′lnRtR0；人口規(guī)模效應(yīng)對(duì)煤炭行業(yè)碳排放量變化的貢獻(xiàn)值ΔMCP=3i=1ΣWi′lnP′tP′0；其中，Wi′=MCit-MCi0ln（MCit/MCi0）（6）式中Sit———第t期山東省煤炭行業(yè)第i種能源的消費(fèi)占比；Si0———2005年山東省煤炭行業(yè)第i種能源的消費(fèi)占比；Fit———第t期第i種能源的碳排放強(qiáng)度；Fi0———2005年第i種能源的碳排放強(qiáng)度；It———第t期山東省煤炭行業(yè)的能源效率值；I0———2005年山東省煤炭行業(yè)的能源效率值；Rt———第t期山東省煤炭行業(yè)的人均生產(chǎn)總值；R0———2005年山東省煤炭行業(yè)的人均生產(chǎn)總值；P′t———第t期山東省煤炭行業(yè)從業(yè)人口數(shù)量；P′0———2005年山東省煤炭行業(yè)從業(yè)人口數(shù)量；MCit———第t期山東省煤炭行業(yè)第i種能源消耗產(chǎn)生的碳排放量；MCi0———2005年山東省煤炭行業(yè)第i種能源消耗產(chǎn)生的碳排放量。

3山東省煤炭礦區(qū)碳排放影響因素分解

3.1數(shù)據(jù)來源及處理

本文采用的2005年～2014年山東省煤炭行業(yè)歷史數(shù)據(jù)均來源于《山東省煤炭工業(yè)局統(tǒng)計(jì)年鑒》和《煤炭產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)信息手冊(cè)》；其中，能源消耗量由煤炭產(chǎn)量和噸煤綜合能耗計(jì)算獲得近似值；由于統(tǒng)計(jì)方法的差異性，且山東省煤炭產(chǎn)量95%以上來源于國有重點(diǎn)煤礦或省屬市屬重點(diǎn)煤礦，采用山東省重點(diǎn)煤礦煤炭產(chǎn)量代替山東省煤炭產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)量；根據(jù)礦井的相對(duì)涌出量計(jì)算出瓦斯排放量；常用能源的碳排放系數(shù)來源于國家發(fā)改委能源所于2003年發(fā)表的《中國可持續(xù)發(fā)展能源暨碳排放情景分析綜合報(bào)告》；能源折標(biāo)系數(shù)等數(shù)據(jù)來源于山東省煤炭工業(yè)局。

3.2碳排放影響因素分析

首先根據(jù)式（1）、式（2），結(jié)合表1、表2相關(guān)數(shù)據(jù)得出山東煤炭工業(yè)歷年碳排放水平（包括人均碳排放水平).煤炭行業(yè)碳排放總量與人均碳排放水平的變化趨勢(shì)大體一致，這就表明目前煤炭行業(yè)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展主要是由能源的消耗來推動(dòng)，伴隨著能源的大量消耗，大量的碳排放也就不可避免。由式（2）、式（3）和表1、表2中的相關(guān)數(shù)據(jù)得到各驅(qū)動(dòng)因素的變化趨勢(shì).近10a來，各驅(qū)動(dòng)因素的變化趨勢(shì)參差不齊。其中，能源效率效應(yīng)大體上一直呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)；行業(yè)經(jīng)濟(jì)效應(yīng)、人口規(guī)模效應(yīng)的變化趨勢(shì)有升有降。因一次能源的碳排放系數(shù)不發(fā)生變化，能源排放強(qiáng)度一直呈現(xiàn)著趨于穩(wěn)定的變化趨勢(shì)，對(duì)比碳排放總量的變化，可知該驅(qū)動(dòng)因素并未對(duì)碳排放總量造成較大的影響；能源結(jié)構(gòu)效應(yīng)，反映了煤炭行業(yè)中一次能源的消耗結(jié)構(gòu)和瓦斯排放量占比的大小對(duì)碳排放量的影響。在分析完各驅(qū)動(dòng)因素的變化趨勢(shì)之后，能源排放強(qiáng)度對(duì)煤炭行業(yè)碳排放量的貢獻(xiàn)值為0，受碳排放系數(shù)不可改變的影響，故能源排放強(qiáng)度這一驅(qū)動(dòng)因素為無關(guān)因素；能源結(jié)構(gòu)效應(yīng)的貢獻(xiàn)值一直為正，且呈現(xiàn)逐年上升的趨勢(shì)，故可以看出能源結(jié)構(gòu)效應(yīng)這一因素，推動(dòng)了煤炭行業(yè)碳排放量的增長，為推動(dòng)因素；能源效率效應(yīng)的絕對(duì)貢獻(xiàn)值一直為負(fù)，且負(fù)貢獻(xiàn)值逐年增大，即對(duì)碳排放總量的抑制作用逐年增大，為抑制因素；行業(yè)經(jīng)濟(jì)效應(yīng)對(duì)碳排放總量的貢獻(xiàn)值，前半部分為正值，但隨著煤炭開采數(shù)量的減少、開采技術(shù)的提高，以及對(duì)開采成本的控制，開始實(shí)現(xiàn)對(duì)碳排放總量負(fù)貢獻(xiàn)，未來如果繼續(xù)加大開采技術(shù)研發(fā)和開采成本降低、開采量的限制，行業(yè)經(jīng)濟(jì)效應(yīng)即可成為抑制因素。另外，因人口規(guī)模效應(yīng)對(duì)煤炭行業(yè)的影響是正相關(guān)，故在此可以判定該因素為推動(dòng)因素，由此看出采取有效的措施控制煤炭行業(yè)人口規(guī)模，一定程度上能夠抑制煤炭行業(yè)碳排放總量的增長，實(shí)現(xiàn)碳減排。

4碳減排措施及建議

（1）優(yōu)化能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，加大煤炭清潔利用力度。受限于煤炭作為主要消費(fèi)能源的資源現(xiàn)狀，煤炭行業(yè)生產(chǎn)和消費(fèi)的現(xiàn)狀很難得以改變，通過對(duì)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，減少煤炭消費(fèi)總量，增加清潔能源如風(fēng)能、水能等的能源消費(fèi)占比，改善煤炭行業(yè)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，加大煤炭清潔利用力度是實(shí)現(xiàn)煤炭企業(yè)低碳排放、提高資源經(jīng)濟(jì)效益的主要途徑。（2）加大低碳技術(shù)投入，提高開采技術(shù)水平。升級(jí)煤炭行業(yè)的技術(shù)裝備、創(chuàng)新煤炭生產(chǎn)技術(shù)，提高煤炭開采效率和能源利用效率，例如煤層氣的抽取再轉(zhuǎn)化為清潔能源投入生產(chǎn)等，進(jìn)而達(dá)到碳排放水平的降低。雖然這些投入，前期可能要增加煤炭開采成本，但是從節(jié)能減排的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)來看，這些投入都是值得的。（3）發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，提高能源利用效率。發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，變過去單純的污染后治理為資源綜合利用的治理方式，實(shí)施煤炭分質(zhì)分級(jí)梯級(jí)利用。將傳統(tǒng)的“三廢”循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念提升到主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的循環(huán)經(jīng)濟(jì)一體化發(fā)展，變單純的原煤生產(chǎn)企業(yè)為輸出優(yōu)質(zhì)商品煤、清潔電力、蒸汽、熱力等的能源綜合體企業(yè)集群，實(shí)現(xiàn)煤礦清潔生產(chǎn)，礦井水、煤礦瓦斯的有效利用，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。（4）優(yōu)化煤炭行業(yè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，關(guān)停或整合小型和落后型煤礦，使煤礦集中化生產(chǎn)，并投入機(jī)械化開采設(shè)備，降低煤炭行業(yè)從業(yè)人口規(guī)模，進(jìn)而達(dá)到降低碳排放的目標(biāo)。

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作者:張士強(qiáng) 蔣蓬陽 宋曉妮 單位:山東科技大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院 濟(jì)南大學(xué)商學(xué)院 山東科技大學(xué)礦業(yè)與安全工程學(xué)院