以能源消耗为基础的部门内涵CO2排放强度的估算

刘卫国，王玉凤，陈首丽

（1.北京石油化工学院 能源经济研究中心，北京 102617;2.对外经济贸易大学 国际经济贸易学院，北京 100020）

0 引言

碳排放强度是指在正常技术经济和管理条件下，生产单位产品所排放的气体数量的统计平均值。从国家层面来说，碳排放强度是各国CO2排放量与其GDP的比值。该指标主要是用来衡量一国经济同碳排放量之间的关系，如果一国在经济增长的同时，每单位国民生产总值所带来的碳排放量在下降，那么说明该国就实现了一个低碳的发展模式。但是上述碳排放强度的计算方法计算出来的是直接CO2排放量，没有包括从产品的整个生命周期角度考虑产品的原材料、工配件在其上游的加工制造以及运输等过程的CO2排放量。产品生命周期中所排放或没排放但内涵在产品中的CO2，我们称之为内涵的CO2排放。

广义上讲，内涵的CO2排放可以理解为产品在生产（包括运输）过程中实际排放出的CO2以及产品还能够排放的CO2量。狭义上讲，内涵的CO2排放是指其在生产过程中排放出来的CO2。本文主要讨论的产品内涵的CO2排放是指产品在生产过程中排放的CO2总和，包括实际排放的CO2以及产品还能够排放的CO2量，即广义上的内涵CO2排放。

国外一些学者[1～5]已经在此方面做了大量的研究，大都基于自己国家的投入产出表，利用投入产出分析方法计算出了产品中内涵的CO2排放，我国学者关于这方面的研究比较少，并且有的学者[6]在利用投入产出分析时套用国外的模型，或者利用投入产出分析方法对进口产品分类时采用“按比例分配法”[7，8]，这样计算出来的结果有很大的不确定性。况且，目前国内学者对这方面的研究只是利用投入产出分析方法，并没有结合产品的生产过程进行分析。因此，有必要利用我国的投入产出表并从产品的整个生产过程角度估算产品内涵的CO2排放强度，这对于进一步分析我国CO2排放与进出口贸易的关系有很大帮助。

1 模型与方法

1.1 投入产出模型[9]

投入产出分析方法是由瓦西里·列昂惕夫于20世纪30年代提出的一种研究经济系统各个部分间表现为投入与产出的相互依存关系的经济数量方法。它是一种有效的、从宏观尺度评价商品和服务中内涵的能源或污染量的工具。根据全国投入产出的平衡关系，可以建立按行业的投入产出数学模型:

或

其中:A={xij/xj}(i=1,2,……n；j=1，2，……n)为直接消耗系数或技术系数矩阵，其含义是生产某种单位产品对另一种产品的消耗量。(I-A)-1={bij}为列昂惕夫逆矩阵，也称完全需要系数矩阵，其元素bij表示j产品生产单位最终产品对i产品的完全需要量，既包括对中间产品的需要，又包括了对最终产品自身的需要，即对总产品的完全需要；X为社会总产出列向量；Y为包含其他最终产品的社会最终产品。

1.2 产品生产过程的CO2排放机制

由于现代社会CO2排放主要来源于能源消费，应对气候变化的国际合作协议所采取的措施主要是针对能源消费相关的CO2减排。为明确起见，我们以能源为载体从产品生产过程的能源消费的角度来研究CO2排放。

考虑n个部门的生产过程，设第j部门产品内涵的CO2排放强度记为ej(j=1,…n)，则第j部门生产过程的CO2排放机制原理如图1所示[10]。图中xj是考察期第j部门的总产出，其内涵的CO2排放为ejxj，是本部门内涵的CO2排放输出。由于CO2排放与能源消费密切相关，为了研究的明确性，我们从产品生产过程角度研究CO2排放时以能源为载体来研究。直接CO2投入是本土一次能源内涵的CO2排放δjEj,earth和进口能源内涵的CO2排放δjEj,import，δj为j种能源的CO2排放系数；间接CO2投入是生产过程消耗的第i部门中间产品xij和进口产品zij所内涵的CO2排放其中是第i部门进口产品的CO2排放强度，由来源地的生产技术水平决定。对于非能源产品，一般地与生产技术水平呈反向变化，即技术进步程度越高，其单位产出的CO2排放越少，则产品寿命周期的单位产出CO2排放总量越小；但对于能源产品，结论有些变化。

图1 第j部门生产过程的CO2排放机制

因为进口产品种类繁多，目前还没有可靠的数据资源可以提供众多进口产品来源地的CO2排放强度；另一方面，收集众多进口产品来源地的投入产出表和CO2排放数据也十分困难，为简便起见，假设进口产品的生产水平与本国相同，即=ei。于是，图1描述的生产过程能源投入-产出均衡方程为：

记x=(x1,…,xn)'，e=(e1,…,en)，,δn)为能源对应的n×n阶CO2排放系数对角矩阵，A=(aij)n×n为直接消耗系数矩阵，则得到(3)的矩阵形式

式(4)就是n个部门内涵的CO2排放强度的计算公式，其中E和分别为下面要讨论的直接能源投入和直接CO2投入。

2 CO2排放强度的估算

2.1 数据来源及处理

2.1.1 直接能源投入的处理

一次能源是指直接来源于自然物质的可用作能源动力的产品，包括化石能源、核能、水、风和潮汐电能等；二次能源是一次能源转换的可作为能源动力的产成品。对于商品和服务而言，直接能源投入是指国内生产的一次能源和参与生产过程的进口能源产成品。

根据42部门投入产出表，我国有5个能源生产部门，分别为“煤炭开采和选洗业”(j=2)，“石油和天然气开采业”(j=3)，“石油加工、炼焦及核燃料加工”(j=11)，“电力、热力的生产和供应业”(j=23)，和“燃气加工与供应业”(j=24)等。其中第11部门生产的一次能源是核燃料，第23部门生产的一次能源是水、核、风电，第24部门是二次能源生产。根据统计数据资源，考虑使用《中国统计年鉴》和《中国能源统计年鉴》“能源平衡表”作为直接能源投入的数据基础，具体处理方法如下。

通过比较我国2007年42部门投入产出表[11]和能源平衡表[12]相关数据的相对大小可知，在投入产出表中，我国煤炭的生产和进口划归煤炭开采和洗选业(02部门)，原油和天然气生产与进口划归石油和天然气开采业(03部门)，石油产成品的生产和进口划归石油加工、炼焦及核燃料加工业(11部门)，一次能源电力(水风核电)的生产和进口划归电力、热力的生产和供应业(23部门)，煤气和其它燃气等二次能源划归燃气生产和供应业(24部门)。在投入产出表中这些产品也是相应部门的部分产出，其直接能源投入的界定相对复杂一些，但从前述直接能源的分配可知，非能源部门的直接能源投入为零。

由能源平衡表我们可以得到计入生产过程的能源投入为：

能源投入量E=生产量+进口量-出口量-库存增量

具体数据结果见表。

2.2.2 直接CO2投入的处理

由于CO2排放与能源消费密切相关，大部分的CO2排放都是由能源消费引起的。为了研究的明确性，我们从产品生产过程角度研究CO2排放时以能源为载体来研究。上一节已经明确了直接能源投入分配情况，在此基础上进一步讨论基于能源的直接CO2投入情况。

IPCC（2006）公布了各种能源对应的CO2排放系数，原始单位以J为单位，将热量单位转化为标准煤，见表2。所以，能源部门直接CO2投入量即为其直接能源投入量与相应的CO2排放系数的乘积。

在计算直接CO2投入时，需要注意剔除非气态碳原子的能源产成品。有些能源产品并非都产生CO2排放，我们将其称为非气态碳原子的能源产成品。比如塑料、纤维、石蜡、沥青等原油炼制后得到的产成品，虽然含有碳原子，但都是非气态的碳原子，这样的能源产成品直接用于终端消费，没有内涵的CO2，更不会产生CO2排放。并且还有一些用作原料和材料的一次能源及能源产成品在终端消费时也没有排放CO2。这些非气态碳原子的能源产成品在能源投入中占有一定比重，但作为终端消费时不会排放CO2，都应该在计算直接CO2投入时将对应部分的能源产品剔除。于是我们得到了剔除了非气态碳原子的能源产成品后各种能源消费过程中已经或将要排放的CO2量，见表3。

表1 2007年我国能源生产消费结构 (单位：104tce)

表2 能源对应的CO2排放系数（2006）

同时，我们得到了2007年我国5个能源部门的能源及CO2投入量，见表4。

表3 2007年我国能源生产消费过程中承载的CO2量 (单位：吨)

2.2 CO2排放强度估算结果与分析

表4 2007年我国能源部门CO2投入量 (单位：吨)

依据2007年中国投入产出表，以我国2007年能源部门CO2投入为基础，得到2007年我国42部门产品和服务内涵的CO2排放强度的估算结果。具体结果如表5所示。

表5反映了2007年度中国42部门商品与服务内涵的CO2排放强度，结果可以分成两个部分从两个方面进行解释：第一，能源部门所显示的产品内涵的CO2排放强度的估算值是不仅包含本部门在生产过程中生产（包括运输）过程中实际排放出的CO2，而且包括其投入到其他部门使用时产品还能够排放的CO2；第二、非能源部门的产品内涵的CO2排放强度的估算值是客观的，即估算值就是本部门的产品在生产过程中单位产出排放的CO2，即使被其他部门进一步使用，也不会再排放CO2。

表5 2007年中国42部门商品与服务内涵的CO2排放强度估算结果 (单位：吨/104元)

2.2.1 能源部门的产品内涵CO2排放强度分析

表5明确反映出42部门商品与服务内涵的CO2排放强度中居前五位的均为能源部门。这是由于我们考虑的是产品整个生命周期过程中已排放和将要排放的CO2，能源部门首当其冲是必然的。

第2部门(煤炭开采和选洗业)产品内涵的CO2排放强度达到59.51吨/万元人民币，估算值最大。其原因是在同等热值条件下，与其它一次能源产品相比，煤炭不仅单位价格偏低，而且能源转化效率也偏低，导致其单位产值的排放CO2最高，属典型的高内涵CO2排放强度产业。

第3部门（石油和天然气开采业）的产品与煤炭部门一样作为一次能源，其内涵CO2排放强度为9.86吨/万元人民币，约为煤炭行业的1/6，主要原因是由于其相对较高价格和较高的能源利用率。

第11部门（石油加工、炼焦及核燃料加工业）的产品内涵CO2排放强度为14.70吨/万元人民币，在42部门中居第二位。其原因主要有两个方面：一是在石油加工环节和成品油使用过程中都会排放大量的CO2；二是该部门包含炼焦业，焦炭的CO2排放系数在能源中是高（见表2），且煤炭转化为焦炭的过程是典型的高排放过程。

第23部门（电力、热力的生产和供应业）的商品内涵CO2排放强度为11.70吨/万元人民币，在42部门中居第三位，这主要是因为电力、热力等二次能源供应是建立在以煤炭消耗为主的基础上，且在此过程中能源转换效率也成为主要的影响因素。

第24部门（燃气生产和供应业）的商品内涵CO2排放强度为10.05吨/万元人民币，在42部门中居第四位，这与第23部门类似，但从产品售价和转换效率综合考虑稍优于第23部门。

通过对五个能源部门内涵CO2排放强度分析可以发现：一次能源结构直接影响到一个国家的内涵CO2排放水平，我国以煤炭为主的一次能源结构直接决定了我国高排放强度的现实。鉴于我国以煤炭为主的一次能源结构难以短期改变，降低排放强度问题一方面要通过提升煤炭的有效利用率来解决；另一方面还需通过技术进步来提升一次能源到二次能源的转换效率。

2.2.2 非能源部门分产业部门分析

(1)第一产业（农林牧渔业）的内涵CO2排放强度为1.19吨/万元，这与我国以家庭为主按户经营的现实情况相吻合，部门产出建立在大量的人工投入基础上，虽然内涵CO2排放强度低，但同时也意味着技术水平低、机械化程度低、产业竞争力差，发展速度缓慢。

(2)第二产业（能源部门除外）以工业和制造业为主，是能源消耗和CO2排放的重点部门，远高于第一和第三产业，平均CO2排放强度为3.95吨/万元，我们以第二产业部门的平均CO2排放强度为分界，分别进行讨论。

高于第二产业平均CO2排放强度的部门有：第13部门（非金属矿物制品业）6.78、第14部门（金属冶炼及压延加工业）5.46、第12部门（化学工业）5.35、第4部门（金属矿选采业）4.53、第15部门（金属制造业）4.16、第26部门（建筑业）4.02。除第26部门外，均属于原材料工业，具有典型的高资源投入、高能耗、高CO2排放强度特征；而第26部门则具有高材料消耗特征，进而具有高CO2排放强度特征。

低于第二产业平均CO2排放强度的部门则大都属于劳动密集型或技术密集型产业，如工艺品制造业、纺织业、仪器仪表制造业等，其中劳动密集型产业具有资金投入少、资源消耗少、技术水平低、使用劳动力多的特点；技术密集型企业具有资金投入大、资源消耗少、产品附加值高的特点。上述两类产业的CO2排放强度均相对较低。

(3)第三产业：以服务业为主，平均CO2排放强度为1.84吨/万元，我们也以第三产业部门的平均CO2排放强度为分界，分别进行讨论。

高于第二产业平均CO2排放强度的部门有：第27部门（交通运输及仓储业）3.93、第40部门(卫生、社会保障和社会福利业)3.14、第34部门（租赁和商务服务业）2.32、第38部门（居民服务和其他服务业）2.10、第35部门（研究与试验发展业）2.09、第37部门（水利、环境和公共设施管理业）2.08、第28部门（邮政业）2.00。上述部门中，第27部门、第28部门和第34部门具有典型的刚性能源需求特征；其它四个部门则具有明显的的政府主导式公共服务特征，高投入与低效益并存。此外，从投入产出表中可以看出，若将第27部门排除，剩余六个部门的的总产出相对较小，仅占所有部门总产出的4.39%，且行业增加值很低，CO2排放强度相对较高是必然的。

低于第三产业平均CO2排放强度的部门有：第39部门（教育）1.67、第41部门(文化、体育和娱乐业)1.67、第42部门（公共管理和社会组织）1.64、第36部门（综合技术服务业）1.58、第31部门（住宿和餐饮业）1.48、第30部门（批发和零售业）1.21、第29部门（信息传输、计算机服务和软件业）1.20、第32部门（金融业）0.73、第33部门（房地产业）0.57。大都是知识密集型、资金密集型或技术密集型产业，附加值高、能耗低、CO2排放强度低。特别需要指出的是：房地产业是第三产业中CO2排放强度最低的一个部门，仅为0.57吨/万元人民币，主要原因是本部门主要负责房地产开发经营、物业管理及房屋中介等服务性活动，而与房地产建设相关的CO2排放已经转移到第26部门（建筑业）；此外由于自2003年以来房价大幅上涨，部门增加值也快速增长，进一步降低了CO2排放强度。从投入产出表中可以得出，2007年该行业总产出为14774.6亿元，仅次于第31部门（住宿和餐饮业为14815.4亿元），但CO2排放强度却仅有第31部门的1/3。

3 结论

本文通过能源部门的初始CO2投入，利用投入产出技术，估算了我国42个部门商品内涵CO2排放强度。关于通过提高煤炭利用率和提升一次能源到二次能源转化率来降低能源生产部门的排放强度的解决方案已经在前面提出，这里不再进行讨论。

对于以重化工业和高资源消耗行业为主的高耗能部门，可以通过以下方式来降低排放强度：第一、适度压缩产品出口规模，扩大进口，避免行业过度扩张；第二、提高准入门槛，强化以技术手段来降低排放强度；第三、鼓励企业开展能源综合利用，提升能源利用效率；第四、通过科技进步来提升相关行业的技术水平。

同时需要指出的是：本方法是基于能源投入的角度测算内涵的CO2排放强度，并未考虑引起CO2排放的其他方面，因此估算方法仍有不完善的地方，估算结果可能偏小。但考虑到数据的难以获得性和复杂性以及估算结果的进一步应用，此估算方法及结果有一定的合理性。

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