碳足迹计算公式及其影响因素分析报告

一、引言
过去使用化石能源的累积效应已经在近几年越发明显地体现出来，人们已经可以用眼睛看到一些气温升高带来的不同寻常的现象。全球变暖问题已经成为环保组织和各国政府关心的重要问题之一。据统计，中国使用能源排放的CO2，约占各种温室气体总排放量的80%[1]。衡量并计算CO2的排放量，可以清晰地看到人类的碳足迹，增强人类减排意识，加快减排行动。

碳足迹(Carbon Footprint)是特定活动、特定产业或特定地区的二氧化碳和其他温室气体(Greenhouse Gas)的总排放量[2]。小到每个人、每个企业，大到每个地区、每个国家都有自己的碳足迹，它是人类活动对于环境影响的一种量度，按其产生的温室气体排放量，以二氧化碳为标准计算。从概念可以看出，碳足迹在一定意义上就是指二氧化碳的排放量。这个概念以形象的“足迹”为比喻，说明了我们每个人都在天空不断增多的温室气体中留下了自己的痕迹。碳足迹的深浅程度反映出对地球大气的剥削程度。它包括两部分：一是燃烧化石燃料2（如家庭能源消费与交通）排放出二氧化碳的直接（初级）碳足迹，又叫第一碳足迹；二是人们所用产品从其制造到最终分解的整个生命周期排放出二氧化碳的间接（次级）碳足迹，又叫第二碳足迹[3]。考虑到生产领域的碳足迹远比消费领域深，现目前对碳排放的研究主要集中在第一碳足迹。本文正是在分析徐国泉等人对中国碳排放的特征及影响因素的基础上，全面归纳碳足迹的影响因素，并做系统的分析（徐国泉，2008）。 本@文$内.容.来.自：中`国`碳`排*放^交*易^网 t a np ai fan g.c om

部地区是我国重要的能源生产和输出基地，区域内煤炭资源和水能资源优势明显（山西、江西、安徽、河南煤炭资源丰富，湖南、湖北水能资源丰厚）。但中部六省的经济整体上比较落后，能源品种结构仍以煤品燃料为主，且高于全国平均水平[4]。其中，山西省和河南省为煤炭、焦炭调出大省，煤在其能源消费结构中占有很大的比重，以煤为主的能源消费结构在短期内难以改变。因此中部地区的能源消费与碳足迹的大小成正比。因而，结合中部各省省情，系统研究碳足迹的影响因素显得尤为重要。本文在因素分解模型的基础上，对中部六省1995-2006年的碳足迹进行了测算，并就经济发展规模分别对中部六省碳足迹做了回归分析。同时，在基本的分解模型基础上，建立逐层递进的分解模型，计算中部六省碳足迹变化中的人口规模效应、经济规模效应、能源结构效应、能源效率效应，寻找出影响各省碳足迹的显著影响因素，对中部六省降低碳排放，发展低碳经济具有重要的指导意义。

 
二、碳足迹的影响因素
20世纪90年代，美国经济学家Grossman等人通过研究42个国家的经济增长与环境质量之间的关系，发现经济增长与环境质量呈倒U型曲线型——环境库兹涅茨曲线（EKC）关系。他们从经济增长影响环境质量的三条作用渠道来解释EKC的出现：经济发展意味着更大规模的经济活动与资源需求量,因而对环境产生负的规模效应；但同时经济发展又通过正的技术进步(例如更为环保的新技术的使用)效应以及结构效应(例如产业结构的升级与优化)减少了污染排放、改善了环境质量。因此，这三类效应共同决定了经济发展与环境质量之间的这一倒U型曲线关系[5]。但除了经济发展之外，许多其他社会因素也会影响碳排放。因此，运用因素分解法3分析碳排放变化的机制，能够揭示各种可能的影响因素对碳足迹的贡献度。近年来，分解分析(Decomposition Analysis)被引入EKC研究中，以确定各种机制的相对重要性，特别是确定结构变化对降低污染的贡献。基本的分解模型主要有两种，一是按能源求和进行分解；二是将按行业求和进行分解。
1、按能源求和的分解[6]
碳足迹的基本公式[7]为： 本+文内.容.来.自：中`国`碳`排*放*交*易^网 ta np ai fan g.com

    式中，CFP为碳足迹；Ci为i种能源的碳排放量；E为一次能源的消费量，Ei 为第i种一次能源的消费量；Y为国内生产总值(GDP)；P为人口。其分解结构如图1。 内-容-来-自；中_国_碳_0排放￥交-易=网 t an pa i fa ng . c om

该分解模型揭示出碳排放的推动力主要是四个因素：（1）人口越多，碳排放越多，中国作为人口大国，其碳排放量即将超过美国成为全球碳排放最多的国家；（2）发展中国家人均GDP起点低，近年来增速加快，其碳排放相应仍将不可避免地增长；（3）单位GDP的能源用量，称“能源强度”（Energy Intensity），产业不同，如农业、工业、服务业，其能源强度不同；同一行业中，技术水平低则能源强度高，因此，提高能源效率和节约能源，就是降低能源强度，是减排的有效方向之一；（4）由于各类能源碳排放强度Ci/Ei，即消费单位i种能源的碳排放量是固定不变的，而能源种类不同，碳强度（Carbon Intensity）4差异很大，因此，能源结构因素Ei/E，即i种能源在一次能源消费中的份额是碳足迹的又一主要影响因素。发展低碳能源和可再生能源，实行能源结构多元化，是减轻碳足迹的有效手段。这与日本学者茅阳一的Kaya公式本质上是一致的5。 本@文$内.容.来.自：中`国`碳`排*放^交*易^网 t a np ai fan g.c om
1、按行业求和的分解
       碳足迹的基本公式为： 内.容.来.自：中`国`碳#排*放*交*易^网 t a np ai f an g.com

       式中，CFP为碳足迹；Ci为i类行业的碳排放量；Yi为i类行业的国内生产总值（GDP）；Y为国内生产总值（GDP）。其分解结构如图2。

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按七大细分产业运用此分解模型6，对1990-2005年中国的碳排放进行的定量分析，将碳排放变化分解为三种不同的变化效应：规模效应、结构效应和技术效应。分析表明，中国经济规模的不断增长，导致经济活动副产品(碳排放)的不断增加，在可以预见的未来，中国仍然面临经济增长与碳排放的压力；经济结构优化能降低碳排放，是减少碳排放的有效手段，但在降低碳排放量的角度，我国经济结构仍有待优化；技术效应对碳排放具有负效应，但技术在降低碳排放方面并未发挥优势，我国现行技术应用主要目的是提高劳动生产率，许多技术进步并非与提高环境质量有关，尽管技术进步非常快，但对降低碳排放的作用并不大[8]。
因此，影响碳足迹的因素主要为能源结构变化、能源效率变化、经济结构变化以及经济发展规模和人口规模。在这些因素中，影响中部六省碳足迹的最显著因素各是什么，为了融入已经来临的低碳经济浪潮7，中部六省应在哪些方面加大措施有效应对，下面我们来进行具体分析。 夲呅內傛莱源亍：ф啯碳*排*放^鲛*易-網 τā ńｐāīｆāńɡ.ｃōｍ
 
       三、中部六省碳足迹的演化与分析 本`文@内-容-来-自；中_国_碳排0放_交-易=网 t an pa ifa ng . c om

       1、数据搜集与估算

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       本研究数据来源于1995-2006年《中国能源统计年鉴》中的各地区各一次能源消费量总量。并根据各种能源折标准煤参考系数（本文按1kg煤炭=0.7143kg标准煤，1kg焦炭=0.9714kg标准煤，1立方米天然气= 1.33kg标准煤的标准计算）将各地区的煤炭、石油、天然气消费量折合成标准煤。由于湖南、江西、安徽三省只有最后两三年才有天然气消费，且消费量相对于煤炭、石油来说很少，产生的碳排放量相对于煤炭、石油消费产生的碳排放量来说更小，为了使后面计算能源消费构成中天然气消费比例的年增长率有意义，本文将这三个省区1995—2006年的天然气消费量都视为零。具体的对中部六省碳足迹按以下公式估算：

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       其中，Ei为为第i种一次能源的消费量，其取值见表2；δi为单位能源消费量所产生的碳排放，即第i类能源的碳排放系数，其取值见表1。

 2、中部六省碳足迹演化趋势分析
    (1)碳足迹格局及演化趋势。从1995年到2006年，中部六省的碳足迹演化趋势可以比较明显的分为两个阶段，经历了1995-2001年的平缓演变阶段和2001-2006年的快速演进阶段。总的来说，中部各省在2001年以前碳足迹比较平稳，2001年以后有逐年迅速加深的趋势(见图3)。其中，山西省碳足迹明显高于其余五个省，这与王铮等人对我国30个省、市、自治区的碳排放量进行对比分析表明山西省无论是总排放量，还是人均排放量和单位GDP排放量都是最高的[9]的结论一致。形成这种格局主要是由于中部六省从产业结构看就是一个能源大省（山西省）加五个农业大省，且山西省能源产业水平整体较低，仍背负沉重的环境治理包袱。因此，要真正实现山西省的能源资源优势，必须切实发展低碳经济。 内/容/来/自:中-国-碳-排-放*交…易-网-tan pai fang . com

 
 

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       (2)碳足迹与经济增长的关系。Grossman等学者依据实证分析得出了环境库兹涅茨曲线（EKC），指出经济发展与环境质量之间也可能存在倒U型曲线关系，即在经济发展初期阶段经济增长、人均收入的提高将会导致环境质量的下降，然而一旦经济发展超越了某一临界值点，人均收入的进一步提高反而会有助于降低环境污染、改善环境质量。受这一观点启发，大量学者运用各国截面、时序或者面板数据，对是否存在环境库兹涅茨曲线进行了广泛研究。研究表明，环境库兹涅茨曲线不一定严格呈现倒U型，有的甚至表现为线性或N型。 本`文@内-容-来-自；中_国_碳排0放_交-易=网 t an pa ifa ng . c om

除了湖南省，其余五个省碳足迹与经济发展之间的回归模型中拟合优度R2 均大于0.90，表明拟合程度很高，他们的回归方程均能解释90%的变量，且F值均大于90，sig.=0.000，表明回归方程显著性检验很好，碳足迹与人均GDP的线性关系非常显著。说明除了湖南省的其余五个省的碳足迹与人均GDP之间的基本关系呈正相关性，即随着人均GDP进一步上升，CO2排放量将同时增加。当然，这与中部省区仍处于粗放型的经济发展阶段密切相关，使其碳足迹的演化趋势正处于EKC的上升阶段，但若能找出碳足迹加深的真正原因，切实发展低碳经济，仍可进入EKC的下降阶段。

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由于湖南省碳足迹与经济发展之间的回归模型中拟合优度和F检验效果均不佳，说明湖南省碳足迹与经济发展之间的基本关系不是正相关关系。为了进一步确定其关系，本文进而对湖南省碳足迹与经济发展之间进行了六种曲线回归，回归模型概要与参数估计如表4所示。
       从表4中可以看出，各种曲线回归效果中，三次曲线回归模型的拟合优度最高（R2 =0.974），表明拟合程度很高，该三次曲线回归方程均能解释97.4%的变量，且F=99.852，sig.=0.000，表明三次曲线回归方程显著性检验很好，碳足迹与人均GDP的三次曲线关系非常显著。因此，湖南省碳足迹与经济发展之间的基本关系是三次曲线关系，其碳足迹与经济发展之间存在倒N型曲线关系。具体的回归模型表现为：

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

（R2 =0.974，F=99.852，sig.=0.000）

3、中部六省碳足迹演化中的各效应分析
要将碳足迹的变化量完全归入各种效应，需要处理分解余量（来自于各因素变化量的耦合），目前广泛使用的方法包括固定权重方法、适应权重方法(AWD) 、平均分配余量方法等等。本文运用分层次分解方法以实现对碳足迹变化的完全分解，该方法将式(1)看作三个层次的连续分解：第一个层次为Ct = PtAt(P总人口，A为人均碳排放量)，将碳足迹分解为人口和人均碳排放量；第二个层次为At = ytBt（y=GDP/P，及收入水平；B=C/GDP，即碳排放强度8，将人均碳排放量分解为收入水平和碳排放强度；第三个层次为Bt = It Sitδit（I=E/GDP，即能源强度；Si为第i种能源的结构），将碳排放强度进一步分解为能源强度和能源结构，并在每一个层次中使用平均分配余量方法，则碳足迹变化分解为按照下述方式定义的人口规模效应、经济规模效应、能源结构效应、能源效率效应[10-12]：

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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) 内-容-来-自；中_国_碳_0排放￥交-易=网 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 为相对于基年的碳足迹变化率，Gpeo为人口规模效应，Ginc为经济规模效应，Gstr为能源结构效应，Gtec为能源效率效应，gx = ( xt - x0) / x0为变量x相对于基年的变化率，ci0 =Ci0/ C0为基年能源i的碳足迹所占份额。 内.容.来.自：中`国`碳#排*放*交*易^网 t a np ai f an g.com