An analysis of the driving forces of energy-related carbon dioxide emissions in Chinarsquo;s industrial sector
Abstract
Both energy consumption and the growth of carbon dioxide (CO2) emissions in China are attributed to the industrial sector. Energy conservation and CO2 emissions reduction in Chinarsquo;s industrial sector is decisive for achieving a low-carbon transition. We analyze the change of energy-related CO2 emissions in Chinarsquo;s industrial sector from 1991 to 2010 based on the Logarithmic Mean Divisia Index (LMDI) method. Results indicate that industrial activity is the major factor that contributes to the increase of industrial CO2 emissions while energy intensity is the major contributor to the decrease of CO2 emissions. Industry size shows a varying trend interchanging intervals of growth along the study period. Moreover, both energy mix and carbon intensity of energy use have negative effects on the increase of CO2 emissions. The co-integration method is adopted to further explore determinants of CO2 emissions in Chinarsquo;s industrial sector. Results show that there exists a long-run relationship between industrial CO2 emissions and affecting factors such as CO2 emissions per unit of energy consumption, industrial value added, labor productivity and fossil fuel consumption. Chinarsquo;s industrial CO2 emissions are mainly attributed to the coal-dominated energy structure. Policy suggestions are thus provided to reduce industrial CO2 emissions in China.
Keywords: CO2 emissions; Chinarsquo;s industrial sector; Co-integration; Decomposition
Analysis.
1 Introduction
1.1 Research Background
The massive fossil fuel consumption promoted by the rapid process of urbanization and industrialization has led to the serious problem of CO2 emissions in China. For example, Chinese economy has kept an average annual growth rate of about ten percent since the year 1978. The average annual growth rates of the primary energy consumption and electricity consumption were 6% and 9.2% [1], respectively. Notably, the growth rate of fossil-fuel CO2 emissions was consistent with the growth rate of the primary energy consumption [2]. Carbon dioxide emissions in China were highly associated with the industrial structure, energy structure and energy efficiency. Apparently, Chinarsquo;s economy was dominated by the industrial sector. The average proportion of industrial value added (IVA) in the gross domestic product (GDP) was 40.2% during 1978-2012. Meanwhile, both Chinarsquo;s energy structure and electricity structure were dominated by coal, the shares of which were about 70% and 80%, respectively. Although energy intensity in China decreased from 362.60 tons of coal equivalent (tce) per hundred thousand USDs to 94.37 tce per hundred thousand USDs during 1978-2012 (at constant prices in 2000) [3], the efficiency of energy use in China was still relatively low compared to those in other developed economies.
In November 2009, the Chinese government proposed that carbon dioxide emission per unit of GDP (carbon intensity) would be decreased by 40% to 45% in 2020 compared to the year 2005 [4]. In 2010, both energy intensity target and carbon intensity target were included in the 12th Five-Year Plan (2011-2015) for National Economic and Social Development, which regulated that in 2015, energy consumption per unit of GDP (energy intensity) would be decreased by 16% and the carbon dioxide emissions per unit of GDP would be decreased by 17% compared to the year 2010. Needless to say, the industrial sector plays an important role in Chinarsquo;s energy conservation and emissions reduction. According to the regulation of industrial energy conservation during the 12th Five-Year Plan period (2011-2015), energy consumption per unit of value added in industrial enterprises above designated size (enterprises with the annual sales revenue over 806 thousand USDs) would be decreased by 21% in 2015 compared to the year 2010, and the expected amount of energy conservation would be 670 million tons of coal equivalent (Mtce) during 2011-2015. In addition, the Chinese government also proposed targets of energy consumption per unit of value added in energy-intensive industrial sub-sectors such as iron and steel industry (ISI), nonferrous metals industry (NMI), petroleum processing and coking industry (PPCI), chemical industry (CI), building materials industry (BMI), etc.
Industrialization is currently the major character of economic growth and energy consumption growth in China. During 1985 to 2011, energy consumption in the industrial sector accounted for about 70.3% of the national energy consumption. The proportion has shown an increasing trend over the last few years. On the contrary, the share of industrial value added (IVA) in GDP revealed a decreasing trend. In the year 2011, value added of the industrial sector was 2918.03 billion USDs, accounting for 39.8% of the national GDP; however, industrial energy consumption amounted to 2464.4 Mtce, accounting for 70.8% of Chinarsquo;s total energy consumption, and industrial electricity consumption reached 3470.7 billion kWh, accounting for 73.8% of Chinarsquo;s total electricity consumption [1]. It can be seen that the industrial sector in China is prominently energy-intensive. Energy conservation and emissions reduction in the industrial sector is the key to Chinarsquo;s emissions reduction and the achievement of low-carbon transition.
1.2 Overview of China#39;s industrial sector
Chinarsquo;s economic growth is dominated by the industrial sector at the industrialization stage. The importance of industrial sector derives from the fact that the sectoral employment accounts for 30 percent of Chinarsquo;s total employment, and that industrial value added accounts for nearly 40 percent of GDP, etc. Chinarsquo;s industrial sector has developed rapidly over the past three decades, which was mainly driven by th
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附录A 译文
中国产业部门能源碳排放驱动因素分析
能源消费和日益增长的二氧化碳排放量与中国产业部门的发展息息相关。节约能源和减少二氧化碳排放量对中国产业部门的低碳转型具有重要的意义。本文基于LMDI分解法,分析了1991至2010年期间中国产业部门能源碳排放量的变化情况。结果指出,中国产业活动是导致二氧化碳排放量上升的主要影响因素,而能源强度是降低二氧化碳排放量的主要影响因素。产业规模在研究阶段下显示出了较大的波动。不仅如此,能源结构、能源强度对中国产业碳排放量的减少具有消极的作用。本文采用了协整模型来进一步探究中国产业部门二氧化碳排放量的决定因素。结果显示,产业二氧化碳排放量和诸如每单位能源排放的二氧化碳量、产业附加价值、劳动生产力和化石能源消费量等影响因素间存在关系。中国产业二氧化碳排放主要来自于以煤炭为主导的能源结构。因此,政府出台了多种规制措施来减少中国产业碳排放量。
第1章 绪论
1.1 研究背景
近年来,我国快速的城市化和工业化进程推动了化石燃料的大量消耗,导致了严重的二氧化碳排放问题。以化石燃料的大量消耗为例,自1978年十一届三中全会以来,中国经济保持了10%左右的年均增长率。能源消耗和电力消耗年均增长率分别为6%和9.2%。值得注意的是,化石燃料二氧化碳排放的增长率与一次能源消耗的增长率是一致的。可见,中国的二氧化碳排放与产业结构、能源结构和能源效率密切相关。显而易见的是,工业部门主导着我国的经济发展,1978-2012年期间,产业增加值(IVA)在国内生产总值中的平均比例为40.2%。同时,中国的能源结构和电力结构都以煤为主,煤的比重分别为70%和80%。尽管在1978-2012年期间(以2000年不变价格计算),中国的能源强度从每十万美元362.60吨煤当量下降到每十万美元94.37吨,与其他发达经济体相比,中国的能源使用效率仍然相对较低。
2009年11月,中国政府提议,与2005年相比,2020年单位国内生产总值(碳强度)的二氧化碳排放量将减少40%至45%。2010年,能源强度目标和碳强度目标均被纳入国家第十二个五年计划(2011-2015年)。国家经济与社会发展属称,与2010年相比,单位国内生产总值的消费量(能源强度)将减少16%,单位国内生产总值的二氧化碳排放量将减少17%。可见,工业部门在中国的节能减排中发挥着重要作用。根据“十二五”期间(2011-2015年)工业节能条例,2015年规模以上工业企业(年销售收入超过80.6万美元的企业)单位增加值能耗将比2010年下降21%,2011-2015年预计节能量为6.7亿吨煤当量。此外,中国政府还提出了钢铁工业、有色金属工业、石油加工和焦化工业(PPCI)、化学工业、建材工业等能源密集型工业子行业单位增加值能耗目标。
工业化是当前中国经济增长和能源消费增长的主要特征。1985年至2011年期间,工业部门的能源消耗约占全国能源消耗的70.3%。在过去几年里,这一比例呈上升趋势。相反,工业增加值(IVA)在国内生产总值中的份额显示出下降趋势。2011年,工业增加值为29180.3亿美元,占全国国内生产总值的39.8%;然而,工业能耗达到2464.4兆吨,占中国总能耗的70.8%,同时工业用电量达到34707亿千瓦时,占中国总用电量的73.8%。可以看出,中国的工业部门是能源密集型的。工业部门的节能减排是中国减排和低碳转型成就的关键。
第3章 研究方法和数据来源
3.1 研究方法
3.1.1 分解法分析
化石燃料二氧化碳排放分解成相关因素可追溯到1980年代进行的一系列研究,主要是在单一工业化国家的工业层面。Kaya将二氧化碳排放量分解成了不同的影响因素:
在这里,GHG代表温室气体排放;TOE是总能耗;GDP是国内生产总值,POP是人口。
Eq.建立模型并分析了温室气体排放与能源计量单位人均消费温室气体排放、单位国内生产总值能耗、人均国内生产总值和人口等影响因素之间的关系。在本文中,笔者使用分解方法来识别影响中国工业部门能源消耗和与能源相关的CO2排放的因素:
其中,下标i表示中国的工业部门;CIE是每能源计量单位消费的二氧化碳排放量(能源使用的碳强度);EM是化石燃料在总能源消耗中所占的份额;EI是单位工业增加值(部门能源强度)的能耗;IA是人均工业增加值(工业活动),IS是中国工业部门的就业人口。总的来说,就业的增加意味着经济部门的扩张。因此,我们使用这个指标来表示行业规模。
3.1.2 变量的定义
本文中的变量定义如下:
每能源计量单位消费的二氧化碳排放量():每能源计量单位消费的二氧化碳排放量(能源使用的碳强度),其主要受能量结构的影响,由于CO2排放系数不同,反映了能量的质量。如果清洁能源在能源结构中所占的份额更高,能源计量单位人均消费的温室气体排放量就会更低。然而,中国工业部门的能源消耗主要是煤炭,煤炭是化石燃料中二氧化碳排放系数最高的。因此,中国必须改善消费和生产的能源结构,以降低消费和生产成本。此外,信息经济还受到能源使用效率的影响。
工业增加值():快速经济增长是影响中国能源需求的主要因素。同样,中国工业部门的能源消耗主要是由工业增加值的增长驱动的(IVA)。从本文的历史数据来看,1998-2000年中国工业结构调整期间,工业增加值增长放缓,能源需求下降。在过去的二十年里,中国工业部门的工业增加值从1990年的1433.8亿美元快速增长到2010年的15317.8亿美元(两者在1990年均为不变价格),相当于[1的834%的增长。综上所述,1991-2000年间,IVA工业部门年均增长率约为12.6%,工业总能耗年均增长率约为6.5%,接近IVA的一半。
劳动生产率():劳动生产率的提高有助于降低能源强度,从而有助于减少中国工业部门的二氧化碳排放。二氧化碳排放量下降的原因包括:第一,劳动生产率的提高有助于降低能源强度[51],从而有助于降低能源消耗和与能源相关的二氧化碳排放量;第二,熟练工人可能对能源利用有更多的了解[52],这样可以减少生产过程中的能源消耗;第三,劳动生产率的提高可以看作是机械化和计算机化的过程,这有助于提高能源利用效率。1991-2010年间,中国工业部门劳动生产率年均增长率约为11%。
化石燃料消耗():二氧化碳排放的主要来源是化石燃料的燃烧,其次是某些工业过程、土地使用变化和生物质可再生发电。新能源和其他可再生能源,包括太阳能、风力和水力发电,没有排放足迹[53]。因此,增加可再生能源的供应是替代碳密集型能源的好方法。然而,清洁能源的使用只占中国工业部门的一小部分,化石燃料消耗的增加导致了部门二氧化碳排放量的增加。
4 实证结果和分析
4.1 中国产业部门的二氧化碳排放量变化
分解分析可以量化决定因素对能源相关二氧化碳排放变化的影响。本文通过将研究期划分为1990-2010年的四个时间间隔,分析了中国产业部门二次排放变化的特征因素。
结果表明,在过去二十年里,中国产业部门的二氧化碳排放量发生了显著变化。需要确定驱动力,以设计适当的政策来减缓中国工业CO2排放的增长趋势。产业活动效应和能源强度效应是中国产业部门与能源相关的CO2排放变化的主要驱动力。人均产业增加值是导致CO2排放量增加的最重要因素,而单位产业业增加值能耗是导致中国产业部门CO2排放量下降的最重要因素。在研究期间,产业规模效应和能源利用碳强度效应都表现出时间间隔变化趋势(增加和减少);然而,产业规模效应是产业二氧化碳排放量增加的原因,而能源消费碳强度效应是产业二氧化碳排放量下降的原因。能源消费强度效应的变化趋势可能是中国产业结构调整期间所有制变化的结果。从2000年开始,工业化和城市化进程的加快可能导致国际经济中心效应的变化趋势。此外,能源组合效应有助于减少从业二氧化碳排放量。
值得注意的是,产业活动效应的变化对与能源有关的二氧化碳排放量增加的贡献是变量中最高的,尽管产业活动效应的影响在2011-2005年期间大幅降低,但它仍然是推动中国产业部门与能源相关的二氧化碳排放的最重要因素。另一方面,能源强度效应是2001-2005年期间与能源有关的二氧化碳排放量下降的主要原因。特别是在2006-2010年期间,能源强度效应对能源相关二氧化碳排放量下降的影响达到600.13。政府政策在这一方面起到了主要作用。中国政府承诺在2010年将能源强度比2005年降低20%。其次是产业活动效应,产业规模效应也是1996-2000年期间二氧化碳排放量增加的驱动力。产业规模对二氧化碳排放量的影响总体呈上升趋势,2005-2010年期间,产业规模对二氧化碳排放量增长的贡献达到520.85百万吨。
可以看出,中国产业部门的二氧化碳排放量变化从1992年的63.64百万吨增加到2010年的1949.52百万吨,相当于增长了2962%。在快速工业化时期,二氧化碳排放量的增长率最高。产业活动效应是导致中国产业部门与能源相关的二氧化碳排放量增加的主要因素。具体而言,捐款从1992年的200.85 Mt增加到2010年的3939.63 Mt。相反,能源强度效应是产业CO2排放量下降的主要决定因素,其负贡献从1992年的153.46百万吨增加到2010年的2116.72百万吨。能源混合效应和每能源计量单位使用碳强度效应都有助于产业CO2排放量的下降。能源组合效应对产业CO2排放量下降的贡献从1991年的2.39百万吨增加到2010年的167.72百万吨。同样,能源计量单位每次使用的碳强度变化对部门能源相关二氧化碳排放量减少的贡献从1992年的12.00百万吨增加到2010年的244.85百万吨。然而,与能量强度效应相比,这两种效应的贡献相当小。因此,它们对中国产业部门与能源相关的二氧化碳排放变化的影响有限。1998-2004年期间,产业规模的影响有所波动,但总体上对中国工业部门与能源相关的二氧化碳排放量的增加产生了积极影响。产业规模效应贡献的U型趋势验证了本文的推论。如前所述,对产业二氧化碳排放量增加的负面影响可归因于所有权变化引起的产业结构调整。结果表明,产业规模效应对与能源相关的CO2排放变化的负贡献从1998年(产业结构调整的开始)的90.25 Mt上升到2000年的147.80 Mt峰值,然后在2004年(产业结构调整的结束)下降到50.81 Mt。总之,产业活动和能源强度是产业CO2排放变化的重要影响因素。由于中国在1998-2004年期间的产业结构调整,产业规模的影响在研究期间有所不同,但表明对二氧化碳排放量增加的总体积极影响。尽管影响很小,但能源使用的碳强度和能源组合的影响导致工业二氧化碳排放量增加。
4.2 中国产业部门的二氧化碳排放量变化
能源使用碳强度(CIE)、工业增加值(IVA)和化石燃料消耗(EFF)是中国工业部门与能源相关的CO2排放增长的驱动力。基于以上分析,劳动生产率的提高有助于减少工业中与能源相关的二氧化碳排放。然而,在我们的模型中,估计系数相当小。主要原因包括:第一,在中国快速的工业化进程中,产业增长是广泛的,由于人才短缺和教育水平相对较低,大部分员工技术水平不高;第二,中国工业部门有大量落后的生产设施需要关闭,资本和劳动力之间的替代性很小。
弹性系数显示,能源使用碳强度(CIE)、工业增加值(IVA)和化石燃料消耗(EFF)增加1%,将分别导致产业能源相关二氧化碳排放量增加0.546%、0.327%和0.657%。此外,化石燃料使用对与能源相关的二氧化碳排放的影响最大,其次是能源使用的碳强度和产业增加值(IVA)。
结论
本文的目的是调查中国工业部门与能源相关的二氧化碳排放的变化及其驱动力。分解分析的应用基于对数平均分割指数(LMDI),该指数提供了1991年至2010年能源使用碳含量、能源组合、能源强度、工业活动和工业规模对部门能源相关二氧化碳排放的影响的定量分析。结果表明,工业活动效应和能源强度效应是中国工业部门能源相关CO2排放量变化的主要驱动力。工业活动效应导致部门二氧化碳排放量大幅增加。相反,能源强度效应是减少二氧化碳排放的主要因素。1998-2004年期间,工业规模的影响各不相同,但总体上对部门二氧化碳排放量的增加产生了积极影响。此外,在减少与能源相关的二氧化碳排放方面,燃料多样化(能源混合效应)和能源使用碳强度的影响更为突出。
为了进一步探索中国产业部门能源相关CO2排放的决定因素,我们基于协整模型建立了部门能源相关CO2排放与能源使用碳强度(CIE)、产业增加值(IVA)、劳动生产率(LP)和化石燃料使用(EFF)等因素之间的长期均衡关系。能源使用碳强度(CIE)、产业增加值(IVA)和化石燃料使用(EFF)等因素对中国产业部门与能源相关的CO2排放增加有积极影响,而劳动生产率的提高有利于降低产业CO2排放。弹性系数表明,能源使用碳强度(CIE)、产业增加值(IVA)和化石燃料消耗增加1%,将分别导致部门能源相关CO2排放量增加0.546%、0.327%和0.657%。
基于此,本文提出了减缓中国工业部门与能源相关的二氧化碳排放增加的政策含义和措施。
降低能源强度是中国产业部门减少二氧化碳排放的主要策略。首先,总能耗控制政策是限制产业能源强度的最强大动力,它将直接促进能源效率的提高,并使中国产业部门的节能措施更加具体。其次,节能技术可以有效地提高能源使
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