碳排放影响因素解析——基于改进的拉氏指数分解模型

臧萌萌，吴 娟

（1.岭南大学，香港 999077；2.江苏科技大学，江苏镇江 212013）

2010 年中国超越日本成为世界上第二大经济体，近年来中国经济的发展备受世界瞩目。然而，根据《BP世界能源统计年鉴》，2018 年中国能源消费占全球能源消费总量的24%，经济的增长是以巨大的能源消耗为代价的。一方面，能源作为经济发展的重要驱动力量，是推动经济前进的重要引擎；另一方面，能源的大量投入造成了碳排放的急剧攀升，其引发的温室效应日益影响着人类的生活和生存［1］。作为负责任的大国，中国政府深切意识到碳减排的重要性和急迫性，早在2015 年12 月的巴黎气候大会上就作出了在2030 年之前碳排放达到峰值，碳排放强度相比2005 年下降60%～65%的硬性减排承诺，减排决心可见一斑。然而，经济发展作为一个多种因素相互联系又相互矛盾的多元系统，尤其是如何实现能源消耗、经济增长和环境保护三者之间的均衡发展是当前中国经济发展面临的阶段性难题。长久以来，经济发展的传统理念认为降低碳排放强度抑或不断提升碳生产率是低碳发展的根本体现，然而，由于经济边际产出增加的客观存在，导致单纯依赖碳排放强度的测算来衡量低碳经济的发展状况变得捉襟见肘，因此，有必要对碳排放的绝对增长量进行研究，对其影响因素进行定量分析，以期为中国经济发展的低碳化提供必要的指导。

1 文献综述

在一定的系统中，无论发生何种变化和过程，物质的总量保持不变。而在社会经济系统中，能源投入与碳排放的过程，实质上是碳以能源载体到CO2载体变动的过程，这就是说，物质生产活动中高碳能源的投入是碳排放的根本原因，一定时期内能源投入总量的多少直接关乎碳排放的集中程度。理论上讲，通过低碳技术进步提高碳资源的利用效率，或通过高耗能产业向低耗能产业的转化，是解决碳排放增长的根本方法。近年来，随着温室效应的不断加剧以及极端天气的日益频发，“节能减排”的呼声和诉求日益高涨。影响碳排放的因素颇为众多，不可否认现阶段经济增长效应是碳排放增长的首要驱动因素［2］。在碳排放的其他影响因素中，技术进步和结构调整是低碳经济发展的重要途径［3］。在系统梳理碳排放影响因素基础上，探索经济增长、技术进步及产业结构变动对碳排放的作用具有很强的理论价值和现实意义。

国内对碳排放与经济增长的相关研究中，无论是对碳排放环境库兹涅茨曲线的肯定抑或否定，都认为现阶段且今后相当长一段时间内，经济增长与碳排放存在高度的正相关关系，如林伯强等［4］、王艺明等［5］的研究结论。由于产业结构关乎能源投入的总量和结构，因此其对碳排放具有重要的影响作用。刘平阔等［6］的研究发现，囿于环境压力和能源短缺的双重作用，必将导致能源价格大幅上涨，从而迫使高耗能产业向轻工业转型与演化，带动整个经济系统的能源消耗趋于降低。张伟等［7］、谭飞燕等［8］分别采用省际碳排放面板数据，测算各种要素尤其是产业结构因素对碳排放产生的影响，无不证实产业结构调整在经济增长中对碳排放的显著效用。理论上讲，产业结构的调整是环境规制下资源重新配置的结果，产业结构的升级有利于提高碳生产率、减少碳排放，并得到发达国家经济社会发展进程的实践证实。然而，部分学者认为产业结构的低碳效应存在一定的区域差异，如王钊等［9］采用面板数据联立方程模型，对中国不同地区的产业结构升级与碳排放之间的相互关系进行研究，结果表明产业结构升级在东部地区有效抑制了碳排放，而在中、西部地区则增加了碳排放。

在技术进步作用的相关研究中，国内的大部分学者都肯定了技术进步对碳减排的积极作用，而少数学者的研究之所以对技术进步低估或否定，源于研究方法尤其是研究时段的差异，因为技术进步对碳排放更多地表现为长期效应，而短期内技术进步的作用很难体现［10］。刘殿兰等［11］认为单独考量技术进步或产业结构可能存在偏差，且产业结构与技术进步存在交互作用，技术进步能通过产业生产率、产品类型推动产业结构调整；与此同时，高技术产业与第三产业为技术进步提供了创新平台，必须同时考虑两者对碳排放的影响。路正南等［12］采用拉氏指数(Laspeyres)分解模型研究了碳结构变动对产业系统碳生产率的影响，研究表明碳生产率提升的主导因素是低碳技术进步，而碳排放空间流动的结构红利尚不明显。

总体说来，当前对于碳排放影响因素的考究，结果一般都呈现于经济驱动论、结构贡献论和技术抑制论3 个方面［13］，而对这3 种因素碳排放影响效应的深入剖析不难发现：经济增长作用实质上是在能源高投入的作用下对碳排放的驱动；结构作用则是不同行业间能源投入总量的不同以及能源种类的差异而引起的高碳载体投入的偏移；而技术作用主要是在保持经济增速的基础上提高能源效率的同时，逐步降低产业部门对能源的依赖。基于以上考虑，本研究将基于投入产出分析原理，在Laspeyres 分解模型推导的基础上进一步对比与优化，消除交互作用项的影响，将碳排放的影响因素分解为投入总量效应、投入结构效应和技术进步效应，尝试在行业划分的基础上对中国在时间维度上的碳排放作用要素分解与测度，理清碳排放影响效应的结构性来源，为合理调整产业结构、转变经济增长方式和碳排放空间的合理分配提供有的放矢的策略建议。

2 Laspeyres 分解模型的构建

2.1 碳排放的投入产出分析模型

投入产出模型作为衡量产出效益的重要方法，不仅可以为经济结构和经济活动之间的关系提供理论基础，并且可以解释生产活动和能源消耗对自然环境的影响。早在1972 年，Leontief 等［14］对投入产出模型进行相应拓展以探寻经济发展与环境污染的关联。假设经济系统中包含n个产业部门，且每个部门的产品或服务都是同质的，则投入产出模型可以表示为：

式（1）中：X为n个生产部门的产出列向量Xn×1；y为n个产业部门的最终投入列向量yn×1；A为技术水平系数矩阵An×n；I为单位矩阵In×n，这里的为列昂惕夫逆矩阵。

式（1）反映了在技术作用下总投入变动对总产出的影响，进一步可以拓展为对碳排放非期望产出的核算。设E1×n为n个产业部门的碳排放系数行向量，其中ei（i=1,2,,n）代表第i个产业部门单位产值的碳排放系数。因此，碳排放总量（C）可以表示为：

式（2）中：T1×n为碳排放强度行向量，可以用来计算每个产业部门满足一单位最终投入的碳排放量或排放乘数。

需要说明的是技术水平系数矩阵An×n和碳排放系数行向量E1×n是在产业技术假定的基础上获得的，也就是说，一个产业部门的所有产品被认为是在技术相当的条件下生产的。

2.2 Laspeyres 分解模型的构建

在式（2）的基础上，进一步可得t时期的碳排放总量为：

式（3）中：i’为单位行向量，则从t到t+1 期碳排放总量的变动可分解为：

进一步，将上述3 种因素的变动进行分解，单独贡献水平的计算表达式如下：

由于投入结构代表了各个产业部门的投入状况，在一定程度上反映了产业结构的状况，而投入总量的变动实质上代表了能源的整体消耗，技术进步又对投入总量和投入结构产生影响，总之，三者之间存在相互促进又相互制约的相关关系。因此，这种简单的结构分解方法容易导致在各因素的变动较大时因素间存在交互作用，从而使估计结果存在偏差。综上，有必要对上述因素分解模型进一步优化，寻求更为精确的测算方法。

2.3 改进的Laspeyres 分解模型

由于上述交叉项的存在，必须对Laspeyres 分解模型采取进一步的改进与优化。对于这一问题的解决，一般有3 种思路。第1 种思路是对于逐个影响因素分别计算其Laspeyres 模型和Paasche 模型的平均值［15］。这种方法可以尽可能地减少交叉项的影响，但过程繁琐，且不能完全消除残差。第2 种思路是Dietzen 等［16］提出的，即考虑到3 种效应存在6 种不同的分解形式，由于不同分解形式没有优劣之别，且结果可能差异甚大，唯一的方法就是对每种分解形式单独计算并求平均值。第3 种思路是在Laspeyres 模型设计的基础上，按照相互作用、公平分配的原则对交互作用进行重新分配。考虑到可操作性和计算的精确度，本研究在Sun［17］关于Laspeyres 精确分解模型研究的基础上，采用第3 种思路对以上分解结果进行必要的改进。新的分解表达式可表示为：

3 碳排放影响因素的测算

3.1 数据来源及处理

鉴于数据的可获得性和研究的实际参考价值，以2005—2018 年间中国产业部门碳排放为实证研究对象，产业部门的划分依照《国民经济行业分类》的相关标准，包括1 个农业门类、39 个工业部门和建筑业以及服务业下划分的3 个部门，共计44 个产业部门。采用常用的联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）公布的碳排放清单，对各个产业部门的碳排放进行核算。为了避免交叉计算造成不必要的误差，采用终端能源消费与相应的碳排放系数的乘积计算。鉴于不同年份的相关能源碳排放系数存在差异，这里统一使用2006 年《国家温室气体清单指南》公布的相关指数进行测算。最终投入总量用全行业总经济投入来衡量，而最终投入结构用投入总量在不同行业间的分配比例来表示。

历年各产业的相关数据来源于《中国统计年鉴》和《中国能源统计年鉴》，但由于年份统计数据的差异，以下几个问题需予以说明：第一，不同产业部门统计口径差异的处理。2006 年以前的统计数据是全部国有及规模以上非国有工业企业，而之后的统计口径变为规模以上工业企业，考虑到近乎所有的国有企业都在规模以上，两者统计差异较小，因此采用规模以上工业企业统计数据。经济产出采用行业增加值来表示，这是由于与地区生产总值（GDP）相比，行业增加值更能反映不同产业部门间的生产状况及速度［18］。第二，价格问题及其处理。由于历年的统计数据都是在当年的价格水平下统计得到的，而增加值数据应采用不变价为基础，为了消除这一影响，以2005 年为不变价，采用国民经济核算序列数据中的不变价指数做相应的价格平减。

3.2 实证结果及分析

在核算完各个产业部门的碳排放强度、最终投入总量和投入结构的基础上，根据式（6）计算出各个产业部门逐年的投入总量效应、投入结构效应以及技术进步效应对碳排放的贡献值和影响比重。计算结果如表1 所示。总体来看，2005—2018 年各产业部门碳排放实际增长量为556 367.01 万t。其中，投入总量效应带来的碳排放增加为624 532.15万t，比重为64.42%，这说明经济增长带动的投入增加是导致碳排放增加的重要因素，高碳能源投入的两面性愈加凸现；投入结构效应引起的碳排放为138 400.50 万t，比重为14.27%，由于投入结构代表了产业分配的格局，是产业结构比重的重要体现，相关数据蕴含了现阶段中国产业结构的优化升级成效甚微，13 年间产业结构并未造成实质上的节能减排；技术进步效应带来了碳排放减少206 565.64 万t，比重为-21.31%，这意味着技术进步作为提高能源利用效率的重要方法，总体上对碳排放的抑制作用较为显著，是碳减排的关键所在。

从分年度的相关数据来看，投入总量始终是碳排放增加的主要诱因，工业产出的增加伴随投入增长的格局依然没有改变。出乎意料的是，绝大多数年份的最终投入结构表现为对碳排放的促进作用，这似乎与现阶段中国产业结构优化升级的政策初衷相违背，相反，投入结构逐渐向高碳化转变。但值得欣慰的是，2013 年投入结构转为负向效应，似乎抑制了这种趋势的发展；技术进步虽然表现为负向抑制效应，但贡献水平波动较大，部分年份甚至导致正向效应的产生。实现技术进步贡献率的稳定增长是实现碳排放下降的重要课题。

表1 中国产业部门碳排放影响效应的贡献水平 单位：万t

中国产业部门投入总量的正向效应和技术进步的负向效应似乎毋庸置疑，而投入结构较长时间的正向作用值得探究，尤其是在低碳经济背景下，正向效应的产生意味着中国产业结构升级的劣化态势，蕴含着高耗能产业投入比例的扩大。为了对这一现象给予合理的解释，不妨对中国高耗能产业的现状做进一步研究。首先对高耗能产业的界定，主要选取采掘业、造纸业、石油加工业、化学制造业、橡胶和塑料制造业、非金属矿物制品业、电力煤气及水生产和供应业以及交通运输、仓储和邮政业为研究对象。2005—2018 年中国高耗能产业比重变化如图1 所示，可以看出在政府环境规制的有力作用下，2013 年后高耗能产业比重趋于下降，似乎意味着中国高耗能产业比重已达到峰值，经济发展有望伴随着高耗能产业比重的持续下降。

图1 中国高耗能产业比重变化

由表1 和图1 的对比不难发现，高耗能产业比重的变化与投入结构的变化虽然不一一对应，但在绝大多数情况下，投入结构效应的正负与高耗能产业比重的变化有着密切的相关关系。这是由于在市场经济的条件下，社会资本自由流动，伴随着高耗能产业比重的增加，投入水平尤其是高碳能源的投入必然增加，从而导致碳排放水平的攀升。这不仅解释了以上结果中中国多数年份产业结构调整不利于节能减排的根本原因，同时也佐证了从终端投入角度考虑产业结构变化对碳排放影响的合理性。

4 结论与建议

4.1 基本结论

随着中国经济的高速增长，自然资源开采与消耗导致了碳排放急剧攀升，碳排放空间已成为比土地、劳动等要素更为稀缺的资源，碳排放问题逐渐成为阻碍经济发展和社会进步的重要因素。基于此，本研究基于改进的Laspeyres 分解模型，从投入产出角度对2005—2018 年中国产业部门的碳排放影响因素进行实证测度，得出以下基本结论：

第一，13 年间全行业的投入总量是导致碳排放增加的关键因素，其引发变动的比重达64.42%；而技术进步对碳排放有显著的抑制作用，是平抑总量效应的关键因素，最终导致考察时间段内碳排放减少206 565.64 万t。

第二，经济增长与总投入量相一致，说明中国经济增长方式依然粗放；而技术效应的波动较大，直接导致碳排放总量的波动；而投入结构效应对碳排放的影响较为复杂，多数年份表现为正向作用，但2013 年之后逐渐表现为较弱的负向效应。这意味着从投入角度来讲，要素投入的低碳偏向具有明显的政策滞后性。

第三，长久以来中国的产业结构优化升级并未取得明显成效，投入结构效应和高耗能产业的比重有着极强的相关关系，高耗能产业的利润驱动导致在产业结构优化升级中比重不降反升，产业结构调整的重点必须转移到控制高耗能产业比重上来。

4.2 对策建议

鉴于以上基本结论，就中国进一步降低碳排放水平，实现产业结构优化升级和低碳经济稳步推进提出以下对策建议：

（1）加大结构调整力度，优化经济增长模式。根据投入产出原理可知，碳排放的过程实质上是生产活动中低熵原材料投入到高熵非期望产出碳排放的过程，由于经济增长依赖于能源的投入，因此必须不断调整产业结构和能源结构，以保持经济增速不变的情况下切实实现高碳能源投入的降低。

（2）不断推进技术革新，提升综合竞争实力。技术创新作为提升碳生产率的重要方法，是解决经济增长和能源投入之间矛盾的重要措施，这就要求政府进一步加大绿色技术的扶持力度，加强低碳技术研发的政策支持，促进相关成果的行业间共享，加大国外先进技术的引入，通过技术溢出和本土企业的“干中学”效应提升国内企业整体创新水平。

（3）转变要素投入模式，实现劳动供给与产业结构的耦合。目前，中国经济发展依旧粗放，高端技术的缺乏和密集制造业的亟待升级之间的矛盾依然严峻，技术创新和产业结构的匹配度相对较低。因此，一方面，政府要不断加大教育投入，实现教育改革，尤其是应进一步加大专业培训的政策偏向，提高劳动者技能素质；另一方面，大力发展劳动密集型服务业，不仅有利于劳动投入和经济产出的耦合，实现技术的转化，而且发展服务业也是产业结构优化升级的可行路径。

（4）加强碳排放规制力度，完善碳排放空间分配格局。由于碳排放的负外部性和排放主体的非自觉性，很难单独依靠企业的自觉性来真正实现碳减排目标，而鉴于环境规制实施的缺乏活性以及效率较低的缺陷，必须尽快完善以市场为主体的碳资源分配方式，推动经济社会的低碳运转。通过碳市场的构建，逐步调控企业的生产运作模式，建立行业间的碳补偿优化协作体系，做到减排行动由外部效应向内部效益的转变；以碳资源交易形式使碳资源在市场范围内自由流通，并鼓励企业或个人通过有偿交易手段买卖碳资源，实现碳资源的优化配置，促进产业系统向低碳化、合理化和高级化方向发展。

4.3 不足之处

本研究虽然从投入产出角度对碳排放影响因素进行分解，探寻了碳排放增加的根本原因，在此基础上考虑到产业结构调整、技术进步以及实现碳排放分配策略能够有效抑制碳排放增长，但研究局限于时间维度的整体分析，并未对不同行业的碳排放因素进行分解，对于产业结构优化、技术创新驱动以及碳交易市场构建等一系列现实问题尚未作出具体的回答。碳减排涉及到国家经济安全、人类社会发展命运等方方面面的问题，如何制定强有力的碳资源分配制度，实现效率和公平并举，以及促进产业结构优化和技术进步自发推进的双重红利，将是下一步的研究重点。