中部六省产业结构与碳排放的关联性分析

王雨馨

(山西师范大学 经济与管理学院，山西 太原 030092)

0 引言

20世纪80年代以来，社会化和工业化进程快速推进，经济得到长足的发展，能源成为经济发展的主要驱动力之一，对经济社会起着支撑性作用。随着能源消耗的不断增加，碳排放规模逐渐脱离合理范围，由此资源环境与经济社会发展的矛盾加剧，使得经济社会的可持续发展遭遇瓶颈。进入21世纪以来，我国能源消费约占世界能源消费的25%，是世界上第一大能源消费大国；而以工业为主的第二产业是我国能耗占比最大的，约占全国总量的70%。能耗的增加使得我国二氧化碳排放量居高不下，总量约占全球CO2排放总量的1/3。中部六省作为我国的人口大区(人口数占全国28.1%)、经济腹地(GDP总量超过全国总量的20%)和重要市场，在我国经济发展中有着举足轻重的分量。自21世纪初中部崛起战略推进以来，中部六省经济总量实现质的突破，但重化工业结构的存在使该区域对能源的需求急剧上升，致使中部六省的碳排放规模愈发扩大。在“2030年之前碳达峰”“2060年之前碳中和”的目标下，目前中部六省的能源强度、碳排放量以及碳排放强度呈现什么样的变化趋势？三次产业结构与碳排放的关联度如何？这对有针对性地优化升级产业结构、降低中部六省的碳排放量以及高质量推进中部崛起战略至关重要。

1 模型构建

1.1 碳排放量的测度模型

我国目前没有直接的碳排放量统计数据，所以以化石能源燃烧产生的碳排放量表示某区域总的碳排放量。本文选取了煤炭、焦炭、原油、汽油、煤油、柴油、燃料油、天然气八类终端能源作为计算二氧化碳排放量的基础。依据《2006年IPCC国家温室气体清单指南》的基准公式，CO2排放量计算公式如下：

式中：Ci为终端能源消费产生的碳排放总量，104t；Eij是i省份第j类终端能源的消费量，kg；αj为第j类终端能源的折标准煤系数，kgce/kg；CFj是第j类终端能源的平均低位发热量，kJ/kg；CCj为第j类终端能源的碳排放系数，t/tce；COFj第j类终端能源的碳氧化率；M是CO2与C的分子量之比(44：12)，计算时取3.67。

1.2 灰色关联模型

灰色关联模型是在邓聚龙提出的灰色系统理论基础上创建的，其核心在于计算灰色关联度，通过量化系统间各要素的关联关系，来明确各要素之间的影响程度或者某因素对系统主因素的贡献测度。

本文用Xi表示中部六省的碳排放量，并将Xi(n)设定为参考母序列；用Yj表示中部六省各省份的三次产业产值，并将Yj(n)设定为比较序列。

1.2.1 灰色绝对关联模型

灰色绝对关联模型用于考察参考数列Xi与比较数列Yj所对应曲线的几何形状相似度，二者越相似，灰色绝对关联度εij越大。

灰色绝对关联度的计算首先要对原始数据进行无量纲化处理，即进行始点零化像,具体公式如下:

xi=[Xi(1)-Xi(1)，Xi(2)-Xi(1)，Xi(3)-Xi(1)，...，Xi(n)-Xi(1)]

yj=[Yj(1)-Yj(1)，Yj(2)-Yj(1)，Yj(3)-Yj(1)，...，Yj(n)-Yj(1)]

则灰色绝对关联度为：

|sj-si|=

|∑[yj(k)-xi(k)]+1/2 [yj(n)-xi(n)]|

εij=1+|si|+|sj|/1+|si|+|sj|+|sj-si|

1.2.2 灰色相对关联模型

灰色相对关联模型用于考察参考数列Xi与比较数列Yj相对于初始点的变化速率，Xi与Yj相对于始点的变化速率越靠近，则灰色相对关联度γij就越大。

首先计算Xi与Yj的变化率：

其次对原始数据进行无量纲化处理，进行初值化得到数列的初值像：

则中部六省碳排放量Xi与产业结构Yj的相对关联度为：

1.2.3 灰色综合关联模型

灰色综合关联模型既涵盖了Xi与Yj几何形状的近似度，体现了二者相对于始点的变化速率的相似度。计算出灰色综合关联度只需将权重系数θ赋予灰色绝对关联值与灰色相对关联值后相加：

ρij=θεij+(1-θ)γij

式中：ρij表示Xi与Yj间的关联程度的紧密性，ρij值越大，Xi与Yj就存在显著的关联性。θ的取值为0<θ<1，本文取θ=0.5用于均衡考察数列间绝对量和变化速率的变化。

1.3 数据来源及处理

八类终端能源消费量数据来自六省《统计年鉴》中能源部分及EPS数据库；终端能源的平均低位发热量、碳排放系数以及碳氧化率来自《2006年IPCC国家温室气体清单指南》第二章固定源燃烧部分，折标准煤系数来自《中华人民共和国国家标准GB/T2589-2008综合能耗计算通则》。

关于中部六省产业结构的测度，本文采以第一、二、三产业的增加值表征产业结构情况，统计数据来自2004—2018年的六省《统计年鉴》中国民经济核算部分。

2 测算结果与分析

2.1 碳排放量测算结果分析

2.1.1 碳排放量的变化趋势

由碳排放量的测度模型计算得到中部六省2004-2018年的碳排放量数据并绘制折线图，观察各省和中部六省总体CO2排放量的变化趋势结果如图1所示。

图1 中部六省2004-2018年碳排放量变动趋势

从中部六省整体来看，2004-2018年的碳排放总量总体上在逐年增加，相对于2004年，2018年的碳排放总量增长了近2倍。这是由于2004年“中部崛起”战略的提出和实施，中部六省根据自身的自然资源禀赋和以传统能源为主的工业结构，奋力推进重化工业和城镇化进程，在此过程中对原煤、焦炭、石油等生产端能源的需求增长明显，CO2排放量也随之持续增长。但随着我国政府越来越重视生态文明建设，产业结构的转变以及低碳经济的大力推广很大程度上使得六省总体的碳排放量增速大幅趋缓。

从中部六省的各自变化趋势来看，情况各有不同。无论是从排放总量角度还是从增速的角度，山西省都领先于其余五省。山西省有煤都之称，重化工业的发展由来已久，经济模式是粗放型的，碳排放量居于较高水平。

河南省的二氧化碳排放量的变化趋势呈“扁平的倒U型”，以2011年为分界点，2004-2011年伴随着快节奏的工业化进程，碳排放呈现高速的增长趋势；2011-2018年碳排放总量开始逐年下降，逐渐与山西省的差距拉大。表明河南省近几年在优化产业结构和推进节能减排工作方面投入了很大的精力，且颇有成效。

湖北省、湖南省和安徽省的CO2排放量均处于中间水平。2014年以前湖北省的CO2排放量在略高于湖南省和安徽省；之后出现下降趋势，与安徽省的CO2排放量基本处于同一水平。这是因为湖北省是我国重要的工业省份，工业结构长期以来以重工业为主，工业是经济发展的主要引擎，因此能耗多、碳排放量大。安徽省作为我国中部能源消费大省，2004-2013年以来工业能源消费快速增长引起二氧化碳排放量的急速增长；但在2014年后碳排放总量增速趋缓。湖南省的二氧化碳排放量在2012年达到最高，之后增长趋势相对于之前比较平稳。

江西省碳排放在总量和增速方面均居于末位，2018年江西省碳排放量不足山西省的1/3。原因在于经济发展水平较低，因此工业发展过程中对能源的需求相比于其他五省而言不高；而且江西省的森林覆盖率近几年都可以稳定在60%以上，丰富的森林资源使得森林碳汇高，CO2排放量自然就少。

2.1.2 碳排放的时空分布特征

本文选取2004年、2009年、2014年及2018年四个年份，将六省碳排放量分为四个梯度：0-20000万t、20000-40000万t、40000-60000万t、60000-80000万t，呈现中部六省的碳排放量空间演变的动态变化，如表1所示。

表1 中部六省能源消费碳排放量动态变化

由表1观察而知，中部六省的能源消费碳排放在4个时间段存在显著的空间差异，呈现出东南向西北递增的空间分布特征。2004年六省的碳排放量都比较少，安徽、江西、湖北、湖南的碳排放量处于0～20000万t的第一梯度，山西、河南的能源消费碳排放量处于20000～40000万t的第二梯度。2009年除江西的碳排放量仍处于0～20000万t外，其余五省的能源消费碳排放量均提升了一个梯度。2014年与2009年相比，仅山西能源消费碳排放量突破60000万t，其余五省能源消费碳排放量所处梯度没有变化，但均有增加。2018年河南的碳排放量有所下降，但所处梯度未改变；安徽、湖北、湖南、山西的碳排放量所处梯度没有变化，但都有增加；江西的碳排放量则上升至20000～40000万吨的梯度。

2.2 灰色关联度分析

中部六省的碳排放量与三次产业结构的绝对、相对、综合灰色关联度测算结果如表2所示。

表2 中部六省碳排放与产业结构间的关联度

(1)中部六省各省及其整体的碳排放量与三次产业结构间的绝对、相对、综合灰色关联系数都大于0.5，表明六省的碳排放与产业结构间存在显著的关联程度。

(2)从绝对量来看，中部六省及其总体的碳排放量与以工业为主的第二产业的绝对关联度数值均大于第一、三产业，说明六省的碳排放量与第二产业的发展具有较大的相关性。

(3)基于变化速率角度，第一产业的灰色相对关联度远远高出第二、三产业的数值，安徽和江西甚至超过0.85，表明中部六省的碳排放与第一产业相对于始点的变化速率接近。

(4)从综合关联度来看，中部六省总体的第一产业的发展与碳排放的关联度最大。

安徽省的关联顺序与中部六省总体相同，与碳排放具有最强关联关系的是第一产业。安徽省跨越长江、淮河，优越的水土资源造就了发达的农业，成为我国传统的农业大省。农业快速发展的过程中劳动力规模的扩大以及机械化的提高加大了农业的碳排放，由此安徽省形成了农业和碳排放联系紧密的特性。

湖南省呈现出三二一的关联现象，碳排放与第三产业有着显著相关性。自改革开放以来，湖南省在各种政策的叠加效应下，资源配置效率不断提高，产业结构不断优化，第三产业发展速度和质量较其他五省来说又快又好，如旅游业的繁荣发展使得旅游人数规模逐年扩大，伴随着的是碳排放量的快速增加。

山西、江西、河南和湖北的碳排放都主要受以工业为主的第二产业影响，其中湖北呈现出二三一的关联顺序，其余三省呈现二一三的关联顺序。作为煤炭大省的山西、对能源刚性需求大的江西、全国一次能源消费大省的河南、传统工业大省的湖北，自2004年以来四省的二产产值在三次产业中所占比例最大，以高能耗、重化工为主的工业结构使得二产产值与碳排放的关联度居于三次产业的首位。

3 建议

本文通过对中部六省2004-2018年的碳排放量和三次产业结构的灰色关联分析，建议如下。

3.1 优化农业内部结构

农业在中部六省中所占比重较大，是中部崛起的重要支撑，而且农业是民生国计的根本，所以推进农业的低碳发展具有重要意义。首先，改变传统肥料培育的农业生产方式，在农业生产过程中推广低碳化肥使用以及开发生物质能。其次，在大规模普及机械化生产的同时，一方面注意机械化过程带来的碳排放，大力提高农业机械的节能水平；另一方面可以在农业机械制造过程中将兼具生态设计与绿色制造的仿生技术运用其中，实现农业机械低碳化与低碳农业机械化的双赢。最后，林业作为最有效的生物固碳方式和最经济的“吸碳器”，其蕴含的巨大的碳汇功能要最大限度挖掘利用，所以中部六省要适当扩大林业比重，充分发挥林业的增汇减排作用。

3.2 深层次推进第二产业的减排降碳

目前，中部六省的工业化进程仍将持续，为了避免第二产业的经济系统出现碳锁定的现象，需从以下方面为第二产减排降碳：①从能源消费结构入手调整，实现清洁能源、可再生能源与化石能源的替代，这是工业部门与碳排放实现强脱钩的关键;②加快新能源技术、碳捕获与封存、清洁生产以及煤层气的开发等低碳技术的研发与广泛应用;③要着重优化高能耗高污染的工业内部结构，限制其扩张规模的同时引进先进技术和清洁能源，让工业经济发展得以绿色化、低碳化、可持续。

3.3 稳步推进第三产业的低碳化发展

现代服务业具有低能耗、低污染、高附加值的特征，中部六省要根据自身优势加速发展金融、旅游、教育、文化等现代化服务业；同时，有研究表明现代化服务业容易产生集聚效应且集聚可以从劳动力“蓄水池”效应、规模经济效应、知识溢出效应、产业结构升级四条路径促进工业减排，六省可以依托建立健全完善的产业集聚区使得资源、经济、社会和谐发展。

3.4 加强中部六省碳减排的区域协同合作

中部六省地理位置上的毗邻以及碳排放的外部性，使得以区域协同合作有效推进各省的碳减排工作十分必要。一方面，实现低碳技术的异地协同共享，六省政府应该协同合作，依托各类监管平台降低成本与风险，将资金整合在一起构建跨区域的低碳技术创新网络，构建以碳减排核心技术(如清洁能源开发技术、污染处理技术等)为纽带的创新联盟。另一方面，有效利用湖北省的碳排放权交易试点，湖北省在完善该交易试点的过程中，与其余五省整合资源合力构建中部碳交易市场，实现中部六省绿色低碳协同发展。