區域消費論文：區域能源消費的公平性透析

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本文作者：盧俊宇黃賢金戴靚陳志剛李月工作單位：南京大學

數據來源與理論模型

能源消費碳排放的計算方法能源指可產生各種能量(如熱量、電能、光能和機械能等)或可做功的物質的統稱。目前，使用的主要能源包括煤炭、原油、天然氣、煤氣、水能、核能、風能、太陽能、地熱能、生物質能等一次能源和電力、熱力、成品油等二次能源，以及其他新能源和可再生能源。在計算能源消費碳排放時，為避免直接利用一次能源時產生較大誤差，而采用《中國能源統計年鑒》中各省能源平衡表中的終端能源消費量數據，包括原煤、洗精煤、其他洗煤、型煤、焦炭、焦爐煤氣、其他煤氣、原油、汽油、煤油、柴油、燃料油、液化石油氣、煉廠干氣、天然氣等18項化石能源消費數據計算傳統能源所造成的碳排放。能源消費碳排放的計算公式如下:C=∑18i=1Qpi×u×NCVi×(Cfi×VCO2+Mfi×VCH4)(1)其中:C為化石能源消費造成的碳排放總量，單位為104t;Qpi為第i種能源的終端消費量，單位為104t;u為單位轉化系數，將t轉化為Gg，為10－3;NCVi為能源凈發熱值，單位為TJ/Gg;Cfi為缺省CO2排放因子，單位為t/TJ;Mfi為缺省CH4排放因子，單位為t/TJ;NCVi、Cfi、Mfi均采用IPCC指南2007［29］的給定值;VCO2為CO2所含碳量，為12/44;VCH4為CH4所含碳量，為12/16。區域碳匯能力的計算方法典型的陸地生態系統中，土地碳匯主要包括植物光合作用和化石燃料沉積等過程，植物光合作用合成有機物固定二氧化碳并釋放氧氣。在此，僅考慮植物的光合作用作為陸地生態系統的碳匯。在不同的土地利用方式中，林地和草地為主要碳匯(碳的吸收源)，根據林地和草地的碳吸收系數，可以將林地和草地的面積轉化為碳的吸收量［3］。在此，將林地和草地的碳吸收量近似看作陸地生態系統中碳的生態容量。區域碳匯能力的計算公式如下:CA=∑ni=1Ti×si(2)其中:CA為區域碳匯能力;Ti為第i種土地利用方式的面積，包括林地和草地面積;si為第i種土地利用方式的碳的吸收系數，林地和草地的碳匯系數來源于方精云等［2］的研究成果。2.4碳排放公平性評價模型的構建本文結合能源消費碳排放的特征，以30個省、自治區、直轄市(由于缺乏西藏、臺灣、圖1碳排放洛倫茲曲線Fig.1CarbonemissionLorenzeCurve香港和澳門的部分統計數據，故本文的計算和分析不包括上述地區)為評價單元，定義洛倫茲曲線為不同單元能源消費碳排放曲線，為碳排放實際分配曲線，連接45°對角線為能源消費碳排放的絕對公平曲線，如圖1所示，據此構建省級區域碳排放公平性評價模型。設實際碳排放分配曲線與絕對公平碳排放分配曲線之間的面積為A，實際碳排放分配曲線與OX軸之間的面積為B，那么碳排放基尼系數=A/(A+B)，碳排放基尼系數反映的是依據不同的參考因子，碳排放分配的公平程度。A面積越小，基尼系數越小，碳排放分配越公平，反之，A越大，基尼系數越大，碳排放分配越不公平。當碳排放基尼系數為0時，實際碳排放分配曲線也就與絕對公平碳排放分配曲線重合，表示碳排放分配絕對公平。當基尼系數為1時，B為0，表示碳排放分配完全不公平。在用基尼系數測度碳排放分配的公平程度時，采用國際慣例，基尼系數在0.2以下表示碳排放分配“高度平均或絕對平均”;0.2～0.3之間表示“相對平均”;0.3～0.4之間為“比較合理”;0.4～0.5為“差距偏大”;0.5以上為“高度不平均”。通常以0.4作為分配差距的“警戒線”。采用梯形法求取碳排放基尼系數:基尼系數=1－∑ni=1(Xi－Xi－1)(Yi+Yi－1)(3)其中:Xi為參考因子的累積百分比，Yi為碳排放的累積百分比。當i=1時，Xi－1、Yi－1均視為0。碳排放生態壓力模型碳排放生態壓力模型以縱軸OY表示各個行政單元碳排放量占全國的累積百分比，橫軸OX表示各個行政單元的主要碳匯對碳的吸收量的累積百分比。其構建意義在于以各個行政單元主要碳匯對碳的吸收量為參照，基于排放一定比例的碳需要貢獻相應比例的碳吸收量，則從生態角度來說在假設碳排放絕對平均的基礎上，若某一區域碳排放的比例大于主要碳匯對碳吸收量的貢獻率，則其侵害了其他區域的利益，使其他區域為其承擔了過量碳排放導致的生態環境影響;反之，則有相對較高的生態容量，而相對較低的碳排放量，對減輕碳排放對生態環境的壓力有重要貢獻。為此，這里提出生態承載系數用于衡量各區域碳生態容量貢獻的公平性。生態承載系數(EcologicalSupportCoefficient，ESC)=主要碳匯對碳吸收量的比例/碳排放比例:ESC=CAiCACiC(4)其中:CAi、CA為各區域和全國主要碳匯對碳的吸收量;Ci、C為各區域和全國的碳排放量。由以上分析可知，若ESC＞1，則表明某一區域主要碳匯對碳的吸收的貢獻率大于碳排放的貢獻率，說明其具有相對較高的碳的生態容量，對其他區域有貢獻;反之，若ESC＜1，則表明某一區域主要碳匯對碳的吸收的貢獻率小于碳排放的貢獻率，說明其具有相對較低的碳的生態容量，由于碳排放帶來溫室效應具有外部性的特征，碳排放造成的生態環境影響需要其他區域共同承擔，侵害了其他區域的利益。碳排放經濟效率模型碳排放經濟效率模型以縱軸OY表示各個行政單元碳排放量占全國的累積百分比，橫軸OX表示各個行政單元的GDP累積百分比。其構建意義在于以各個行政單元的GDP為參照，基于排放一定比例的碳需要貢獻相應比例的GDP，則從經濟角度來說在假設碳排放絕對平均的基礎上，若某一區域碳排放的比例大于GDP的貢獻率，則屬于經濟效率較為低下，對碳的排放侵占了其他區域的利益;反之，則經濟效率較高，對其他區域有貢獻。為此，這里提出經濟貢獻系數用于衡量各區域間碳排放經濟貢獻的公平性。經濟貢獻系數(EconomyContributiveCoefficient，ECC)=經濟貢獻率/碳排放占全國的比例ECC=GiGCiC(5)其中:Gi、G為各區域和全國的GDP;Ci、C為各區域和全國的碳排放量。由以上分析可知，若ECC＞1，則表明某一區域經濟貢獻率大于能源消費碳排放的貢獻率，說明其具有較高的經濟效率和能源利用效率;反之，若ECC＜1，則表明某一區域經濟貢獻率小于能源消費碳排放的貢獻率，說明其具有相對較低的經濟效率和能源利用效率，侵害了其他區域的利益。

我國能源消費碳排放時序演變分析

能源消費碳排放的變化趨勢分析從計算得到的碳排放量變化趨勢線可以看出，從1996年到2008年我國能源消費碳排放總量呈現明顯的上漲趨勢。分析碳排放的年變化量可知，從1996年到1999年期間，從總的趨勢上來看呈上漲趨勢，但呈現波動變化，在1999年出現了一次負增長;從2000年到2002年期間，上漲趨勢較為平緩;從2003年到2007年期間，經濟發展速度加快，能源需求旺盛，碳排放上漲趨勢尤為明顯，年均漲幅遠遠高于前一時段，是前一時段的7倍左右，呈現急劇上漲趨勢;2008年的上漲幅度出現了急劇下降，年漲幅僅為前一時段年均漲幅的1/3，暫不將其歸入前一時段。因此，根據碳排放年均變化量，可將我國1996—2007年的碳排放趨勢大致分為3個時期:1996—1999年，波動增長期;2000—2002年，緩慢增長期;2003—2007年，高速增長期。隨著碳減排力度加大和科技進步，可以預見，我國未來的碳排放增長將趨于平緩，甚至將呈現下降趨勢。

Fig.2ThetimesequencecurveofcarbonemissionandGDPinChinafrom1996to20083.2能源消費碳排放與經濟發展的關系分析為分析我國能源消費碳排放與我國經濟發展之間的關系，選用能源消費碳排放彈性系數和能源消費碳排放強度兩個指標。彈性系數通常用于衡量一定時期內，一個經濟變量的增長幅度對另一個經濟變量的增長幅度的依存關系。根據彈性系數的內涵，提出能源消費碳排放彈性系數的概念，即能源消費碳排放量的變化率與經濟生產總值變化率之比，表明國民經濟每增長一個百分點會導致碳排放量增加多少個百分點，其計算公式如下:E=ΔC(i，i－1)/Ci－1ΔY(i，i－1)/Yi－1(6)其中:E為能源消費碳排放彈性系數;ΔC(i，i－1)為第i－1年到第i年碳排放量的變化量;Ci－1為第i－1年的碳排放量;ΔY(i，i－1)為第i－1年到第i年國內生產總值的變化量;Yi－1為第i－1年的國內生產總值。能源消費碳排放強度是指單位國內生產總值的能源消費碳排放量，綜合反映了一個區域的能源利用效率等，是衡量經濟增長質量的重要指標之一。D=CY(7)其中:D為能源消費碳排放強度;C為區域碳排放量;Y為區域地區實際生產總值。計算得到我國從1996—2008年能源消費碳排放強度和彈性系數曲線，如圖3所示。從1996年到2002年，我國的能源消費碳排放強度呈明顯下降趨勢，從總體趨勢上看，除2003年到2005年略微上升外，1996年到2008年的能源消費碳排放強度呈顯著下降趨勢，綜合反映出13a來我國能源利用效率有所提高。由碳排放彈性系數曲線可知，從2003年到2005年，碳排放量快速上漲，彈性系數大于1，即每增加1個單位的GDP，所引起的碳排放量大于1個單位;其余年份彈性系數均小于1，即每增加1個單位的GDP，所引起的碳排放增量均小于1個單位。從1996年到2001年，除部分年份波動外，我國的碳排放彈性系數呈逐年下降趨勢;從2002年到2004年，彈性系數呈上漲趨勢，能源消費碳排放量急速提高，經濟發展速度過快，邊際能源消費量偏高，呈現非理性發展;從2005年到2008年，彈性系數呈明顯下降趨勢，其中，2008年的碳排放彈性系數僅為0.2813，說明我國在快速工業化和經濟發展達到一定階段后，依靠科學技術進步，邊際能源消費碳排放量逐漸降低。

我國能源消費碳排放公平性分析

1996—2008年能源消費碳排放公平性時間序列分析根據本文構建的碳排放公平性評價模型，分別計算我國1996—2008年能源消費碳排放經濟效率模型的基尼系數和碳排放生態壓力模型的基尼系數，變化曲線如圖4所示。1996—2008年碳排放生態壓力模型的基尼系數集中在0.53～0.58之間，變動幅度較小，處于“高度不平均”區間。除部分年份波動外，從整體趨勢來看，呈現逐年下降趨勢，1997年基尼系數偏低，主要是國家經濟發展環境受東南亞金融危機的影響。分析各個省份的能源消費碳排放變動情況發現，近年來，部分具有高碳匯能力而低碳排放的省份碳排放量不斷增加，區域間能源消費碳排放量與碳生態容量之間的協調程度有所提高。從生態角度來看，省級區域間能源消費碳排放量的不公平程度呈現逐漸降低的趨勢，但區域間碳生態容量與碳排放分配差距仍然較大，處于“高度不平均”狀態。1996—2008年碳排放經濟效率模型的基尼系數以2002年為分界點呈現先上升后下降的趨勢。從1996年到2002年，從總體趨勢來看，基尼系數呈現上升趨勢，這是由于部分省份先得到發展，能源消費碳排放的經濟效率得到提高，碳排放與經濟效率分配差距不斷加大。以2002年作為基尼系數上升和下降的分界點，與國家實施西部大開發戰略的時間點恰好吻合。從2002年到2008年，基尼系數呈現下降趨勢，說明隨著區域間的協調發展及西部大開發等國家戰略的實施，區域間碳排放與經濟效率分配的差距不斷縮小，表現出逐漸均衡的趨勢，能源消費碳排放與區域經濟發展之間的協調程度逐漸提高，從經濟角度來看，省級區域間能源消費碳排放的不公平程度呈現降低趨勢，仍然處于“相對平均”的狀態。2008年能源消費碳排放基尼系數計算以我國30個省、自治區、直轄市為評價單元，繪制基于碳吸收量和GDP的洛倫茲曲線，如圖5所示。碳排放生態壓力模型的基尼系數為0.5402，處于“高度不平均”的狀態，超過了“0.4”的分配差距警戒線，從生態角度來看，各區域能源消費碳排放量與碳的生態容量處于高度不相協調狀態，與經濟效率碳排放分配相比，碳生態容量碳排放分配較不公平，各省級行政區域間差異很大，占全國碳生態容量22.90%的區域貢獻了64.96%的碳排放。碳排放經濟效率模型的基尼系數為0.2542，處于“相對平均”狀態，從經濟角度來看，2008年我國各省級區域的能源消費碳排放與區域經濟發展程度相協調并保持“相對平均”狀態，占全國GDP總量36.32%的區域貢獻了54.51%的能源消費碳排放。2008年貢獻系數的計算與分析從計算得到的生態承載系數分析，如圖6所示，上海、天津、江蘇、山東、北京、河北、河南等地區的生態承載系數小于1，其中大部分地區的生態承載系數小于0.5，上海、天津、江蘇、山東等甚至小于0.1，是引起不公平性的重要區域。表明以上地區自身具有較低的碳匯能力，而碳排放的比例遠遠超過碳生態容量的比例，損害了其他地區的利益，使得其他地區承擔了與碳排放量不成比例的溫室效應帶來的生態環境影響。因此，以上地區須采取提高植被覆蓋率、保護生態環境等措施以提高碳的生態容量，并通過提高能源利用效率，開發新能源等措施以減少碳的排放。從計算得到的經濟貢獻系數分析，如圖7所示，寧夏、山西、內蒙古、貴州、青海、新疆等地區的經濟貢獻系數小于1，其中寧夏、山西、內蒙古、貴州、青海的經濟貢獻系數更是達到0.5以下，是引起不公平性的重要區域，說明以上地區的經濟效率、能源利用效率較為低下，其消耗了一定比例的能源，排放了一定比例的二氧化碳，但其并沒有貢獻與碳排放相匹配的經濟發展量，這與區域能源利用效率、區域產業結構等因素密切相關。因此，以上地區須采用優化區域產業結構、提高能源利用效率、節約利用能源和開發利用新能源等措施以減少碳的排放。從評價矩陣結果分析各個區域間的公平性和差異性，可以得出以下結論:(1)上海、天津、江蘇、山東、北京等較發達省市，碳排放經濟貢獻系數較高，經濟發展迅速，能源利用效率高，從經濟角度來看，對其他地區有貢獻。但生態承載系數較低，生態容量低于全國的平均水平，能源消費碳排放與生態容量不相協調，不僅對自身的生態環境、也對其他地區的生態環境產生巨大的壓力。從生態角度來看，對其他區域不公平，侵害了其他地區的利益。因此，需要通過節能減排等措施以減少其對生態環境的壓力并積極開發推廣新能源的使用，如風能、太陽能等，以減少其對化石能源的依賴，提高整體能源利用效率，同時，應積極通過減少林地、草地等碳吸收能力較強的土地向其他土地利用類型轉化，減少土地利用覆蓋變化導致的土壤碳儲量的釋放，并積極通過植樹造林、退耕還草等措施改善其生態環境。(2)廣西、黑龍江、江西、四川、海南、福建并不是我國經濟最發達的地區，但分析發現，相對于全國平均水平，以上省市既具有相對較高的碳排放經濟效率，也具有相對較高的碳的生態容量。(3)云南、內蒙古、青海、陜西、貴州等地區，林地和草地面積較廣，區域碳匯能力較強，自身具有較高的生態容量，從生態角度來看，對其他地區有貢獻。但經濟發展相對落后，地區經濟效率和能源利用效率相對較為低下，其消耗了一定比例的能源，排放了一定比例的二氧化碳，但并沒有貢獻相應的經濟發展量，從經濟角度來看，對其他地區不公平。因此，這些地區在保護地方生態環境的同時，需要通過調整產業結構和能源消費結構、加強技術革新、淘汰能源利用效率較低的企業、提高整體能源利用效率等措施提高經濟發展能力和水平。(4)山西、寧夏、河北、重慶、遼寧等地區，是導致碳排放不公平性的重要因子，相對于其他地區，不僅碳排放經濟效率低于全國平均水平，而且主要碳匯的碳吸收貢獻率也小于碳排放的貢獻率。從生態環境和經濟發展兩方面來說，對其他地區都是不公平的。因此，以上地區須在保護和改善生態環境的基礎上，通過調整產業結構和能源消費結構、加強技術革新、開發和推廣清潔能源的使用等多方面進行節能減排，并提高能源利用效率。

(1)通過計算得到，各個區域之間碳匯能力存在較大的差異，能源消費碳排放量與碳的生態容量處于不協調狀態，從生態角度來說:全國各個區域間的碳排放較不公平。碳排放空間作為一種稀缺的資源，而碳排放的環境影響又具有外部性的特征。為保證區域均享有平等的發展權，針對具有較高的生態容量而具有較低碳排放量的部分地區，或者包含國家級自然保護區、國家森林公園及各種自然保護區域等禁止開發利用的地區，國家有必要因其發展權的缺失而給予資金方面的補償;另一方面，部分經濟較為發達的地區，由于經濟發展消耗了大量的能源，碳排放對其他區域的生態環境帶來了負面影響，有必要對其他地區進行經濟方面的相應補償，補償費用實質上是其外部不經濟性的代價。(2)根據各地區碳排放量存在較大差異的現狀，可通過區域間碳排放權交易以保證區域間的公平。國家可在實施碳排放總量控制的基礎上，根據一定的分配準則對各區域分解碳排放任務。初始分配的準則可以有兩種:一是按森林和草地等主要碳匯對碳的吸收量占全國的比例進行分配;二是根據人人都享有平等的碳排放權這一基本原則，按各個區域的人口占全國的比例進行分配。在初始分配后，可以通過市場交易等手段對碳排放權重新優化配置，在控制碳排放總量的前提下，保證區域間經濟發展權公平的同時，兼顧各區域的經濟發展效率，以達到節能減排的目的。(3)由于各地區經濟發展稟賦差異客觀存在，相關部門需結合國家總體戰略布局、國家主體功能區劃和能源產業結構布局等制定區域差別的發展政策，提升整個社會的經濟發展水平，保障區域之間經濟發展的公平性，從根本上做到區域間公平、和諧和可持續發展，這對整個社會節能減排、提高能源利用效率、減緩溫室效應、提升我國應對全球氣候變化的整體能力具有重大意義。(1)本文在計算分析的過程中，還存在以下不足:在計算能源消費碳排放時，因數據原因，僅考慮了化石能源消費帶來的碳排放，未計算農村生物質能燃燒帶來的碳排放，最終計算的碳排放量小于實際的碳排放量。但本文旨在進行理論方法上的探索，以研究不同區域能源消費碳排放的公平性和差異性，以上計算得到的碳排放量能夠反映這種差異。(2)為切實落實各個區域的節能減排任務和指標，提高整個社會的節能減排能力，未來可通過GIS可視化分析系統的設計和開發，直觀、有效地表達各個區域碳排放的空間差異和動態演化過程，實時監測區域土地利用覆被變化，并綜合考慮區域資源環境狀況、國家總體發展戰略等因素，為制定差別化的區域節能減排政策，監督各個區域生態環境保護狀況和節能減排實施情況提供決策工具和應用支撐。