上海市低碳发展状况分析

摘要 气候变化已经引起了世界的广泛关注，各个国家都意识到在经济发展的同时，需要降低能源消费所带来的CO2排放。很多国家和地区通过采取一系列的措施来应对气候变化问题，实现低碳发展的目标。中国作为一个负责任的发展中国家，一直以来高度重视气候变化问题。上海市作为中国经济发展的领头羊，在“节能减排”方面也处于全国的前列，但是和发达国家的一些国际大都市相比，还存在一定的差距。面对全球低碳经济发展的新潮流，如何处理好能源消费和经济发展二者的关系是值得我们关注和思考的一个问题。本文基于国家发展改革委的《省级温室气体清单编制指南》，对2001-2010年间上海市能源消费和CO2排放状况进行了测算，并利用LMDI指数分解法对上海市历年碳排放量差异进行了因素分解。另外，选取2008年上海、伦敦和东京三市的CO2排放状况进行了对比，利用Theil指数分解法对城市间的碳强度差异进行了分析。最后通过设置三种不同的发展情景，计算分析了上海市产业结构和能源结构调整的减排潜力。

关键词 低碳城市；LMDI分解法；Theil分解法；情景分析

中图分类号 F42；F299 文献标识码 A 文章编号 1002-2104（2013）08-0026-07 doi：10.3969/j.issn.1002-2104.2013.08.005

随着经济的高速发展以及人民生活水平的不断提高，上海市能源消费总量不断攀升。“十一五”期间，上海市能源消费年均增速为6.4%，比“十五”下降了两个百分点。从能源消费结构来看，天然气消费增长最为迅猛，达到45亿m3，年均增速为19.2%；全社会用电量1 296亿Kwh，年均增速为6.7%；煤炭消费低速增长，达到5 875.5万 t，年均增长2.1%。能源消费呈现“双减双增”的特点[1-2]。从终端能源消费来看，工业是上海市能源消费的主要部门。尽管近年来工业能耗比重有所下降，但是其总量依然处于上升的态势。在各终端部门中，能源消费上升最快的是第三产业，同时交通运输业、建筑业和居民生活方面的能耗上升速度也非常快。这与这些年来上海市的基础设施建设加快以及居民生活、消费水平的提高具有非常大的关系。由于能源消费的迅速上升以及煤占一次能源的比重依然很高，使得上海市能源消费的碳排放迅速增加。不断增长的能源消费和CO2排放，促使上海市迫切需要寻找一条既尊重历史和当前现状，又能使其过渡到长三角真正的中心城市乃至国际大都市的发展道路，以有限的能源消耗和较低的碳排放来实现经济社会的可持续发展。

1 研究现状

LMDI指数分解法在能源消费和CO2排放等研究领域都具有广泛的应用。针对城市的CO2排放分解方法主要用于分析城市人口、人均收入、能源消费结构和能源利用效率等因素对碳排放的影响。随着研究内容不断深入和研究技术不断发展，低碳城市研究方法取得了显著进展。我国学者史安娜运用LMDI方法构建了南京市工业经济能耗碳排放因素分解模型，定量分析了2000-2009年间南京市产业规模、能源强度、能源结构和能源排放强度等因素对CO2排放的影响[3]。王俊松等利用LMDI方法对

1990-2007年我国碳排放增量进行分解，认为经济增长和能源强度效应是影响碳排放主要因素，人口和结构效应影响不大，并分地区研究了效应的贡献差异[4]。姚永玲采用 LMDI方法将能源消费分解为经济规模、人均能耗、单位产值能耗、人口密度和能源空间支持系数等五项指标，分析了各因素对城市能源消耗的贡献[5]。

Theil指数分解法最初是用于分析不同国家之间的收入差距，也能通过一定的变形用于其它方面的差异测度，例如对区域间能源消耗强度差异的衡量，人均CO2排放的不平等指标的差异测度。潘家华等利用Theil指数方法研究我国三大区域的碳生产率，并通过比较分析找出了差异的根本原因[6]。Padilla和Serrano利用Theil指数分析不同收入水平下各地区的人均CO2排放差异及其与收入差异之间的关系[7]。

情景分析法可用于对既定减排目标下的社会发展情境进行定量预测，有利于分析未来在不同的政策措施下，不同的情景产生的结果和影响。Christoph Weder用情景分析模型研究了能源需求和温室气体排放影响因素问题[8]。郑博福等采用情景分析法对我国未来能源消费状况及可能带来的环境影响进行了预测和分析[9]。梁巧梅等应用投入产出法和情景分析法进行了能源需求和能源强度的情景预测[10]。

本文利用LMDI指数法将CO2排放的增量变化分解为四个因素：能源结构、能源强度、经济增长以及人口增长；采用比较分析法总结了上海、伦敦和东京三个城市在CO2排放总量、部门构成、人均排放方面的差异，并应用Theil指数法对三市的碳排放强度差异进行了分解；利用情景分析法对上海市的“节能减排”潜力进行了评估，并基于分析结果提出了上海市低碳发展的可行性建议。

2 研究方法

2.1 CO2排放量计算

本文选取2001-2010年间，上海市三大产业的能源消费量、各产业产值数据来分析三大产业终端能源消费的变化情况。其中2001-2010年各产业总产值数据和能耗数据来源于《上海工业交通能源统计年鉴》[11]和《上海市统计年鉴》[12]。

国家发展和改革委员会的《省级温室气体清单编制指南》将化石燃料燃烧活动的分部门排放源分为：农业部门、工业和建筑部门、交通运输部门、服务部门以及居民生活部门。本文均依照以上部门的划分，根据上海市能源平衡表中的能源数据进行计算。各种化石能源的含碳量及燃料燃烧过程中的氧化率来源于《省级温室气体清单编制指南》。省级能源活动拟采用详细技术为基础的部门方法（即IPCC方法2），基于分部门、分燃料品种、分设备的人类消费量等活动水平数据，及相应的排放因子，通过逐层累加综合计算得到排放总量。计算公式如下：

式中：EF代表CO2排放因子（kg/TJ）；Activity代表燃料消费量（TJ）；i代表燃料类型；j代表部门活动水平；k代表技术类型。

2.2 LMDI指数分解法

根据日本学者Kaya研究的CO2排放量恒等式，设C为CO2排放量，则有：

式中：E、GDP、P分别代表能源消费量、上海市国内生产总值和上海市人口总量。我们令d=C/E，e=E/GDP，f=GDP/P，p=P，其中d代表能源结构，e为能源强度，f为经济增长，p为人口增长。具体的指数分解过程参见Zhang F Q和Ang B W的论文[13]。

2.3 Theil指数分解法

采用Theil指数法对上海、伦敦和东京三个城市碳排放强度的空间差异进行量化测度分析。Theil指数的计算公式为：

其中I代表进行测度的指标，本文中则分别指能源消费水平、能源消费结构及能源消耗效率，Ii代表i城市相应指标，I代表指标平均值，yi代表i城市GDP占全部城市GDP之和的比重，T（I）即各指标的Theil指数值，它的值越大，就表示各城市之间能源消费状况差异越大。

3 上海市低碳发展现状：基于LMDI分析

3.1 人口与经济发展

近年来上海市常住人口数有了较快的增长，从2000年的1 608万人增长到2010年的2 303万人，年均增长率达到了3.66%，远高于全国的平均水平。上海市的国内生产总值也呈现了较快的增长，其中第二产业和第三产业的增幅远大于第一产业。三大产业的比例从2000年的1.6∶46.3∶52.1变化到2010年的0.7∶42.0∶57.3，产业结构调整取得了阶段性的成果[14]。

3.2 能源消费与CO2排放

2001-2010年间，上海市的能源消费和CO2排放量有了大幅度增长，其中终端能源消费量从2001年的5 550万tce增加到2010年的10 802万tce，2010年的能源消费当量是2001年的2.21倍。CO2的排放量从2001年的13 871万t增加到2010年的26 364万t，增长了近一倍[15]。CO2排放增长比例最大的是第三产业，增长幅度最大的是第二产业。由于产业结构的调整和能源利用效率的提高，第一产业的能耗有所下降，第二产业是能源消费和碳排放的主要部门。在第二产业内部，能源消费主要集中在三个重化工部门，分别是黑色金属冶炼及压延加工业，石油加工、炼焦及核燃料加工业，化学原料及化学制品制造业。

3.3 CO2排放的LMDI指数分解

根据前面的介绍，我们首先将上海市CO2排放量的变化量逐年分解为四个因素：能源结构、能源强度、人口增长[CM）]和经济增长，结果见图1。通过四种因素的分解，可以看出CO2排放量的增加最主要的正驱动因素是经济增长，其次是人口增长；能源强度主要起着反方向的驱动作用，能源结构的影响比较小，没有充分地体现出来。

3.3.1 能源结构

能源结构对碳排放整体呈负面影响，但在个别年份（2004、2006、2009）呈正面影响，说明上海市的能源消费结构整体

有所改善，但是在个别年份不甚合理。2000-2010年间，上海市的能源

结构的整体贡献为-1 139.40万t，占比为-8.70%。 在我们考虑的能源品种中，煤炭类能源的碳排放因子最大，其次是石油类能源，天然气的碳排放因子最小，在其它因素不变的情况下，能源结构中煤炭类能源的比重下降，碳排放量会相应减少。上海市在“十二五”期间增加了对新能源的投资力度，预计未来能源结构将会得到进一步改善，能源结构的影响也会进一步得到提高。

3.3.2 能源强度

能源强度指标是以单位GDP的能耗来衡量能源系统的投入和经济产出的关系，反映了能源经济活动的整体效率。2000-2010年间，上海市的能源强度的整体贡献为-6 624.11

万t，占比为-50.56%。理论上讲，能源强度的下降意味着能源利用效率的提高。一般认为，能源效率的提高主要来源于能源利用技术的进步和落后产能的淘汰，其对CO2排放的贡献必然为负。

3.3.3 经济增长

能源作为经济发展的基本生产要素，支撑了上海市经济的持续发展。以工业化和城镇化为代表的经济发展又反过来带动了能源的大量消费和CO2的排放。因此，CO2排放的增长是上海市经济发展带来的必然结果。

14 013.79万t，占比为106.97%。通过比较可以看出，经济增长对CO2排放增加的正面影响最大，说明经济增长带来的能源消费是碳排放量增加的主要原因。2001-2008

年上海市经济产出的影响一直为正值，这表明经济的增长直接导致碳排放的增加。2009年和2010年的经济产出影响为负值，

主要是这两年上海市常住人口的增加，使得人均GDP增长速度为负值，分别是-108%和-110%。

3.3.4 人口增长

从图1可以看出，常住人口的增长对CO2的排放一直起着正面的作用，表明常住人口规模的增加会导致CO2排放的增加。2000-2010年间，人口效应的贡献为6 850.11万t，占比为52.29%。主要原因在于人口规模的扩大，城镇化的步伐也在加快，带动了基础设施和高耗能产业的发展，从而增加能源的消费和CO2的排放。

其中2009年和2010年人口增长因素的影响远高于其它年份，这主要是因为这两年的常住人口增长率分别是94%和115%，远高于上海市2000-2010年的平均增长率37%。

4 低碳城市发展对比：基于Theil指数分析

4.1 上海、伦敦和东京三市能源结构的对比

欧洲、北美等很多发达国家大城市CO2排放总量从2005年左右开始呈现下降趋势，而一些发展中国家城市CO2排放总量则继续保持上升趋势。通过前面的LMDI分解结果可以看出，城市碳排放量与人口、经济、技术等因素高度相关。上海市正处在工业化和城镇化的进程中，人口规模和GDP正处于增长阶段，能源需求具有一定的刚性，碳排放量随着城市人口规模和经济增长会进一步上升。在产业结构方面，由于伦敦和东京已经处于后工业化阶段，所以排放总量相对比较稳定，而工业是上海市经济增长的一个重要组成部门，能源消费还会大幅度增加。在能源结构方面，伦敦和东京的能源构成更为低碳，电力、天然气等低碳排放能源所占比例均超过70%，煤炭使用的碳排放所占比例很小[16-17]。上海市的电力、天然气等低碳排放能源所占比例偏低，而高排放的煤炭使用比例接近20%，远高于其它两个城市。

4.2 上海、伦敦和东京三市CO2排放的对比

我们采用2008年当年价计算三个城市的国内生产总值，并对上海、伦敦和东京三个城市的碳排放强度进行对比。可以发现：上海市的CO2排放量为23 714万t，伦敦和东京分别为4 673、5 462万t。碳强度方面，上海市大约是伦敦市的15.6倍，东京市的22.8倍。人均碳排放方面，上海市是12.56 t CO2/人，大概是伦敦的2倍，东京的3倍。碳排放强度和人均碳排放的差异主要在于三个城市间产业结构的不同。因为伦敦和东京主要以低能耗和高附加值的第三产业为主，工业部门的比重相对较小。而上海市的工业部门比重偏大，能源消费和CO2排放量自然就远远高于伦敦和东京。在居民生活和交通方面，三个城市的差距相对较小[18-19]。

4.3 上海、伦敦和东京三市碳排放强度的Theil指数分解

采用Theil指数法来对上海、伦敦和东京的碳排放强度的空间差异进行测度分析，见表1。可以看出，产业强度差异和产业结构差异都是三个城市碳排放强度差异的主要原因，其中第二产业碳排放强度差异的影响最为明显，另外，三大产业结构的差异也是导致三个城市碳排放强度差异的重要原因。

由分解结果来看，上海市的碳排放强度降低的主要任务在于降低第二产业碳排放强度和调整三大产业的结构。第二产业碳排放强度的降低主要在于淘汰落后的高耗能企业和重化工行业的重新定位，产业结构的调整在于加快发展低能耗和高附加值的第三产业，努力提高第三产业和战略新兴产业在上海市产业结构中的比重。

5 上海市未来减排潜力：基于多种情景分析

5.1 未来能源消费和需求预测

为了分析和测算上海市未来能源消费和CO2排放，本文采用国际上通用的情景分析方法，主要包括三个发展情景：基准情景（Base）、高碳发展情景（High）以及低碳发展情景（Low）。

基准情景（Base）是不采取任何的政策措施，上海市能源与经济自然发展的状况；高碳情景（High）是基于当前的发展状况，继续加大第二产业的扩大生产，而不进行限制，通过该情景的假定，我们可以对CO2排放上限有一个定量的把握；低碳情景（Low）综合考虑了上海市低碳发展的相关法律法规和发展规划，可以对上海市未来低碳发展有一个展望[2，20]。具体的情景假设见表2。

5.2 能源需求、CO2排放预测以及减排潜力分析

首先根据上海市历史GDP增长水平和三大产业的比例，给定未来三产结构和常住人口的发展趋势；再基于当前的能源强度和上海市的发展规划，对未来的能源强度发展趋势进行预测，从而得到三个产业的能源需求和居民部门的能源需求；最后基于未来能源结构（分能源品种）的预测和各能源的CO2排放系数，得到终端部门的CO2排放。综合计算结果，我们可以发现：

费需求为14 964万tce，2020年的能源消费需求为

19 584万tce。2015年各行业CO2总排放量为39 079万t，2020年总排放量为52 131万t，约为2010年的2倍。

在高碳发展情景（High）下，上海市2015年的能源消费需求为17 062万tce，2020年的能源消费需求为25 186万tce。2015年的各行业CO2总排放量为45 163万t，2020年总排放量为68 282万t，约为2010年的2.59倍。

在低碳发展情景（Low）下，上海市2015年的能源消费需求为12 945万tce，2020年的能源消费需求为14 759万tce。2015年各行业CO2总排放量为33 293万t，2020年总排放量为38 421万t，约为2010年的1.46倍。

通过三种发展情景的比较，可以看出，上海市未来减排的潜力还是非常大的，其中工业部门蕴含的节能潜力最大。2015年上海市的减排潜力约为2 019万t，2020年减排潜力大约为4 826万t。节能减排的实现，主要得益于产业结构和能源供应体系的优化。产业结构的优化在于第三产业的大幅增长，间接减少了高耗能产业的能源消费和CO2的排放；能源系统的优化在于新能源与可再生能源的使用，减少了化石能源的需求，从而减少了CO2的排放。

6 结论与政策启示

上海市CO2排放的主要驱动因素是经济产出，其次是人口规模；主要的抑制因素是能源强度，其次是能源结构。上海市目前正处在城镇化和工业化的进程之中，人口规模和经济总产值还会在一定的时期内保持持续增长。人口规模的扩大和经济增长会进一步促进能源消费和CO2排放的增长。因此，上海市低碳经济的发展在于产业结构的优化和能源供应体系的优化。

上海市的碳排放强度远远高于东京和伦敦两个城市，未来的发展还存在很大的下降空间。上海市的碳排放强度与另外两个城市碳排放强度的差别，主要集中于第二产业的碳排放强度差异和产业结构差异。第二产业作为上海市主要的能源消费部门，其内部的能耗主要集中在三个重化工部门。因此，上海市降低能源强度和碳排放强度的根本在于优化三大产业结构和第二产业的内部结构。三大产业结构的调整在于加快发展第三产业，努力提高低能耗和高附加值的服务业在GDP中的比重，逐步向伦敦和东京两个大都市看齐。第二产业内部结构的优化在于淘汰落后的高耗能产业，对重化工行业的发展进行重新定位，并大力发展知识密集型工业。

上海市在“十二五”和“十三五”期间的“节能减排”潜力巨大。上海市应该在经济转型的关键时期紧紧抓住能源系统优化和产业结构调整的主线，建立与低碳要求相适应的政策法规体系，大力发展金融业和航运业等高附加值、低能耗、低排放的服务业，从而达到优化产业结构和优化第二产业内部结构的目标。同时，上海市要不断优化能源供应体系，提高天然气和可再生能源的比重，逐步使经济发展摆脱对化石能源的依赖，最终实现“能源―环境―经济”的全面协调可持续发展。

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