低碳試點城市工業碳排放脫鉤因素分解研究
——以鎮江市為例

(河海大學 商學院,江蘇 南京 211000)

1 引言

由于人口、資源和基礎設施相對密集,城市是能源消耗和碳排放的集中地,城市能源消費量占全球能源消費總量的70%以上,城市排放的溫室氣體占全球排放溫室氣體的80%[1]。我國城市碳排放量占全國碳排放總量的90%[2]，因此城市是我國減緩全球氣候變化和實施低碳發展戰略的重要陣地。城市低碳發展是實現全國節能減排目標的重要途徑,也是城市可持續發展和生態文明建設的必然選擇。鑒于城市在低碳經濟建設中的重要作用,我國出臺了一系列政策措施來大力推進低碳城市建設,其中最重要的就是在全國范圍內開展低碳城市試點工作,這是推動落實我國控制碳排放行動目標的重要舉措。

受歷史傳統、資源稟賦等因素的影響,我國絕大多數城市的產業結構以工業為主,工業生產過程本身及其對傳統化石能源的消耗,是碳排放產生的主要來源。因此,工業部門成為城市節能減排的重點領域,也是城市碳排放研究的重點。總體上,相關研究主要集中在工業碳排放影響因素和脫鉤效應分析這兩個方面[2-9]。鄧明君測算了1999—2008年湘潭市規模以上工業企業能源消耗碳排放量和碳排放強度,分析了碳排放變化趨勢,總結出導致碳排放強度變化的驅動力因素[3];謝守紅、邵珠龍分析了1999—2010年無錫市各工業行業的碳排放強度和變化趨勢,量化了效率效應、結構效應對工業碳排放強度變化的影響[4];叢建輝、劉學敏、朱婧等測算了2000—2010年濟源市工業碳排放量,分析了結構因素、規模因素和技術因素對碳排放量變化的影響[6]。

塔皮奧脫鉤模型最早用于研究歐洲交通業經濟增長與運輸量、CO2排放之間的脫鉤效應[10],現已被廣泛應用于研究經濟增長與碳排放之間的脫鉤關系。齊靜、陳彬運用塔皮奧脫鉤分析方法研究了重慶市各工業部門經濟增長、能源消耗和碳排放之間的關聯特征[8];王君華、李霞運用塔皮奧脫鉤模型測度了2000—2011年我國工業全部行業和分要素密集度行業的經濟增長與碳排放之間的脫鉤關系與程度,分析了兩者脫鉤發展的變化趨勢[11]。LMDI分解技術將碳排放分解為各因素的作用、定量分析因素變動對排放量變動的影響,是研究這類問題的有效技術手段。陳詩一采用LMDI方法對改革開放以來我國工業全行業CO2排放強度變化的影響因素進行了分解研究[12];涂紅星運用LMDI方法對1994—2010年我國工業行業碳排放強度的影響因素進行了分解研究[13]。通過文獻梳理發現,大多數研究都是獨立研究碳排放的影響因素與脫鉤效應,除少數學者進行了這方面的研究外[14-16],很少將兩者結合來研究碳排放脫鉤效應的影響因素,且相關研究局限于整個區域或整個工業的層面,沒有深入到具體的重點行業。鑒于此,本文基于塔皮奧脫鉤理論和LMDI分解技術,構建脫鉤因素分解模型,對鎮江市工業和6個重點行業的碳排放脫鉤趨勢與脫鉤因素進行全方位研究,并對鎮江市工業低碳轉型提出政策建議。

本文選擇鎮江市作為低碳試點城市工業碳排放研究的案例城市,主要原因在于:①鎮江市是我國第二批國家級低碳試點城市,是我國首批國家工業綠色轉型試點城市,鎮江官塘低碳新城入選了首批國家低碳城(鎮)試點,三次入選國家級綠色低碳區域試點,說明鎮江低碳建設受到國家的高度重視,具有較大的研究價值。②鎮江市的低碳發展成果豐碩,是低碳城市的典型代表,低碳建設走在全國前列。但同時鎮江市的工業結構“偏化偏重”,電力、鋼鐵等傳統重工業在經濟發展中起主導作用,工業減排壓力艱巨,亟需低碳轉型的相關政策。因此,本研究不但有利于掌握工業碳排放的行業特征與差異,針對行業的碳排放脫鉤效應及其分解因素,制定差異化的行業節能減排政策,推動鎮江低碳建設的進一步發展,而且對其他試點城市的低碳發展路徑有著重要的參考意義。

2 研究方法

2.1 塔皮奧脫鉤理論

脫鉤最早應用于物理學研究中,主要是指原來有聯系的兩個變量脫離相互影響。塔皮奧在研究1970—2001年歐洲經濟發展與碳排放之間的關系時提出了兩者之間的脫鉤彈性公式[10]:

(1)

式中,ε(CO2,GDP)為國內生產總值(GDP)與CO2排放之間的脫鉤彈性;ΔCO2為當期相對上期CO2排放量的變化量;δC表示CO2排放量的變化率;ΔGDP表示當期相對于上期區域生產總值的變化量;δY表示GDP的變化率。塔皮奧根據脫鉤彈性值將脫鉤狀態分為連接、脫鉤和負脫鉤三類情況,并進一步劃分為8種細分狀態,見表1。由表1可見,經濟增長時期,即δY>0時,脫鉤因子ε的值越小,脫鉤效應越強;經濟衰退時期,即δY<0時,脫鉤因子ε越大,脫鉤效應越強。

表1 脫鉤狀態與脫鉤指數對應關系

2.2 LMDI分解法

目前能源消耗的影響因素分解方法主要有指數分解法(IDA)和結構分解法(SDA)兩種。相對于SDA方法需要投入—產出表的數據作為支撐,由于IDA方法只需使用部門數據,特別適合分解含有較少因素，包含時間序列數據的模型,在環境經濟研究中得到廣泛應用。本文采用IDA類中的對數指標分解方法(Log Mean Divisia Index,LMDI)對我國碳排放因素進行分解分析,將鎮江工業能耗碳排放(C)影響因素分為能源結構效應、能源強度效應、經濟結構效應、經濟規模效應四種因素,計算公式為:

(2)

式中,i表示工業分行業;Ci表示工業分行業i的碳排放量;Ei表示工業分行業i的能源消耗量;Yi表示工業分行業i的工業總產值;Y表示整個工業的工業總產值;Mi=Ci/Ei表示能源結構;Ii=Ei/Yi表示能源強度;Si=Yi/Y表示經濟結構。

利用LMDI加和分解方法對式(2)的模型進行因素分解,則差分可分別表示為:

ΔC=Ct-C0=ΔCmix+ΔCint+ΔCstr+ΔCact

(3)

(4)

(5)

(6)

ΔCact=Σiwi×lnYt/Y0

(7)

(8)

式中,ΔCmix表示能源結構效應引起的碳排放變化;ΔCint表示能源強度效應引起的碳排放變化;εstr表示經濟結構效應引起的碳排放變化;εact表示經濟規模效應引起的碳排放變化;wi為權重系數。

2.3 脫鉤因素分解模型

結合式(1)—式(7),推導出脫鉤因素分解模型:

=εmix+εint+εstr+εact

(9)

式中,εmix表示能源結構效應引起的脫鉤因子變化;εint表示能源強度效應引起的脫鉤因子變化;εstr表示經濟結構效應引起的脫鉤因子變化;εact表示經濟規模效應引起的脫鉤因子變化。因此,各效應對脫鉤因子變化的貢獻可通過下式進行計算:

(10)

(11)

(12)

(13)

E=|εmix|+|εint|+|εstr|+|εact|

(14)

式中,Pmix、Pint、Pstr、Pact分別表示能源結構效應、能源強度效應、經濟結構效應和經濟規模效應對脫鉤因子變化的貢獻。

3 數據

本文選擇2002—2015年為研究區間,研究對象為鎮江市32個規模以上工業分行業,各行業的工業總產值、能源消費量等數據來源于2013—2016年的《鎮江統計年鑒》。鎮江市工業行業消費的化石燃料能源種類主要為原煤、洗精煤、焦炭、汽油、煤油、柴油、燃料油、液化石油氣和天然氣,依據以上能源消耗量計算碳排放量。為剔除價格變動因素的影響,采用工業品出廠價格指數將歷年各行業的工業總產值平減為2002年不變價格。由于篇幅有限,只列出2002年、2008年和2015年的數據,見表2。

表2 相關數據統計描述

注:能源消耗量E的單位為萬t標準煤;碳排放量C的單位為t;工業總產值Y的單位為億元。

4 結果與討論

4.1 工業碳排放特征分析

從圖1可見,隨著鎮江市工業化的快速推進,工業經濟增長迅速,工業總產值由2002年的800億元增加到2015年的7200億元,漲幅達9倍;同時,受工業經濟發展的刺激,鎮江市整個工業行業的能源消耗量和碳排放量2002—2015年均增長到原來的2倍左右。具體來看,2002—2006年鎮江市整個工業行業的經濟增長速度逐漸加快,但始終處于較低的水平,工業總產值增長了100%,而能源消耗量和碳排放量增長了約50%,相對增速較快,這反映出該階段工業高耗能、高排放的發展特征;2006—2010年整個工業行業的經濟增長速度加快,工業總產值增長了150%,而能源消耗量和碳排放量分別在1100萬t和4200萬t上下浮動,表現較平穩;2010年之后,由于鎮江市經濟增長繼續提速,能源消耗量和碳排放量都出現較大幅度的增長,直到2014年之后,經濟增長速度放緩,能源消耗量和碳排放量出現顯著下降。

從圖2可見,2002—2015年鎮江市工業碳排放量居前6位的行業有:電力熱力的生產和供應業、非金屬礦物制品業、造紙及紙制品業、化學原料及化學制品業、石油加工煉焦及核燃料加工業和黑色金屬冶煉及壓延加工業。這6個行業在2002—2015年的碳排放總量占工業碳排放總量的比重一直維持在95%左右,其中電力熱力的生產和供應業在工業碳排放中始終占據主導地位,比重在波動中有所上升,由2002年的65%上升到2015年的70%;非金屬礦物制品業和造紙及紙制品業的碳排放量占比相似,兩者的比重在波動中由2002年的10%下降到2015年的5%;化學原料及化學制品業和石油加工煉焦及核燃料加工業的碳排放比重分別為6%和4%,變化幅度較小;黑色金屬冶煉及壓延加工業在前6個行業中碳排放量占比最小,比重在波動中略有上升。

圖1 鎮江市工業部門能源消耗量、碳排放量和工業總產值

圖2 鎮江市工業碳排放結構

4.2 工業碳排放脫鉤因素分析

基于塔皮奧的脫鉤模型,本文測算了鎮江市2002—2015年各階段工業碳排放與經濟增長之間的脫鉤因子,利用脫鉤因素分解模型對脫鉤因子進行了分解,結果見表3。從表3可見,鎮江市工業碳排放存在一定的脫鉤效應,與上文的分析結果(圖1)相互印證。具體而論,2002—2006年鎮江市的工業經濟發展水平較低,能源消耗較少,碳排放增長速度處于較低水平,因此在該期間的4個階段基本上都處于弱脫鉤狀態。由于鎮江市工業總產值增長率在逐漸上升，這4個階段的脫鉤因子呈逐漸下降趨勢，說明脫鉤效應在增強。2006—2010年鎮江市工業得到較快發展,而能源消耗量和碳排放量沒有明顯變化,因此該期間的4個階段處于較強的脫鉤狀態。其中，2006—2007年鎮江市的能源消耗量和碳排放量表現出強脫鉤狀態。這主要是因為2007年世界經濟遭受金融危機影響，出口工業需求不足，能源消耗和碳排放量顯著下降，因此出現了工業經濟增長而碳排放量呈負增長的強脫鉤現象。2010—2014年鎮江市工業經濟增長更迅速,工業經濟結構以電力、鋼鐵等高碳行業為主,資源導向型的粗放式發展雖然使工業經濟得到發展,但生產過程中碳排放量增長幅度也相應增大。因此,該期間的4個階段處于較弱的脫鉤狀態,甚至有兩個階段出現增長連接狀態。2014—2015年鎮江市低碳試點城市建設的成果開始顯現,工業經濟增速雖然有所放緩,但能源消耗和碳排放量降低更顯著,此階段表現出強脫鉤狀態。

表3 工業碳排放各階段脫鉤狀態及脫鉤因子分解結果

注:括號內表示各效應對于脫鉤因子變化的貢獻率,*表示促進碳排放脫鉤,**表示抑制碳排放脫鉤。

從圖3可見,經濟規模效應是鎮江市工業碳排放脫鉤的主要抑制因素。從整個階段看,經濟規模效應的貢獻為60.14%。從各個階段看,經濟規模效應的貢獻均在30%以上,其中2010—2011年和2011—2012年兩個階段達到60%以上(表3)。2002—2015年鎮江市工業經濟增長了約800%,石化、鋼鐵、建材、電力等高耗能產業不斷發展壯大,導致工業碳排放量大幅增加,抑制了碳排放和經濟發展的脫鉤效應。

經濟結構效應是鎮江市工業碳排放脫鉤的主要促進因素。從整個階段看,經濟結構效應的貢獻為27.45%。從各個階段看,除2003—2004年和2013—2014年外,經濟結構調整對工業碳排放的脫鉤效應起到了不同程度的促進作用,其中2014—2015年達到65.76%(表3)。主要原因是：作為低碳的試點城市,鎮江市近年來實施了一系列低碳產業政策,促使工業經濟結構低碳轉型,促進了碳排放和經濟發展的脫鉤效應。

能源強度效應對鎮江市工業碳排放脫鉤主要起促進作用。從整個階段來看,能源強度效應的貢獻為12.15%。從各個階段看,能源強度在不同階段所起的作用不同。具體而言，鎮江市的能源強度在2002—2003年、2004—2005年、2009—2010年和2010—2011年這4個階段對脫鉤效應起抑制作用,而在其他9個階段起不同程度的促進作用,其中2003—2004年和2005—2006年兩個階段的貢獻達到40%以上(表3)。經濟發展促進工業技術進步,提高了能源的利用效率,促進了碳排放和經濟發展的脫鉤效應。

能源結構效應對鎮江市工業碳排放脫鉤具有正負兩方面的影響,但對脫鉤效應的貢獻始終小于2%(表3),影響甚微。主要原因是：鎮江市資源匱乏,大部分所需能源都是由外地輸入。長期以來能源結構單一,煤炭和石油的主體地位沒有發生變化,天然氣等低碳能源雖然開始逐步加大了利用步伐,但占能源結構比重偏小,不能有效改善能源結構效應。由于能源本身的結構穩定性,碳排放量始終保持在一個較穩定的水平,因此對碳排放和經濟發展的脫鉤效應影響很小。

圖3 工業碳排放各階段脫鉤因子分解結果

4.3 重點碳排放行業脫鉤因素分析

為了探究重點碳排放行業的脫鉤情況,本文進一步對碳排放量前6位行業的脫鉤趨勢(表4)和脫鉤因素(圖4)進行了分析。從表4可見,不同行業的碳排放脫鉤狀態演化趨勢存在差異。具體來說,造紙及紙制品業、石油加工煉焦及核燃料加工業和電力熱力的生產供應業脫鉤狀態最不穩定,三者均經歷了強脫鉤、弱脫鉤、增長連接、擴張負脫鉤、衰退脫鉤、強負脫鉤等狀態的反復變化。化學原料及化學制品制造業和非金屬礦物制品業經歷了相似的脫鉤狀態變化過程。黑色金屬冶煉及壓延加工業的脫鉤狀態從弱脫鉤到強脫鉤,再逐漸減弱為強負脫鉤,然后強弱脫鉤狀態交替出現,最后為強負脫鉤。從2002—2015年整個階段來看,鎮江市6個重點碳排放行業均處于弱脫鉤狀態。

表4 重點碳排放行業各階段脫鉤狀態

從造紙及紙制品業的碳排放脫鉤分解因素來看(圖4a),鎮江市的經濟規模效應是該行業碳排放脫鉤效應的主要抑制因素,經濟結構效應是碳排放脫鉤效應的主要促進因素,能源強度效應在碳排放脫鉤過程中主要起促進作用,而能源結構效應對碳排放的影響甚微。從整個階段來看,鎮江市的經濟規模效應對造紙及紙制品業對碳排放脫鉤效應的抑制影響達到54.04%,經濟結構效應和能源強度效應對碳排放脫鉤起促進作用，貢獻率分別為16.46%和29.33%,而能源結構效應對碳排放的影響幾乎為0。

從各個階段來看,鎮江市的經濟規模效應在各個階段對碳排放的脫鉤效應始終起到了抑制作用,平均貢獻率為34.54%,經濟結構效應在2002—2003年等10個階段促進了碳排放的脫鉤效應,能源強度效應在2004—2005年等9個階段對碳排放起不同程度的促進作用,能源結構效應對碳排放脫鉤效應具有正負兩方面的影響,但影響甚微。

圖4 重點碳排放行業各階段脫鉤因素貢獻率

從石油加工煉焦及核燃料加工業的脫鉤分解因素看(圖4b),經濟規模效應是該行業碳排放脫鉤的主要抑制因素,能源強度效應是主要的促進因素,經濟結構效應在脫鉤過程中主要起促進作用,而能源結構效應的影響甚微。整個階段,鎮江市的經濟規模效應對石油加工煉焦及核燃料加工業脫鉤效應的抑制影響達到53.50%,經濟結構效應和能源強度效應對脫鉤的促進貢獻率則分別為6.35%和39.26%,能源結構效應的影響幾乎為0。從各個階段看,鎮江市的經濟規模效應在各階段對脫鉤效應始終起抑制作用,平均貢獻率為28.90%。經濟結構對脫鉤效應具有正負兩方面的影響,2002—2003年的7個階段對脫鉤效應起到不同程度的抑制作用;能源強度效應在2002—2003年等7個階段起到不同程度的促進作用;能源結構效應對脫鉤效應具有正負兩方面的影響,但影響甚微。

從化學原料及化學制品制造業的脫鉤分解因素看(圖4c),經濟規模效應是該行業碳排放脫鉤的主要抑制因素,經濟結構效應在脫鉤過程中主要起抑制作用,能源強度效應是主要的促進因素,能源結構效應的影響甚微。從整個階段看,鎮江市經濟規模效應和經濟結構效應對化學原料及化學制品制造業脫鉤效應的抑制影響分別為46.61%和7.64%,能源強度效應對脫鉤的促進貢獻率為43.69%,能源結構效應的影響幾乎為0。從各個階段看,鎮江市的經濟規模效應在各階段對脫鉤效應始終起抑制作用,平均貢獻率為42.76%,經濟結構效應在2002—2003年不同程度地抑制了脫鉤效應,能源強度效應在2002—2003年的脫鉤過程中起到不同程度的促進作用,能源結構效應對脫鉤效應具有正負兩方面的影響,但影響甚微。

從非金屬礦物制品業脫鉤分解因素看(圖4d),經濟規模效應是該行業碳排放脫鉤的主要抑制因素,能源強度效應是主要的促進因素,經濟結構效應在脫鉤過程中主要起促進作用,能源結構效應的影響甚微。從整個階段看,鎮江市經濟規模效應對非金屬礦物制品業脫鉤效應的影響達到51.91%,經濟結構效應和能源強度效應對脫鉤的促進貢獻率分別為5.90%和41.82%,能源結構效應的影響幾乎為0。從各個階段看,鎮江市經濟規模效應在各階段對脫鉤效應始終起抑制作用,平均貢獻率為45.69%。經濟結構對脫鉤效應具有正負兩方面的影響,2002—2003年對脫鉤效應起不同程度的抑制作用;能源強度效應在2003—2004年起不同程度的促進作用。能源結構效應對脫鉤效應具有正負兩方面的影響,但影響甚微。

從黑色金屬冶煉及壓延加工業的脫鉤分解因素看(圖4e),經濟規模效應是該行業碳排放脫鉤的主要抑制因素,經濟結構效應在脫鉤過程中主要起抑制作用,能源強度效應是主要的促進因素,能源結構效應的影響甚微。從整個階段看,經濟規模效應和經濟結構效應對黑色金屬冶煉及壓延加工業脫鉤效應的影響分別為達到44.77%和17.71%,能源強度效應對脫鉤的促進貢獻率為37.05%,能源結構效應的影響幾乎為0。從各個階段看,經濟規模效應在各階段對脫鉤效應始終起抑制作用,平均貢獻率為20.00%,經濟結構效應在2002—2003年不同程度地抑制了脫鉤效應,能源強度效應在各階段對脫鉤效應始終起促進作用,平均貢獻率為44.41%,能源結構效應對脫鉤效應具有正負兩方面的影響,但影響甚微。

從電力、熱力的生產和供應業的脫鉤分解因素看(圖4f),經濟規模效應是該行業碳排放脫鉤的主要抑制因素,能源強度效應是主要的促進因素,經濟結構效應在脫鉤過程中主要起促進作用,而能源結構效應的影響甚微。從整個階段看,經濟規模效應對電力、熱力的生產和供應業脫鉤效應的抑制影響達到62.64%,經濟結構效應和能源強度效應對脫鉤的促進貢獻率分別為36.32%和1.02%,能源結構效應的影響幾乎為0。從各個階段看,經濟規模效應在各階段對脫鉤效應始終起抑制作用,平均貢獻率為30.18%;經濟結構對脫鉤效應具有正負兩方面的影響,在2002—2003對脫鉤效應起不同程度的促進作用;能源強度效應在2002—2003年起不同程度的促進作用;能源結構效應對脫鉤效應具有正負兩方面的影響,但影響甚微。總體上,經濟規模對6個重點行業的碳排放脫鉤效應均起抑制作用,經濟結構和能源強度對不同行業的脫鉤效應起不同的作用,能源結構對所有行業的影響都很小。

5 結論與建議

基于塔皮奧脫鉤理論和LMDI分解技術構建了脫鉤因素分解模型,本文對鎮江市工業及6個重點碳排放行業的碳排放脫鉤趨勢和脫鉤因素進行了分析。研究發現:①2002—2015年鎮江市工業碳排放總量呈遞增之勢,工業碳排放結構無明顯變化,6個重點行業的碳排放比重始終維持在95%左右,其中電力行業占據主導地位,比重在波動中上升。②2002—2015年鎮江市工業碳排放與經濟增長之間的脫鉤效應呈現出顯著的階段性特征,主要表現為弱—強—弱—強的變化趨勢,經濟規模和經濟結構分別是影響脫鉤效應主要的抑制因素和促進因素。③6個重點行業的碳排放脫鉤趨勢和脫鉤因素既有共性又有個性,其中化學工業和非金屬礦物制造業的脫鉤變化趨勢類似且脫鉤效應最強,經濟規模效應是6個行業共有的脫鉤抑制因素。

基于上述研究結論,本文提出以下建議:①嚴控煤電發展規模,促進能源結構優化。電力行業是鎮江市碳排放最大的行業,以煤電為主的電力結構是導致電力行業碳排放過大的直接原因。隨著經濟的發展電力的需求會日益擴大,電力行業碳減排對鎮江市實現工業低碳轉型意義重大。因此,政府必須嚴格控制煤炭發電規模,逐步擴大對風能、太陽能、核電能等低碳能源的使用,重點扶持新能源產業的發展;加快調整能源消費結構,從源頭上抑制碳排放增長過快,發揮能源結構的減排效應。②支持低碳產業發展,推動經濟結構升級。鎮江市工業結構以高耗能、高排放的重工業為主,石化、鋼鐵、建材等重工業耗能高,碳排放量大。因此,政府應當對重工業等高耗能產業進行資源整合,淘汰落后產能;完善準入標準,逐步降低能源密集型及高污染排放型工業行業的規模;大力扶持新能源材料、電子信息、生物制藥等戰略性新興產業的發展,推進產業結構調整和升級,發揮經濟結構的減排效應。③加強國際交流合作,提高能源利用效率。能源強度效應在脫鉤過程中主要發揮促進作用,但在有些階段能源強度對脫鉤效應起抑制作用,說明鎮江市工業能源利用效率還有潛力可挖。因此,政府要加大科研投入,重視低碳技術的研究開發,加強國際交流,與發達國家建立合作交流機制,引進潔凈煤技術、CO2捕獲和封存技術等先進的節能減排技術,降低能耗水平和碳排放強度,發揮能源強度的減排效應。

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