改革開放以來，中國經(jīng)濟快速發(fā)展，所取成就舉世矚目。但粗放型經(jīng)濟增長模式使得能源消費量大、使用效率低，導致污染排放量特別是二氧化碳排放不斷增加，目前中國已成為世界第一碳排放大國。為了減少溫室氣體排放，2009年11月，國務院常務會議提出“2020年單位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%-45%”的約束性目標。電力是社會經(jīng)濟發(fā)展不可或缺的優(yōu)質(zhì)能源，中國電力消費占能源終端消費總量的比重逐年攀升，1991年僅為9.53%，2012年該比例已達到22.56%。由于資源稟賦結(jié)構(gòu)的限制，中國電力生產(chǎn)以火電為主，火電生產(chǎn)又主要依賴煤炭，化石能源的燃燒是二氧化碳排放的主要來源，因此中國的電力生產(chǎn)伴隨大量的碳排放，據(jù)本文計算，電力生產(chǎn)碳排放已經(jīng)占到中國碳排放總量的40%。為了完成中國節(jié)能減排目標，必須關注電力的減排問題。

1文獻綜述

中國碳排放量增加較快，哪些因素驅(qū)動中國碳排放增長?這個問題受到學者廣泛關注，DuL，etal[1]基于1995-2009年的省際面板數(shù)據(jù)研究了中國碳排放的影響因素和減排潛力。王峰等[2]采用LMDI因素分解方法研究了1995-2007年中國碳排放的驅(qū)動因素。WangZ，etal[3]、WangP，etal[4]、WangW，etal[5]、陳詩一[6]分別采用因素分解或面板數(shù)據(jù)回歸方法研究了北京、廣東、江蘇和工業(yè)碳排放的影響因素，均發(fā)現(xiàn)碳排放增加的主要影響因素是經(jīng)濟發(fā)展、城市化等，而能源強度的下降則抑制了碳排放的增加。

電力作為一種優(yōu)質(zhì)二次能源，其消費和中國經(jīng)濟增長關系密切，林伯強[7]在三要素生產(chǎn)函數(shù)框架下的實證表明GDP、資本、人力資本以及電力消費之間存在著長期均衡關系，YuanJ，etal[8]針對中國也得出了同樣的結(jié)論;米國芳和趙濤[9]的研究表明，經(jīng)濟增長、電力消費、碳排放三者之間存在著長期穩(wěn)定的協(xié)整關系;碳排放量與經(jīng)濟增長、電力消費與經(jīng)濟增長、碳排放量與電力消費都互為Granger因果關系。

雖然電力消費對中國經(jīng)濟增長的意義重大，但是電力生產(chǎn)碳排放量較大，這也引起了部分學者的關注。侯建朝和譚忠富[10]利用對數(shù)平均權重分解法構(gòu)建了電力生產(chǎn)碳排放變化影響因素的分解模型，將CO2排放變化分解為收入效應、電力生產(chǎn)強度效應、電力生產(chǎn)結(jié)構(gòu)效應、人口效應和發(fā)電煤耗效應。霍沫霖等[11]利用LMDI分解模型，分析了廠用電率、發(fā)電結(jié)構(gòu)、發(fā)電煤耗、線損率等因素變化對電力工業(yè)碳排放強度變化的影響。ZhaoX，etal[12]利用ARDL模型研究了行業(yè)增加值、火電設備平均利用小時數(shù)、標準煤耗率三個因素對中國電力工業(yè)碳排放的影響。ZhangM，etal[13]研究了多種因素對中國電力生產(chǎn)碳排放的影響，并發(fā)現(xiàn)經(jīng)濟活動效應是碳排放增加的主要貢獻力量，電力生產(chǎn)效率在抑制碳排放方面處于關鍵地位。

以上文獻在分析電力碳排放的影響因素時，主要局限于電力工業(yè)，從電力生產(chǎn)角度去分析，缺乏考慮中國電力所處的經(jīng)濟社會宏觀背景;雖有少數(shù)考慮到經(jīng)濟活動的影響，但忽視了人口增長、人民生活水平提高和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化對電力碳排放產(chǎn)生的影響，特別是對中國這樣一個處于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整升級、經(jīng)濟穩(wěn)步增長和人民生活水平逐漸提高時期的人口大國，這些因素的影響不容忽視。

本文從電力生產(chǎn)、輸配到消費的全過程，引入電力生產(chǎn)結(jié)構(gòu)、能源投入結(jié)構(gòu)、能源轉(zhuǎn)換效率、輸配損耗、電力強度、經(jīng)濟結(jié)構(gòu)和人口等因素，從電力的產(chǎn)業(yè)消費、輸配損耗和生活消費三個角度進行因素分解，采用對數(shù)平均迪氏指數(shù)分解法(LMDI)研究這些因素對電力碳排放的影響程度和方向。本文的研究對于控制能源消費總量、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、提高能源效率、促進節(jié)能減排、解決霧霾等問題都具有參考意義。

2研究方法和數(shù)據(jù)來源

2.1電力碳排放計算

我國的電力類型有火電、水電、核電及風電等4種主要類型，本文假設水電、核電及風電的生產(chǎn)不產(chǎn)生碳排放，電力碳排放主要由火電生產(chǎn)中投入的初始能源燃燒產(chǎn)生。計算碳排放有多種方式方法，聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)2006年編制《國家溫室氣體清單指南》，其中提出的碳排放計算方法是最常用的方法：

其中i表示能源種類，C表示二氧化碳排放量，Ei表示各種能源投入量，其中“其他能源”用“一般廢棄物”代替;Ki代表平均低位發(fā)熱量;ε表示能源含碳量;η表示碳氧化因子，取常數(shù)1。按照(1)式即可得到1991-2012年電力生產(chǎn)碳排放量。

2.2因素分解方法

因素分解分析在能源與碳排放研究中得到了廣泛應用，本文基于電力從投入、轉(zhuǎn)換到消費的全過程，構(gòu)造電力碳排放因素分解模型如下：

火電生產(chǎn)初始能源投入種類較多，本文將其歸為三類：“煤及其產(chǎn)品”、“油及其產(chǎn)品”和“天然氣和其他”，分別對應i=1、2、3;C表示電力CO2排放，單位是萬噸;Ei和E分別表示火電生產(chǎn)第i種能源投入和能源總投入，T1和T表示火電生產(chǎn)量和電力生產(chǎn)總量，單位均為萬噸標準煤;G表示GDP，單位是億元，P表示人口，單位是萬人。

電力總消費可以分為農(nóng)業(yè)、工業(yè)、建筑業(yè)和服務業(yè)等產(chǎn)業(yè)消費Ts、生活消費Tr和輸配損耗量Tl三類，所以有

(4)式中j=1、2、3、4、5、6分別表示農(nóng)業(yè)、工業(yè)、建筑業(yè)、服務業(yè)、居民生活等電力消費部門和電力損失。即電力生產(chǎn)碳排放增長分解為10個影響因素：排放因子效應CEi，即火電生產(chǎn)單位能源投入碳排放;能源結(jié)構(gòu)效應ESi，即火電生產(chǎn)各能源投入比例;轉(zhuǎn)換效率效應ET，即電力產(chǎn)出和生產(chǎn)投入之比;電力結(jié)構(gòu)效應S，即電力生產(chǎn)中火電比重;電力強度效應TIj，各產(chǎn)業(yè)單位GDP電力消耗量;產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)效用pj，即國民經(jīng)濟中各產(chǎn)業(yè)比重;經(jīng)濟規(guī)模效應PG，即人均GDP;生活消費效應PT，即人均生活用電量;人口規(guī)模效應P，即年末人口數(shù);輸配損耗效應TL，即電力在輸配電中的損失。

碳排放量驅(qū)動因素的分解方法中，Ang等人[14-16]提出的對數(shù)平均迪式指數(shù)(LMDI)分解法，實現(xiàn)了完全分解且解決了數(shù)據(jù)中的零值和負值問題，從而得到了廣泛應用。本文采用LMDI分解方法對電力碳排放驅(qū)動因素進行分解分析。

假設C0和CT分別表示基年和第T年電力消費碳排放量，則依據(jù)LMDI法將碳排放總量從基年到目標年T的變化分解為10個因素產(chǎn)生的影響，即

(5)式中各分解因素可以表示為：

其中Dm，m=1，2…，10對應10個影響因素，函數(shù)L為對數(shù)平均函數(shù)，該函數(shù)由Ang和Choi[17]引入Divisia分解中，其表達式如下：

2.3數(shù)據(jù)來源

本文電力相關數(shù)據(jù)來自1991-2012年中國電力平衡表和中國能源平衡表;產(chǎn)業(yè)和人口數(shù)據(jù)來自《中國統(tǒng)計年鑒2013》，各產(chǎn)業(yè)GDP根據(jù)各自的GDP指數(shù)轉(zhuǎn)化為1990年不變價格。各種能源折標準煤系數(shù)由中國能源平衡表標準量和實物量對應數(shù)據(jù)計算得到;能源平均低位發(fā)熱量來自《中華人民共和國國家標準GB/T2008綜合能耗計算通則》;能源含碳量來自聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)2006年編制的《國家溫室氣體清單指南》。由于電力生產(chǎn)量和電力消費量數(shù)據(jù)相差非常小(一般在0.3%)，本文假定二者等同。

3電力生產(chǎn)及其碳排放動態(tài)特征

3.1電力生產(chǎn)及其碳排放增長較快，與GDP同步變化

1991-2012年，電力生產(chǎn)量由8327萬tce增加到61297萬tce，年均增長9.97%;碳排放由6.23億t增加到36.01億t，年均增長率為8.72%，占中國碳排放總量的比例已達到40%。電力生產(chǎn)和碳排放與GDP環(huán)比增速見圖1。從圖1可以看出，三者的變化趨勢幾近相同，GDP增長率變化稍平緩，電力消耗及其碳排放的增長率圍繞GDP上下波動。碳排放增幅最小的三年為1998、2008和2012年。1998和2008年分別爆發(fā)了亞洲金融危機、美國金融危機和歐債危機，對中國經(jīng)濟造成了嚴重沖擊，使得經(jīng)濟增長放緩，電力生產(chǎn)增長率大幅下降，電力碳排放呈負增長。2012年中國經(jīng)濟下行壓力較大，三者又呈現(xiàn)增長同時放緩的狀態(tài)。由此可見以經(jīng)濟發(fā)展變化為主線，電力生產(chǎn)及其碳排放都受到經(jīng)濟發(fā)展變化的影響。

3.2電力生產(chǎn)量大且以火電為主，主要依賴煤炭

電力在中國能源體系中的地位越來越重要，電力消費占能源終端消費總量的比重逐年攀升，1991年僅為9.53%，到了2012年該比例已達到22.56%;從世界看，2011年中國總發(fā)電量占世界比重為21.31%，首次超越美國(19.55%)，高居世界第一位。2011年世界主要國家電力生產(chǎn)結(jié)構(gòu)見表1，從表1可以看出，與世界其他大多數(shù)國家不同，中國電力生產(chǎn)以火電為主，火電占比在79%83%之間，低于80%的只有1995、2001和2010三年。火電生產(chǎn)又存在煤炭比例過高、天然氣比例過低的問題。因為煤是一種高碳能源，所以中國的電力生產(chǎn)會有大量碳排放產(chǎn)生。

3.3電力碳排放主要來源于煤炭燃燒

1991年燃煤碳排放占比為93.24%，2012年上升到98.01%，比重逐年升高;燃油碳排放1991年占比為6.54%，2012年為0.25%，占比逐年下降;其他能源排放1991年占比0.22%，2012年為1.75%，比重出現(xiàn)了上升。電力碳排放來源結(jié)構(gòu)見圖2。電力生產(chǎn)碳排放幾乎全部來自煤炭的使用，天然氣等優(yōu)質(zhì)能源在初始能源投入中的比例雖然一直在增加，但比重太小，降低煤炭比重、增加優(yōu)質(zhì)能源比例仍是中國電力生產(chǎn)需積極面對的一個問題。

3.4火電能源轉(zhuǎn)換效率逐年提升，單位電力碳排放下降

中國發(fā)電效率也是一個由低到高的過程。根據(jù)中國能源平衡表(標準量)中的電力生產(chǎn)部分，計算得出電力生產(chǎn)的能源轉(zhuǎn)換效率，計算公式為

中國1991-2012年歷年火電生產(chǎn)轉(zhuǎn)換效率，在1991-1997年先上升后下降，從1997年開始穩(wěn)定上升，到2012年已經(jīng)比最低的1997年提升了9.10個百分點(見圖3)。這意味著中國火電生產(chǎn)初始能源的利用率在提高，生產(chǎn)技術在進步，與世界先進水平的差距正在逐漸縮小(根據(jù)《中國能源統(tǒng)計年鑒》數(shù)據(jù)，1995年，火電廠供電煤耗中國為412gce/kW·h，日本為331gce/kW·h;到2012年該數(shù)字分別為305和295，差距由81gce/kW·h縮小到10gce/kW·h)。單位電力CO2排放與轉(zhuǎn)換效率的趨勢剛好相反，先下降后上升再下降，1997年最高為9.61t/tce，2012年下降為7.53t/tce，這表明電力生產(chǎn)技術進步減少了電力碳排放。