增长、就业及减排目标约束下的产业结构优化研究

2014-07-18张晓娣

中国人口·资源与环境 2014年5期

张晓娣

摘要：该研究建立了投入产出框架下的产业结构优化模型，在减排目标、GDP 增长率、就业率的多重约束条件下，测算了中国实现国民经济最小波动的最优产业调整路径，揭示了低碳经济与可持续发展下应当鼓励和控制发展的重点行业：产值提升最大的应包括批发零售贸易、公共与居民服务业、机械电气设备制造维修业、住宿餐饮业等排放系数较低且最终需求水平较高的行业，产值下降最大的则是电力热力生产和供应业、金属冶炼及压延加工业、以及石油加工及炼焦燃气等，这些行业无疑是实现国家在稳定增长前提下减排目标的关键。通过调整约束条件的强度，研究发现，随着碳减排约束的收紧、以及经济增长目标的提高，所需的产业结构调整幅度会逐渐增大，并且减排力度加强所要求的结构变动比经济增长率提高所要求的变动更大，因此对于中国经济未来发展，实现减排任务比片面追求GDP增长率难度更大、成本更高。由于模型解得的理论最优变动率普遍小于过去10-20年中国各行业的实际增长率，因此本研究提出的“降排放、保增长”的产业结构调整方案具有一定的现实可行性。尤其是第一产业和矿产开采业近10年的实际变动率已经接近模型求解的最优调整方案，但是大多数行业的实际增长值要远超过理论最优值，所以适当放缓增长步伐，能够在保持适当的经济增长率与就业率的前提下，有效降低能耗及排放强度。

关键词：产业结构优化；投入产出；碳减排；目标约束

中图分类号 F421；X22 文献标识码 A

文章编号 1002-2104（2014）05-0057-09

从2007年的“巴厘岛路线图”到2009年的“哥本哈根气候变化峰会”再到2011南非德班《京都议定书》第一承诺到期前最后一次气候大会，作为世界上碳排放增量最多的国家，中国不可避免地面临来自国际社会与日俱增的减排压力。为了积极、建设性地承担气候变化责任，中国政府于2009年提出强度减排目标，即到2020 年单位 GDP 的碳排放量比2005 年下降40%-45%，并将其作为约束性指标纳入国民经济和社会发展中长期规划。“十二五”规划纲要也提出，未来5年碳强度下降17%是经济社会发展的主要目标之一。

1 相关研究回顾

由于多数环境政策可能对GDP增长、就业、出口产生负面效应，因此减排的经济成本问题无疑是阻碍国家采取有效措施控制温室气体的绊脚石。早在1994 年乔根森、威尔科克和刘德顺等[1]就对不同减排目标下二氧化碳的减排成本进行了研究。后来国外学者相继将动态优化模型、宏观经济模型、一般均衡模型应用于减排成本的研究[2-4]。在中国，陈文颖、高鹏飞、何建坤[5]建立了中国 MARKAL-MACRO 混合模型，对我国在不同年份开始实施减排的碳减排边际成本进行了测算。韩一杰等[6]在不同的减排目标和GDP增长率的假设下，测算了中国实现二氧化碳减排目标所需的增量成本，发现GDP增长速度越快或减排目标越高，减排增量成本也越高；但由GDP变化所引起的增量成本变化远小于由减排目标调整所引起的增量成本变化。除了一般意义上的减排成本，近年来国内外学者对某一具体减排政策的宏观经济影响也做了积极的研究。巴曙松等[7]发现各种主要能源消费的碳减排成本之间存在差异性，提出施行燃料转换政策是一个很好的选择。基于市场的碳税也是实现中国碳强度目标的有效措施，许多文献研究了中国拟征收碳税对温室气体减排及社会经济的影响[8-12]。

理论上说，降低生产过程中的温室气体排放可以从3个方面入手进行调整——产业结构、能源使用组合及效率、以及产业间的技术关系，其中技术进步与能源利用效率提高不能在短期一蹴而就，而产业结构却可以通过引导居民消费偏好以及企业投资行为得以实现。事实上，产业结构对碳排放的影响甚至可能大于能源结构[13]。Ma和Stern[14]认为1980-2008年期间结构变化提高了能源强度。张雷和李艳梅[15]实证研究了我国产业结构与能源消费总量、单位能耗和碳排放的关联模型，并以此为基础，分析了我国产业结构节能减排的潜力。张友国[16]基于投入产出结构分解方法证实，1987-2007年由于第二产业份额的大幅上升和农业份额的持续下降使中国碳排放强度上升了2.5%，而三次产业内的部门结构变化也导致碳排放强度上升1.02%。蔡圣华、牟敦国、方梦祥[17]认为中国经济增长对投资的过度依赖使得第二产业占比保持较高的水平，尤其是固定资产投资以基础设施建设、建筑业为主，会加剧能源资源和环境的压力，为了达到低碳发展的目的，需要扩大消费规模、升级消费结构，以带动第三产业的服务需求增加。林伯强、孙传旺[18]也指出现阶段城市化和工业化进程加剧以煤炭为主的能源刚性需求，不利于中国减排二氧化碳。李健、周慧[19]运用灰色关联分析方法中国碳排放强度与产业结构的关联性，第二产业是影响地区碳排放强度的主要因素，尽管并不一定带来碳排放量的增大，第三产业对地区碳排放强度的降低效应并不明显，第一产业对碳排放强度的影响最小。

虽然调整产业结构是实现减排目标的有效政策措施，却会对现行的生产计划造成干扰，带来一定的经济波动。那么，如何在发展低碳经济的同时，尽可能降低对经济增长的扰动呢？这便是本文的研究目标。本文采用Proops， Faber 和 Wagenhals [20]、Cornwell[21]在投入产出分析框架下建立的系统优化方法，建立包含碳排放的投入产出模型，从最终需求和能源投入两个方面分别分析优化结果，并给出相应的政策建议。

进一步，将（14）带入一阶条件，便可得到y～与目标减排量、目标增长率、以及目标就业率之间的关系。最后，从（11）和（14）不难看出，α越大，各产业间的最终需求变动率差异越小；α足够大时各产业的变动率将趋于一致，削弱了计算结果的实际意义。因此本文取值α=2，目标函数（5）变为简单的二次方形式z=[SX（]1[]2[SX）]∑[DD（]n[]i=1[DD）]y～2i。

3 数据来源与处理

本文所需的原始数据中，直接投入系数A、初始最终需求y来源于2010年中国投入产出表，分行业的化石能源消费数据主要源于《中国统计年鉴》、《中国能源统计年鉴》，将这些数值分别除以各行业总产出即得到能源投入矩阵E。由于能源统计的产业部门划分与投入产出表的部分划分存在差异，需要对比统一两种部门分类，并根据研究本身的简化需要重新将42个产业部门合并为25个[26]。

为了尽可能地详细与精确，本文包含10种化石能源（k=10），表1展示了各种能源的CO2排放系数，即模型中的向量C。第1列的碳排放系数直接引用IPCC[27]年数据，为了与中国能源消费量保持单位一致，需要对其进行单位换算：首先乘以碳氧化率（100%）及44/12 （CO2对碳的分子量比值）得到各种燃料的有效CO2排放因子（第2列），再乘以4 186.8×10-19，可以将其单位由kgCO2/TJ转换为KgCO2/Kcal，再根据中国的源热值单位换算，最终得到以KgCO2/Kg为单位的CO2排放系数（第3列）。

基于以上数据，本文首先计算出每个行业的对GDP以及总就业人数的贡献率，作为增长和就业约束的产业权重θG 和θJ（表2第1、2列）；其次根据

[C′E′（I-A）-1]计算出每个行业的碳排放系数，即各产业每创造1单位新增价值/最终产品所排放的CO2，计算结果见表2第3列，单位为KG/元。碳排放系数最高的是电力热力的生产和供应业，因为中国的电力工业以煤电为主，而大多数燃煤电厂的碳氧化率非常高；其次是金属冶炼、加工及制品业，其中的钢铁和建材工业都是大量消耗煤炭的行业；第 3位是石油加工炼焦及核燃料加工业，接下来是化学原料及制品业、非金属矿物制品业、煤炭开采和洗选业、等。碳排放系数最低的行业大多属于服务业领域，由低到高依次为：金融及房地产业、其他服务业、水供应业、批发零售贸易、交通运输设备制造业、住宿餐饮业。而在当前国民经济中占有特殊地位的建筑业的排放系数中等偏低。

4 计算结果及分析

产业结构的最优调整方案见表2。表中数值代表不同限制条件下各行业最终需求的变动百分率，通过调整，不仅能够有效降低碳排放规模，而且能够实现最小的减排成本，将减排对生产的干扰降至最低，保持经济的平稳发展。

4.1 单一约束条件：减排目标

如果只存在减排要求，对产业进行微调、避免生产大规模波动无疑是保持经济稳定的最佳选择。表3第1列给出了单一约束T=-1%下的行业产值变动率，可以看出，所有行业的最终需求都有所下降，但幅度都不大。电力热力供应业降幅最高，约为 -2.71 %，其次是金属冶炼及制品业（-2.23%）和石油加工及炼焦燃气（-173%），建筑业大概在-1%左右。其余行业的生产并未受到显著干扰，变动率基本维持在-0.5%以内。

4.2 双重约束条件：减排和增长目标

如果在碳排放水平降低1%的基础上，加入GDP年增长率保持在7%的目标（G=7%），各产业最终需求的优化调整见表3第2列。由于两个约束条件的作用方向完全相反——经济增长需要最终需求的提升，而减少排放则要求降低最终需求，这就意味着，当某些产业降低产值以实现减排目标的同时，另一些产业则需要增加产值，以抵消减排约束对经济增长的负面影响，从而满足GDP增长率的既定目标。

那么，如何调整才能使产业结构的总体变动进而成本最小呢？为了维持一定的GDP增长率，应当提高占总产值份额较大的产业的最终需求；同时，为了达到一定的减排量，需要减少产品含碳量高的产业的最终需求。两种作用力的平衡决定了最终需求的最终变动。

因此，某一产业的调整幅度依赖于其总产值的高低以及产品的碳排放系数。列2所示，引入增长约束后，绝大多数产业由减产转变为增产。在最终产值增加的行业中，增幅最大的是批发零售贸易，提高12.71%左右。其次是其他服务业，约为12.66%（根据部门分类，这里主要指社区服务、公用事业、文教卫生等）。机械电气设备制造维修业约增加11.93%，该行业不仅是第二产业中碳排放系数最低的部门之一，而且对国民收入中的贡献度也十分重要。服务业中的住宿餐饮业（9.96%）和金融及房地产业（8.91%）、以及其他制造业（8.63%），增长额都超过8%。制造业中增产幅度超过7%的还包括食品制造与烟草加工业、纺织业、交通运输设备制造业。不难发现，以上行业不仅最终需求水平较高，而且大多排放系数较低。

另一方面，减产行业前三位的顺序发生了变化：降低幅度最高的依然是电力热力供应业；石油加工及炼焦燃气业超过金属冶炼及制品业位居第二，因为后者的产值权重非常高，过度减产会导致增长约束无法满足。与列1相比，各行业削减幅度显著提高，电力热力供应由-2.71%上升到-7.26%，石油及炼焦由-1.73 %提高到-5.92%，金属冶炼及制品业由-223%增加到-485%，建筑业由-102%增加到 -382 %。减产规模的扩大，是因为需要弥补其他行业产值增加引起的多余排放量。除此之外，仅剩2个产业需要小规模地降低最终需求，它们是非金属矿物制品业（-265%）、以及燃气供应业（-009%）。

4.3 多重约束条件：减排、增长和就业目标

除了GDP和节能减排，中国经济确定的发展目标还包括充分就业。 Creedy & Sleeman [28]也指出，在研究经济系统优化时，必须保持经济增长和就业约束的一致性，才能将劳动生产率的变动纳入分析框架，保持劳动投入系数的稳定性。因此，在减排1%、GDP增长率7%的基础上，加入第三个限制条件——就业率不变（J=0），产值变动的优化分配结果见表2第3列。

就业约束引入之后，比较列2和列3的计算结果发现，少部分行业的调整方向发生了变化，例如化学工业由原先的增产变为减产，各类矿采业增幅降低。究其原因，主要是由于这些行业的资本密集度较高，对劳动力吸纳的能力相对较弱，而碳排放系数又偏高。减产规模最高的前3位行业没有改变，仍旧是电力供应、石油加工和金属冶炼，且降幅都扩大1%-2%不等。建筑业情况较为特殊，作为吸纳劳动人数第二位的行业，在加入就业率约束条件之后，减产幅度反而由之前的-3.82%下降到-188%，降低了近50%。

另一方面，原先应当增产的产业，大多增幅有所提升，但规模都不大，换句话说，就业约束对增产行业的影响十分有限。理论上看，增产行业的数量原本就比减产行业多，因此每个行业只需要略微提升产值就能够弥补电力供应、石油加工和金属冶炼等行业大幅度减产所带来的GDP损失。从实际角度看，增产部门中几乎包含了所有服务类行业，而这些产业就业权重本身较高，对就业的贡献度也较大。当增长率约束要求其总产值增加时，就业约束也自动得以满足，所以，产业最终需求的调整方案仅有微弱的变化。

表3第4列展示了减排目标由-1%提升到-1.5%、GDP增长率和就业率保持不变时的产业结构优化路径。减排力度越大，减产行业越需要降低最终产品产量，而增产行业则需要相应地提高最终产值以满足经济增长约束。例如，石油加工及炼焦的减产额度由-7.94%大幅上升到-10.04%，电力供应由-9.21%增加到-11.46%，金属冶炼制造业由-6.12 %提高到-7.1%，建筑业也由-188 %小幅度提高到-2.47%。相应地，为了弥补减产带来的增长率下降，住宿餐饮业的增产规模由10%提高到12.99%，金融及房地产业由9.4%增加到12.68%，批发、零售等商业贸易由12.93%上升到16.66%。

图1比较了不同减排目标下的结构调整差异（列3和列4），纵轴代表T=-1.5%时各行业的增加值变动率，横轴代表T= -1%，如果所有点恰好在45°线上，意味着减排约束上升0.5%对各行业的产值变动没有影响。从散点分布可以看出，随着减排约束的收紧，产业分布更加离散，产值调整范围加大，这意味着对生产和经济活动干扰的加剧，以及减排成本的增加。

表3第5列将GDP增长率提升0.5%，同时保持减排约束1%和就业约束不变。对比列3和列5发现，当增长率约束从7%上升到7.5%时，增产行业的产值增加规模都提高了。为了抵消这些行业引起的多余碳排量，石油加工、电力、建筑业的产值需要进一步下降。这些改变增加了产业分布的离散性（见图2），进而提高了产业结构调整的成本。

那么，从列3到列4，从列3到列5，哪种变化带来的产业调整幅度更大呢？与图2比较，图1中的产业分布更明显地偏离了45°线，说明碳排放约束收紧0.5%带来的产业产值变动比增长约束提高0.5%更大，换句话说，由减排目标调整所引起的成本大于GDP增长目标调整所引起的成本。

4.4 产值变动的实际观测值

表3的最后两列给出了各个产业最终需求年均增长率的实际观测值，分为长期和短期，前者观测区间为1990-2010年，后者则是2000-2010年。观察比较最后两列和第4、5、6列发现，产业实际增长率（无论长期和短期）与理论要求的最优调整率存在一定的距离，归纳如下：

（1）一些行业在过去10-20年间的发展趋势与模型求解得到的调整方向完全相反。如理论减产规模最大的3个行业——电力生产供应业、金属冶炼制造业、石油加工炼焦——实际增长率却均超过20%。其中，石油加工及炼焦燃气的短期增长率高于长期增长率，说明其最终需求在过去近10年里有所增长；而其余两个行业的增长速度则趋于下降，尤其是金属冶炼制造业增长率由长期46%降到短期的25%，从发展低碳经济的角度看，这是一个积极的变化。

（2）部分行业的实际增长率已经接近模型计算所得的优化解。如农林牧渔业、煤炭开采和洗选业、石油和天然气开采业、金属矿采业、非金属矿采业，意味着中国的初级产品生产已经逐步走上稳定的发展道路，能够对发展低碳经济、同时保持GDP、就业的平稳增长发挥正面作用。

（3）即使方向相同，多数行业的实际变动值要远大于理论最优调整值。最明显的例子是各个服务行业，实际增长率几乎都是理论最优调整幅度的2倍还多，尤其是金融地产行业，理论增长率为10%左右，但长期实际增长率已高达39%。这种观察结果说明两点：首先，模型得出的最优调整路径规模较小，因此通过产业结构变动以减排放、保增长的方案，在现实中具有一定的可行性；第二，尽管服务产业碳排放系数较低，合理增长可以起到减排的作用，但是过度无节制的增长也可能会起到反用，造成经济系统整体碳排放强度的增加。

5 结论

“十二五”规划适度放慢了经济发展速度，要求加快转变经济发展方式，优化产业结构，降低能耗强度和碳排放强度、减少污染物排放等，说明我国越来越注重经济质量发展，注重经济、能源与环境的可持续发展。如何把减排任务合理地分配到各产业，对实现碳排放、经济增长、以及就业的目标非常关键。本文以降低国民经济中的生产波动为原则，将最小化产业最终需求变动率加权之和作为目标函数，建立了碳排放量、经济增长率、就业率等不同约束条件下的优化模型，探索了各产业的最优调整路径，同时得出如下结论：

首先，在减排率、GDP增长率和就业率目标的约束下，最终需求提升最大的是批发零售贸易、其他服务业、机械电气设备制造维修业、住宿餐饮业等排放系数较低且最终需求水平较高的行业，产值下降最大的则是电力热力生产和供应业、金属冶炼及压延加工业、以及石油加工及炼焦燃气，等，这些行业无疑是实现国家在稳定增长前提下减排目标的关键。

第二，加大产业结构调整力度，控制高耗能工业的发展，鼓励和促进服务业的发展是降低能源强度、推动低碳经济发展的迫切需要。据测算，如果中国第三产业增加值的比重提高1%，第二产业中工业增加值比重相应地降低1%，能源强度可相应地降低约一个百分点[29]。但是，最终产值规模调整由产业碳强度、最终需求水平和就业权重共同决定，因此，不能简单地一味限制第二产业，盲目扩张低排放强度行业。例如制造业中的机械、电气、运输通信设备、电子设备制造维修业就应当加以鼓励；矿产开采洗选业虽然排放系数较高，但由于占GDP比重相对较低，所以也可以适当发展；而排放系数并不大的建筑业，由于产值权重较高，过度扩张仍旧会提高整体排放强度，须要适当调整和约束。

第三，与近年来各行业的产值实际变动情况相比，通过理论模型得到的产业最终需求调整规模相对较小，部分产业（如农业、各类矿产开采行业）的理论最优变动率与实际增长率基本一致，所以，通过产业结构调整减少排放的策略是可行的。依据模型计算出的调整方案，适当下调部门增长率，不但可以降低能源消费及强度，而且能够将GDP增长率、就业率维持在可以接受的水平。

第四，约束条件的目标越高，产业结构的调整幅度越大，减排成本越高，而且减排目标提高带来的成本增加高于经济增长目标提高。对于政策制定者来说，控制排放的任务比促进GDP增长更有挑战性，所以政府面临两种选择：要么不要勉强地追求较高的减排目标，要么适度降低增长步伐，将节能减排放在更为优先的地位，为产业结构优化、能源结构提升提供足够的时间和空间，反而能对经济、能源与环境的协调发展具有较强的促进作用，有利于未来中国经济向低碳发展模式的转型。

最后，改变最终需求的方式包括调整投资与出口、影响居民、企业的消费决策，等，这些措施无疑会波及价格水平、经济主体效用、以及社会福利，因此，对以上后续效应的分析是本研究下一步的方向。

（编辑：刘照胜）

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