上海市能源利用碳排放足迹探究

1、上海市能源利用碳排放足迹探究摘要：能源利用是人类生存的基础和前提，对其碳足迹及 生态压力进行研究具有重要意义。本文运用碳排放足迹的相 关含义及研究方法，计算得出1995-2006年上海市能源利用的总碳足迹、各能源类型和产业类型的碳足迹、碳足迹的产值和生态压力值。并以此为基础，利用岭回归函数进行stirpat模型拟合，进一步研究经济发展与碳排放足迹之间的关系，最后提出适应性的管理策研究结果表明:总碳足迹从1995年的1.05 hm2/人上升到2006年的1.36 hm2/ 人，呈现波动上升的趋势;1995-2006年各能源利用的碳足 迹及其分配率均以煤炭最大，石油次之，天然气最小，且煤炭 利用的

2、碳足迹分配率逐年下降，石油与天然气与之相 反;2001-2006年第一、二产业的碳足迹变化不明显，而第 三产业与产业总碳足迹呈明显上升趋势;能源利用的碳足 迹产值从1995年的1. 79万元/hm2增加至2006年的3. 79万 元/hm2,碳足迹的生态压力也从1995年的129. 6上升至2006 年的231&能源利用碳足迹与经济增长关系的模型拟合 研究结果中没有出现环境库兹涅茨曲线，进一步证实能源利 用对环境所造成的压力增大。关键词：碳足迹;stirpat模型；环境库兹涅茨曲线；上海市中图分类号f206文献标识码a文章编号 1002-2104 (2010)02-0103-06doi

3、：10. 3969/j. issn. 1002-2104.2010.02.018随着世界人口的增长和经济活动的扩大，人类对能源的 需求持续增加1。自20世纪70年代以来，区域气候变暖已 为全世界各领域学者关注的焦点。大多数学者认为温室效应 加剧是造成全球变暖的重要原因，而人类活动则是加剧温室 效应的重要驱动因子(ipcc,2007),即温室效应增强主要归 因于人类活动向大气中排放的温室气体的急剧增加2。生 态足迹是侧重于生态理念的可持续发展量化指标，具有形 象、综合、易于理解的特点，能够表达人类消费对生态系统 占用的相对大小，揭示其发展趋势和主要矛盾，因而成为具 有吸引力的生态指标。国外学者将

4、生态足迹运用于自然资源 消耗、环境基础设施竞争力、废弃物与消费压力等的评价与 评估中3,国内不少专家学者也利用生态足迹方法进行各 地区的可持续能力分析。因此，生态足迹已经成为国际公认 的评价自然资源消耗的方法。综合分析已发表的文献，得出国内外在有关温室气体及 碳足迹的研究主要集中在宏观和微观层次上，中观尺度上的 相关研究相对较少，尤其是城市尺度上的研究则更加匮乏。 美国的芝加哥、韩国的chuncheon、kangleung, seoul等城 市开展了相关的研究工作，但这些城市主要采用了实测方法 对石油、煤油、柴油、型煤、天然气和火力发电产生的二氧 化碳进行了测量，从而得出相应的排放系数，并没有

5、对其表 征城市能源可持续发展的碳足迹进行研究和探讨。因此探讨 上海能源利用碳足迹及其生态压力具有重要意义，为上海能 源的可持续发展利用提供理论和数据支撑。1研究区域及研究方法1.1研究区域上海地处长江三角洲前沿，东濒东海，南临杭州湾，西接 江苏、浙江两省，北接长江入海口，交通便利，腹地广阔，地理 位置优越，是中国最大的经济中心和贸易港口、全国最大的 综合性工业城市，也是全国重要的科技、贸易、金融和信息 中心（见图1）。自20世纪90年代初浦东新区开发以来，上海 经济发展走出低谷迈向新的台阶。2004年上海国内生产总值 已达7 450. 27亿元，是1990年以来的最高水平，连续14年 保持两位

6、数增长。但不可否认的是，上海在取得骄人经济成 果的同时，也消耗了大量的能源资源。2006年，上海市能源消 费总量为8 967. 28万t标准煤，比2005年（8 312. 09万t 标准煤）增长7. 9%o煤炭消费总量图1研究区域示意图fig.1 sketch map of research region为5 143. 09万t,成品油消费总量为1 707. 47万t,天然气消费量为22. 58亿m3。1. 2研究方法1.2. 1碳足迹碳足迹方法是研究人类能源利用的分析工具，表示在一 定社会发展水平、技术水平、生活生产方式及消费模式下, 在一定的空间尺度内，人类的所有经济活动对能源资本的消 费

7、以及生态系统提供的能源。碳足迹指标是一个衡量人类对 能源利用量的简单且综合的指标4 -8o郭运功等：上海市能源利用碳排放足迹研究中国人口&#8226；资源与环境2010年第2期能源利用 碳足迹的计算公式为：cf=icfi二工 ici/fi(l)式中：i为煤炭、石油、天然气、3种能源;ci为i能源 人均碳排放量;fi为i能源土地转换系数。具体地，将各类 能源的消费实物量按照表观消费量法转化为碳排放量，再通 过碳排放量与土地面积转换系数(见表1)的比值计算出各类 能源利用的碳足迹9。表1能源利用的碳排放/生态足迹转换系数tab. 1 conversion factors of carbon

8、 emissions of energy utilization/ecological footprint转换系数 (t/hm2)conversion factors (t/hm2)备注remarks能源6. 49以林地吸收c02量计资料来源：世界自然基金会(wwf)网站。能源利用的碳足迹产值3 (value of carbon footprint, vcf)体现单位能源利用碳足迹产生的经济价值，定义为人均 gdp与人均碳足迹的比值。通过vcf分析，可将某一国家(区 域)经济与能源、生态环境发展定量化处理，探索其能源效益 与发展趋势。当vcf较高时，经济发展良好；能源利用的碳足 迹创造的经济价

9、值较高等。能源利用碳足迹强度3 (carbon footprint intensity, cfi)则是能源利用碳足迹与人均gdp的比值。cfi越大则能 耗越大，能源消费的碳足迹效益越差。能源利用碳足迹生态压力3主要(ecological pressure intensity of carbon fo otprint, epicf)表征 能源消费碳排放对自然生态系统产生的压力大小，定义 epicf为人均能源利用碳足迹(hm2)与人均拥有的林地(包括 森林和草地)面积(hm2)的比值，从而判断能源消费对自然生 态环境产生的压力大小。比值越大，压力越大；比值越小，压 力亦小。1. 2. 2 stir

10、pat 模型dietz 等提出了 stirpat(stochastic impacts by regression on population, affluence, and technology) 模型4,10, stirpat模型的具体形式如下：i 二 ap ba ct de (2)式中，1、p、a、t分别表示环境压力、人口数量、人均 财富和技术;a是模型系数,b、c和d分别是人口数量、人均 财富和技术等人文驱动力的指数,e为模型误差。ipat模型是stripat模型的特殊形式，即a = b = c = d =e = lo stripat模型不仅保留ipat模型中人文驱动力之 间相乘的关系

11、，并将人口数量、富裕度、技术等人文驱动力 作为影响环境压力变化的主要因素。stirpat模型是一个多 自变量的非线性模型，模型两边同时进行对数化处理后为：lni=lna+blnp+clna+dlnt+lne(3)以lnl作为因变量，lnp> lna> int作为自变量，ina作 为常数项，lne作为误差项，对经过处理后的模型进行多元线 性拟合。然而由于当前缺乏统一的技术测量指标，实际应用 中通常将t归于残差项，同时为了考察随着经济的增加，经济 增长与环境压力之间是否存在倒“u”型库兹涅茨曲线，本 文将自变量ina分解为ina和(ina)2两项，最后得到如下 模型：lni=lna+b

12、lnp+cllna+c2 (ina)2+lne(4)式(4)对ln(a)求一阶偏导数，可以经济一环境影响的弹 性系数(eeia)为：eeia=cl+2c21n(a)(5)已知ln(a)的值，可根据式计算eeia的值，如果c2为 负值，就可依 此确定，存在环境库兹涅茨曲线和存在环境开 始改善的富裕状态值。2能源利用碳足迹分析2.1能源利用碳足迹计算结果分析2. 1. 1总碳足迹根据能源利用碳足迹计算方法，对1995-2006年上海主 要能源利用的碳足迹进行了计算。经过分析由图2可知，在 总体能源碳足迹方面,1995-2006年的总碳足迹是呈现上升 的趋势，但中间过程出现较小的转折。在1997-1

13、998年经过 从1.06 hm2/人下降到1.04 hm2/人短暂的减少过程后，从 1999年便开始增长，直到2005年，总体能源利用碳足迹达到 了最高的1. 38 hm2/人，比1998年最低时多出0.34 hm2/人, 是1998年的1. 32倍；到2006年总体能源利用碳足迹有所下 降，为1. 36 hm2/人。1997-1998年总碳足迹出现下降的主要 原因是受亚洲金融危机的影响，此间中国全部省份均采取经 济紧缩的应对政策，使得经济发展相对放慢所致；但“十 五”以来，随着上海经济进一步的快速发展，同时在人口增 多、城市化进程加快等一系列外部因素的推动下，上海的能 源消耗量不断上升，导致

14、能源利用的碳足迹不断增大，天然 气的推广和使用、房地产业的快速发展及私家车的迅速增长 进一步加大了上海对能源的需求8。综合上述各方面的因 素，总体能源利用总碳足迹出现了先增加后减少再增加的趋 势现象。图2上海能源利用的碳足迹fig.2 carbon footprint of energy use in shanghai2. 1.2各能源类型碳足迹从各能源类型来看（见图2）, 1995-2006年各能源利用的碳足迹中以煤炭利用的碳足 迹最大，石油次之,天然气所占比例最小。1995-2006年煤炭 利用的碳足迹总体上是在波动中上升的，先是由1995年的 0. 84 hm2/人下降到1998年的0.

15、81 hm2/人，之后又增加到 2005年的0. 92 hm2/人,然后下降到的2006年的0.86 hm2/ 人;若将2005年与1998年比较，煤炭利用的碳足迹增加了 0. 11 hm2/人。1995-2006年石油与天然气利用的碳足迹均呈 直线上升的趋势，石油利用的碳足迹增加了 0. 25 hm2/人，而 天然气由于2000年在上海的推广及普及，到2006年增加了 0.04 hm2/人。在上海能源利用的碳足迹中，从分配率看（见图3）, 1995 年煤炭利用的碳足迹占人均总能源利用碳足迹的80. 27%,到 2006年占63. 72%,整体呈现较快的下降;但从各种能源利用 的的分配上看，煤

16、炭利用的碳足迹占据了主导地位，石油利 用的碳足迹与煤炭利用的碳足迹有相反的趋势，从1995年 19. 73%到2006年的33. 48%,稳中有升，其年均增长率为4. 9%, 天然气利用的碳足迹的比重较小，但增长较为迅速，由2000 年的0. 43%增长到2006年的2. 80%o尽管如此，煤炭的贡献率比重依然过大，以天然气为代 表的清洁能源的贡献率过小。可见上海的一次能源结构长期 得不到优化，煤炭在一次能源中的比重仍然过高，天然气等 清洁优质能源的比重很低。虽然目前加紧转变并优化能源结 构、发展可再生能源、开发新能源，但是预计在较长一段时 间内，煤炭利用的碳足迹仍将继续是总碳足迹中的主要部

17、分。同时，'以煤为主”的一次能源利用结构也造成了运输 压力大、能源利用效率低和环境污染严重等多方面的问题 3。图3 1995-2006年上海煤、石油和天然气利用碳足迹的 分配率变化fig. 3 change of distribution rate of consumption carbon footprint of coal, oil and natural gas during 1995-2006 in shanghai2.2能源利用的碳足迹产业类型分析根据图4,对2001-2006年不同产业类型下能源利用的碳 足迹构成方面（发电和交通除外）进行分析可以看出：第一产 业能源利用的碳

18、足迹占总足迹的比例很小，且逐年下降，并 一直保持在1%左右。第二产业能源利用的碳足迹所占比例在 2001-2003年是下降的，从2001年的4092%下降到2003年 的33.60%,此间上海第二产业能源效率有显著的提高，能源 消耗 量上升不明显；而2004-2006年第二产业碳足迹所占比 例逐年上升，到2006年为3708%,但增长较为缓慢,主要原 因是2004-2006年第二产业能源消耗快速增加，并且第二产 业的能源效率也在快速提高，因此在一定程度上降低了第二 产业能源利用的碳足迹增长的速度。第三产业能源利用碳足 迹占总碳足迹的比例一直在上升，且上升速度较快，从2001 年的1369%增加

19、到2006年的24. 09%,增加了 11个百分点， 这主要是由于第三产业用能，尤其是成品油消耗速度的快速 增加所导致的，第三产业能耗的增加可能与近年来上海的生 产性服务业，特别是物流等行业的发展速度及规模的扩大有 较高相关性。图4 2001-2006年上海产业能源利用碳足迹的变化fig.4 charge of carbon footprint of energy use ofindustry during 2001-2006 in shanghai2. 3能源利用的碳足迹产值与强度分析对1995-2006年上海能源利用的碳足迹产值进行分析, 根据定义计算得出：自1995年起，上海能源利用的碳

20、足迹产 值的变化是逐年增加的，到2006年上海的能源利用的碳足迹 产值为3. 79万元/hm2（假定2000年不变价），比1995年的1. 80万元/hm2增加了 1.99万元/hm2,为1995年的2. 11倍, 年均增长率约为7%。说明近十年来，上海经济发展良好，能源 利用效率不断提高，单位土地面积产值增加较快，单位能源 利用的碳足迹所创造的经济价值不断增加，但是，相对gdp的 增长速度，碳足迹产值的增长明显滞后，说明经济增长对化 石能源的依赖作用还比较明显（见图5）。对1995-2006年上能源利用碳足迹强度进行计算分图5上海1995-2006年能源利用碳足迹产值与强度变 £f

21、ig. 5 change of value of carbon footprint and carbon footprint intensity during 1995-2006 in shanghai析得出，上海近十年的能源利用碳足迹强度走势良 好,1995年碳足迹强度最高为0. 56 hm2/万元，最低为2006 年的0. 26 hni2/万元，降低了 一倍多，进一步证实了上海能源 利用效率在逐年提高，并且还存在较大的提升空间。2.4能源利用的碳足迹生态压力分析根据对1995-2006年上海能源利用的碳足迹生态压力(见图6)分析来看，上海的能源利用的碳足迹生态压力呈现 波动式上升,特别是2

22、000-2006年能源利用碳足迹的生态压 力出现迅速增加,2006年为231. 78o 2000-2006年能源利用 的碳足迹生态压力迅速增加的原因为"十五”期间上海的 农田下降速度过快，同时能源消耗的速度呈现快速增加，特 别是在2002-2003年期间第二与第三产业能源消耗的同时增 加。这说明能源利用的碳足迹面积远远超过人均绿地面积, 可见随着上海经济的发展，对能源需求量大不断增加，上海 能源利用对自然环境造成的压力越来越大。图6 1995-2006年上海能源利用碳足迹生态压力变化fig 6 change of ecological pressure intensity of ca

23、rbon footprint during 1995-2006 in shanghai3能源利用的碳足迹与经济增长的关系利用stirpat模型来研究经济发展与上海市碳排放足迹 之间的关系。本文利用spss15. 0软件的岭回归函数对模型 进行拟合。系数k在(0,1)区间，以步长为0.01进行取值，当 k=0. 04时岭迹图变化逐渐平稳，自变量回归系数变化趋于稳 定，所以文中取k=0. 04时的岭回归拟合结果确定随机模型, 具体拟合结果和方差分析结果如表2、3所示。如表2所示，自变量的t检验值可以说明因变量与自变 量之间的线性相关关系显著，回归方程有意义。当k=0. 04时岭回归的方差检验结果如

24、表3所示，方差分 析的f值为25. 97及p值为0. 000,都能说明回归方程通过了 显著性检验。从回归结果中可知，人口对碳排放足迹的解释作用表2岭回归的拟合结果(k=0. 04)tab. 2 fitting results of ridge regression(k=0. 04)变量variable回归系数regression coefficient 标准误差standard errort 值t valuep 值p valuelna-6. 366 01.87 00-3. 400. 0041np-0. 72400. 3100-2. 320. 0241na-0. 06500.0350-1.860

25、. 049 (ina)2-0 004 50. 001 6-2.810. 005表3岭回归的方差分析tab. 3 analysis of variance of ridge regression变异来源source of variation 自由度freedomssmsfp 总 变 异11 回 归30. 1130. 03825. 970. 000 残差 80.0120. 001 决定系数 r2二0. 91复相关系数r=0. 95较大，人口每增加1%,碳足迹相应地将增加0. 724%o r2值为0.91,表明人口 和人均gdp指标能解释上海市能源利用碳排放足迹影响的91%,而且系数都在0. 05水

26、平上显著。由于ina的二次项系数没有出现负值，因此随着人均gdp 的增加，人均gdp对能源利用的碳排放足迹的弹性系数不断 上升,但人均gdp每增长1%,相应能源利用的碳排放足迹增长 远小于1%o随着人均gdp的增加，能源利用的碳排放足迹的 变化没有出现倒“u”型环境库兹涅斯曲线11（见图7）。这 是由上海的能源利用效率和能源利用结构两个因素共同造 成的，能源利用效率虽然增加，但是近年来第三产业的迅速 发展抵消了第二产业能源效率提高引起的碳排放量的下降, 此外能源利用结构也仍然没有较大的改善。图7能源利 用的碳排放足迹对人均gdp的弹性系数fig. 7 coefficient of elasti

27、city of carbon footprint of energy utilization and gdp per capita4 讨论通过对上海市能源利用碳排放足迹的研究，可以得出以 下五点结论:上海市能源利用的总碳足迹从1995年的1.05 hm2/人上升到2006年的1. 36 hm2/人，呈现波动上升的趋势, 人口增加和城市化进程加快是主要驱动因素。能源类型方 面,1995-2006年各能源利用的碳足迹及其分配率均以煤炭 最大，石油次之,天然气最小。并且煤炭利用的碳足迹分配率 逐年下降，石油和天然气与之相反，但总体能源结构没有明 显改善。产业类型方面,2001-2006年第一、二产业

28、的碳足 迹变化不明显，而第三产业与第二产业总碳足迹呈明显上升 趋势。1995-2006年上海市能源利用的碳足迹产值逐年增 加，从1995年的1. 79万元/hm2增加至2006年的3. 79万元 /hm2,说明上海能源利用效率在逐年提高；但是碳足迹的生 态压力也从1995年的129. 6上升至2006年的231. 8,导致上 海能源利用对自然环境造成的压力越来越大。在能源利用 碳足迹与经济增长关系的模型拟合结果中没有出现环境库 兹涅斯曲线，进一步证实能源利用对环境所造成的压力增大, 如何使其减缓或抑制已经成为日益迫切的问题。结合上海实际的能源利用问题,提出以下管理策略：(1) 优化能源结构。必

29、须实行能源多元化、清洁化发展， 大力改善和调整能源结构，坚持不懈地节能减排，有效保障 能源供给。途径有大力发展生物质能、潮汐能等可再生能源； 加强新能源和替代能源的研发应用；促进公众煤炭清洁高效 利用；大力加强国际能源合作12 o(2) 积极创新能源发展理念和模式。转变能源管理方式， 推动上海能源节约发展、清洁发展和安全发展，由主要依靠 化石能源向积极开发利用可再生能源转变，由主要注重能源 供给向能源供应和需求管理并重转变，由主要依靠资源开发 向依靠科技进步转变。(3) 提高能源利用效率。可通过以下途径实现：一是技术 途径，通过技术创新系统提供各种高效节能设备、材料和工 具；二是市场途径，建立

30、能源产品市场体系，通过价格信号来 改变使用者的能源生产行为和用能行为，增加各种节能产品 和设备的市场销售量，直接减少不可再生能源的利用量；三 是教育途径，通过广播、电视和报纸等媒介，帮助公众了解当 地环境质量和资源状况，提高节能意识，促进公众参与地方 环境保护的决策过程。(编辑:田红)参考文献(references)1 赵卫等.城市化对区域生态足迹供需的影响j. 应用生态学报,2008, 19(1)： 120-126. zhao wei et al. effects of urbanization on supply and demand of regional eco logical foo

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39、 human survival, so it is important to stud y carbon footprint and ecological pressue this article used the releva nt concepts of carbon footprint and the research methods to calculate carbon footprint of shanghai 's total energy use, carbon footprint of all types energy and i ndustry, carbon footprint of the value of output and ecological pressure from 1995 to 2006 authors used ridge regression