深圳市制造业碳减排路径研究

马晓明 胡贝蒂 粟辉 计军平

摘要：深圳市制造业碳排放约占当前深圳市排放总量的三分之一，制造业的减排对于全市实现碳排放峰值至关重要。文章以深圳市制造业500家企业调研数据为基础，筛选出57项可实施的节能减排技术，分析这些技术2030年可能的减排潜力和成本。结果表明，2030年57项技术的碳减排潜力约为2 891.3万吨CO2，其对应投资额为582.6亿元。控制管理技术、注塑技术及温控技术三类技术占潜力的三分之二。最后采用最优化数学方法进行建模，探究了深圳市制造业碳减排的最优路径。

关键词：制造业；减排潜力；最优减排路径

为积极应对气候变化，我国政府先后提出了一系列碳减排目标和措施。2009年11月，国务院常务会议决定到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%～45%。2014年11月，中国政府在中美气候变化联合声明中宣布，计划于2030年左右达到碳排放峰值且将努力早日达峰。为将低碳发展的理念落到实处，深圳市在一系列重要文件中对相关目标要求做了部署。《深圳市国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》明确提出，“十二五”期间单位GDP二氧化碳排放量下降21%。2015年9月，深圳市政府在《中美气候领导宣言》中宣布，力争于2022年达到碳排放峰值。

制造业既是深圳的工业支柱，也是深圳碳排放的重要来源。2013年，深圳规模以上工业产值为2.31万亿元人民币，其中制造业产值占比为94.4%。深圳市2013年社会总能耗为6 206万吨标准煤，单位GDP能耗为0.428吨标准煤/万元（2010年可比价）。其中，制造业能耗约占总能耗的三分之一，故研究深圳市制造业节能减排潜力及成本对深圳市实现碳排放峰值目标具有重要意义。

目前对于节能减排技术的减排潜力的研究则多集中于发电行业、水泥行业、钢铁行业等子行业，在研究制造业减排潜力时多以结构减排为主。本文将以深圳市制造业为研究对象，分析制造业节能减排技术的减排潜力和投资成本，并探索深圳市制造业节能减排路径。

一、 深圳市制造业碳排放现状与节能减排技术

1. 深圳市制造业碳排放现状。根据《省级温室气体清单编制指南（试行）》（发改办气候〔2011〕1041号）以及《深圳市统计年鉴2011》计算，2010年深圳市制造业碳排放总量为3 102.8万tCO2。其中，通信设备、计算机及其他电子设备制造业（以下简称“通信电子行业”）、电气机械及器材制造业（以下简称“电气机械业”）和塑料制品业的碳排放占比较大，三者合计超过制造业排放总量的50%（见表1）。各行业的间接排放（因使用电力而引起的碳排放）占制造业总排放的76%以上，化石能源直接排放占比较少。由于上述三个行业约占制造业2010年增加值总量的70%，因此本研究对通信电子行业、电气机械业、塑料制品业进行了专门的调研，以便摸清主要行业的用能和碳排放设施。

本研究对深圳市500家制造业企业进行了调研，掌握了这些企业2010年主要耗能设施、用能结构、节能减排工作以及近期的减排计划等信息。调研样本企业的碳排放量分别占通信电子行业、电气机械业和塑料制品业排放量的9.5%、9.6%和17.0%。由于调研结果表明，电力间接碳排放约占这三个行业碳排放量的90%，各行业的主要耗电设施中生产设施占60%以上，照明设施和温控设施也占一定的比例，故对这三类设施的节能改造是深圳市制造业企业碳减排工作的重点。生产设施因为子行业工艺流程的不同，生产设施差异较大，且各企业采用的设备型号也不尽相同，对于这类特殊设施的减排主要以企业自主更换设备和生产线为主，本研究只对部分通用生产设施（如注塑机、各类机床等）的技术改造进行研究。

2. 深圳市制造业主要节能减排技术。由于传统高耗能行业（如钢铁行业、建材行业和化工行业等）占深圳碳排放总量的比重较小，而通信电子行业、电气机械业、塑料制品业等行业的排放占一半以上，故本文主要筛选出这三个行业的节能减排技术57项。这57项技术主要来源于两个渠道。一是《国家重点节能低碳推广目录》、《国家重点行业清洁生产技术导向目录》、《工业领域节能减排电子信息应用技术导向目录》及《国家重点推广的电机节能先进技术目录》等国家部委发布的减排技术目录。

二、 深圳市制造业碳减排路径研究

1. 研究方法。在进行区域行业节能减排潜力分析时，会面临几十种或更多节能减排技术的选择。本文利用搜集的技术数据和企业信息，计算技术的最大减排潜力和投资额，在此基础上采用最优化的方法对节能减排技术进行优化求解，探究深圳市制造业节能减排的最优路径。

（1）节能减排技术的减排潜力和投资额的计算方法。在某一特定年份，假设某项技术在其对应的设施基础上达到最大推广程度时，较基准情景（即技术推广水平维持2010年水平的情景）减少的二氧化碳排放量。节能减排技术的减排潜力计算公式如式1所示。

式1中，ei为第i 项技术在全部待改造设施上的最大减排量，eei为第i 项技术对应的待改造设施的碳排放量，ai 为采用第 项技术时的减排率或节能率，常用百分数表示，表示采用某技术进行改造时较基准情景能够获得的节能或减排比例。设施的碳排放量的计算如式2所示，fuelij为第i 项技术对应的待改造设施消耗的第j 种能源量，yj为第j 种能源的碳排放因子。依据2020年和2030年的制造业的发展情况分别计算2020年和2030年各项技术的最大减排潜力。

对应的投资额以各项技术典型项目规模的投资额为基础，扩大到目标年的设备规模即得目标年份深圳市制造业各项技术的投资额ci。

（2）最优化节能减排路径模型的建立。根据技术对应设施的不同将所有技术分为温控技术、照明技术、通用机械技术、控制管理技术、注塑机技术、数控机床技术、燃烧加热技术、锅炉技术、运输技术、专用技术等10类技术，研究将以这十类技术为研究对象，假定各类技术推广率一致，构建最优化线性规划模型。研究将各类技术在未来生产过程中进行改造的推广率作为决策变量，以达到一定的减排潜力为主要约束条件，并以约束条件下能够达到的最小投资额为目标函数进行建模，以此得到各类技术选择的最优化办法，见式3。

式中，Ek代表第k类技术的最大减排潜力值，Ck代表第k类技术的达到最大减排时对应的投资额，Xk代表第k类技术的推广率。

2. 数据来源与参数设定。本研究采用企业调研和资料收集的方法搜集研究所需数据。深圳市节能减排技术投资额、维护成本、减排率或节能率、节能收益、产值收益、节省原料收益、技术设备的使用年限等信息主要来自《国家重点节能低碳推广目录》等资料信息，各项技术当年推广程度、对应待改造设备的能耗和碳排放量数据则来源于深圳市制造业的调研数据。

文中所用能源碳排放因子根据公式：碳排放因子=平均低位发热量×单位热值含碳量×碳氧化率×106×44/12进行计算，平均低位发热量来源于《中国能源统计年鉴2010》，单位热值含碳量和碳氧化率分别来源于《省级温室气体清单编制指南》表1.5和表1.7。电力排放因子依据深圳2010年耗电情况实算，取0.627 5tCO2/MWh。

《深圳市国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》明确提出“十二五”期间单位GDP二氧化碳排放量下降21%的目标。本研究假设“十三五”时期深圳市制造业单位增加值碳排放下降目标仍为21%，并假设在2021年～2025年和2026年～2030年间制造业增加值碳排放量下降目标均为20%，此情景下，2020年深圳市制造业单位增加值碳排放量较2010年下降37.6%，2030年深圳市制造业单位增加值碳排放量较2010年下降60.1%。结合对深圳市经济和能源的预测，可以得出目标情景下深圳市制造业2020年和2030年的碳排放量分别为3 415万吨CO2和3 289万吨CO2。

3. 数据结果分析。

（1）节能减排技术2020年和2030年最大减排潜力及投资额。经计算，2020年深圳市制造业57项节能减排技术的最大减排潜力2 267.3万吨CO2，其对应投资额为459.7亿元；2030年深圳市制造业57项节能减排技术的最大减排潜力共计2 891.3万吨CO2，其对应投资额为582.6亿元。依据各项技术对应的设施将各项技术进行划分，各类技术的最大减排潜力和投资额如表2所示。

控制管理类技术的减排潜力最大，占总减排潜力的30%；注塑机技术、温控技术和通用机械技术的2030年最大减排潜力其次，分半占总减排潜力的17%、16%和16%；燃烧加热技术的减排潜力、专用技术、照明设施、锅炉技术、数控机床技术和运输技术的减排潜力占比相对较小。

（2）深圳市制造业最优减排路径。利用Matlab软件进行最优化求解，解得各类节能减排技术在减排量目标约束下，达到投资成本最小的最优解，分别解得2020年和2030年各类节能减排技术的最优推广率如图3所示。2020年将注塑机技术、锅炉技术、燃烧加热技术、专用技术、数控机床技术、照明技术等六项技术推广至100%，并将控制管理技术推广到12.6%时，即可达到2020年深圳市制造业碳减排目标，且此时投资成本最小。此时，上述节能减排技术2020年的碳减排量为941.3万吨CO2，对应投资额为145.7亿元。2030年需将注塑机技术、锅炉技术、燃烧加热技术、专用技术、数控机床技术、照明技术和控制管理技术等七项技术推广至100%，并将通用机械技术推广到52.5%时，即可达到2030年深圳市制造业碳减排目标，且此时投资成本最小。此时，上述节能减排技术2020年的碳减排量为2 207.1万吨CO2，对应投资额为400.5亿元。

三、 结论与建议

本研究从深圳市制造业企业入手，选取了能够落实到具体企业的重点节能减排技术为企业碳减排提供参考，从技术的角度分析深圳市制造业的碳减排潜力。研究给出的节能减排技术在未来的发展中将有巨大的碳减排潜力，累计得出所选57项节能减排技术2030年最大减排潜力将达2 891.3万吨二氧化碳。从制造业节能减排技术的单位减排成本来看，许多节能减排技术不但能减少企业碳排放量，同时还能给企业带来一定的经济效益。

深圳市制造业企业可结合企业自身设备特点筛选节能减排技术手段，并结合技术所需成本和单位减排成本等因素考虑节能减排技术的确定，以实现企业自身的碳减排。由深圳市制造业碳减排优化路径来看，制造业企业可优先选择注塑机技术、锅炉技术、燃烧加热技术、专用技术、数控机床技术、照明技术等，此类技术一般减排量相对大，投资成本相对较低，适合企业在资金不充裕的情况下使用较少的资金进行碳减排。此外，企业在采用既有节能减排技术进行改造的同时，还可以自发探索新的节能减排技术，并予以推广。

在企业自愿减排的同时，政府也应当采取相关政策手段，促进各生产单位积极自主的减排。深圳市碳排放权交易市场已于2013年6月18日启动，对深圳市部分制造业企业和大型公共建筑碳排放进行约束，这即是政府的一项重大举措。政府在推广节能减排技术手段中也可以通过企业座谈交流或者政策发文的形式，促进企业学习相关节能减排技术手段，强化节能减排意识。同时，政府还可以采取一定的激励政策，对于深圳市制造业优化路径中需要优先推广的节能减排技术，政府应予以宣传和激励，并对于企业自愿减排取得良好效果的给与奖励；对于某些成本投入较大的技术手段，如控制管理技术，这类技术一般需要的前期投资较大，在企业中不容易较快推广，政府需要给与一定的补贴，促进企业顺利的完成节能减排技术改造。

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重点项目：深圳市环境科研项目（项目号：4403012012000227）。

作者简介：马晓明（1962-），男，汉族，黑龙江省齐齐哈尔市人，北京大学深圳研究生院教授、博士生导师，研究方向为环境金融及环境管理；胡贝蒂（1991-），女，湖北省孝感市人，北京大学深圳研究生院环境与能源学院硕士生，研究方向为环境管理、环境金融、碳交易；粟辉（1992-），男，汉族，广西壮族自治区桂林市人，北京大学深圳研究生院环境与能源学院硕士生，研究方向为环境管理、环境政策、环境金融；计军平（1983-），男，汉族，江苏省苏州市人，北京大学深圳研究生院博士后，研究方向为应对气候变化政策。

收稿日期：2016-08-16。