區域碳排放權減排分配機制設計
——基于1.5℃溫升目標

張浩然，李 瑋

（太原理工大學經濟管理學院，山西太原 030024）

1 研究背景

2018年10月8日，聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）［1］在韓國仁川發布了《IPCC全球升溫 1.5℃特別報告》（以下簡稱《1.5℃報告》）。《1.5℃報告》認為，與將全球變暖限制在2℃相比，將其限制在1.5℃將減少對生態系統、人類健康和福祉的挑戰性影響，從而更容易實現聯合國可持續發展目標［2］。2015年，中國政府在聯合國氣候變化框架公約（UNFCCC）上提出了國家自主貢獻（NDC）減排目標：與2005年相比，2020年碳排放強度下降40%～45%；到2030年左右，中國的CO2排放將達到峰值，并爭取盡早達峰，單位地區生產總值（GDP）CO2排放要比2005年下降60%～65%；且屆時非化石能源占一次能源消費的比例提升到20%左右。

為進一步實現1.5℃目標，中國需要完成在2030年和2050年等關鍵時點的CO2減排任務。早在2013年中國已開始進行區域碳試點建設，具體7個碳排放權交易試點行業覆蓋范圍包括工業（電力、熱力、鋼鐵、水泥、石化等）和建筑業等，無償分配標準基于“祖父法則”和“標桿法則”［3］，并已于2017年逐漸啟動全國統一碳市場［4］?；诓煌瓌t、不同角度制定合理的碳排放權減排機制分配方案是實現有關1.5℃目標和現行目標的關鍵前提，也是各級地方政府利益博弈的焦點和熱點。目前關于碳排放權減排分配方案主要運用在企業或行業層面［5-7］，作為中國政府最重要的行政單元—省級區域的減排分配方案尚未達成有效共識。因此，研究針對1.5℃目標和現行目標的省際碳排放權減排機制，對實現國家2030年碳總量目標、激發碳市場活力、推動區域協同減排等具有重要意義。

已有研究主要針對溫升2℃目標展開。國際上有關碳減排責任的爭議體現在確定歷史責任核算基期，以發達國家為主導的《聯合國氣候變化框架公約》確定的共同而有區別的責任實際上基于當期責任核算不同經濟體的碳排放責任，卻忽略了發達國家的歷史責任［8］?；诓煌瑴p排原則，眾多學者利用人均CO2排放量、人均累計CO2排放量、GDP、人口總量、人均GDP、碳排放強度等等指標展開分析：Han等［9］依據累計碳排放量、人均GDP和單位工業增加值能源消費量來分配京津冀地區的碳配額，研究結果顯示累計碳排放量是影響碳配額最主要的影響因素；蔣姝睿等［10］在碳排放影響因素分解的基礎上考慮時空分布差異特征，研究發現提高綠色技術效率、引導居民合理消費、優化產業結構并制定環境稅等措施對碳減排有正向效應；Hu等［11］以人均GDP為基準測算中國區域間的歷史碳排放責任，研究得出經濟發展較快的地區應該承擔更多歷史排放責任的結論；王文舉等［12］根據歷史責任量和碳轉移量確定中國30個省、自治區、直轄市的2020年碳分配量，兼顧責任與效率原則研究得出省級初始碳排放配額分配需要采取綜合原則，考慮區域間發展的不平衡性。而有關實現1.5℃目標的文獻主要針對具體減排路徑展開：Jiang等［13］研究認為與2℃目標相比，中國在2040年必須大規模采取CCS生物質能源，并在2050年實現負排放；Elmar等［14］研究認為溫升控制在1.5℃之內，全球2016—2100年累計排放下限為570 Gt CO2，如果預算小于550 Gt，那么負排放技術CDR需要在2040年達到4 Gt規模，2050年達到10 Gt規模；崔學勤等［15］研究認為中國目前自主減排力度能夠初步實現2℃目標，而要想實現1.5℃目標，中國2050年碳排放相對于2010年下降率需要再增加15%，并且要在2050年之前實現碳中和。綜上所述，至今少有研究評估為實現1.5℃目標，在關鍵節點上中國省際碳排放權減排機制應在現行目標上如何改變？基于不同原則的區域減排責任量是否會呈現出明顯的異質性與空間效應？根據不同分配原則制定的政策又怎樣實現區域間的協同發展？

本文可能的邊際貢獻在于：一是采用量化方法核算并對比了基于1.5℃目標和現行目標下2030年中國碳排放權減排責任量，為確立未來國家自主貢獻減排目標提供依據；二是制定了不同目標下依據公平原則、經濟指數原則、綜合原則及偏重原則下的地區碳排放權減排責任量分配方案；三是進一步探究不同原則下減排壓力大的省份與達到零和博弈數據包絡分析（ZSG-DEA）有效時碳排放量大的地區之間呈現出的空間特征。

2 區域碳排放權減排機制的設計

2.1 2030年中國碳排放權減排責任量的確定

2.1.1 不同目標下2030年中國碳排放量的確定

對于設定中國NDC減排約束下的2030年碳排量目標，Xu等［16］研究認為CO2排放量在2030年將達到103.9億t，與2005年相比，2030年碳強度下降70.0%；Meinshausen等人［17］研究表明2030年中國碳排放目標比2010年低32%可能會達到2℃目標，即2030年排放83.44億t CO2。本文以中國國家發改委和國家能源局［18］發布的《能源生產和消費革命戰略(2016—2030)》中2030年碳強度比2005年下降60%～65%為目標，估算出現行中國2030年碳排放總量目標為122.35億t～139.84億t（均值為131.10億t）。《1.5℃報告》中指出，實現1.5℃目標，全球2030年碳排放量需要比2010年減少45%；考慮到中國實際排放路徑和規模，有研究認為實現全球1.5℃目標，中國需要提前至2020年左右達峰，到2050年接近實現碳中和［19］。本文設定1.5℃情景數據來自Rogelj等［20］的最新研究相關結論，即全球2030年碳排放強度比2005年下降68.9%～89.3%，估算出1.5℃目標下中國2030年碳排放總量為37.40億t～108.72億t（均值為73.06億t）。結合方案可行性和計算便利性，本文取2030年碳排放量131.10億t為中國現行目標，73.06億t為1.5℃目標。

2.1.2 基于Logistic模型的2030年中國碳排放量的確定

中國碳排放量從2002年開始進入高速增長時代，考慮到2030年目標是在2005年碳強度基礎上加以設定的，本文以2005—2017年中國省際碳排放數據作為樣本，運用Logistic模型預測分析2018—2030年各省份碳排放量。建立碳排放量增長的Logistic預測模型方程為：

式（1）中：x為碳排放增長量；k為對應年度的碳排放最大容量；r為不定常數；t為相應年份。

將式（1）移項得：

將式（2）兩邊積分得：

式（3）中，c為式（2）兩邊積分后的待估常數項。

將式（3）代入初始值x=x0（x0為基期年份的省際碳排放量）和t=0，有：

將式（4）代入式（3）得：

式（5）中e為Shapley值。

為將式（5）化簡為線性規劃式，設：

化簡得：

式（7）中a為常數。

以樣本數據的變化趨勢分別設定各省份的k值，計算得到對應的a值，根據擬合優度及標準差原則，采用非線性最小二乘法估計確定k、a、r的最優組合，最終估算得到2018—2030年省際碳排放量。將預測模型測算的結果分別減去本文設定的中國現行目標下和1.5℃目標下的碳排放量，可確定2030年中國碳排放權減排責任量。

2.2 2030年區域碳排放權減排機制的設計

確定2030年中國碳排放權減排責任量后，需要根據不同原則將中國現行目標和1.5℃目標下的碳排放權減排責任量分配到中國30個省份（未包括西藏和港澳臺地區，以下簡稱“樣本省份”），具體碳排放權減排機制設計如表1所示。

表1 不同原則下地區減排責任量分配機制

在表1基礎上利用信息熵模型構建的碳排放權分配機制設計如下：引入信息熵模型可以建立兼顧公平與有效的區域碳排放權減排分配機制，其中代表公平原則的決策因素為人口比例和歷史累計碳排放量；代表有效原則的決策因素為經濟產出（GDP）和碳排放強度。調整各決策因素權重分別設定綜合原則、偏公平原則和偏有效原則，具體模型如下：

本文有30個決策主體（DMU），每個主體由4項決策因素（人口比例、累計排放、經濟產出、碳排放強度）組成，決策矩陣（X）可以表示為：

式（8）中：n為決策主體，取值為30；m為決策因素，取值為4。

由于人口比例、累計排放、經濟產出和碳排放強度增大均會導致更多的碳排放量，因此對于正向指標做標準化處理：

求得占比決策矩陣（V）為：

式（10）中：v為各指標的決策矩陣占比權重數值；（n、m取值同上）。

根據式（10）計算各指標Shapley值：

最終得到各指標信息熵值（w）：

考慮到樣本省份在人口規模、經濟水平、減排技術等方面的差異性導致的發展不平衡，各省份需要根據實際情況制定有偏向性的減排政策，本文設定的碳排放減排機制權重如下：

綜合原則。即對于公平原則和有效原則的每一個指標都設定相同的決策偏好權重系數1：

偏重公平原則。即對于公平原則指標人口比例和歷史累計排放量設定權重系數1.5，有效原則指標的權重系數保持不變：

偏重有效原則。即對于有效原則指標經濟產出（GDP）和碳排放強度設定權重系數1.5，公平原則指標的權重系數保持不變：

根據前文計算的信息熵值和設定的權重系數，得到各指標分配權重為：

綜上所述，本文通過選取指標并利用信息熵模型設計公平原則、經濟指數原則、綜合原則、偏重公平原則和偏重有效原則，力圖構建合理的2030年省際碳排放權減排機制框架。

3 區域碳排放量效率值的優化分析

本文的決策單元由30個省級行政區組成（N=30），設定的投入指標是碳排放量，產出指標為人口、能源消費量和經濟產出（GDP）。假設投入指標與產出指標相互獨立，初始投入導向型BCCDEA如下：

4 實證分析結果與方案比較

4.1 數據與指標

碳排放量的計算包括化石能源和電力兩部分，樣本省份2005—2017年化石能源消費量均來自2006—2018年的《中國能源統計年鑒》，折標煤系數、碳排放系數及區域電網平均CO2排放因子來源于《IPCC國家溫室氣體清單指南》及《綜合能耗計算通則》（GB/T2589—2008）。省際碳排放權減排機制設計原則中人口、GDP指標來源于2006—2018年的《中國統計年鑒》，零和DEA效率值（本文使用DEA類型為零和DEA）優化分析中2030年人口、能源消費量、經濟產出指標基于各省份歷史平均增速預測得到，其余指標均通過計算得到。

4.2 2030年區域碳排放權減排機制設計結果分析

4.2.1 Logistic碳排放量預測模型實證分析

利用上文構建的碳排放量增長Logistic預測模型，設定各省份合理的k值，根據非線性最小二乘估計對應參數a、r值，首先對樣本省份2005—2017年碳排放量進行預測，其中2005年為基期，設定增長量為0。由表2、表3計算可得：樣本省份2006—2017年碳排放量實際值與預測值誤差率絕對值矩陣的平均值為5.40%。其中，除上海（誤差率為11.74%）和新疆（誤差率為15.54%）以外，其余28個省份誤差率均在9%以下，由此可判定該模型參數設置的合理性。選定參數k、a、r組合，并代入時間序列t值，通過式（4）可計算出在2006—2017年全部樣本省份碳排放量增速基礎上、無強化政策情景約束下的2030年地區碳排放量。

表2 2006—2017年樣本省份碳排放量實際值 單位：萬t

表2（續）

表3 2006—2017年樣本省份碳排放量預測值 單位：萬t

4.2.2 2030年區域碳排放權減排機制設計結果分析

計算Logistic模型中2030年中國碳排量總量與1.5℃目標和現行目標下的2030年碳排放量總量之間的差值，確定2030年中國碳排放權減排責任量。首先，依據前文設計的6種分配原則確定1.5℃目標與現行目標的地區碳排放權減排責任量差異（見圖1）。由圖1可知，在整體趨勢保持一致條件下，其中偏有效原則下的青海、寧夏、新疆差異較顯著，特別是寧夏在6種原則下的結果呈現明顯發散趨勢；減排量差額從大到小排序依次為偏有效、綜合、偏公平、累計排放、平等、經濟指數原則，表現出對碳排放強度因素的強烈敏感度。因此，需要制定合理的地區碳排放權減排責任機制，避免導致嚴重貧富差異的馬太效應。

圖1 不同原則下樣本省份1.5℃目標與現行目標減排量差額對比

以下對1.5℃目標約束下的區域1）碳排放權減排機制展開具體分析。其中：平等原則指標是2030年地區人口占比；累計排放原則指標是2005—2030年地區碳排放量；經濟指數原則指標是2030年GDP占比；信息熵模型下的綜合原則、偏公平原則和偏有效原則指標是2030年人口比例、經濟產出、碳排放強度和2005—2030年累計排放。

如表4所示，1.5℃目標下2030年樣本省份碳排放權減排量呈現出“東高西低”的趨勢，河南、江蘇、山東、廣東2030年減排量最多，湖北、浙江、四川次之，海南、青海、重慶、吉林較少。從人口、累計排放、GDP單項指標分配原則（即平等原則、累計排放原則、經濟指數原則，以下簡稱“3種原則”）來看，空間效應明顯，其中：北部沿海經濟區的山東、河北（減排平均量分別為203 340.3萬t、119 872.7萬t，分別全樣本排名第二、第六），東部沿海經濟區的江蘇、浙江（減排量平均值分別為171 732.1萬t和124 316.7萬t，分別全樣本排名第三、第五），以及南部沿海經濟區的廣東（減排量平均值為 216 432.1萬t，全樣本排名第一）均為減排大省；除沿海經濟區外，黃河中游經濟區的河南以及長江中游經濟區的湖北、湖南碳減排量同樣較多，在3種原則下分別為全樣本排名第四、第九和第十。由于上述省份人口基數大、經濟發達，歷史累計排放較多等原因，因此在未來需要承擔較多的減排責任；相對來說，大西北經濟區的甘肅、青海、寧夏，大西南經濟區的貴州、重慶，在未來的碳減排壓力較小。

加入考慮碳排放強度因素的信息熵模型可以發現，雖然整體上“東高西低”的趨勢沒有改變，但是對碳強度敏感的地區需承擔的碳排放責任量變化明顯：綜合原則、偏公平原則和偏有效原則下的減排責任量均值比3種原則下均值減少量較多的省份依次為廣東（49 777.2萬t）、江蘇（44 817.5萬t）、山東（37 943.7萬t）、河南（34 359.8萬t），原因是這些省份雖然碳排放量基數大，但是相對于其他省份來說經濟發達、效率較高，在引入碳強度考核指標后可以沖抵部分減排責任量；相反，大西北經濟區的寧夏（增加152 294.2萬t）、青海（增加67 412.3萬t），大西南經濟區的新疆（增加61 762.8萬t）、貴州（增加40 448.8萬t）由于碳排放強度較大，需要繳納額外的“學費”。特別需要指出的是，寧夏在偏重有效原則下（強化碳強度因素權重系數）承擔的減排責任量是平等原則下（考慮地區人口占比）承擔的減排責任量的接近33倍。綜上所述，不同原則下區域間碳排放權減排責任量差距較大，既要優先考慮公平性，避免經濟欠發達、發展相對較慢的省份出現馬太效應、與發達省份的差距進一步拉大，又要優化資源配置，使率先完成產業轉型的省份適當多地承擔責任，以防出現“鞭打快?！钡募みM機制。本研究認為，實現1.5℃的目標，應逐步設計綜合原則（兼顧公平與有效）下的全國碳排放權減排責任機制。

表4 1.5℃目標下2030年樣本省份碳排放權減排量 單位：萬t

表4（續）

4.2.3 區域碳排放量效率值優化分析

將2030年的地區碳排放量作為投入指標，產出指標為2030年的地區人口、能源消費量、經濟產出，利用BCC-DEA模型對2030年區域碳排放量進行初始效率評價，計算各DMU的ZSG-DEA效率值，并對非有效DMU經11次迭代最終達到DEA有效后的地區碳排放量結果展開分析。

如表5所示，寧夏、新疆、貴州均在初始BCCDEA效率值分布圖中呈現低效率（小于0.6）特征；廣東、河南、江蘇全部達到初始BCC-DEA有效，這與前文碳排放權減排機制設計中加入碳排放強度因素后減排責任量變化結果基本一致。最終迭代11次達到ZSG-DEA有效的30個省份的碳排放量表現出顯著的空間集聚特征：北部、東部、南部沿海經濟區除北京、天津、海南以外，碳排放量均在100 000萬t以上；除沿海省份外，河南、湖北、湖南、四川也是在引入碳強度因素后減排量減少較多的省份；而大西北經濟區、大西南經濟區（除四川）、東北經濟區（除遼寧）、黃河中游經濟區（除河南）的全部省份均分得較少的碳排放量（小于30 000萬t），并且沒有省份符合中等碳排放量（30 000萬t～50 000萬t）區間。結果表明，僅考慮效率優先的原則會導致未來區域間碳排放量分布差距進一步拉大。從初始碳排放量和最終達到ZSG-DEA有效的碳排放量差值具體來看，碳排放量增加前三的省份依次為：廣東（211 355.5萬t）、江蘇（147 333.7萬t）、河南（97 989.7萬t）；減少最多的省份依次為：江西（81 209.3萬t）、新疆（71 024.0萬t）、內蒙古（59 779.2萬t）。綜上所述，設計中國區域碳排放權減排機制首先應考慮分配的公平性，再考慮合理配置資源，設法提高整體效率，避免東西部差異進一步拉大。

表5 2030年樣本省份碳排放量效率值優化分解結果 單位：萬t

表5（續）

5 結論與建議

本文通過實證分析得出的主要研究結論及建議如下：

（1）為實現1.5℃目標，中國需在現行目標基礎上加大國家自主貢獻減排力度。中國2030年需要在現行目標基礎上減少排放580 400萬t的CO2，其中廣東、山東、江蘇減排責任量較大，寧夏在不同原則下減排責任量差異明顯。因此，經濟相對發達的省份應當承擔更多的減排責任，在現行目標下加大減排力度。

（2）不同分配機制下區域間碳排放權減排責任量差異顯著。相對于公平原則和經濟指數原則，經濟較發達、碳排放效率較高的省份在綜合原則、偏公平原則和偏有效原則下碳排放權減排量均值減少較多，比如廣東、江蘇、山東；而增加量較多的省份為寧夏、青海、新疆（特別是寧夏的差距接近33倍）。因此，在制定碳減排機制時應在優先考慮公平性的基礎上強調效率，避免未來東西部差異進一步加劇。

（3）強化機制下（加入碳排放強度因素）區域間碳排放權減排量分布和效率優化后碳排量分布呈現出趨同的空間效應。從達到DEA有效的碳排放量分布圖可以看出，北部、東部、南部沿海經濟區除北京、天津、海南外全部省份碳排放量均在100 000萬t以上，而大西北經濟區、大西南經濟區、東北經濟區、黃河中游經濟區絕大部分省份碳排放量均在30 000萬t以下；碳排放量初始效率分布與加入碳排放強度因素分布也呈現出相應的空間集聚特征。因此在全國溫升目標約束下，各省份應在全國碳排放減排機制基礎上制定符合本地區具體實際的政策，實現區域協同發展。

注釋：

1）中國八大綜合經濟區域覆蓋省份及經濟區特征如下表。

中國八大綜合經濟區概況