山东省煤炭碳排放的影响因素及减排措施

摘要：针对山东省煤炭行业碳排放问题，基于2005年～2014年山东省煤炭行业历史数据，首先采用Kaya分解模型，找出影响山东煤炭行业碳排放水平的驱动因素，以及各因素的变化趋势；然后结合LMDI模型，得出各驱动因素对山东省煤炭行业的绝对贡献值，并对比碳排放水平进行具体分析，最后提出合理化的减排措施及建议。

关键词：碳排放；Kaya分解模型；煤炭行业；碳减排

0引言

煤炭行业作为我国能源生产的支柱产业，也是高消耗、高污染行业之一。考虑到资源环境现状和实现我国经济又好又快发展的目标，对煤炭产业进行碳减排已成为我国碳减排道路上必须面对和重视的问题。本文基于改进后的碳排放Kaya分解模型，以2005年为基期，对2005年~2014年的山东省煤炭行业碳排放状况进行研究，得出影响煤炭行业碳排放的几大驱动因素，并提出合理的碳减排措施及建议。

1煤炭行业碳排放量计算模型

对比一般行业碳排放量计算的方法，即各个相关部门每一种能源消耗量和该能源碳排放系数相乘累计所得到的计算过程，煤炭行业还需考虑到在煤炭开采过程中所产生的伴生物品（如瓦斯等）对碳排放的贡献值。相关研究表明，瓦斯的主要成分甲烷对温室效应影响程度是CO2的24.5倍，故可将甲烷看作一种碳排放系数为24.5的“无关能源”，与其他能源消耗所产生的碳排放量进行累计，进而得到煤炭行业的碳排放总量C=λiEi+24.5G+r（1）式中λi———第i种能源的碳排放系数；Ei———第i种能源的消耗总量；G———在煤炭生产过程中的瓦斯排放量；r———在煤炭生产过程中由于煤矸石等在堆积过程中因氧化产生的碳排放量。

2山东省煤炭行业碳排放因素分解模型

2.1Kaya恒等式

目前碳排放影响因素的研究虽然还存在着很多不足，但是其中一些较为成熟的理论也被大众所接受，最为被接受的是日本学者Yoichikaya（1989）于IPCC研讨会上提出的Kaya恒等式理论，该观点将一些诸如能源、经济等宏观因素以数学的关系来分析描述碳排放量变化的影响因素。目前，该理论得到了学术界的普遍认可和碳排放研究学者的广泛运用，Kaya恒等式是Kaya理论的核心内容，其分解模型碳排放总量C=CPE×PEGDP×GDPP×P（2）式中PE———能源消费总量；GDP———国民生产总值；P———人口数量。

2.2煤炭行业碳排放影响因素的Kaya分解模型

本文旨在分析山东省煤炭产业碳排放影响因素，仅考虑以上因素并不全面，故在Kaya理论的基础上对Kaya恒等式进行了改进，加入了能源结构效应等影响因子，改进后的煤炭行业Kaya分解模型山东省煤炭行业碳排放总量MC=ΣMCi=ΣMCiEi×EiNH×NHGDP1×GDP1P′×P′（3）式中MCi———第i种能源的碳排放量；Ei———山东省煤炭行业第i种能源消耗量；NH———山东省煤炭行业能源消耗总量；GDP1———山东省煤炭行业总产值；P′———山东省煤炭行业从业人口数量。由式（3）可定义能源排放强度因素Fi=MCi/Ei，即消费单位第i种能源产生的碳排放量；能源结构因素Si=Ei/NH，即第i种能源在一次能源消费总量中的份额；能源效率因素I=NH/GDP1，即单位煤炭产业产值的能源消耗；行业经济发展因素R=GDP1/P′，即煤炭产业的人均生产总值；此外，煤炭行业第t期相对于基期碳排放量的变化量ΔMC=MCt-MC0（4）式中MCt———第t期山东省煤炭行业的碳排放总量；MC0———2005年山东省煤炭行业的碳排放总量。简化后的Kaya模型为MC=ΣMCi=ΣFiSiIRP′（5）式中Fi———第i种能源的碳排放强度；Si———第i种能源的消费占比；I———煤炭行业单位生产总值所需能耗量；R———煤炭行业人均生产总值。基于式（3）～式（5），结合LMDI分析法对各驱动因素贡献程度进行分解计算，各影响因素的碳排放变化量贡献值：能源结构效应对煤炭行业碳排放量变化的贡献值ΔMCS=3i=1ΣWi′lnSitSi0；能源排放强度效应对煤炭行业碳排放量变化的贡献值ΔMCF=3i=1ΣWi′lnFitFi0；能源效率效应对煤炭行业碳排放量变化的贡献值ΔMCI=3i=1ΣWi′lnItI0；行业经济效应对煤炭行业碳排放量变化的贡献值ΔMCR=3i=1ΣWi′lnRtR0；人口规模效应对煤炭行业碳排放量变化的贡献值ΔMCP=3i=1ΣWi′lnP′tP′0；其中，Wi′=MCit-MCi0ln（MCit/MCi0）（6）式中Sit———第t期山东省煤炭行业第i种能源的消费占比；Si0———2005年山东省煤炭行业第i种能源的消费占比；Fit———第t期第i种能源的碳排放强度；Fi0———2005年第i种能源的碳排放强度；It———第t期山东省煤炭行业的能源效率值；I0———2005年山东省煤炭行业的能源效率值；Rt———第t期山东省煤炭行业的人均生产总值；R0———2005年山东省煤炭行业的人均生产总值；P′t———第t期山东省煤炭行业从业人口数量；P′0———2005年山东省煤炭行业从业人口数量；MCit———第t期山东省煤炭行业第i种能源消耗产生的碳排放量；MCi0———2005年山东省煤炭行业第i种能源消耗产生的碳排放量。

3山东省煤炭矿区碳排放影响因素分解

3.1数据来源及处理

本文采用的2005年～2014年山东省煤炭行业历史数据均来源于《山东省煤炭工业局统计年鉴》和《煤炭产业经济信息手册》；其中，能源消耗量由煤炭产量和吨煤综合能耗计算获得近似值；由于统计方法的差异性，且山东省煤炭产量95%以上来源于国有重点煤矿或省属市属重点煤矿，采用山东省重点煤矿煤炭产量代替山东省煤炭产业总产量；根据矿井的相对涌出量计算出瓦斯排放量；常用能源的碳排放系数来源于国家发改委能源所于2003年发表的《中国可持续发展能源暨碳排放情景分析综合报告》；能源折标系数等数据来源于山东省煤炭工业局。

3.2碳排放影响因素分析

首先根据式（1）、式（2），结合表1、表2相关数据得出山东煤炭工业历年碳排放水平（包括人均碳排放水平).煤炭行业碳排放总量与人均碳排放水平的变化趋势大体一致，这就表明目前煤炭行业的经济发展主要是由能源的消耗来推动，伴随着能源的大量消耗，大量的碳排放也就不可避免。由式（2）、式（3）和表1、表2中的相关数据得到各驱动因素的变化趋势.近10a来，各驱动因素的变化趋势参差不齐。其中，能源效率效应大体上一直呈现上升的趋势；行业经济效应、人口规模效应的变化趋势有升有降。因一次能源的碳排放系数不发生变化，能源排放强度一直呈现着趋于稳定的变化趋势，对比碳排放总量的变化，可知该驱动因素并未对碳排放总量造成较大的影响；能源结构效应，反映了煤炭行业中一次能源的消耗结构和瓦斯排放量占比的大小对碳排放量的影响。在分析完各驱动因素的变化趋势之后，能源排放强度对煤炭行业碳排放量的贡献值为0，受碳排放系数不可改变的影响，故能源排放强度这一驱动因素为无关因素；能源结构效应的贡献值一直为正，且呈现逐年上升的趋势，故可以看出能源结构效应这一因素，推动了煤炭行业碳排放量的增长，为推动因素；能源效率效应的绝对贡献值一直为负，且负贡献值逐年增大，即对碳排放总量的抑制作用逐年增大，为抑制因素；行业经济效应对碳排放总量的贡献值，前半部分为正值，但随着煤炭开采数量的减少、开采技术的提高，以及对开采成本的控制，开始实现对碳排放总量负贡献，未来如果继续加大开采技术研发和开采成本降低、开采量的限制，行业经济效应即可成为抑制因素。另外，因人口规模效应对煤炭行业的影响是正相关，故在此可以判定该因素为推动因素，由此看出采取有效的措施控制煤炭行业人口规模，一定程度上能够抑制煤炭行业碳排放总量的增长，实现碳减排。

4碳减排措施及建议

（1）优化能源消费结构，加大煤炭清洁利用力度。受限于煤炭作为主要消费能源的资源现状，煤炭行业生产和消费的现状很难得以改变，通过对能源消费结构的优化，减少煤炭消费总量，增加清洁能源如风能、水能等的能源消费占比，改善煤炭行业能源消费结构，加大煤炭清洁利用力度是实现煤炭企业低碳排放、提高资源经济效益的主要途径。（2）加大低碳技术投入，提高开采技术水平。升级煤炭行业的技术装备、创新煤炭生产技术，提高煤炭开采效率和能源利用效率，例如煤层气的抽取再转化为清洁能源投入生产等，进而达到碳排放水平的降低。虽然这些投入，前期可能要增加煤炭开采成本，但是从节能减排的可持续发展目标来看，这些投入都是值得的。（3）发展循环经济，提高能源利用效率。发展循环经济，变过去单纯的污染后治理为资源综合利用的治理方式，实施煤炭分质分级梯级利用。将传统的“三废”循环经济理念提升到主导产业的循环经济一体化发展，变单纯的原煤生产企业为输出优质商品煤、清洁电力、蒸汽、热力等的能源综合体企业集群，实现煤矿清洁生产，矿井水、煤矿瓦斯的有效利用，优势互补。（4）优化煤炭行业内部结构，关停或整合小型和落后型煤矿，使煤矿集中化生产，并投入机械化开采设备，降低煤炭行业从业人口规模，进而达到降低碳排放的目标。

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作者:张士强 蒋蓬阳 宋晓妮 单位:山东科技大学经济管理学院 济南大学商学院 山东科技大学矿业与安全工程学院