基于MRIO模型的西北地区国内贸易隐含碳排放的测算

王喜莲 任慈宇

(1.西安科技大学管理学院，陕西省西安市，710054； 2. 西安科技大学能源经济与管理研究中心，陕西省西安市，710054)

我国碳排放总量位居世界之首，大量增加的碳排放量和我国经济的快速发展及其对能源的耗费密切相关。在当前经济贸易全球化背景下，生产和消费个体分离变得日益普遍，省际和国际之间经济贸易密切，这对各个省份的能源消耗、碳排放责任分担等都产生了巨大的影响。西北地区作为中国能源生产聚集地，经济发展相对落后，化石能源充当着拉动西北地区经济发展的“火车头”，能源产业在省际和国际存在着长期、频繁的贸易输出和输入活动，这些贸易中隐含着大量的碳排放。西北地区能源输出满足了其他地区经济发展需求，却将CO2等环境污染排放留在了本地区，由此导致的碳排放责任均由生产者自己承担，不利于我国碳减排的发展。

所谓碳排放是指空气中排放的温室气体的总称。温室气体的种类非常多，其中CO2排放量最高，对全球气温升高的影响最大，本文所指碳排放为CO2排放。隐含碳(Embodied Carbon)一词来自《联合国气候变化框架公约》(UNFCCC) ，即“商品从原料的获得、制造加工、运输，到最后成为消费者手中的产品，整个过程所排放CO2总量”。Jiang K, Murphy D等基于Ma等所扩展的中国2007年投入产出方法，在区分了企业所有权及贸易模式的条件下，测算了我国出口贸易的隐含碳；Qiang L, Xing Z等在考虑到企业所有权差异及不同模式的前提下，运用拓展的投入产出法对中国贸易隐含碳进行了分析；马晶梅等基于MRIO模型对中日贸易隐含碳进行了测算，并得出了结论：中国对日本存在贸易隐含碳顺差，中国单位出口的平均污染量是从日本进口的5.3～7.7倍；吴开尧和杨廷干基于环境拓展的MRIO模型，使用EEBT和MRIO两种方法对全球7个区域国际贸易隐含碳、碳转移进行了核算。关于隐含碳的测算方法，主要有单区域投入产出法和多区域投入产出法两种，其中单区域投入产出法对碳排放系数及能源消耗系数进行了统一性假设，导致测算结果存在一定误差；多区域投入产出法考虑不同区域不同部门间技术的异质性，其计算结果较单区域投入产出法更加精确、科学。因此，本文选用多区域投入产出法即MRIO方法，将我国分为8个区域，对西北地区国内贸易隐含碳排放进行测算，以期明确西北地区碳排放责任，为碳减排的责任分担提供一定的决策依据。

1 MRIO模型构建

1.1 MRIO模型简介

多区域投入产出(MRIO)模型是以区域投入产出模型为基础，利用相应区域信息推算不同产品区域间贸易量的一种方法。假定模型包含的区域数量为m个，每个区域的部门数量为n个，MRIO基本形式如表1所示。表1中的横向数字表示各区域各部门产品在不同区域的不同部门和不同区域的最终需求的分配状况；纵向数字表示各区域各部门来自不同区域的不同部门的中间投入，以及每一个区域的每一项最终需求从不同区域的不同部门的来源结构。

本文将表1中的中间投入和中间需求交叉所形成的nn矩阵设为第一象限，该矩阵为中间流量和中间消耗关系矩阵，其中每一个元素xij表示j部门消耗i部门产品的数量；横向的最终需求mn矩阵为第二象限，由各个区域最终需求的子矩阵相加得出，表示各区域各部门产品在各区域最终需求的使用状况；纵向最初投入为第三象限，各元素代表各区域的最初投入。

MRIO基本的平衡关系如下：X=AX+Y，经过等式变换得出X=(I-A)-1Y，其中(I-A)-1为“里昂锡夫逆矩阵”，一般也称作“完全需求系数矩阵”。

假设

1.2 模型构建

MRIO模型分为中间消费和最终消费，投入产出的基本模型为：

Xr=Yir+Yrr+Nr-Mr

(1)

式中：Xr——r区总需求；

Yir——r区中间需求；

Yrr——r区最终需求；

Nr——r区的进口量；

Mr——r区的出口量。

本文测算的是西北地区与国内其他地区的贸易隐含碳，不考虑西北地区的国际贸易量，在此将式(1)中Nr、Mr加以修正：Nr=∑Nrs，其中Nrs为r区域调出到s区域的贸易量；Mr=∑Msr，其中Msr为s区域调入到r区域的贸易量。

式中：Err——r区满足本区域需求的隐含碳排放；

Ers——r区调出到s区的隐含碳排放；

Fr——r区碳排放系数；

Esr——s区调入到r区的隐含碳排放；

Fs——区域s内的碳排放系数。

(5)

从消费侧来看，地区r隐含碳排放总量为本区域和其他地区调入的隐含碳排放之和：

(6)

(7)

2 西北地区国内贸易隐含碳排放的测算

2.1 行业划分与调整

本文数据主要来源于《2007年中国多区域投入产出表》，各类能源碳排放系数来自于联合国政府间气候变化专门委员会公布的《国家温室气体排放清单指南》(IPCC2006)和《中国能源统计年鉴2015》。各个部门不同种类能源的碳排放系数需要进行进一步计算。

《2007年中国多区域投入产出表》包括17部门8区域的数据，但能源统计年鉴仅划分为6个部门。为使数据具有可比性，本文将能源统计年鉴的6部门拆分为17部门，如表2所示。

表2 能源统计年鉴部门拆分结果

2.2 能源排放系数的计算

2007年IPCC第四次评估报告显示，温室效应出现的主要原因是化石燃料燃烧排放出大量的CO2。为了测算各部门的排放系数，收集不同种类能源消耗量和IPCC2006提供的能源碳排放因子，计算公式如下：

(8)

式中：ei——i部门的直接CO2排放系数；

CFi——燃料i的碳排放因子，t CO2/GJ；

NCVi——燃料i的净热值，GJ/kt；

Di——部门j对燃料i的消费量，kt；

Oi——第i种能源的氧化率；

Yi——部门的总产出，kt。

由于所涉数据及计算量较大，本文运用Matlab R2017a通过编程对文中一些变量进行计算。

由IPCC2006年发布的《国家温室气体清单指南》和《中国能源统计年鉴2016》，得到各种燃料相关系数，如表3所示。

通过计算得到我国8区域17部门的碳排放系数，如表4所示。

表3 各种燃料相关系数

表4 我国8区域17部门碳排放系数

3 测算结果及分析

3.1 西北地区各部门隐含碳排放

本文根据式(2)对西北地区内不同产业部门隐含碳排放量进行计算，计算结果如表5所示。17个部门隐含碳排放总量为9.358亿t，且部门间隐含碳排放量差异较大。隐含碳排放量最大的为14(电力及蒸汽、热水生产及供应业)，高达4.3457亿t，占西北地区内隐含碳排放总量的46.43%；其次为8(非金属矿物制造业)，其隐含碳排放量为3.0528亿t，所占百分比为32.62%；这两部门所占比重达近80%，是西北地区内隐含碳排放量的主要部门。碳排放量较多的部门分别为6(造纸及文教用品制造业)、17(其他服务业)、16(商业、运输业)、9(金属冶炼及制品业)、2(采选业)；而其他10个部门隐含碳排放不明显。

同理，根据式(3)、式(4)、式(5)、式(6)和式(7)分别对西北地区生产侧、消费侧及净隐含碳排放进行了测算，结果如表6所示。西北地区生产侧和消费侧隐含碳排放总量分别为73.38亿t和477.19亿t，隐含碳净流入量巨大，高达403.81亿t，所以西北地区属于碳排放净流入区域。西北地区消费侧隐含碳流入量最多的部门为14(电力及蒸汽、热水生产及供应业)，高达179.69亿t，其次分别是8(非金属矿物制品业)和2(采选业)，流入量分别为123.02亿t和103.75亿t，这3部门的流入量占总量的85.17%；6(造纸印刷及文教用品制造业)、9(金属冶炼及制品业)、16(商业、运输业)的流入量也超过了5亿t。生产侧隐含碳排放部门比例基本和消费侧相似，最多的部门也是14(电力及蒸汽、热水生产及供应业)、8(非金属矿物制品业)、2(采选业)和9(金属冶炼及制品业)，这4部门的流入量占总量的87.8%。

表5 西北地区隐含碳排放计算结果 亿t

表6 西北地区各部门隐含碳排放量 亿t

3.2 西北地区隐含碳流入区域分析

本文选取西北地区隐含碳排放量较大的14(电力及蒸汽、热水生产及供应业)、8(非金属矿物制品业)、2(采选业)、9(金属冶炼及制品业)部门，进一步对这4部门隐含碳流入区域进行分析。分区域隐含碳流入来源分析结果如表7所示。

表7 分区域隐含碳流入来源 亿t

由表7可知，电力蒸汽热水供应业从京津地区流入最多，为44.792亿t，占该部门流入量的31.27%；其次为西南地区，流入量达到了38.460亿t，占该部门流入量的26.85%；再次是南部沿海地区，占该部门流入量的16.75%。而非金属矿物制品业产生的贸易隐含碳从西南地区流入最多，为63.632亿t，占该部门流入量的51.72%；其次为京津地区和南部沿海地区，分别占该部门流入量的18.26%和8.61%。采选业隐含碳流入量最大的是东部沿海地区、南部沿海地区和西南地区，分别流入38.908亿t、28.884亿t和19.398亿t，占比分别为37.50%、27.84%和18.69%。金属冶炼及制品业中，西南地区隐含碳流入量最多，为12.212亿t，占该部门流入量的34.84%；其次为南部沿海地区，为8.397亿t，占该部门流入量的23.95%；再次为京津地区，为5.201亿t，占该部门流入量的14.83%。

4 结论和建议

4.1 结论

本文采用MRIO模型从生产侧和消费侧分别对西北地区贸易隐含碳进行了测算，并对隐含碳流入量较大的4个部门进行分区域分析，得出以下结论：西北地区生产侧和消费侧的隐含碳排放分别为73.38亿t和477.19亿t，西北区域属于隐含碳净流入区域，净隐含碳排放高达403.81亿t；西北地区输入和输出贸易隐含碳排放量都比较大的部门有：电力蒸汽热水供应业、非金属矿物制品业、采选业和金属冶炼及制品业，其隐含碳占总量的85%以上；西北地区隐含碳排放的四大部门贸易所产生的最大隐含碳流量地区为西南地区，反映出西北地区与西南地区贸易量最大。

4.2 建议

(1)在西北地区经济发展过程中，应充分引入新技术、新发明。鼓励企业进行技术改造，淘汰落后过时的设备和技术，提高能源的使用效率，减少能源燃烧过程中产生的碳排放。

(2)进行产业结构的优化升级，调整能源结构。鉴于西北地区经济发展相对于其他地区比较落后，应该根据以下思路进行产业结构调整：发挥陕西关中地区的辐射带动作用，发展关中—天水经济区，同时利用“一带一路”带来的发展机遇加强与西北其他4省的经济联系，推动西北地区经济整体发展；从资源粗放型向资源集约型经济发展模式转变，大力发展高科技产业和现代服务业，推动产业的优化转型。

(3)通过对贸易中隐含碳排放的测算，更加清楚地划分区域碳减排责任，将整个西北地区的贸易隐含碳排放在生产侧和消费侧中进行合理分担，加强西北地区与沿海地区的交流合作，为我国的碳减排尽一份力。

(4)经过测算发现贸易隐含碳呈现由其他地区向西北地区流入的趋势，且碳排放量比较大的行业都与能源相关，西北地区应转变经济发展方式，利用自身能源储量优势，实现经济的可持续发展。

(5)分生产侧和消费侧征收CO2排放税，激励企业减少CO2排放，并对CO2排放量减少到一定标准的企业予以奖励，减少碳税的征收，以此减轻企业的负担。