湖南省能源消耗的碳足迹及其影响因素分析

周翠烟

摘 要 近年来，湖南省的环境污染形势严峻，基于能源消耗碳足迹的衡量指标，计算出湖南省的能源消耗的碳足迹，然后进一步采用STIRPAT模型，对影响湖南省能源消耗的碳足迹的因素进行定量分析，并验证是否存在环境库兹涅茨曲线。结果表明：首先，湖南省能源消耗结构一直变化不大，以原煤、石油为主，其中原煤在能源消耗中所占比重最大。其次，湖南省碳足迹呈上升趋势。再次，湖南省人均GDP和能耗结构是驱动碳足迹增长的主要因素，但产业结构对碳足迹的影响力也不容忽视。同时，回归分析表明经济增长与碳足迹之间不存在环境库兹涅茨曲线。

关键词 能源消耗 碳足迹 STIRPAT模型

一、引言

近年来，学者们对气候变暖的关注有增无减，而人为的二氧化碳的大量排放是导致气候变暖的主要原因，其中占主导地位的就是能源消耗所排放的二氧化碳。湖南省作为中部地区的大省，在发展经济的过程中承接了发达地区的一些高能耗、重污染的产业。近十年来，原煤消耗量占比居高不下，一直维持在65%左右，能源消费结构一直没有明显的改善。此外，原煤、洗精煤、焦炭的消耗量随着湖南省经济总量的不断扩大而大幅度增加。这势必导致二氧化碳排放量的大幅攀升。基于湖南省的能源数据，对湖南省的能源消耗碳足迹及其影响因素进行研究，有利于湖南省更好地实现“碳减排”。

“碳足迹”的概念源自英国学者Weidema（2008）提出的“生态足迹”，“碳足迹”可以理解为人类在消费或者生产一个完整周期中所产生的溫室气体的量。[1]卢俊宇（2013）等人通过建立碳足迹计算模型对全国能源消耗的碳足迹区域差异进行了分析。[2]徐蓓（2016）则对我国能源消耗的碳足迹空间分布情况进行了分析。[3]黄雨生（2016）等人在碳足迹模型的基础上还加入了碳承载力的计算，对中国大陆30个省份碳足迹的空间分布进行了分析。[4]

在研究影响能源消耗的碳足迹的因素中，STIRPAT模型是应用得比较多的模型。STIRPAT模型是在IPAT模型的基础上演变而成的一种随机模型，它克服了IPAT模型中单位弹性的假设。[5]现在有学者为了将该模型更好地应用到碳足迹的研究中来，将产业结构和能源结构两个因素也加入到了STIRPAT模型中。[6]黄蕊等人（2016；2013）利用STIRPAT模型，定量分析江苏省和重庆市能耗碳足迹的影响因素之间的关系，[7，8]杨红娟等人（2016）则以云南省为例，[9]吴翠芳等人（2015）是基于对甘肃省的交通碳排放影响因素进行了定量分析。[10]

对湖南省的能源消耗的碳足迹的研究文献较少，赵先超等人（2016）对湖南省能源消费碳足迹的空间差异与动态演化进行了分析，但没有对其影响作进一步分析。[11]吴献金等人（2012）基于计量模型对湖南省各地市5年的能源消耗及其影响因素进行了分析，强调湖南省在制定节能政策和能源战略时空间效应对能源消耗的作用，但忽略了重要的能源结构和产业结构因素。[12]

本文以湖南省为例，用碳足迹的研究方法对湖南省能源消耗的碳足迹的动态变化过程进行分析，同时基于加入了产业结构和能源结构两个因素的STIRPAT模型对影响其能源消耗的碳足迹的因素进行了进一步的定量分析。同时，验证湖南省的经济增长与碳足迹之间是否存在环境库兹涅茨曲线，从而为制定经济发展与环境保护政策提供参考。

二、研究方法

（一）能源消耗碳排放量计算方法

在式（1）中，C为湖南省的能源消耗碳排放量，Ej为终端能源消耗量，j=1，2，...，8为8种主要终端能源：原煤、焦炭、洗精煤、柴油、原油、汽油、燃料油、液化石油气。αj为第j类能源CO2的排放系数（每千克第j类能源CO2的排放量）；Nj为第j类能源的CO2排放因子（千焦/千克）；gj为第j类能源的平均低位发热量（千焦/千克、千焦/立方米）。

（二）能源消耗碳足迹

按照“生态足迹”的定义，可将碳足迹定义为吸纳人类活动排放的二氧化碳而需要的生物性土地面积，以此衡量一个地区发展的可持续性。目前，接受度较高的是由CarbonTmst提出的计算方法。他所定义的碳足迹强调产品是在整个过程中直接排放的温室气体量。本文依据他的观点而提出的能源消耗的碳足迹公式如下：

在（2）式中，P为人口，FCL为碳排放量与林地面积转换系数的比值，取6.49t/hm2（世界自然基金会），Cf为能源消耗碳足迹

（hm2/人）。

（三）能源消耗碳足迹产值（VCF）

能源消耗碳足迹产值的含义是每单位能源碳足迹所带来的经济价值，通常用人均GDP值和能源消耗碳足迹的比来衡量，它可以一定程度上反映能源的利用是否高效。由其定义可知，当能源消耗碳足迹产值越小时，则说明能源的经济价值也小，反之亦然。如果出现能源消耗碳足迹产值很低的情况，说明该地区的能源效率是有待提高的。

（四）STIRPAT模型

STIRPAT模型是基于IPAT模型提出来的，它是一种拟合回归模型，可以利用最小二乘法对湖南省能源消耗的碳足迹的影响因素进行分析，本文采取的STIRPAT模型不仅包含IPAT模型的人口、人均财富量和技术这三个变量，还将能源结构和产业结构也纳入了该模型中，使之能提出更有效的政策建议，STIRPAT模型的表达式如下：

STIRPAT模型的表达式可视作IPAT一般形式，其中，I表示人类活动对环境造成的影响，P表示人口，A表示人均财富量，T表示技术，a，b，c，d为待估参数，e为随机扰动项，在IPAT模型中，a=b=c=d=e=1。STIRPAT模型为多变量的非线性模型，非线性模型在软件对其进行处理时需要先对数化处理，由（3）式可得线性化的STIRPAT模型：

（4）式中lnI是因变量，lnP、lnA、lnT是自变量，lne是误差项，lna是常数项，经过处理后的模型是多元线性模型。按照弹性系数的概念，当P、A、T每发生1%的变化时，分别引起I发生b%、c%、d%的变化。结合湖南省的识记情况，本文将能源结构和产业结构作为因变量加入到模型中，拓展的模型如下：endprint

在（5）式中，S表示能源结构，F表示产业结构。为了考察湖南省是否存在环境库兹涅茨倒“U”型曲线，本文将（5）式调整为：

（6）式为本文最终采用的模型。其中，I在这里表示能源消耗碳足迹；P用人口总量表示；A用人均GDP表示；T取单位能源创造的GDP，即能源强度；S取第二产业在国民经济中所占比重；F表示取煤炭占一次能源消耗的比重。

对式（6）中的lnA求一阶偏导可得到富裕程度对环境的弹性系数EEa：

由于EE为富裕度对环境的弹性系数，所以当c2为负数时，则表示存在倒“U”形的环境库兹涅茨曲线。

三、实证结果及分析

本文实证分析的数据来源于湖南省2005～2014年的《湖南省统计年鉴》，GDP以1996年為准换算为可比价。

（一）能源消耗碳足迹及碳足迹产值计算结果分析

湖南省能源数据以及各因变量的数据经过单位换算，计算得到表1。

由统计的基础数据可知从2005年到2014年，随着湖南省经济总量的迅速增加，作为经济发展源泉之一的能源消耗总量也由42558577吨上升到61118203吨，其中原煤消耗量占比遥遥领先，常年高达65%左右。其次，就是焦炭和原油的消耗量，焦炭消耗量也是常年占比11%左右，而原油消耗量的占比由13.3%降到11.4%。由此可知，湖南省能源消费总量在增加，但能源消费结构变动不大。

由表1可以看出，湖南省能源消耗碳足迹经历了先增后减的过程，由2005年的9.74hm2/人持续上升到2011年的14.41hm2/人后，2012年开始逐渐降低，到2014年湖南省能源消耗碳足迹为12.96hm2/人。2011年之所以会成为能源消耗的碳足迹的转折点，这与进入节能减排的“十二五”时期密不可分，在国家部署和发布的节能减排任务下，“转方式、调结构”成为湖南省节能减排的重要工作方向。《湖南省“十二五”节能减排综合性工作方案》中明确提出到2015年，全省每万元GDP能耗要降到0.983吨标准煤，比2010年的1.17吨标准煤下降16%，同时在整个“十二五”期间，湖南省要实现节约能源3100万吨标准煤的目标。2011年后，湖南省能源消耗的碳足迹的降低表明“十二五”节能减排的工作方案取得了一定成效。

由计算出的能源消耗碳足迹和湖南省每年的总产值可得能源消耗碳足迹产值（VCF），湖南省能源消耗碳足迹产值由2005年的987元上升到2014年的2872元，基本呈直线上升，年均增长率为12.7%。2008年能源消耗碳足迹产值相对于2007年增长率为20.3%，2013年能源消耗碳足迹产值相对于2012年增长率为17.8%，都远远高于年均增长率。但能源消耗碳足迹产值增长速度小于GDP增长速度，这意味着能源利用率有了一定提高，但仍然还有继续提高的空间。

（二）基于STIRPAT模型的能源消耗碳足迹影响因素分析

从式（8）可以得到湖南省的人口对能源消耗碳足迹影响为负相关关系。

由表2可知人口数量的系数为正，说明随着人口数量的增加，能源消耗的碳足迹是增加的，控制人口增长对减少碳排放有一定的作用。人均GDP的系数表明经济增长对能源消耗碳足迹产生正向影响。这说明随着经济的增长，能源消耗碳足迹也将进一步增加，经济总量的增长使得政府企业增加了减排的支出，该系数略小于技术的系数。可见，想要降低湖南省的能源消耗碳足迹，一定的经济投入必不可少。技术的系数为负，表明技术与能源消耗碳足迹成负相关，即技术进步有助于能源消耗碳足迹的减少，技术进步能有效提高能源的利用率，减少碳排放。技术进步的系数是最大的，可见要降低能源消耗的碳足迹就要特别重视技术进步。产业结构系数为正，表明第二产业在国民经济中的比重越大，能源消耗碳足迹越多，这与事实相符。第二产业主要是工业制造业，当第二产业占国民经济的比重每增加1%，能源消耗碳足迹则会增加0.57%。能源结构的系数也为正，表明煤炭占一次能源的比重越大，能源消耗碳足迹越大，煤炭占一次能源的比重每增加1%，则能源消耗碳足迹增加0.87%。可见能源结构对能源消耗碳足迹的影响较大。

此外还可以看到（lnA）2的系数为正，说明湖南省不存在环境库兹涅茨曲线，经济发展与能源消耗碳足迹不存在倒“U”形曲线关系。

四、政策建议

针对上面的分析所得出的结论，本文提出四个方面的建议：

（一）建立和完善碳市场机制

在碳市场建设初期，保证将规模以上企业纳入体系中，并加强碳资产管理能力。同时，为了保障碳市场价格机制的正常运行，初期碳市场配额分配适量，防止价格走低，从而失去碳价格引导企业节能减排的作用；其次，丰富投资主体，控排企业不局限于高排放行业，让银行、证券、基金等专业的金融机构也参与进来，从而增加市场资金流动性，以促进减排企业实现经济价值，起到激励市场主体减排的作用。

此外，为了保障碳市场充分发挥竞争作用，先建立信息管理制度，充分披露信息。完善碳市场配额分配、交易、排放数据等信息管理制度体系。对交易机构进行统一管理，实现资源整合，保障交易产品和资金自由流动。

（二）优化产业结构

在中国整体经济增速放缓的背景下，湖南省应加快经济增长方式由粗放型向集约型转变的速度，实现传统支柱产业和战略性新兴产业相结合。同时，大力发展第三产业，开发博大精深的湖湘文化，以成为第三产业经济的新增长点。促进第二产业的转型，由资源密集型向技术密集型转变。

同时，在引进外商投资时，不应降低环保要求的门槛，而应采取别的方式创造良好的投资环境以吸引外资。

（三）改善能源结构

降低对煤炭的依赖性，首先就得加大对新能源的开发投入力度。其次，可以充分利用长株潭发展经济一体化的优势推进新能源产业规模化经营，如风能，从而实现化石能源向可再生能源的转变。endprint

（四）促进技术进步

建立政府、高校、企业三方合作的模式，政府引导高校实施重点科技专项，企业提供实践指导，攻克一批能真正应用到实践中的技术，实现成果的高效转化。

此外，政府应大力支持以高效节能产品为主的企业，孵化一批致力于研发、设计、制造为一体，具有国际竞争力的环保企业。与此同时，健全知识产权的保護体系，给企业创新提供良好的法律政策环境。最后，政府可以建立重大节能技术示范基地，推广相应技术，同时给中小企业提供技术和援助。

（作者单位为湖南师范大学商学院）

参考文献

[1] Weidema BP，Thrane M，Christensen P，elal . Carbon Footprint： A Catalyst for Life Cycle Assessment ？[J]. Journal of Industrial Ecology，2008，2（1）：3-6.

[2] 卢俊宇，黄贤金，陈逸，等.基于能源消费的中国省级区域碳足迹时空演变分析 [J].地理研究，2013，32（2）：326.

[3] 徐蓓.我国能源消费碳足迹时空迁移及影响因素研究[D].安徽财经大学，2016.

[4] 黄雨生，曲建升，刘莉娜.中国各省份碳足迹与碳承载力差异研究[J].生态经济（中文版），2016，32（6）：38-43.

[5] 周国富，宫丽丽.京津冀能源消耗的碳足迹及其影响因素分析[J].经济问题，2014（8）：27-31.

[6] 贺红兵.我国碳排放影响因素分析[D].华中科技大学，2012.

[7] 黄蕊，王铮，丁冠群，等.基于STIRPAT模型的江苏省能源消费碳排放影响因素分析及趋势预测[J].地理研究，2016，35（4）：781-789.

[8] 黄蕊，王铮.基于STIRPAT模型的重庆市能源消费碳排放影响因素研究[J].环境科学学报，2013，33（2）：602-608.

[9] 杨红娟，程元鹏，等.基于STIRPAT模型的云南省能源消耗影响因素分析[J].生态经济（中文版），2016，32（3）：87-91.

[10] 武翠芳，熊金辉，吴万才，等.基于STIRPAT模型的甘肃省交通碳排放测算及影响因素分析[J].冰川冻土，2015，37（3）：826-834.

[11] 赵先超，滕洁，周跃云.湖南省能源消费碳足迹的动态演化与空间差异分析 [J].科技导报，2016，34（24）：110-114.

[12] 吴献金，谢玲淋.湖南省市域能源消耗及其影响因素研究[J].统计与决策，2012（8）：141-144.endprint