多视角下东北地区城市碳排放责任核算与分布特征研究

刘晓宇，张力小，周长波，翟明洋，李广宇

（1.生态环境部环境发展中心，北京 100029；2.北京师范大学环境学院，北京 100875）

引言

气候变化的全球性要求世界各国参与其中并采取减排行动。当前，关于气候变化的争论主要在于如何公平分配碳排放责任。应对气候变化可以被视为公共产品，若不能有效解决碳排放责任分配问题则会导致“公地悲剧”，可能损害或推迟气候政策[1]。因此，必须坚持共同但有区别的责任原则，通过定量核算将碳排放责任分配给有关的经济主体，推动世界各国参与应对气候变化。

我国提出的碳达峰碳中和目标是全球应对气候变化工作的一项重大进展，显示了我国作为负责任大国承担起全球领导力的决心。为了如期实现“双碳”目标，我国积极制定实施方案和一系列支撑保障措施，目前已基本建立“1+N”政策体系，通过完善政策制度促进“双碳”工作落地实施。其中，国务院印发的《2030 年前碳达峰行动方案》提出“各地区梯次有序碳达峰行动”，要求各地区科学合理确定有序达峰目标，因地制宜推进绿色低碳发展，结合本地区资源环境禀赋、产业布局、发展阶段等制定地方达峰方案。科学核算碳排放责任是厘清各地区碳排放现状、确定合理达峰目标的基础，通过分析碳排放分布特征识别减排重点领域和行业，能有效推动各地区制定有效的绿色低碳发展路径，促进区域落实碳达峰行动方案。目前，常用的碳排放责任核算方法主要有生产者责任原则、消费者责任原则和收入者责任原则[2]。

1 文献综述

生产者责任原则认为生产者在经济活动中因燃烧化石燃料或者工业生产过程的化学反应直接排放二氧化碳，应承担碳减排责任。该原则规定了国家和地区只需对行政管辖范围内产生的碳排放承担责任，以属地为标准的原则在碳排放核算时边界清晰，具有较强的可操作性，便于推广和利用。但在贸易自由化、生产碎片化的背景下，生产者责任原则不考虑通过区域贸易转移的碳排放，会导致碳泄漏，为某些国家利用跨国产业转移和贸易进行环境规避提供了可能性[3,4]。

消费者责任原则是对生产者责任原则的补充，该原则基于“自下而上”的视角，认为消费是驱动生产的重要因素，因此消费是碳排放的动力和源头。人们多元化的产品需求刺激生产者开展生产活动，消费者通过消费产品获得了商品效用，理应对碳减排负主要责任[5,6]。消费者责任原则有助于碳贸易平衡，可有效规避生产者责任原则引起的“碳泄漏”等问题[7,8]。然而，消费者责任原则碳排放责任界定超越了行政边界，其核算结果的精确性、政策层面的可操作性等问题也存在一定争论[9,10]。

为了从供给侧提供碳减排策略，学者们提出了收入者责任原则，该原则考虑由要素供给者获得收入而产生的碳排放。收入者虽然在生产过程中并没有直接产生碳排放，但为下游企业要素使用过程中排放大量二氧化碳提供了可能，并认为收入者应承担更多碳减排责任。收入者责任原则为碳排放责任核算提供了新思路、新方法，但是却可能产生责任与发展相割裂的问题[11]，也会削减生产主体的减排动力[12]，不利于整体减排目标的实现。

以上三种原则将责任承担者确定为供应链上某一单独主体，但在实际经济活动中，任何一个主体都不可能只以一种身份出现，在不同的经济关系中生产者也可能分别扮演供应者和消费者。不同责任原则针对的排放主体不同，采用不同责任原则的碳排放核算也会产生不同的结果。因此，亟须从不同视角分析碳排放责任分配方式，并探讨潜在的碳减排路径。在国家减排目标分解政策的驱动下，我国碳排放责任研究在省域层面取得了一定成果[13-15]，然而由于数据可得性的制约，现有研究对于城市层面的多种碳排放责任原则研究不足。城市是温室气体的重要来源，也成为解决全球气候变化问题的关键[16]。从不同责任原则分析城市碳排放的空间分布、产业特色、减排政策等方面仍有挖掘空间，有待进一步充实。

东北地区拥有丰富的自然资源，鉴于其独特的发展历史以及与苏联的地缘政治关系，东北地区成为我国最早的工业化地区，形成了资源型、排放密集型的经济发展模式，其经济发展和城市化建设曾领先于其他地区。随着我国改革开放政策不断深入，中央政府将经济发展重点转移到沿海地区。由于重工业比重过高、忽视环境保护以及产能落后等问题，东北地区的经济转型困难重重，其经济发展逐渐滞后，资源枯竭、环境恶化、人口流失、经济衰退等问题日益严峻。为了解决这些问题，中央政府于2003 年启动了“振兴东北老工业基地”战略，并通过一系列政策工具进一步加强了这一战略，旨在通过再工业化帮助注入资本，刺激该地区的经济增长。值得注意的是，东北地区仍然严重依赖化石能源消费和重工业发展，并带来严重的碳排放问题。在振兴东北战略的推动下，东北地区面临经济复苏和绿色低碳的双重压力，城市碳排放责任研究将有助于不同城市采用差异化的减排策略实现低碳发展。

本研究分别从生产者责任原则、消费者责任原则、收入者责任原则三个视角构建城市碳排放核算模型，计算了2012 年东北地区36 个城市的碳排放，并分析城市碳排放的差异性特征，以期为东北地区的绿色低碳发展提供理论依据和数据支持。

2 研究方法与数据

2.1 研究区概况

本研究选取东北地区36 个城市为研究对象。其中，沈阳市、长春市和哈尔滨市分别为辽宁省、吉林省和黑龙江省的省会城市，且它们与副省级城市大连市，同为东北地区经济发展的核心区域，也是我国重要的制造业基地，在机械装备制造、交通运输设备制造方面占据重要地位。鞍山市、本溪市、辽阳市和辽源市等以金属冶炼和压延加工品制造业为主要产业；阜新市、白山市、鸡西市、鹤岗市和七台河市等以煤炭为主要资源，而大庆市、盘锦市和松原市则主要生产石油类能源产品。东北地区各城市的资源分布及产业结构差异较大，城市类型较为丰富，这些城市的碳减排方式将为我国其他城市的低碳发展提供参考。

2.2 模型构建

在生产者责任原则视角下，城市碳排放责任采用联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）推荐的方法进行估算，碳排放可分为两部分：行业部门化石能源消费碳排放和工业生产过程碳排放。行业部门化石能源消费产生的碳排放可计算为：

式中，Cenergy为行业部门化石能源消费碳排放总量；i代表化石能源类型（i∈[1,17]）；j代表行业部门（j∈[1,45]）；Cij为j部门i种化石能源的碳排放量；ADij为j部门i种化石能源的活动数据（能源消费量）；NCVi为净热值，即每物理单位i种化石燃料产生的热值；CCi为碳含量，表示i种化石燃料产生单位净热值的碳排放量；Oij为j部门i种化石能源的氧化效率。

工业生产过程碳排放指的是产品生产过程中化学反应产生的二氧化碳，核算结果计入相应的行业部门。本研究仅考虑水泥生产过程中的碳排放，核算方法如下：

式中，Ccement为水泥生产过程的二氧化碳排放量；ADcement为水泥生产的活动数据（水泥生产量）；EFcement为水泥生产碳排放因子。

碳排放量（C）核算方法为：

由于城市尺度碳排放核算所需数据可得性不同，基于不同的假设构建的城市碳排放清单详细描述参考Shan 等[17]。根据各城市各部门的总产出和碳排放，可以得到各城市各部门的碳排放强度（单位产出碳排放），如式（4）所示：

在消费者责任原则和收入者责任原则视角下，本研究基于多区域投入产出（multi-regional input-output，MRIO）模型构建东北地区城市碳排放责任核算模型。消费者责任原则碳排放核算模型基于Leontief 投入产出模型，是一个具有行向平衡方程的模型。行向平衡方程可以表示为：

将式（6）改写成矩阵形式可以表示为：

式（7）还可以表示为：

其中，(I-A)-1为Leontief 逆矩阵，表示为满足某一特定地区特定行业单位最终需求所需要的所有区域所有行业的总投入。结合碳排放强度矩阵，碳排放量（D）可以表示为：

收入者责任原则碳排放核算模型基于Ghosh 投入产出模型，是一个具有列向平衡方程的模型。列向平衡方程可以表示为：

将式（11）改写成矩阵形式可以表示为：

式（12）还可以表示为：

其中，(I-B)-1为Ghosh 逆矩阵，表示由某一特定部门的单位初级投入实现的各地区各部门的总产出。结合碳排放强度矩阵F=，碳排放量（U）可以表示为：

2.3 数据来源

在核算生产者责任原则碳排放时，各城市各行业的化石能源活动数据以及水泥行业活动数据均来自各城市统计年鉴，碳排放因子参考Liu等[18]推荐的数据。核算消费者责任原则和收入者责任原则碳排放时采用的城市多区域投入产出表来自Zheng 的研究成果[19]，其他数据均来自城市统计年鉴。

3 结果与分析

3.1 生产者责任原则视角下东北地区城市碳排放特征分析

如图1 所示，东北地区碳排放较大的城市为鞍山市、本溪市、长春市、大连市、哈尔滨市、沈阳市、营口市、吉林市和锦州市等，碳排放总量为5.67 亿t，占东北地区城市排放总量的54%。总体而言，东北地区城市碳排放大部分来自化石能源燃烧，2012 年化石能源碳排放量的平均占比为96%，与煤炭相关的碳排放达到80%。从碳排放能源类型来看，原煤是碳排放的主要来源，平均占比为53%，其次是焦炭（13%）、柴油（7%）、洗精煤（7%）和其他煤炭产品（7%）。不同城市的化石能源燃烧产生的碳排放存在巨大差异，除鞍山市和本溪市外，原煤是大多数城市碳排放的主要来源。东北地区核心城市聚集了众多人口和产业，需要大量的原煤支持这些城市的发展，其原煤碳排放量也超过其他城市。对于鞍山市和本溪市而言，碳排放主要来自焦炭、洗精煤和其他煤炭产品。这两个城市是我国著名的“钢铁之都”，2012 年鞍山市和本溪市的钢铁总产量（包括生铁、粗钢和轧制钢）为9762 万t，分别占东北地区和全国总产量的45%和4%。钢铁生产是城市经济发展的支柱产业，而作为主要原料的焦炭和洗精煤的排放量远高于其他城市。

图1 东北地区城市能源类型和工业过程碳排放

图2 显示了东北地区城市行业部门碳排放的区域差异。东北地区是我国重要的制造业基地，从行业部门碳排放分布可以看出，碳排放主要来自制造业。2012 年，制造业碳排放量为469 万t，约占东北地区城市碳排放的45%。以重化工业为主的产业结构决定了东北地区制造业具有高耗能、高排放的特征。然而，城市间基于产业结构生产的碳排放存在巨大差异。例如，鞍山市和本溪市的制造业碳排放量远高于其他城市，分别为8479 万t 和7117 万t，分别占2012 年生产碳排放量的85%和88%。由于产业结构的单一性，鞍山市和本溪市的制造业碳排放中83%和80%来自金属冶炼和压延加工品制造业。此外，抚顺市、辽阳市、朝阳市、吉林市、通化市、齐齐哈尔市、大庆市、伊春市和黑河市的制造业碳排放也占据各自城市碳排放的50%以上，由于各城市的产业差异，碳排放的来源有所不同。例如，作为我国重要的石油供应基地，大庆市的制造业碳排放主要来自石油加工、炼焦与核燃料加工业；制药等相关产业作为齐齐哈尔市的重要产业，制造业碳排放集中在化学工业；非金属矿物制品业是辽阳市的制造业碳排放主要来源；金属冶炼与压延加工业是抚顺市、朝阳市等的支柱产业，产生了50%以上的制造业碳排放。能源生产与供应行业也是东北地区碳排放的重要来源，2012年碳排放量为379 万t，占比为36%。在城市层面，葫芦岛市、锦州市、营口市、长春市、延边朝鲜族自治州、鹤岗市、双鸭山市、七台河市、牡丹江市的碳排放有50%以上来自能源生产与供应业。能源生产与供应业是城市发展的动力源，为其他行业部门供能。我国电力系统以燃煤发电为主，相比于其他发电系统能耗更高、排放量更大，因此在很多东北地区城市中均占据主要地位。与此同时，由于地理位置和气候条件等因素，东北地区的冬季时间较长，温度较低，有巨大的供暖需求，也产生了相对较大的碳排放。

图2 东北地区城市的行业部门碳排放

3.2 消费者责任原则视角下东北地区城市碳排放特征分析

消费者责任原则碳排放主要集中在东北地区的核心城市（图3），碳排放量总计达到4.36 亿t，约占东北地区城市碳排放的48%。从最终需求的角度来看，资本形成总额是东北地区城市碳排放的最大贡献者，约占59%。快速城市化发展、大规模经济增长和政府政策的推动，增加了城市的资本投资。特别是对建筑业和制造业的资本投入，导致这两个行业成为资本形成总额碳排放的主要来源，占比分别为57%和35%（图4a）。在城市层面，沈阳市有61%的资本形成总额碳排放来自制造业，而大连市、长春市和哈尔滨市则有50%以上的碳排放来自建筑业。阜新市、抚顺市、辽阳市、朝阳市和铁岭市的资本形成总额占碳排放的70%以上，是东北地区占比最高的城市。这些城市并非东北地区的经济发达地区，正在经历转型发展，改变原有的城市发展特征和产业结构，需要进一步在基础设施等方面的资本投入，因此碳排放中资本形成总额的占比高于其他地区。

图3 东北地区城市碳排放的最终需求分布

此外，居民消费也是碳排放的重要来源，2012 年占比为25%。其中，农村居民消费占比为5%，城镇居民消费的占比为20%。居民消费引起的碳排放主要来自制造业和服务业，占比均超过30%（图4a），且能源生产与供应业的碳排放均由居民消费产生（图4b）。然而，各城市居民消费在碳排放的占比差异较大，比例在10%（本溪市）到63%（双鸭山市）之间，说明居民消费对于城市经济发展的推动程度各不相同。其中，双鸭山市（63%）、七台河市（62%）、鹤岗市（60%）这些城市主要是资源型城市，是我国重要的煤炭基地，其丰富矿产资源直接推动了东北地区工业发展和经济增长。然而，随着矿产资源的不断枯竭，城市的产业结构没有发生根本性的改变，原有的发展机制无法满足新的经济增长需求，城市的发展潜力日益降低，经济增长的来源逐渐从工业生产转向居民消费。自从我国进入经济新常态，新时期的经济发展动力逐渐向消费转移，而像双鸭山市、七台河市、鹤岗市这样的转型城市也迎来了新的发展机遇，发展新的经济产业模式，促进居民消费成为转型城市未来的发展方向。大部分城市的居民消费碳排放来自制造业和服务业，通过这两个行业的消费带动区域经济发展。因此，这些城市的低碳发展更应该通过居民消费进一步带动制造业和服务业的发展，特别是新兴产业。

图4 东北地区碳排放最终需求类型分布

东北地区作为我国重要的制造业基地，40%的碳排放来自制造业（图5）。它承担着重大的工业生产制造任务，特别是重工业深厚的发展基础孕育了东北地区以重化工业为主的产业结构特征。制造业的发展需要大量碳密集型产品投入，如钢铁、矿石、化石能源等原材料以及大型生产设备。东北地区制造业的碳排放集中在资本形成总额（52%）、出口（23%）、城镇居民消费（19%）等最终需求类型（图4 b）。铁岭市（69%）、沈阳市（59%）和大连市（52%）的制造业贡献了城市50%以上的碳排放。作为东北地区重要的制造业基地，沈阳市汇集了机电设备、重型机械、飞机制造等制造业企业，成为沈阳市经济发展的支柱产业，其产品在国内消费和出口中均占有重要比重。因此，沈阳市在发展通用设备制造业、专用设备制造业、交通运输设备制造业、电气机械及器材制造业引起供应链上游相关产业的能源消费和碳排放。铁岭市依靠临近沈阳市的区位优势和传统产业基础，近年来坚持工业强市的发展方向，逐步形成专用车、换热设备、起重机械、汽车零部件、煤机装备、石油机械、工程机械等多个产业集群，汇聚了铁岭市45%的规模以上企业，相关行业也成为制造业碳排放的主要来源。大连市的制造业碳排放也主要集中在通用设备制造业、专用设备制造业、交通运输设备制造业，分别达到1463 万t、910 万t 和1027 万t。沈阳市和铁岭市的制造业碳排放集中在资本形成总额，分别达到73%和77%，也是资本形成总额对制造业影响力最大的城市。

图5 东北地区城市的行业部门碳排放

建筑业也是东北地区碳排放的主要来源，占比为34%，几乎全部来自资本形成总额（图4b）。在东北地区城市中，有13 个城市的碳排放主要来自建筑业，如辽阳市（64%）、朝阳市（60%）、阜新市（50%）等，其主要原因是这些城市60%以上的资本形成总额用于建筑业，驱使上游供应链在与建筑业相关的行业中产生更多碳排放。在服务业上，东北地区2012 年共产生1.66 亿t 碳排放，占比为18%。总体而言，东北地区服务业碳排放主要来自政府消费（33%），其次是城镇居民消费（32%）和资本形成总额（23%），但是城镇居民消费对于服务业碳排放较高的城市的推动作用更明显。

3.3 收入者责任原则视角下东北地区城市碳排放特征分析

在收入者责任原则视角下，东北地区碳排放主要集中在核心城市和资源型城市，占比达到55%（图6）。这些城市是东北地区的主要工业基地，所提供的原材料及产品在下游行业和地区使用时会产生大量的二氧化碳排放。与此同时，这些城市通过向下游产业链提供生产资料也获得了较多的经济收益，经济发展水平位列东北地区城市前列。从图6 可以看出，东北地区城市碳排放主要是劳动者报酬导致的，通过投入劳动力使下游产业链排放3.18 亿t 二氧化碳，约占碳排放的33%。劳动者报酬可以体现初始投入对于劳动力市场的推动作用，也表达了劳动者收入对于碳排放的重要作用，即东北地区碳排放的三分之一是初始投入在劳动力市场产生的。总体而言，服务业是劳动者报酬碳排放最大的行业部门，占比达到35%，其次是制造业，为24%（图7a）。这是因为服务业和制造业的快速发展，缓解了劳动力市场的紧张局面。由此可见，服务业是劳动力比较密集的行业，42%的碳排放来自劳动者报酬（图7b）。此外，营业盈余与固定资产折旧的占比分别达到21%和17%，即38%的碳排放是资本收入产生的，投入资本导致下游供应链产生3.64 亿t碳排放。

图6 东北地区城市碳排放的初始投入分布

图7 东北地区碳排放初始投入类型分布

在城市层面，鹤岗市（55%）、双鸭山市（53%）、鸡西市（53%）、大兴安岭地区（51%）劳动者报酬导致的碳排放占比均超过50%，即下游产业链碳排放有一半以上是劳动力投入导致的。这些城市的物产资源相对丰富，鹤岗市、双鸭山市、鸡西市是东北地区重要的煤炭产地，而大兴安岭地区蕴含丰富的森林资源。这些城市都为下游产业链提供了大量的矿产和木材资源作为生产材料，而这些初始材料的开采挖掘也汇集了大量的劳动力，因此这些城市的劳动者报酬在采掘业中的占比较为突出。例如，鸡西市有53%的劳动力集中在开采业，而鹤岗市的占比达到54%。虽然双鸭山市和大兴安岭地区的劳动力分布较为均衡，但采掘业的占比都超过30%，超过大部分城市。生产税净额是盘锦市碳排放的主要供给，而黑河市的碳排放主要集中在进口，其他城市则在营业盈余上在供应链下游产生更多碳排放。

从行业部门来看，制造业是碳排放最大的行业部门，占比为35%，再次体现出东北地区作为老工业基地的制造业能力可以为下游产业链提供大量生产资料，为其他地区的发展提供初始投入（图8）。同时，大连市、长春市、鞍山市、本溪市等制造业城市依靠自身的发展优势，通过初始投入为下游产业链提供生产资料，同时也产生更多的碳排放。鞍山市的制造业碳排放中68%来自金属冶炼与压延加工业（2534 万t），而大连市的石油加工、炼焦与核燃料业贡献了45%（2060 万t）。此外，服务业也是东北地区城市碳排放的主要贡献者，占比为27%。这反映了东北地区服务业与碳密集型产业联系紧密。服务业对于电力有巨大的需求，而我国以煤电为主的供电系统成为服务业碳排放量较大的主要原因。与此同时，服务业的碳排放量巨大也说明东北地区为碳密集型产业提供了大量的服务，这也从侧面体现了我国煤炭为主的能源结构和工业为主的产业结构促使供应链含碳量较高的排放特征。由于东北地区有丰富的矿石、石油、森林等自然资源，采掘业在碳排放中的比重达到19%。其中，鹤岗市（52%）、大庆市（51%）、盘锦市（50%）、鸡西市（49%）等资源型城市的采掘业碳排放占比较高。各自城市的特殊资源优势，也成为采掘业碳排放的主要来源。

图8 东北地区城市的行业部门碳排放

3.4 三种责任原则下东部地区城市碳排放对比

本研究进一步比较了各城市在不同责任原则下的碳排放差异。鞍山市、本溪市、锦州市、营口市、白山市、鸡西市、鹤岗市、双鸭山市、大庆市和七台河市等城市的生产者责任原则和收入者责任原则碳排放显著高于消费者责任原则碳排放（图9）。这些城市承担了供应链上游碳密集型的国内生产分工，生产了大量的化石能源以及碳密集型产品，并作为初始投入为供应链下游提供生产资料，导致下游碳排放较高。从生产端和供应端采取减排措施将有效降低这些城市对区域碳减排的压力。在生产端，有效的碳减排措施包括提高能源消费效率、改进生产工艺降低能源消费量、调整能源结构降低煤炭产品的占比等，而充分利用东北地区优质风能资源发展可再生资源、减少化石能源依赖将是实现碳中和的必要途径。在供应端，政府可以诱导一些供给侧的政策来优化能源部门的产权结构，并降低低碳部门的税收、交易成本和行政壁垒，从而使更多的初级生产要素（如劳动力、资本和政府服务）可以投入到低碳行业，这些地区的煤炭或石油公司可以向能效更高的地区出售化石燃料。政府还可以补贴高收入排放行业的低碳技术。通过补贴低碳产品、对碳密集型产品的消费和出口征税等方式，鼓励低碳生活方式、在增加投资过程中优化投资结构。相比之下，沈阳市、大连市、长春市、哈尔滨市等东北地区发达城市的消费者责任原则碳排放均高于生产者责任原则和收入者责任原则碳排放。这些城市作为东北地区的核心城市，在经济发展、人口数量、产业规模等方面聚集了大量消费需求，需要供应链上游的地区提供产品和服务满足它们的消费需求，所以它们应该承担更多的碳排放责任。

图9 三种责任原则下东北地区城市碳排放对比

4 结论

城市的低碳发展已经成为我国碳减排的关键环节，关注城市的碳排放责任分布特征并制定相应的减排政策有利于我国实现碳达峰碳中和等气候目标。然而，同一个城市在不同碳排放责任原则下会呈现不同的碳排放特征。在生产者责任原则视角下，东北地区城市的碳排放主要来自化石能源消费（96%），制造业（45%）和能源生产与供应业（36%）是碳排放的主要行业部门。在消费者责任原则视角下，资本形成总额是驱动碳排放产生的主要最终需求类型（59%），而碳排放主要来自制造业（40%）和建筑业（34%）。在收入者责任原则视角下，劳动者报酬（33%）和资本投入（38%）是导致碳排放的主要初始投入类型，而制造业（35%）、服务业（27%）和采掘业（19%）是碳排放集中的行业部门。东北地区作为我国的老工业基地，制造业在不同责任原则下均是碳排放的主要来源，因此在碳减排政策上应该给予足够的重视。东北地区各城市的经济水平、产业结构、资源禀赋存在巨大差异，这也决定了不同城市的碳排放特征具有鲜明特色，应该从不同视角制定碳减排政策，在保障经济发展的同时促进节能减排，让东北地区城市成为我国低碳发展的示范区域，为其他地区实现“双碳”目标提供先进经验。