基于投入产出模型的制造业能源消费碳排放效应测算
2018-10-21农宇广西大学广西南宁532700
农宇 广西大学 广西南宁 532700
一、引言
温室气体排放导致的全球变暖是近年来非常明显的一个现象,我国是世界上最大的发展中国家,工业的高能耗特征明显,经济高速发展的同时也不可避免的存在巨大的二氧化碳排放问题。中国政府在气候大会上直面节能减排任务,把发展低碳经济作为优化结构的方向,承诺2030年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降60%-65%。制造业是工业的重要组成部分,具有产业关联度高、产业链条长的特点。国务院《中国制造2025》报告指出,虽然我国已经进入后工业化阶段,但是经济发展面临的资源和环境约束不断强化,依靠资源要素投入、规模扩张的粗放式发展模式难以为继。同时能源利用效率低,环境污染严重又是工业化过程中的一个突出问题。相关研究发现,2007年工业CO2排放占全部碳排放的比例达到了71.6%,而制造业的碳排放占工业总碳排放的比例超过了2/3,由此可见,控制碳排放,制造业的问题为重中之重。因此本文将制造业的碳排放效应测算作为研究的重点。
二、文献综述
关于碳排放的热点问题,国内外学者进行了一些有贡献的研究。首要并且比较有代表性的研究是赵敏等(2009)发表的《上海市能源消费碳排放分析》一文,该文引入了联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)碳排放计算指南(2006年版)中的计算公式和参考排放系数(以下简称“IPCC参考方法”),计算了上海市1994-2006年能源消费碳排放量,该文发表后其使用的方法被大量引用。除了使用IPCC参考方法计算碳排放外,统计学的投入产出建模也被引入了碳排放测算的研究。
国内对于产业碳排放的研究主要集中于工业。张智慧、刘睿劼(2013)把投入产出建模引入建筑业碳排放的测算中,根据投入产出系数引入了“关联碳排放”的概念,将总体碳排放分为直接碳排放与间接碳排放两个部分,间接碳排放使用投入产出分析计算。潘文卿,刘婷等(2017)在使用LMDI方法时,采用“三层完全分解法”,分析了能源结构、能源强度、人均产出、人口结构及人口总量对CO2排放特征的影响,发现在不同经济增长阶段,不同区域的碳排放影响因素呈现出不同的特征。宗刚等(2014) LMDI分解法的基础上引入投入产出理论,建立直接和间接碳排放因素分解模型,测算了交通运输设备制造业及其5个子行业的能源消耗。王连,华欢欢等(2016)将STIRPAT模型与投入产出模型相结合,通过行业的碳排放量和行业增加值之间的回归计算直接碳排放效应,通过完全消耗系数与回归系数计算间接碳排放效应,两者相加得到综合碳排放效应。
已有的研究多聚焦于整个国家或者该国某个细分产业的碳排放情况。这些研究从不同角度入手,引入了SDA,STIRPAT,投入产出建模等方法,结合能源消费和国民经济统计数据,测度了不同地区或产业的碳排放效应。本文在参考前人研究的基础上,综合使用STIRPAT模型与投入产出方法,测算2004-2014年制造业的直接碳排放效应与间接碳排放效应。
三、方法与数据
(一)相关概念
研究方法上,本文将制造业的综合碳排放效应分解为直接碳排放与间接碳排放。参照赵敏(2009)和张智慧(2013)的方法,本文使用的直接碳排放效应定义为,制造业在生产过程中所消费能源产生的二氧化碳排放量。制造业在生产过程中的各个环节都会产生二氧化碳排放,考虑到数据的可获得性和代表性,使用终端能源消费或一次能源消费数据代表制造业的二氧化碳排放量。由于制造业与上下游产业关联性大,其自身在产生二氧化碳排放的同时也会引起其他行业的二氧化碳排放。根据王连(2016)的定义,在引入投入产出建模的完全消耗系数之后,可以测算制造业的间接碳排放效应。完全消耗系数是指某一部门每提供一个单位的最终产品,需要直接和间接消耗(即完全消耗)各部门的产品或服务数量。具体在碳排放效应上,制造业首先通过前向关联和后向关联与其他产业建立经济技术联系,即制造业本身与其他产业相互需要和提供物资与服务,因而在产值变动过程中,制造业所产生的碳排放也会影响其他产业的碳排放。
所谓综合碳排放效应即为制造业碳排放的直接效应与间接效应二者之和,在模型上体现为制造业产值变动相对于碳排放量变动的弹性。
(二)模型与方法
本文在测量碳排放使用的方法为IPCC国家温室气体排放清单2006中的参考方法:
其中I为产业二氧化碳排放量,为第i种能源的消费量,为第i种能源的二氧化碳排放系数。
能源i的二氧化碳排放系数为该能源燃料热值CF,含碳量CC,氧化率O以及44/12的乘积。本文在测算制造业的碳排放量时使用的8种能源为煤炭、焦炭、原油、汽油、煤油、柴油、燃料油以及天然气。
表1 各能源二氧化碳排放系数 单位:KgCO2/Kg
STIRPAT模 型 全 称Stochastic Impacts by Regression on Population, Affluence and Technology,即可拓展的随机性的环境影响评估模型。通过对人口、经济、技术三个自变量对因变量进行评估。STIRPAT模型起源于Ehrlich等人于1971年提出的IPAT模型,该模型将对环境的影响I用人口规模P,人均财富水平A和技术因子T来回归。但是该方程的局限性在于其变量系数是等比例的,也就是三个因素对环境压力的影响水平是一样的。为了区别各因素的影响水平,引入STIRPAT模型为:
在本文研究中,基于该模型,沿用王连(2016)的方法建立碳排放与经济产出之间的模型:
在建模时,通用的处理方法是模型两边取对数,对数变换后为线性模型:
其中I为产业的二氧化碳排放量,A为人均产业产值,本文对王连(2016)的方法进行了改进,为了提高模型的针对性,在度量人均产出时,使用该产业年度增加值除以该产业从业人员数。模型系数b为人均产值对排碳量的弹性。
本文首先在线性模型的基础上计算制造业的排放弹性系数b,进而使用完全消耗系数乘以各产业的排放弹性系数,得到各产业由于被制造业完全消耗产品而产生的间接碳排放效应。
(三)数据
文中能源消费数据来源于《中国能源统计年鉴》,增加值和产业就业人数来源于《中国统计年鉴》,投入产出系数由可得年份《42部门中国投入产出表》计算。由于《中国能源统计年鉴》与《中国统计年鉴》以及42部门中国投入产出表对于产业的划分不同,因此计算时需要对产业部门进行合并,合并后得到的8个部门为:农、林、牧、渔业(x1),采矿业(x2),制造业(x3),电力、 热力、燃气及水生产和供应业(x4),建筑业(x5),交通运输、仓储和邮政业(x6),批发零售业和住宿餐饮业(x7),其他行业(x8)。调整后能源消费量的单位为万吨,人均产值的单位为万元/人。由于数据可获得性的限制,研究节点为2004年-2014年。
四、测算结果与分析
(一)碳排放强度
根据参考方法及《中国能源统计年鉴》数据计算的各产业直接排碳量为附录1所示。何建坤,刘滨(2004)在研究中使用碳排放量与GDP的比值作为碳排放强度指标,本文将其引申为产业碳排放强度。即该产业碳排放量与产业增加值的比值。经计算的制造业增加值与碳排放强度如下图所示。
图 1 制造业增加值与碳排放强度
图1 显示,2004-2014年制造业在增加值大幅上升的同时,其碳排放强度出现了明显的下降趋势。2004年制造业的碳排放强度为7.22吨/万元,该指标在2014年下降到3.88吨/万元,一定程度上反映了了制造业在10年间经济效益的提高。何建坤,刘滨(2004)在研究中提出,碳排放强度的下降率大于增加值的增速时才能实现二氧化碳的绝对减排。研究时期内,制造业碳排放强度的年平均下降率为5.94%,年均增加值增长率为14.37%,所以制造业无法实现绝对减排。
(二)直接碳排放效应
取对数后的线性回归模型检验显示,8个模型的回归系数都通过了显著性t检验,各模型的拟合优度总体良好。合并后的8个行业直接碳排放效应分别为农、林、牧、渔业0.1861,采矿业1.1592,制造业0.7285,电力、 热力、燃气及水生产和供应业0.9316,建筑业0.3629,交通运输、仓储和邮政业0.3372,批发零售业和住宿餐饮业0.5711,其他行业0.2637。直接碳排放效应最高的是采矿业,其碳排放的产值弹性超过了1,其他行业的碳排放弹性都小于1,农业的直接碳排放效应是最小的。
来看制造业,其直接排放效应模型的拟合优度R2达到了0.9255,调整R2为0.9172,模型回归系数0.7285显示,制造业人均产值每增加1%,会引起直接碳排放量增加0.7285%,即制造业的直接碳排放效应为0.7285。直接碳排放效应与下文的间接碳排放效应加总即为行业综合碳排放效应。
表3 各产业直接碳排放效应回归模型
(三)综合碳排放效应
制造业的间接碳排放效应通过回归系数与完全消耗系数计算。首先计算合并后各年的制造业对于其他行业的完全消耗系数。完全消耗系数体现了制造业与其他行业之间的技术经济联系,由完全消耗系数乘以其他产业的直接碳排放效应可以得到制造业对于其他产业的间接碳排放效应。计算结果如表5所示。将制造业的直接排放效应与投入产出表编表年份的总间接排放效应相加,可以得到制造业四年的综合碳排放效应分别为8.6795,8.5116,5.159,8.2791。
制造业的间接碳排放效应呈现下降的趋势,因而其综合排放效应也显示出相同的趋势。在综合排放效应中,制造业的间接碳排放效应占据了绝对的地位,占其综合排放效应的比例超过了90%,证明了制造业与其他产业间复杂庞大的产业联系。根据制造业碳排放效应的特点,在后工业化时代寻求产业升级、节能减排的发展目标,主要的重点在于其庞大的间接排放效应。
表4 制造业对其他行业的完全消耗系数及间接碳排放效应
五、结论及启示
本文分解并测算了制造业的直接碳排放效应,间接碳排放效应从而综合碳排放效应。实证结果表明在综合排放效应中,制造业的间接排放占据绝对地位,在2005年、2007年、2010年、2012年分别达到了91.61%,91.44%,85.88%,91.20%。同时计算的制造业碳排放强度显示,在碳排放量上升的同时,10年间制造业的碳排放强度下降了60%。结合其综合排放效应可以看到,制造业自身的碳排放强度虽然有了大幅度下降,但是其产业关联度高的特点导致了间接碳排放效应高的现实,也就是说,制造业通过与其他关联产业之间的技术经济联系引起的间接碳排放是制造业最主要的碳排放来源。
制造业碳排放强度的大幅下降说明了其经济效益得到了提高,从各产业直接碳排放效应来看,制造业的碳排放效应(0.7285)在工业行业里也不是最高的。所以从单一产业的角度去实现节能减排的做法并不能使得整个经济产业的碳排放量达到同等程度的下降,社会经济系统是一个整体,产业间的关联决定了制造业升级和节能减排要以一个整体的视角来对待。从宏观到微观,从行业到企业都要以整个产业链为抓手,才能真正实现全行业节能减排。