山東省煤炭碳排放的影響因素及減排措施

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摘要：針對山東省煤炭行業碳排放問題，基于2005年～2014年山東省煤炭行業歷史數據，首先采用Kaya分解模型，找出影響山東煤炭行業碳排放水平的驅動因素，以及各因素的變化趨勢；然后結合LMDI模型，得出各驅動因素對山東省煤炭行業的絕對貢獻值，并對比碳排放水平進行具體分析，最后提出合理化的減排措施及建議。

關鍵詞：碳排放；Kaya分解模型；煤炭行業；碳減排

0引言

煤炭行業作為我國能源生產的支柱產業，也是高消耗、高污染行業之一。考慮到資源環境現狀和實現我國經濟又好又快發展的目標，對煤炭產業進行碳減排已成為我國碳減排道路上必須面對和重視的問題。本文基于改進后的碳排放Kaya分解模型，以2005年為基期，對2005年~2014年的山東省煤炭行業碳排放狀況進行研究，得出影響煤炭行業碳排放的幾大驅動因素，并提出合理的碳減排措施及建議。

1煤炭行業碳排放量計算模型

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

2山東省煤炭行業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者Yoichikaya（1989）于IPCC研討會上提出的Kaya恒等式理論，該觀點將一些諸如能源、經濟等宏觀因素以數學的關系來分析描述碳排放量變化的影響因素。目前，該理論得到了學術界的普遍認可和碳排放研究學者的廣泛運用，Kaya恒等式是Kaya理論的核心內容，其分解模型碳排放總量C=CPE×PEGDP×GDPP×P（2）式中PE———能源消費總量；GDP———國民生產總值；P———人口數量。

2.2煤炭行業碳排放影響因素的Kaya分解模型

本文旨在分析山東省煤炭產業碳排放影響因素，僅考慮以上因素并不全面，故在Kaya理論的基礎上對Kaya恒等式進行了改進，加入了能源結構效應等影響因子，改進后的煤炭行業Kaya分解模型山東省煤炭行業碳排放總量MC=ΣMCi=ΣMCiEi×EiNH×NHGDP1×GDP1P′×P′（3）式中MCi———第i種能源的碳排放量；Ei———山東省煤炭行業第i種能源消耗量；NH———山東省煤炭行業能源消耗總量；GDP1———山東省煤炭行業總產值；P′———山東省煤炭行業從業人口數量。由式（3）可定義能源排放強度因素Fi=MCi/Ei，即消費單位第i種能源產生的碳排放量；能源結構因素Si=Ei/NH，即第i種能源在一次能源消費總量中的份額；能源效率因素I=NH/GDP1，即單位煤炭產業產值的能源消耗；行業經濟發展因素R=GDP1/P′，即煤炭產業的人均生產總值；此外，煤炭行業第t期相對于基期碳排放量的變化量ΔMC=MCt-MC0（4）式中MCt———第t期山東省煤炭行業的碳排放總量；MC0———2005年山東省煤炭行業的碳排放總量。簡化后的Kaya模型為MC=ΣMCi=ΣFiSiIRP′（5）式中Fi———第i種能源的碳排放強度；Si———第i種能源的消費占比；I———煤炭行業單位生產總值所需能耗量；R———煤炭行業人均生產總值。基于式（3）～式（5），結合LMDI分析法對各驅動因素貢獻程度進行分解計算，各影響因素的碳排放變化量貢獻值：能源結構效應對煤炭行業碳排放量變化的貢獻值ΔMCS=3i=1ΣWi′lnSitSi0；能源排放強度效應對煤炭行業碳排放量變化的貢獻值ΔMCF=3i=1ΣWi′lnFitFi0；能源效率效應對煤炭行業碳排放量變化的貢獻值ΔMCI=3i=1ΣWi′lnItI0；行業經濟效應對煤炭行業碳排放量變化的貢獻值ΔMCR=3i=1ΣWi′lnRtR0；人口規模效應對煤炭行業碳排放量變化的貢獻值ΔMCP=3i=1ΣWi′lnP′tP′0；其中，Wi′=MCit-MCi0ln（MCit/MCi0）（6）式中Sit———第t期山東省煤炭行業第i種能源的消費占比；Si0———2005年山東省煤炭行業第i種能源的消費占比；Fit———第t期第i種能源的碳排放強度；Fi0———2005年第i種能源的碳排放強度；It———第t期山東省煤炭行業的能源效率值；I0———2005年山東省煤炭行業的能源效率值；Rt———第t期山東省煤炭行業的人均生產總值；R0———2005年山東省煤炭行業的人均生產總值；P′t———第t期山東省煤炭行業從業人口數量；P′0———2005年山東省煤炭行業從業人口數量；MCit———第t期山東省煤炭行業第i種能源消耗產生的碳排放量；MCi0———2005年山東省煤炭行業第i種能源消耗產生的碳排放量。

3山東省煤炭礦區碳排放影響因素分解

3.1數據來源及處理

本文采用的2005年～2014年山東省煤炭行業歷史數據均來源于《山東省煤炭工業局統計年鑒》和《煤炭產業經濟信息手冊》；其中，能源消耗量由煤炭產量和噸煤綜合能耗計算獲得近似值；由于統計方法的差異性，且山東省煤炭產量95%以上來源于國有重點煤礦或省屬市屬重點煤礦，采用山東省重點煤礦煤炭產量代替山東省煤炭產業總產量；根據礦井的相對涌出量計算出瓦斯排放量；常用能源的碳排放系數來源于國家發改委能源所于2003年發表的《中國可持續發展能源暨碳排放情景分析綜合報告》；能源折標系數等數據來源于山東省煤炭工業局。

3.2碳排放影響因素分析

首先根據式（1）、式（2），結合表1、表2相關數據得出山東煤炭工業歷年碳排放水平（包括人均碳排放水平).煤炭行業碳排放總量與人均碳排放水平的變化趨勢大體一致，這就表明目前煤炭行業的經濟發展主要是由能源的消耗來推動，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中的相關數據得到各驅動因素的變化趨勢.近10a來，各驅動因素的變化趨勢參差不齊。其中，能源效率效應大體上一直呈現上升的趨勢；行業經濟效應、人口規模效應的變化趨勢有升有降。因一次能源的碳排放系數不發生變化，能源排放強度一直呈現著趨于穩定的變化趨勢，對比碳排放總量的變化，可知該驅動因素并未對碳排放總量造成較大的影響；能源結構效應，反映了煤炭行業中一次能源的消耗結構和瓦斯排放量占比的大小對碳排放量的影響。在分析完各驅動因素的變化趨勢之后，能源排放強度對煤炭行業碳排放量的貢獻值為0，受碳排放系數不可改變的影響，故能源排放強度這一驅動因素為無關因素；能源結構效應的貢獻值一直為正，且呈現逐年上升的趨勢，故可以看出能源結構效應這一因素，推動了煤炭行業碳排放量的增長，為推動因素；能源效率效應的絕對貢獻值一直為負，且負貢獻值逐年增大，即對碳排放總量的抑制作用逐年增大，為抑制因素；行業經濟效應對碳排放總量的貢獻值，前半部分為正值，但隨著煤炭開采數量的減少、開采技術的提高，以及對開采成本的控制，開始實現對碳排放總量負貢獻，未來如果繼續加大開采技術研發和開采成本降低、開采量的限制，行業經濟效應即可成為抑制因素。另外，因人口規模效應對煤炭行業的影響是正相關，故在此可以判定該因素為推動因素，由此看出采取有效的措施控制煤炭行業人口規模，一定程度上能夠抑制煤炭行業碳排放總量的增長，實現碳減排。

4碳減排措施及建議

（1）優化能源消費結構，加大煤炭清潔利用力度。受限于煤炭作為主要消費能源的資源現狀，煤炭行業生產和消費的現狀很難得以改變，通過對能源消費結構的優化，減少煤炭消費總量，增加清潔能源如風能、水能等的能源消費占比，改善煤炭行業能源消費結構，加大煤炭清潔利用力度是實現煤炭企業低碳排放、提高資源經濟效益的主要途徑。（2）加大低碳技術投入，提高開采技術水平。升級煤炭行業的技術裝備、創新煤炭生產技術，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化為清潔能源投入生產等，進而達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，但是從節能減排的可持續發展目標來看，這些投入都是值得的。（3）發展循環經濟，提高能源利用效率。發展循環經濟，變過去單純的污染后治理為資源綜合利用的治理方式，實施煤炭分質分級梯級利用。將傳統的“三廢”循環經濟理念提升到主導產業的循環經濟一體化發展，變單純的原煤生產企業為輸出優質商品煤、清潔電力、蒸汽、熱力等的能源綜合體企業集群，實現煤礦清潔生產，礦井水、煤礦瓦斯的有效利用，優勢互補。（4）優化煤炭行業內部結構，關停或整合小型和落后型煤礦，使煤礦集中化生產，并投入機械化開采設備，降低煤炭行業從業人口規模，進而達到降低碳排放的目標。

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作者:張士強 蔣蓬陽 宋曉妮 單位:山東科技大學經濟管理學院 濟南大學商學院 山東科技大學礦業與安全工程學院