碳足跡計算公式及其影響因素分析報告

一、引言
過去使用化石能源的累積效應已經在近幾年越發明顯地體現出來，人們已經可以用眼睛看到一些氣溫升高帶來的不同尋常的現象。全球變暖問題已經成為環保組織和各國政府關心的重要問題之一。據統計，中國使用能源排放的CO2，約占各種溫室氣體總排放量的80%[1]。衡量并計算CO2的排放量，可以清晰地看到人類的碳足跡，增強人類減排意識，加快減排行動。

碳足跡(Carbon Footprint)是特定活動、特定產業或特定地區的二氧化碳和其他溫室氣體(Greenhouse Gas)的總排放量[2]。小到每個人、每個企業，大到每個地區、每個國家都有自己的碳足跡，它是人類活動對于環境影響的一種量度，按其產生的溫室氣體排放量，以二氧化碳為標準計算。從概念可以看出，碳足跡在一定意義上就是指二氧化碳的排放量。這個概念以形象的“足跡”為比喻，說明了我們每個人都在天空不斷增多的溫室氣體中留下了自己的痕跡。碳足跡的深淺程度反映出對地球大氣的剝削程度。它包括兩部分：一是燃燒化石燃料2（如家庭能源消費與交通）排放出二氧化碳的直接（初級）碳足跡，又叫第一碳足跡；二是人們所用產品從其制造到最終分解的整個生命周期排放出二氧化碳的間接（次級）碳足跡，又叫第二碳足跡[3]?？紤]到生產領域的碳足跡遠比消費領域深，現目前對碳排放的研究主要集中在第一碳足跡。本文正是在分析徐國泉等人對中國碳排放的特征及影響因素的基礎上，全面歸納碳足跡的影響因素，并做系統的分析（徐國泉，2008）。 本@文$內.容.來.自：中`國`碳`排*放^交*易^網 t a np ai fan g.c om

部地區是我國重要的能源生產和輸出基地，區域內煤炭資源和水能資源優勢明顯（山西、江西、安徽、河南煤炭資源豐富，湖南、湖北水能資源豐厚）。但中部六省的經濟整體上比較落后，能源品種結構仍以煤品燃料為主，且高于全國平均水平[4]。其中，山西省和河南省為煤炭、焦炭調出大省，煤在其能源消費結構中占有很大的比重，以煤為主的能源消費結構在短期內難以改變。因此中部地區的能源消費與碳足跡的大小成正比。因而，結合中部各省省情，系統研究碳足跡的影響因素顯得尤為重要。本文在因素分解模型的基礎上，對中部六省1995-2006年的碳足跡進行了測算，并就經濟發展規模分別對中部六省碳足跡做了回歸分析。同時，在基本的分解模型基礎上，建立逐層遞進的分解模型，計算中部六省碳足跡變化中的人口規模效應、經濟規模效應、能源結構效應、能源效率效應，尋找出影響各省碳足跡的顯著影響因素，對中部六省降低碳排放，發展低碳經濟具有重要的指導意義。

 
二、碳足跡的影響因素
20世紀90年代，美國經濟學家Grossman等人通過研究42個國家的經濟增長與環境質量之間的關系，發現經濟增長與環境質量呈倒U型曲線型——環境庫茲涅茨曲線（EKC）關系。他們從經濟增長影響環境質量的三條作用渠道來解釋EKC的出現：經濟發展意味著更大規模的經濟活動與資源需求量,因而對環境產生負的規模效應；但同時經濟發展又通過正的技術進步(例如更為環保的新技術的使用)效應以及結構效應(例如產業結構的升級與優化)減少了污染排放、改善了環境質量。因此，這三類效應共同決定了經濟發展與環境質量之間的這一倒U型曲線關系[5]。但除了經濟發展之外，許多其他社會因素也會影響碳排放。因此，運用因素分解法3分析碳排放變化的機制，能夠揭示各種可能的影響因素對碳足跡的貢獻度。近年來，分解分析(Decomposition Analysis)被引入EKC研究中，以確定各種機制的相對重要性，特別是確定結構變化對降低污染的貢獻。基本的分解模型主要有兩種，一是按能源求和進行分解；二是將按行業求和進行分解。
1、按能源求和的分解[6]
碳足跡的基本公式[7]為： 本+文內.容.來.自：中`國`碳`排*放*交*易^網 ta np ai fan g.com

    式中，CFP為碳足跡；Ci為i種能源的碳排放量；E為一次能源的消費量，Ei 為第i種一次能源的消費量；Y為國內生產總值(GDP)；P為人口。其分解結構如圖1。 內-容-來-自；中_國_碳_0排放￥交-易=網 t an pa i fa ng . c om

該分解模型揭示出碳排放的推動力主要是四個因素：（1）人口越多，碳排放越多，中國作為人口大國，其碳排放量即將超過美國成為全球碳排放最多的國家；（2）發展中國家人均GDP起點低，近年來增速加快，其碳排放相應仍將不可避免地增長；（3）單位GDP的能源用量，稱“能源強度”（Energy Intensity），產業不同，如農業、工業、服務業，其能源強度不同；同一行業中，技術水平低則能源強度高，因此，提高能源效率和節約能源，就是降低能源強度，是減排的有效方向之一；（4）由于各類能源碳排放強度Ci/Ei，即消費單位i種能源的碳排放量是固定不變的，而能源種類不同，碳強度（Carbon Intensity）4差異很大，因此，能源結構因素Ei/E，即i種能源在一次能源消費中的份額是碳足跡的又一主要影響因素。發展低碳能源和可再生能源，實行能源結構多元化，是減輕碳足跡的有效手段。這與日本學者茅陽一的Kaya公式本質上是一致的5。 本@文$內.容.來.自：中`國`碳`排*放^交*易^網 t a np ai fan g.c om
1、按行業求和的分解
       碳足跡的基本公式為： 內.容.來.自：中`國`碳#排*放*交*易^網 t a np ai f an g.com

       式中，CFP為碳足跡；Ci為i類行業的碳排放量；Yi為i類行業的國內生產總值（GDP）；Y為國內生產總值（GDP）。其分解結構如圖2。

內/容/來/自:中-國/碳-排*放^交%易#網-tan p a i fang . com

按七大細分產業運用此分解模型6，對1990-2005年中國的碳排放進行的定量分析，將碳排放變化分解為三種不同的變化效應：規模效應、結構效應和技術效應。分析表明，中國經濟規模的不斷增長，導致經濟活動副產品(碳排放)的不斷增加，在可以預見的未來，中國仍然面臨經濟增長與碳排放的壓力；經濟結構優化能降低碳排放，是減少碳排放的有效手段，但在降低碳排放量的角度，我國經濟結構仍有待優化；技術效應對碳排放具有負效應，但技術在降低碳排放方面并未發揮優勢，我國現行技術應用主要目的是提高勞動生產率，許多技術進步并非與提高環境質量有關，盡管技術進步非?？?，但對降低碳排放的作用并不大[8]。
因此，影響碳足跡的因素主要為能源結構變化、能源效率變化、經濟結構變化以及經濟發展規模和人口規模。在這些因素中，影響中部六省碳足跡的最顯著因素各是什么，為了融入已經來臨的低碳經濟浪潮7，中部六省應在哪些方面加大措施有效應對，下面我們來進行具體分析。 夲呅內傛萊源?。骇鎲┨?排*放^鮫*易-網 τā ńｐāīｆāńɡ.ｃōｍ
 
       三、中部六省碳足跡的演化與分析 本`文@內-容-來-自；中_國_碳排0放_交-易=網 t an pa ifa ng . c om

       1、數據搜集與估算

夲呅內傛萊源?。骇鎲┨?排*放^鮫*易-網 τā ńｐāīｆāńɡ.ｃōｍ

       本研究數據來源于1995-2006年《中國能源統計年鑒》中的各地區各一次能源消費量總量。并根據各種能源折標準煤參考系數（本文按1kg煤炭=0.7143kg標準煤，1kg焦炭=0.9714kg標準煤，1立方米天然氣= 1.33kg標準煤的標準計算）將各地區的煤炭、石油、天然氣消費量折合成標準煤。由于湖南、江西、安徽三省只有最后兩三年才有天然氣消費，且消費量相對于煤炭、石油來說很少，產生的碳排放量相對于煤炭、石油消費產生的碳排放量來說更小，為了使后面計算能源消費構成中天然氣消費比例的年增長率有意義，本文將這三個省區1995—2006年的天然氣消費量都視為零。具體的對中部六省碳足跡按以下公式估算：

本文@內/容/來/自:中-國-碳^排-放-交易&*網-tan pai fang . com

       其中，Ei為為第i種一次能源的消費量，其取值見表2；δi為單位能源消費量所產生的碳排放，即第i類能源的碳排放系數，其取值見表1。

 2、中部六省碳足跡演化趨勢分析
    (1)碳足跡格局及演化趨勢。從1995年到2006年，中部六省的碳足跡演化趨勢可以比較明顯的分為兩個階段，經歷了1995-2001年的平緩演變階段和2001-2006年的快速演進階段?？偟膩碚f，中部各省在2001年以前碳足跡比較平穩，2001年以后有逐年迅速加深的趨勢(見圖3)。其中，山西省碳足跡明顯高于其余五個省，這與王錚等人對我國30個省、市、自治區的碳排放量進行對比分析表明山西省無論是總排放量，還是人均排放量和單位GDP排放量都是最高的[9]的結論一致。形成這種格局主要是由于中部六省從產業結構看就是一個能源大省（山西?。┘游鍌€農業大省，且山西省能源產業水平整體較低，仍背負沉重的環境治理包袱。因此，要真正實現山西省的能源資源優勢，必須切實發展低碳經濟。 內/容/來/自:中-國-碳-排-放*交…易-網-tan pai fang . com

 
 

內/容/來/自:中-國/碳-排*放^交%易#網-tan p a i fang . com

       (2)碳足跡與經濟增長的關系。Grossman等學者依據實證分析得出了環境庫茲涅茨曲線（EKC），指出經濟發展與環境質量之間也可能存在倒U型曲線關系，即在經濟發展初期階段經濟增長、人均收入的提高將會導致環境質量的下降，然而一旦經濟發展超越了某一臨界值點，人均收入的進一步提高反而會有助于降低環境污染、改善環境質量。受這一觀點啟發，大量學者運用各國截面、時序或者面板數據，對是否存在環境庫茲涅茨曲線進行了廣泛研究。研究表明，環境庫茲涅茨曲線不一定嚴格呈現倒U型，有的甚至表現為線性或N型。 本`文@內-容-來-自；中_國_碳排0放_交-易=網 t an pa ifa ng . c om

除了湖南省，其余五個省碳足跡與經濟發展之間的回歸模型中擬合優度R2 均大于0.90，表明擬合程度很高，他們的回歸方程均能解釋90%的變量，且F值均大于90，sig.=0.000，表明回歸方程顯著性檢驗很好，碳足跡與人均GDP的線性關系非常顯著。說明除了湖南省的其余五個省的碳足跡與人均GDP之間的基本關系呈正相關性，即隨著人均GDP進一步上升，CO2排放量將同時增加。當然，這與中部省區仍處于粗放型的經濟發展階段密切相關，使其碳足跡的演化趨勢正處于EKC的上升階段，但若能找出碳足跡加深的真正原因，切實發展低碳經濟，仍可進入EKC的下降階段。

內.容.來.自：中`國`碳#排*放*交*易^網 t a np ai f an g.com

由于湖南省碳足跡與經濟發展之間的回歸模型中擬合優度和F檢驗效果均不佳，說明湖南省碳足跡與經濟發展之間的基本關系不是正相關關系。為了進一步確定其關系，本文進而對湖南省碳足跡與經濟發展之間進行了六種曲線回歸，回歸模型概要與參數估計如表4所示。
       從表4中可以看出，各種曲線回歸效果中，三次曲線回歸模型的擬合優度最高（R2 =0.974），表明擬合程度很高，該三次曲線回歸方程均能解釋97.4%的變量，且F=99.852，sig.=0.000，表明三次曲線回歸方程顯著性檢驗很好，碳足跡與人均GDP的三次曲線關系非常顯著。因此，湖南省碳足跡與經濟發展之間的基本關系是三次曲線關系，其碳足跡與經濟發展之間存在倒N型曲線關系。具體的回歸模型表現為：

CFP =11882.736-3.931x+0.001x2-1.934E-8x3 本@文$內.容.來.自：中`國`碳`排*放^交*易^網 t a np ai fan g.c om

（R2 =0.974，F=99.852，sig.=0.000）

3、中部六省碳足跡演化中的各效應分析
要將碳足跡的變化量完全歸入各種效應，需要處理分解余量（來自于各因素變化量的耦合），目前廣泛使用的方法包括固定權重方法、適應權重方法(AWD) 、平均分配余量方法等等。本文運用分層次分解方法以實現對碳足跡變化的完全分解，該方法將式(1)看作三個層次的連續分解：第一個層次為Ct = PtAt(P總人口，A為人均碳排放量)，將碳足跡分解為人口和人均碳排放量；第二個層次為At = ytBt（y=GDP/P，及收入水平；B=C/GDP，即碳排放強度8，將人均碳排放量分解為收入水平和碳排放強度；第三個層次為Bt = It Sitδit（I=E/GDP，即能源強度；Si為第i種能源的結構），將碳排放強度進一步分解為能源強度和能源結構，并在每一個層次中使用平均分配余量方法，則碳足跡變化分解為按照下述方式定義的人口規模效應、經濟規模效應、能源結構效應、能源效率效應[10-12]：

本@文$內.容.來.自：中`國`碳`排*放^交*易^網 t a np ai fan g.c om

Gtot = Gpeo + Ginc + Gstr + Gtec                        (4)
Gpeo = gp (1 +0.5 gA)                                            (5)
G inc= gy (1 +0.5 gB)(1 +0.5 gp)                            (6)
                                                                       Gtec= gI(1 +0.5gH)(1 +0.5 gy) (1 +0.5 gp)            (7) 內-容-來-自；中_國_碳_0排放￥交-易=網 t an pa i fa ng . c om

Gstr = cio gsi(1 +0.5 gI) (1 +0.5 gy) ( 1 +0.5 gp)    (8)
 
 
其中，Gtot = (Ct - C0) / C0 為相對于基年的碳足跡變化率，Gpeo為人口規模效應，Ginc為經濟規模效應，Gstr為能源結構效應，Gtec為能源效率效應，gx = ( xt - x0) / x0為變量x相對于基年的變化率，ci0 =Ci0/ C0為基年能源i的碳足跡所占份額。 內.容.來.自：中`國`碳#排*放*交*易^網 t a np ai f an g.com