碳減排方案優(yōu)化及其在產業(yè)升級中的效應研究

張同斌,周縣華,劉巧紅 (.東北財經大學經濟學院,遼寧 大連 605；.中央財經大學中國精算研究院,北京 0008)

為應對氣候變化帶來的不利影響,主要方式就是控制或減少溫室氣體,特別是二氧化碳(CO2)的排放.與發(fā)達國家采取的碳排放絕對量減排政策不同,中國目前采用的是碳強度減排方案.中國碳減排政策制定與評價還有待改進,一方面,在中國各行業(yè)碳減排的份額分配中,還缺乏相應的科學規(guī)則,如何在保證碳強度減排目標實現(xiàn)的同時進行減排路徑和減排方案的優(yōu)化仍缺乏經驗;另一方面,碳減排行為必然會對經濟增長、社會福利等各個方面產生重要影響,中國碳減排還有著促進經濟結構和產業(yè)結構轉型升級的責任目標,如何合理評價碳減排的經濟影響,特別是碳減排引致的產業(yè)結構調整效應,對于中國實現(xiàn)綠色發(fā)展具有重要的指導價值.

在碳減排方案的設計方面,國內外學者主要基于公平因素和成本收益因素的考慮進行碳減排份額的分配[1-2].具體標準例如根據歷史排放責任或者人均碳排放量相等的原則[3-5],采取的方法如基于零和博弈數(shù)據包絡分析模型等[6-8].除了行政命令和政府規(guī)定之外,基于市場化角度的邊際減排成本實際上也是重要的決策參考[9-10].但是,在現(xiàn)有的研究中,對于不同地區(qū)或省份之間碳強度減排目標分解的研究較多,但對于不同行業(yè)碳減排方案的研究卻相對較少.

碳減排的政策效應方面,關于碳減排與整體經濟增長相互關系的研究已經較為豐富[11-14],有關碳減排對產業(yè)結構影響的研究卻相對不足.現(xiàn)有的研究大多關注產業(yè)結構調整對于碳減排的影響[15-19],但忽略了1個特征,即產業(yè)結構調整具有內生性,因此也應關注碳減排政策的產業(yè)結構調整效應.由于各行業(yè)碳強度減排與產業(yè)結構變動之間存在著雙向影響關系,傳統(tǒng)的計量經濟模型難以很好地解決內生性問題.

動態(tài)一般均衡模型(DGE)或動態(tài)隨機一般均衡模型(DSGE)是研究碳減排政策效應的重要方法[20].將投入產出結構嵌入到DGE或DSGE模型中,可將總量生產活動擴展至行業(yè)生產行為,不僅能夠更為合理地反映經濟現(xiàn)實狀況和碳排放主體特征,分析投入產出結構下外生沖擊對于行業(yè)經濟的異質性影響[21],而且可以對于不同的行業(yè)進行差異化的碳減排政策設定,豐富碳減排與經濟發(fā)展之間關系的研究框架[22].

目前,采用嵌入投入產出結構的 DGE模型或DSGE模型進行碳減排政策研究的文獻還十分少見,僅有部分文獻應用該模型進行不同減排方案效應的對比研究.例如,通過考察在隨機技術沖擊下碳減排對于整體經濟和各產業(yè)部門經濟的影響,發(fā)現(xiàn)與碳稅政策相比,碳總量減排下宏觀經濟變量的波動性更低.經濟中的總體波動是由部門沖擊所引致的[22-23],因此碳減排政策應施加于具體部門上.還有學者構建包含碳強度減排和碳總量減排目標約束的分行業(yè)一般均衡模型,研究得出與碳總量減排方案相比,碳強度減排使得中國經濟中產出水平損失的波動較小[24].

本文以行業(yè)為研究對象,考慮不同行業(yè)邊際減排成本的差異,關注行業(yè)發(fā)展中的核心問題產業(yè)結構升級現(xiàn)象,通過構建包含能源消耗與碳排放的多行業(yè)動態(tài)一般均衡模型,基于減排成本、增長與福利等多重視角對比研究如何在實現(xiàn)碳強度減排目標下進行減排方案的合理設定,豐富碳減排與產業(yè)結構關系的研究方法體系.在中國碳強度減排目標下,從能源要素流動、資源優(yōu)化配置等方面闡釋碳減排對產業(yè)結構升級的作用機制,通過模擬方法為中國碳強度減排的政策效應提供新的解釋,對我國能否有效實現(xiàn)減排目標與產業(yè)結構升級的“雙贏”進行驗證.

1 模型的構建與求解

1.1 一般均衡模型的構建

在 Dissou等[22]、Horvath[23]的基礎上,為體現(xiàn)不同行業(yè)生產模式和碳排放特征的異質性,構建包含代表性家庭、政府部門以及農業(yè)、煤炭行業(yè)、石油和天然氣行業(yè)、高耗能工業(yè)、低耗能工業(yè)、建筑業(yè)、生產者服務業(yè)、消費者服務業(yè) 8個行業(yè)生產部門組成的多行業(yè)動態(tài)一般均衡模型,在部分劃分時,參考了國家統(tǒng)計局在《國民經濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》中對于高耗能產業(yè)的定義,以及國家統(tǒng)計局公布的生產性服務業(yè)分類等.本文中的行業(yè)分類為:農業(yè)即農林牧漁產品和服務業(yè);煤炭行業(yè)即煤炭采選產品;石油和天然氣行業(yè)即石油和天然氣采選產品;高耗能行業(yè)為石油、煉焦產品和核燃料加工品、化學產品、非金屬礦物制品、金屬冶煉和壓延加工品、電力、熱力的生產和供應業(yè);低耗能行業(yè)包括采掘業(yè)和制造業(yè)中除高耗能行業(yè)之外的其他行業(yè);建筑業(yè);生產者服務業(yè)包含交通運輸、倉儲和郵政、信息傳輸、軟件和信息技術服務、金融、房地產、租賃和商務服務、科學研究和技術服務業(yè);消費者服務業(yè)包括批發(fā)和零售、住宿和餐飲、水利、環(huán)境和公共設施管理、居民服務、修理和其他服務、教育、衛(wèi)生和社會工作、文化、體育和娛樂、公共管理、社會保障和社會組織行業(yè).

模型的具體形式為:

1.1.1 代表性家庭 代表性家庭提供資本和勞動,進行消費和閑暇的選擇以實現(xiàn)其效用最大化,其效用函數(shù)的形式設定為:

式中:β 為折現(xiàn)因子;Ct為總消費,1012元;Lt為標準化后加總的勞動時間.

家庭的預算約束為:

式中:It、Kt為總投資和總資本,1012元;Pt為總消費的價格,元;Wt為勞動的工資,元;Zt和Rt為投資和資本的價格,元.

與大多數(shù)文獻一致,資本的動態(tài)累積方程如式(3)所示.

式中:δ 為折舊率,%.

1.1.2 消費與投資 家庭的總消費品由農業(yè)、煤炭行業(yè)、高耗能工業(yè)等各行業(yè)所提供的消費品綜合而成,由于各行業(yè)消費品的異質性,假設各行業(yè)消費品之間通過柯布–道格拉斯形式進行加總,行業(yè)標識為h,h=1, 2, …, M,M=8.

與總消費類似,總投資也由各行業(yè)的投資品組合而成,如式(7)所示.

式(8)和式(9)分別是各行業(yè)投資品價格與總投資品價格的關系,以及第h行業(yè)投資品數(shù)量的優(yōu)化選擇.

1.1.3 企業(yè)生產 各生產部門購買中間投入品、能源產品,租用資本和勞動進行產品生產,各行業(yè)生產函數(shù)的形式為:

式中:第t期第h行業(yè)的產出水平為Yth,1012元;技術水平為 Ath;能源投入品和中間投入品分別為 Eth、Mth,1012元;αh、βh和γh為第 h行業(yè)資本、中間品與能源品對應的份額參數(shù).

企業(yè)都通過選擇要素投入實現(xiàn)其利潤最大化,求解企業(yè)利潤最大化時的一階條件,可得:

1.1.4 中間品與能源品 與大多數(shù)文獻在增加值生產函數(shù)設定中主要考慮資本和勞動要素不同,重點分析總產出的中間投入部分,完整地展現(xiàn)各行業(yè)的生產特征.如前所述,第t期第h行業(yè)中間投入分為中間投入品和能源投入品類,第h行業(yè)的2類中間投入又分別由其他行業(yè)的商品組合而成.以中間投入品為例,其組合形式為:

式中:Mnonen為非能源行業(yè)的集合;表示第 h行業(yè)購買的第s行業(yè)非能源中間投入品,1012元.

進一步可以求得:

式中:Men為能源行業(yè)集合;eth,s表示第h行業(yè)購買的第s行業(yè)能源中間投入品,1012元.可以求得:

1.1.5 CO2排放與碳強度政策 能源中間投入品煤炭、石油和天然氣的消耗產生CO2排放,設定煤炭產品的 CO2排放系數(shù)為θcoal,石油和天然氣產品的 CO2排放系數(shù)為θoil,則第h行業(yè)的CO2排放量emth,108tC為:

碳排放總量 EMt,108tC為各行業(yè)碳排放量 emth之和,即:

目前,我國主要實施的是碳強度減排政策,即以碳強度的下降為主要目標.在式(10)的基礎上,計算得到第t期各行業(yè)增加值(GDPth,1012元):

整個經濟的增加值(GDPt,1012元)為:

基于式(21)和(23),可以計算得到第t時期第h行業(yè)的碳強度值(intth,tC/104元)為:

同理,基于式(22)和(24),計算得到第t時期總體的碳強度值(intt,tC/104元)如式(26)所示.

假設政府計劃將總體碳強度值降低至 int0,一般而言,int0＜intt,假定各行業(yè)碳強度減排的影子價格相等,均為?t,則可以寫出碳強度減排的總體約束條件:

此外,設定各行業(yè)的碳強度均下降相同幅度,同樣可以實現(xiàn)總體碳強度為 int0的目標,此時各行業(yè)的邊際減排成本?th往往不相等,碳強度減排的分行業(yè)約束條件可以設定為:

將約束式(27)或式(28)加入企業(yè)利潤最大化的目標函數(shù)中,修改一階條件和能源價格的表示形式,再進行模型的求解,則可將碳強度減排政策的影響傳導至整個經濟中.

1.1.6 市場出清 在市場出清的條件下,整個經濟體達到均衡,資本市場和勞動市場的出清條件分別為:

第h行業(yè)商品市場出清條件如式(30)所示.

最后,設定價格基準為:

1.2 數(shù)據來源與參數(shù)校準

1.2.1 數(shù)據來源 數(shù)據來源主要有中國投入產出表、《中國統(tǒng)計年鑒》[25]和《中國能源統(tǒng)計年鑒》[26]等,具體而言:產出變量、非能源中間投入品和能源中間投入品來自 2012年中國投入產出表中間投入部分和《中國能源統(tǒng)計年鑒》[26],主要將能源行業(yè)為其他行業(yè)提供的中間產品作為各行業(yè)的能源消耗量;勞動力變量和資本變量的數(shù)據來自于《中國統(tǒng)計年鑒》[25],其中在資本變量的計算中參考了田友春[27]的結果;消費和投資數(shù)據來自于中國投入產出表的最終需求部分.

1.2.2 參數(shù)校準 在模型構建的基礎上,主要根據2012年中國投入產出表進行參數(shù)校準.將投入產出表與一般均衡模型相結合,可以將產業(yè)結構納入到完整經濟活動的均衡框架中,能夠較為精準地研究政策變化對于產業(yè)結構的動態(tài)影響效應.如前所述,為與理論模型中設定的8個行業(yè)相一致,將中國投入產出表也歸并為8個部門,具體校準過程為:(1)根據投入產出表基本流量表第一象限的數(shù)據,可以計算得到中間品的投入系數(shù)矩陣(χsh)和能源品的投入系數(shù)矩陣(shχ～);(2)根據各行業(yè)總產出中中間投入品、能源產品所占的比重,可以對生產函數(shù)中的中間品份額(βh)與能源份額(γh)進行估計;(3)基于中國投入產出表的最終使用部分,可以計算得到各行業(yè)的消費彈性(ξh)、投資彈性(φh).

在其他參數(shù)的校準方面,參考相關文獻中的參數(shù)取值[26-27],設定折舊率、效應貼現(xiàn)因子以及各行業(yè)的技術參數(shù)等.在CO2排放系數(shù)方面,國內外文獻中主要采用聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)的方法進行CO2排放系數(shù)的計算,由于投入產出表中的行業(yè)分類較粗,僅有煤炭采選產品、石油和天然氣開采產品,應對不同能源對應的系數(shù)進行加權處理后再計算.基于陳詩一[28]的計算結果,近似得到煤炭行業(yè)的CO2排放系數(shù)為 2.763kg-CO2/kg,再根據《中國能源統(tǒng)計年鑒》[26]中石油、天然氣消費量占一次能源消費總量的比重數(shù)據進行加權,計算得到石油和天然氣行業(yè)的綜合CO2排放系數(shù)為2.079kg-CO2/kg.

使用Matlab R2015a軟件可以實現(xiàn)模型求解與政策模擬.

2 不同碳強度減排方案的對比分析

2.1 不同減排方案的邊際減排成本對比

在多行業(yè)動態(tài)一般均衡模型基礎上,首先對比了2種不同減排方案的邊際減排成本,其中方案一是總體約束,即整個經濟總體碳強度值下降一定比例;方案二是分行業(yè)約束,設定各行業(yè)的碳強度均下降相同幅度,顯然,上述 2種方案所達到的碳減排目標是一致的.

邊際減排成本是進行碳減排政策效果評價的重要依據,如前所述,在總體碳強度減排目標的約束下,可以實現(xiàn)各行業(yè)邊際減排成本相等,均為?t,而實施各行業(yè)碳強度下降相同幅度的方案時,各行業(yè)的邊際減排成本不相等,為?th.計算并繪制了碳強度下降 25%的相同減排目標下 2種方案中各行業(yè)的邊際減排成本圖形,如圖1所示.

圖1顯示,在分行業(yè)碳強度減排目標的約束下,各行業(yè)的邊際減排成本均高于總體約束下的邊際減排成本,這一結論與 Zhang等[10]的觀點基本一致.與“強制式”的分行業(yè)約束相比,類似于“市場機制”的總體約束減排方案產生了“蘑菇效應”和“規(guī)模效應”.具體而言,位于價值鏈各節(jié)點上的不同行業(yè)或企業(yè)的邊際減排成本存在較大差異,在總體碳強度減排目標約束下實現(xiàn)各行業(yè)減排路徑的優(yōu)化時,可以使得各行業(yè)減排能力和減排行為相統(tǒng)一,進而使得減排的成本最低,并且價值鏈上不同節(jié)點行業(yè)或者企業(yè)充分發(fā)揮了對整體碳強度減排的貢獻,減排的效率最高[29].

圖1 兩種碳減排方案下的邊際減排成本對比Fig.1 Comparison of marginal cost reduction costs under the two carbon reduction schemes

由于行業(yè)本身的異質性等原因,在面臨相同的碳強度減排約束時,不同行業(yè)之間的邊際減排成本存在一定差異.總體而言,行業(yè)的邊際減排成本更高,代表著該行業(yè)的減排難度更大.其中,能源消耗量是影響邊際減排成本的最重要因素之一.以煤炭行業(yè)和高耗能工業(yè)為例,上述 2個行業(yè)對能源的需求呈現(xiàn)剛性特征且依賴程度較高,能源消耗量和碳排放量較多,在實現(xiàn)同樣的碳減排目標時,碳強度下降的難度就越高,減排成本就越大.圖 1顯示,在分行業(yè)碳減排目標約束下煤炭行業(yè)、高耗能工業(yè)的邊際減排成本均超過了0.3.

與高耗能工業(yè)相比,雖然低耗能工業(yè)和建筑業(yè)的能源消耗量較少,但是2個行業(yè)的能源投入結構中較為穩(wěn)定,以建筑業(yè)對煤炭的消耗為例,根據計算可得,2007年,煤炭開采和洗選產品在建筑業(yè)總中間使用中所占的份額為 0.6413%,而 2012年該份額為0.6707%.生產模式形成的路徑依賴使得在低耗能工業(yè)和建筑業(yè)行業(yè)中能源的替代彈性較小,即其他要素對于能源的替代性較差.在能源替代品較少時,低耗能工業(yè)、建筑業(yè)企業(yè)只能使用更少的能源以降低碳強度.此外,市場結構和市場運行機制也會對碳強度的邊際減排成本產生重要影響,低耗能工業(yè)、建筑業(yè)的市場集中度相對較高,在市場勢力的影響下,實施嚴格的分行業(yè)碳強度減排方案時,能源要素的調整受到一定的阻礙,導致這2個行業(yè)的減排成本較高.

服務業(yè)的能源消耗和能源投入結構較為復雜,特別是生產者服務業(yè)中使用的電力等清潔能源的比重較高,其減排空間和減排潛力較小,因此在減排量相同時,該行業(yè)的減排成本很大,如圖 1所示.與之相對,消費者服務業(yè)對能源的消耗具有多樣化特征,并且其能源消耗的需求價格彈性較大,使得該行業(yè)的減排潛力較大,與生產者服務業(yè)相比,消費者服務業(yè)的邊際減排成本相對較小.

2.2 不同減排方案下的經濟效應與福利效應

除了減排成本之外,不同的減排方案還會對宏觀經濟變量產生差異化的影響,為了進一步驗證碳強度減排中總體約束方案的有效性,繪制了不同碳強度減排的總體約束與分行業(yè)約束下經濟中總產出水平、總福利水平變動的圖形,分別如圖2和圖3所示.

圖2 兩種碳減排方案下的總產出變動Fig.2 Total output changes under the two carbon reduction schemes

圖3 兩種碳減排方案下的總福利變動Fig.3 Total welfare changes under the two carbon reduction schemes

圖2和圖3顯示,碳強度減排目標約束了企業(yè)的生產行為,而企業(yè)又無法將碳減排納入其生產的優(yōu)化決策中,因而碳減排會對經濟增長和社會福利產生一定程度的不利影響.其中,將圖2和圖3中不同減排強度下2種方案的增長效應與福利效應分別對比可得,與分行業(yè)約束相比,總體約束的碳減排方案下經濟中的總產出水平和總福利水平均較高.主要原因在于,總體約束下各行業(yè)之間可以進行“整體減排”,即總體約束能夠實現(xiàn)減排任務的合理分解,而分行業(yè)約束屬于“獨立減排”,如前所述,該減排方案下無法產生行業(yè)間減排的聯(lián)動效應,且不能實現(xiàn)減排目標下的成本最小化和收益最大化,該結果進一步驗證了總體約束方案的合理性.

總體約束的碳強度減排方案屬于適宜且較為靈活的環(huán)境規(guī)制政策,在這一減排方案下,各行業(yè)不僅可以根據自身特征調整要素投入結構,實現(xiàn)要素的合理使用和優(yōu)化配置,而且根據環(huán)境規(guī)制的波特假說,適度的總體約束減排方案還能夠促使企業(yè)采用更高水平和更為清潔的生產技術,即碳減排政策產生的溢出效應形成了企業(yè)技術進步的“創(chuàng)新補償效應”,在降低污染物排放的同時實現(xiàn)生產效率的提升.因此,要素配置優(yōu)化與技術效率提升在一定程度上彌補了減排約束下的產出下降和消費損失,總體約束方案在實現(xiàn)碳強度減排目標的同時,經濟水平和社會福利水平相對較高.

與之相對,固定且嚴格的分行業(yè)碳減排方案則過度約束了企業(yè)的要素投入和能源使用,在實現(xiàn)碳減排目標時,各行業(yè)不能有效地化解碳強度減排所帶來的經濟沖擊效應,在該減排方案下,企業(yè)不僅難以對生產要素和生產技術進行充分調整,更不能有效激發(fā)高污染和高排放企業(yè)進行技術研發(fā)和引進清潔技術的內在動力,因而不利于產出增長和福利增進.此外,由圖2和圖3可得,與總體約束相比,分行業(yè)碳強度減排約束方案下經濟中總產出和總福利的斜率更大,即產出和福利下降的速度更快,這在一定程度上表明,我國各行業(yè)的減排承受能力還較低,在經濟結構和產業(yè)結構較為穩(wěn)定的情形下,各行業(yè)產出對于碳減排沖擊的調整速度較慢.

因此,將“共同但有區(qū)別責任”原則應用于碳減排目標在各行業(yè)之間的分配時,應以邊際減排成本相等確定碳強度減排任務的總體約束為優(yōu)化路徑,即“以價格定數(shù)量”,而不是選擇碳強度減排幅度相同但邊際減排成本不同的分行業(yè)約束.

2.3 碳減排總體約束下各行業(yè)排放量變動分析

在實施總體碳強度減排方案時,各行業(yè)的能源消耗量和碳排放量會出現(xiàn)不同程度的降低,分別計算了碳強度下降5%、10%、15%、20%和25%共5種減排目標下各行業(yè)碳排放量下降的幅度,列于表1.

表1 不同碳強度減排目標下各行業(yè)排放量下降幅度(%)Table 1 Emission reduction of various industries under different carbon intensity reduction targets (%)

各行業(yè)碳排放量下降的幅度與其終端能源的消費數(shù)量和消費結構緊密相關.以煤炭行業(yè)為例,2012年煤炭行業(yè)中間投入中煤炭消耗所占的比例為31.5042%,因此在碳強度減排約束下,煤炭業(yè)、石油和天然氣業(yè)對其自身產品直接消耗量的減少,將使得 2類能源行業(yè)的供給側緊縮.此外,在碳強度減排目標下,其他行業(yè)對煤炭、石油和天然氣等能源消費的下降,也會通過完全消耗系數(shù)的傳導在需求側對能源行業(yè)產生不同程度的影響,因此,在直接效應和間接效應共同作用下,能源行業(yè)碳排放下降的幅度最大.表 1顯示,在減排強度為25%時,煤炭業(yè)、石油和天然氣業(yè)的碳排放量下降幅度分別為41.5608%和43.0329%.

碳強度減排約束下高耗能工業(yè)和低耗能工業(yè)行業(yè)碳排放量下降的幅度也較大,在中國工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的進程中,大規(guī)模基礎設施建設推動了工業(yè)的快速發(fā)展,也使得其消耗了大量的資源能源,特別是對煤炭、石油和天然氣等傳統(tǒng)能源的消耗.據測算,2012年高耗能工業(yè)所消耗的煤炭占全部行業(yè)煤炭總消耗的77.7356%,因此,碳強度減排約束下工業(yè)的減排成本雖然較高,但是由于其能源消耗基數(shù)較大,對能源要素投入減少后的減排效果較為明顯.

除了能源要素使用數(shù)量之外,減排效果還與行業(yè)的能源強度緊密相關.能源強度,即單位 GDP的能源消耗量,是反映能源使用效率和生產技術水平的重要指標,能源強度較低的行業(yè),通過減少能源使用實現(xiàn)減排的效果相對不明顯.據測算,2008年,農業(yè)、建筑業(yè)、第三產業(yè)的能源強度相對較低,穩(wěn)定在0.4左右.如表1所示,在25%的碳強度減排目標下,農業(yè)、建筑業(yè)、生產者服務業(yè)、消費者服務業(yè) 4個行業(yè)的碳排放量下降的幅度較低,分別為24.2356%、24.1527%、24.4434%和24.0059%.

3 碳強度減排下的產業(yè)結構變動

碳強度減排政策能夠使得各行業(yè)能源要素、中間投入等要素配置結構和投入產出水平發(fā)生變化,通過資源配置效應進而引發(fā)產業(yè)結構變動效應.在第 2部分碳減排方案對比的基礎上,這一部分將重點研究碳強度減排政策所引致的產業(yè)結構變動.

3.1 碳強度減排約束下各行業(yè)結構變動特征

一般而言,隨著經濟發(fā)展階段的變遷,產業(yè)結構有著其自身的演變規(guī)律,而政策因素,例如碳強度減排政策會在一定程度上引導或改變產業(yè)結構調整的方向.在總體碳強度減排目標下,計算了碳強度下降5%～25%時,各行業(yè)增加值占 GDP比重的變動幅度,如表2所示.

表2 不同碳強度減排目標下的產業(yè)結構變動(%)Table 2 Changes in industrial structure under different carbon intensity reduction targets (%)

總體而言,表 2顯示,在碳強度減排約束下,各行業(yè)占 GDP比重的變動幅度不大,主要原因在于 2012年之后,中國經濟增速開始下降,能源生產和能源消費的速度隨之減慢,經濟增長與能源消費之間呈現(xiàn)了“脫鉤”趨勢.例如,2011～2012年,能源生產增速和能源消費增速分別由7.1%降低至4.4%、7.1%降至3.9%,能源生產彈性系數(shù)和能源消費彈性系數(shù)則分別由0.76下降至0.57、0.76下降至0.51,而碳強度減排約束主要通過能源要素這一途徑對行業(yè)產出和經濟增長產生影響,因此能源與經濟之間的“脫鉤”在一定程度上減弱了碳強度減排政策對于產業(yè)結構調整的傳導效應,但各行業(yè)占 GDP的比重呈現(xiàn)了明顯的差異化變動特征,具體而言:

3.1.1 碳減排約束下經濟中能源行業(yè)占比降低 煤炭的不可再生性和對環(huán)境的高度破壞性,決定了煤炭在能源結構和經濟結構中的份額本身就具有持續(xù)下降的內在壓力.特別是,我國煤炭行業(yè)的產能過剩形勢十分嚴峻,截至 2014年底,我國累計新增煤炭產能30億t,在建產能超過10億t.在實施碳強度減排方案時,能夠對產能過剩的煤炭行業(yè)生產活動造成一定的沖擊,使得煤炭企業(yè)壓縮生產規(guī)模,因而煤炭行業(yè)增加值占GDP的比重下降.

石油和天然氣等能源開采及加工部門,屬于高成本、低利潤的上游產業(yè),在能源結構沒有發(fā)生根本性轉變的情形下,石油和天然氣行業(yè)在價值鏈上的位置和產業(yè)體系中的地位處于鎖定狀態(tài),相對于煤炭行業(yè)而言,在碳減排約束下,石油和天然氣行業(yè)占比下降的幅度略小一些.同時,我國石油和天然氣能源的利用效率較低,導致石油、天然氣單位能源消費的邊際產品較低,因此,在碳強度減排約束下其邊際減排成本較低,也能夠在一定程度上實現(xiàn)生產規(guī)模的縮小.由表2可得,在碳強度減排目標為25%時,煤炭行業(yè)、石油和天然氣行業(yè)2個能源行業(yè)占GDP的份額均呈現(xiàn)了下降態(tài)勢,下降幅度分別為0.3011%和0.2992%.3.1.2 碳強度減排控制工業(yè)結構“重工業(yè)化”的效應明顯 由于工業(yè)內部各行業(yè)均對煤炭、石油等化石能源有著直接或間接的依賴性,而碳減排約束下能源等要素、投資品和消費品會在不同的產業(yè)之間進行流動,因此碳減排通過工業(yè)部門對能源部門的中間需求關聯(lián)產生了明顯的溢出效應.具體而言,碳強度減排一方面可以改善工業(yè)行業(yè)中高能耗行業(yè)與低能耗行業(yè)之間的比例關系,即引發(fā)“量”的變動;另一方面還通過提高能源利用效率增大工業(yè)行業(yè)的碳生產率,即引致“質”的變化.

與大多數(shù)研究一致,表2顯示,碳減排與第二產業(yè)占比之間存在著同向變動關系,其中,碳強度減排約束波及程度最高的是能源消耗量最大的高耗能行業(yè).一般而言,在實施碳強度減排時,會導致產業(yè)部門中間投入中的能源要素向其他產業(yè)進行轉移,以減少碳排放實現(xiàn)減排目標.由于沉沒成本等原因,工業(yè),特別是高耗能工業(yè)具有典型的“高碳化”特征,在降低碳強度,即減少單位 GDP能耗的約束下,其中間投入結構和能源投入份額不能實現(xiàn)迅速調整,只能“被動”地接受懲罰,使得產出減少,高耗能工業(yè)占 GDP的比重出現(xiàn)明顯的下降趨勢,表2顯示,在整個經濟碳強度減排總體目標為 25%時,在各行業(yè)中,高耗能工業(yè)占 GDP比重的下降幅度最大,為 0.5556%,因此,碳強度減排能夠產生明顯的“去重工業(yè)化”效應,加快工業(yè)內部結構調整和整體產業(yè)結構升級.

與高耗能工業(yè)相比,低耗能工業(yè)、建筑業(yè)等第二產業(yè)其他行業(yè)與煤炭業(yè)、石油和天然氣業(yè)的產業(yè)關聯(lián)相對較弱,且隨著資本的累積和設備的升級,低耗能工業(yè)和建筑業(yè)中電能等清潔能源的消耗量和所占的比重逐漸提高,以建筑業(yè)為例,2005～2011年,建筑業(yè)的電力消耗量由 233.93億 kW?h增加到 571.82億kW?h,年均增速為 20.41%.碳減排約束對于低耗能工業(yè)和建筑業(yè) 2個行業(yè)中煤炭、石油和天然氣等直接能源投入減少的影響十分有限,并且碳強度減排目標還會使得電力的生產和供應業(yè)等加快提升能源的加工轉換效率,以減少能源使用水平下降的影響,因此,在低耗能工業(yè)、建筑業(yè)能源消費結構等因素的作用下,碳強度減排約束對這2個行業(yè)產出的影響微弱.如表2所示,在碳強度減排目標為25%時,低耗能工業(yè)、建筑業(yè)增加值占 GDP的比重下降的幅度僅為0.0604%和0.0175%.

3.1.3 碳減排推動農業(yè)、服務業(yè)的比重上升 在農業(yè)部門中,其主要的中間投入是勞動力和土地等要素,能源投入所占的份額較小,例如,2012年,農業(yè)部門能源消費量僅占經濟中能源消費總量的 1.8755%,碳強度減排約束對于能源使用的限制和能源價格的升高等對于農業(yè)生產活動的負向影響程度并不高.此外,與其他行業(yè)不同,農業(yè)具有一定程度的碳捕獲和碳封存能力,擴大農業(yè)生產可以實現(xiàn)對碳排放的有效吸收,從而較為容易地降低碳排放量,因此,碳強度減排約束將農業(yè)減排的壓力轉化為“富碳農業(yè)”發(fā)展的動力,對于構建碳循環(huán)產業(yè)鏈具有積極促進作用,進而導致經濟中農業(yè)產出占比出現(xiàn)了上升的趨勢,由表2可得,在碳強度減排達到 25%時,農業(yè)占 GDP的比重上升0.223%.

服務業(yè)具有中間投入率相對較低,增加值率較高的特征,在服務業(yè)各行業(yè)中要素之間的替代性較強,當面臨碳強度減排約束時,服務業(yè)企業(yè)易于實現(xiàn)勞動力和資本對于能源的替代.碳強度減排政策會導致能源供給減少和能源價格上漲,在一定程度上會使得服務業(yè)企業(yè)能源中間投入的成本上升和產出水平的下降,與此同時,服務業(yè)企業(yè)通過增大勞動和資本等要素的投入替代產生高碳排放的能源要素,減緩碳減排政策對其生產行為的負向影響,滿足碳強度減排目標的同時,實現(xiàn)了產出的穩(wěn)定或增長.

在碳減排約束下工業(yè)行業(yè)要素外流的過程中,為工業(yè)部門提供服務、與工業(yè)行業(yè)具有緊密產業(yè)關聯(lián)的服務業(yè)將容易承接工業(yè)資源的轉移.其中,生產者服務業(yè)的資本密集度較高,對勞動力的吸納能力相對較弱,而消費者服務業(yè)的勞動密集度較高,對勞動力具有較強的接收能力,消費者服務業(yè)產出增長的速度相對較快,如表2所示,在碳強度減排力度達到25%時,生產者服務業(yè)和消費者服務業(yè)占GDP的比重分別上升0.2351%、0.7757%.

3.2 碳強度減排下的產業(yè)結構高度化與合理化特征分析

在產業(yè)經濟學理論中,產業(yè)結構合理化與高度化是產業(yè)結構動態(tài)變遷的2個重要維度,構成了產業(yè)結構優(yōu)化問題研究較為全面的理論框架.參照國內外文獻中的一般方法,計算產業(yè)結構合理化與高度化指標.

產業(yè)結構的高度化,實際上就是第一產業(yè)向第二產業(yè)、第三產業(yè)的動態(tài)轉移過程,在不同的碳減排強度下,分別計算了服務業(yè)占GDP的比重、低耗能工業(yè)在第二產業(yè)中所占的比重,作為產業(yè)結構高度化程度的代表變量,如圖4所示.

圖4 碳減排下的產業(yè)結構高度化指數(shù)變動Fig.4 Changes in supererogation index of industrial structure under carbon emission reduction

在碳強度減排約束下,第二產業(yè)中低能耗工業(yè)比重上升的趨勢十分明顯,如圖4所示,在碳強度約束從0增加到 25%時,低耗能工業(yè)占第二產業(yè)的比重由53.8%增加至 55.2%,上升了約1.4%,這反映出第二產業(yè)內部的集約化程度顯著提升.此外,高耗能工業(yè)行業(yè)生產的一般是中間投入品,而低耗能工業(yè)行業(yè)大多生產最終產品,低耗能工業(yè)占第二產業(yè)比重的上升還反映出產品形態(tài)的轉移過程和產業(yè)鏈中上游向下游的延伸過程.

在實施碳強度減排時,經濟結構服務化的傾向,即服務業(yè)占GDP比重的上升特征也較為突出,圖4顯示,碳強度約束每增加 5%時,經濟中服務業(yè)的占比上升 0.14%左右.服務業(yè)具有高增加值、高勞動生產率等特征,是產業(yè)結構邁向高端水平的重要體現(xiàn),以上 2個比重指標均驗證了碳強度減排對于產業(yè)結構高度化具有積極促進作用.

產業(yè)結構合理化是產業(yè)中資源有效利用程度、部門之間協(xié)調均衡發(fā)展程度的代表指標[30].產業(yè)結構合理化的理論內涵是以資源配置優(yōu)化為基礎,關注要素資源在產業(yè)間的配置效率,可以通過產出結構與要素投入結構的耦合程度大致衡量產業(yè)結構的合理化程度.

參照干春暉等[30]有關產業(yè)結構合理化的測度方法,在泰爾指數(shù)的基礎上加以改進得到產業(yè)結構合理化指數(shù),計算公式為:

式中:Yh、Lh分別為第 h個行業(yè)的產出和勞動力人數(shù);Y、L為整個經濟中的總產出和總勞動人數(shù).

如式(33)所示,產業(yè)結構合理化指數(shù)是產業(yè)均衡度的代表,采用單位勞動力創(chuàng)造的產出是否相等代表產業(yè)部門發(fā)展的協(xié)調程度,能夠體現(xiàn)各行業(yè)資源配置水平和資源利用水平的差異.產業(yè)結構合理化指數(shù)為0時,表示經濟中各產業(yè)處于完全協(xié)調和絕對均衡的狀態(tài),該值越小,表明產業(yè)結構越合理.

圖5 碳減排下的產業(yè)結構合理化指數(shù)變動Fig.5 Changes in rationalization index of industrial structure under carbon emission reduction

基于式(33),分別采用總產出變量和增加值變量計算了不同碳減排強度下的產業(yè)結構合理化指數(shù),如圖5所示.當碳強度下降幅度從0增大至25%時,采用經濟中的總產出、增加值變量計算的產業(yè)結構合理化指數(shù)分別由0.0446減小至0.0436、從0.0593下降至 0.0581,2個指數(shù)均表明碳強度減排約束下產業(yè)結構合理化的程度逐步提高.

此外,對比圖4和圖5可得,在碳強度減排約束下,中國產業(yè)結構的高度化與合理化程度均得到了顯著提升,實現(xiàn)了產業(yè)結構的優(yōu)化.

4 結論

4.1 總體碳強度減排方案可以實現(xiàn)各行業(yè)減排能力和減排行為的統(tǒng)一,使得各行業(yè)邊際減排成本較低,分行業(yè)碳減排方案過度約束了企業(yè)的要素投入和能源使用,各行業(yè)的邊際減排成本更高. “整體減排”的總體約束能夠通過減排任務的合理分解實現(xiàn)要素的優(yōu)化配置并激發(fā)“創(chuàng)新補償效應”,能夠產生相對較高的經濟增長效應與社會福利效應,而“獨立減排”的分行業(yè)約束方案下不能有效化解碳強度減排所帶來的經濟沖擊效應,無法產生行業(yè)間減排的聯(lián)動效應.

4.2 碳減排通過工業(yè)部門對能源部門的中間需求關聯(lián)產生了顯著的溢出效應,對工業(yè)結構“重型化”的控制效應明顯.與之相對,碳強度減排約束下將農業(yè)減排的壓力轉化為“富碳農業(yè)”發(fā)展的動力,導致經濟中農業(yè)占比上升.服務業(yè)企業(yè)通過增大勞動和資本等要素的投入替代產生高碳排放的能源要素,減緩碳減排政策對其生產行為的負向影響并實現(xiàn)了穩(wěn)定增長和占比上升.隨著減排強度的加大,中國產業(yè)結構呈現(xiàn)了持續(xù)優(yōu)化的特征.