基于碳轉移的部門碳分配研究

馬 燕，張 偉

（1.南京航空航天大學經濟與管理學院，江蘇南京 211100；2.廣州大學經濟與統計學院，廣東廣州 510006）

自20 世紀90 年代以來，中國積極推進本國工業化過程。但在工業化初期，中國在追求經濟總量增長的同時，不可避免地造成碳排放量的急劇增加，且呈現逐年增長的趨勢。隨著全球變暖的持續惡化，各國應該毫不拖延地進行碳減排（Zeng 等［1］）。為了控制污染排放，中國政府提出了很多相應的減排措施，如碳排放強度控制、碳排放額度限制等（李小勝等［2］）。2015 年巴黎全球氣候變化會議上，中國政府就承諾至2030 年我國碳排放較2005 年將減少60%～65%。碳減排已然成為全國共識。然而，隨著生產分割及國內供應鏈一體化程度逐漸提高，各部門之間中間產品和服務貿易逐漸增強（Meng等［3］）。產品在國內供應鏈上不同部門轉移的過程中，在帶來經濟增長和流動的同時，也帶來了環境問題的外溢，即碳轉移。碳轉移帶來碳泄漏的問題，增加了碳減排的難度。依據部門進行碳排放權的分配研究，實現公平的分配已迫在眉睫（潘偉等［4］）。按照效率原則，碳排放效率高的部門將增加碳配額，否則需減少碳配額,通過這樣的倒逼機制淘汰落后產能，促進產業結構升級，最終實現碳減排的目標。因此，分別從生產者及消費者原則下進行碳分配，將是本文研究的重點。

1 文獻綜述

隨著隱含在中間產品貿易中的碳排放規模不斷擴大，碳轉移的問題引起了很多學者的關注。關于碳轉移研究較為常用的方法是投入產出法（Input-Output Analysis,IOA）。IOA 是由美國經濟學家Wassily Leontief［5］于1936 年首次提出的用于研究各行業投入與產出間數量關系一種宏觀經濟分析方法,后來擴展為EE-IOA，是分析碳轉移及隱含碳排放的主導分析方法。現有研究從多個角度對碳轉移進行了分析與闡述。早先學者們主要從國際貿易的視角出發，對中國與發達國家之間的貿易碳轉移進行分析，于慧超等［6］發現美國通過從中國進口實現碳轉移，中國是凈碳轉入國家。Wang 等［7］對中國的貿易隱含碳進行了分析，認為對外貿易促進了整體經濟增長，但也增加了中國的碳排放總量。接著國內一些學者便將視角轉向中國區域間的碳轉移。如Sun 等［8］通過研究區域碳排放轉移的特征，發現中東發達地區通常有高碳排放進口及正凈碳轉移，而西部欠發達地區則主要是低碳排放進口和負凈碳轉移。張為付等［9］、孫立成等［10］、Su B 等［11］、姚亮等［12］學者也有類似的發現，即高碳排放產品從能源密集區的中西部向東部沿海地區轉移，并強調在制定各省減排任務時不能忽視碳轉移的影響。目前，少量學者針對產業間的碳轉移特征展開研究，如Zhou D Q 等［13］分析了碳排放在部門間的轉移路徑，發現碳轉移主要集中在工業部門，特別是生產支持型工業部門；陳紅敏［14］則對包括水泥生產的部門隱含碳排放進行了測算和研究。從部門間碳轉移的已有研究來看，針對工業體系的居多，其中也多是僅考慮能源消耗的碳排放。而自20 世紀90 年代以來，中國水泥產量一直居于世界首位，2018 年的產量更是高達近24 億t。因此，對中國來說，工業過程特別是水泥生產過程中的CO2排放是驚人的，在測算部門間碳轉移時應給予考慮。

為了緩解環境壓力，世界各國都提出了各種對策，如碳稅及碳排放交易等。其中，碳排放分配是近幾年的研究熱點，碳排放可在不同層次上進行分配，如國家間、省域間、產業間及企業間等。DEA作為完善的效率評估和資源分配工具，常被用于研究一個體系下不同層次的排放配額的最佳分配，Lins等［15］將博弈論思想同DEA 模型相結合，提出了零和收益DEA(ZSG-DEA)模型。其重點是比例消減策略，這一方法常被用于碳分配研究。Chiu 等［16］通過超松弛的ZSG-DEA 模型對歐盟24 個國家進行碳分配；林坦等［17］使用該模型對歐盟21 個國家碳排放權的分配結構進行了評價，發現其分配效率較低；Pang 等［18］發現重新分配碳排放可同時實現所有國家完全有效率及帕累托改進。近幾年國內學者主要致力于區域碳分配的研究。如Yu 等［19］研究了中國碳排放的驅動因素，并通過ZSG-DEA 對2020 年碳排放提出了省際最優配置；Wang 等［20］提出了中國2030 年碳排放配額的省級配置方案；Miao 等［21］使用非徑向ZSG-DEA 在中國不同省份分配碳排放；Zhou 等［22］通過集中式DEA 模型分別研究了空間、時間和時空分配策略下CO2排放的最優區域分配，發現時空分配策略是實現二氧化碳排放最優控制的更好選擇。也有一些學者對部門間的碳排放分配進行了研究。Chen 等［23］結合EBM 與ZSG-DEA 模型，分析了中國六大行業的CO2配額分配；鐘蓉等［24］采用迭代的方法對2020 年上海市六大行業的碳排放總額進行了分配；Qian 等［25］構建了投入導向的ZSG-DEA 闡明中國工業部門的減排責任。

目前，國內學者關于碳分配的研究主要集中在省際或工業體系，對整個產業體系中部門間的碳分配研究尚且不足，且尚無學者研究消費者原則下的碳分配。因此，本文將基于IOA 研究部門間的碳轉移，并通過零和DEA 分析生產者原則及消費者原則下的碳分配效率及最優碳排放。

2 模型與數據

2.1 方法與模型

2.1.1 碳轉移測量模型

投入產出表可用于量化不同部門之間的聯動關系，反映各部門的投入來源和產出去向。具體見表1，其中，X=(I-A)-·Y，A 為直接消耗矩陣，Y 為最終需求矩陣，(I-A)-是里昂惕夫逆矩陣Cij，表示i 部門產品用于滿足j 部門生產的需求矩陣。

表1 投入產出表結構

中國CO2排放主要來自兩個方面，分別是能源燃燒和水泥生產。能源消耗產生的碳排放即化石能源燃燒產生的碳排放，水泥生產的碳排放則是指水泥生產中因化學反應而產生的碳排放。

能源消耗的直接碳排放系數：

能源消耗的完全碳排放系數:

各部門能源消耗的碳排放表示為：

由工業生產導致的碳排放，本文只考慮水泥生產產生的碳排放，由于42 部門的投入產出表中，沒有細分的水泥制造部門，而水泥生產屬于非金屬礦物制品業（合并后為D10），因此將水泥生產的碳排放定義為非金屬礦物制品業生產過程中的碳排放。并根據Greenhouse Gas Protocol，將水泥生產碳排放系數取值為0.502 1tCO2/t 水泥。

生產者原則下，工業生產的碳排放：

工業生產的完全碳排放系數：

因此，各部門的完全碳排放系數為：

如表2，生產者原則下，各部門的碳排放為：

消費者原則下，各部門的碳排放為：

表2 碳轉移結構

本文消費者原則下各部門的產出通過經濟流動展開研究。考慮到經濟在部門間的流動可在投入產出表中直觀看出，本文對經濟流動不再贅述，其研究方法與碳轉移原理相同。

2.1.2 零和DEA 模型

在研究帕累托最優時的碳分配時，往往引入“零和收益”的思想。本文以規模報酬可變的產出導向模型為例進行說明。假設在生產系統中，共有n 個決策單元。其中，每個決策單元都有m 種投入變量（x）,p 種期望產出(y)及q 種非期望產出(z)。

2.2 數據來源與處理

2.2.1 可比價投入產出表

為扣除價格波動因素，將2015 年投入產出表以2010 年為基年做相應處理。另外，由于本文僅考慮國內各部門之間的貿易，未考慮國際貿易，因此，假設各部門作為中間使用及最終使用的產品中進口結構相同且保持不變，及進口產品的碳排放系數與國內相同，將投入產出表中的進口按照權重原則給予扣除，以消除國際貿易的影響。

2.2.2 部門的分類

由于相關數據的不可得性，本文將中國各部門進行劃分及合并。本文將中國經濟部門劃分為25 類，如表3 所示。

表3 中國產業部門劃分及各部門折舊率

表3（續）

2.2.3 數據來源與處理

各部門的勞動投入數據采用《中國人口和就業統計年鑒》公布的城鎮單位各部門就業人數表示；資本投入數據參照薛俊波等［27］提供的中國各部門的折舊率(如表3)，參照永續盤存法測算，即其中K 表示資本存量，i 表示部門，t 表示年份，I 為當年新增投資量，＆為折舊率，1-＆表示投資價格指數，參考單豪杰［28］的思路折算出以2010 年不變價格的各部門2010 年、2015 年資本存量；能源消耗數據來自于《中國能源統計年鑒》能源消費表中分行業各種能源的消費量；產出數據來自投入產出表；碳排放數據分別按照生產者原則及消費者原則通過公式進行測算。其中，單位熱值含碳量、平均低位發熱量及燃燒氧化率均參考聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）編制的《2006 年中國溫室氣體清單指南》。

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2.2.4 指標選取與數據描述

本文以25 個部門為決策單元，以2010 年、2015 年的投入產出要素數據為研究樣本，統計描述如表4 所示。

表4 投入產出指標統計描述

從表4 可以看出，所有指標的標準差都較大，可見這個部門投入產出指標的離散程度都比較大，進一步說明政府部門在制定減排政策時應考慮部門間的異質性。

3 結果與討論

3.1 碳轉移分析

利用公式（1）—（9），本文首先測算了各部門在生產者原則下的直接碳排放（EC1）及消費者原則下的碳排放（EC2），并計算了各部門凈轉出碳轉出（NCE)。2010、2015 年中國各部門分別在兩原則下的碳排放如表5 所示。

表5 2010 年、2015 年中國各部門碳排放表 單位：百萬t

表5（續）

如表5 所示，2010 年25 個部門的總碳排放98.8億t，2015 年的總碳排放127.39 億t。由于2010年、2015 年的碳轉移特征相似，為了避免贅述，本文僅以2015 年的測算結果展開分析。在生產者原則下，碳排放量最高的3 個部門分別是D19(電力、熱力的生產和供應業，32.21 億t)、D8（石油加工、煉焦及核燃料加工業，24.87 億t）及D11（金屬冶煉及壓延加工業，20.21 億t），同時，其分別是凈轉入碳排放量最大的3 個部門，凈轉入碳排放量分別 為28.69 億t、21.93 億t 及18.78 億t。這3 個 部門共同的特點是自身能源消費量高、碳排放量高，為資源密集型部門，且D11 及D22 均處于產業鏈上游。在消費者原則下，碳排放量最高的3 個部門分別是D22(建筑業，47.83 億t)、D25（(其他服務業，15.15 億t）及D13（通用、專用設備制造業，7.81億t），同時，其也分別是凈轉出碳排放量最大的3 個部門，凈轉出碳排放量分別為47.35 億t、13.19億t 及7.40 億t。建筑業作為其他產業的強關聯部門，其在進口原材料及相關輔助產品等時會轉出大量的碳排放，同時，隨著我國城鎮化進程的推進，建筑業呈膨脹式發展，這就造成建筑業的隱含碳排放大幅增長；而其他服務業本身低能耗，卻依賴進口中間產品實現其相關服務和業務；通用、專用設備制造業則是需要深加工或精細加工的產業，因此也會產生大量的隱含碳排放。另外，D22(建筑業)在消費原則下的碳排放是其生產原則下碳排放量的98倍，而D16(通信設備、計算機及其他電子設備制造業)在消費原則下的碳排放則是其生產原則下碳排放量的63 倍，即這兩個部門都通過進口中間產品實現了大量碳轉出。

3.2 各部門碳分配效率評價

本文僅對2015 年的測算結果展開說明。如表6，根據公式（10），分別測算出2015 年各部門在生產者原則與消費者原則下的ρk'值及帕累托最優情況下的碳排放。

不難看出，A2 較A1 有更多部門達到技術效率前沿面，即A1 下各部門的技術效率存在一定程度的低估，而在A2 下各部門技術效率水平則普遍有所提高。

在A1 下，采選業、生產支持型部門（如金屬冶煉及制品業，交通運輸、倉儲和郵政業等）及能源供應業（如煉焦煤氣及石油加工業，電力、熱力的生產和供應業等）等具有較低的ρk'值，表明這些部門的碳排放過多，有較大的減排空間。而農業、離散制造業（如食品制造業，家具制造業，機械設備制造業等）、流程制造業（如化學工業，燃氣及水的生產和供應業等）及服務業（如建筑業等）及等則有較高的ρk'值，表明這些部門具有較高的碳排放效率。

而在A2 下，采選業、生產支持型部門（如金屬冶煉及制品業，交通運輸、倉儲和郵政業等）、離散制造業（如紡織及服裝制造業等）實現了技術效率有效，而流程制造業（如化學工業，非金屬礦物制品業、金屬制品業等）則具有較低的ρk'值。可見不同原則下各部門的技術效率存在較大的差異。

表6 2015 年中國各部門值及碳分配結果

表6 2015 年中國各部門值及碳分配結果

表6（續）

圖1 2015 年生產者原則下各部門增減碳配額

如圖2，在A2 下要實現所有部門完全有效，D22（建筑業）需增加638.81 百萬tCO2，D25（其他服務業）需增加202.38 百萬tCO2，D14（交通運輸設備制造業）需增加93.48 百萬tCO2，而D19(電力、熱氣的生產及供應業)需減少3 186.24 百萬tCO2，D23（交通運輸、倉儲和郵政業）需減少244.79百萬tCO2，D10（非金屬礦物制品業）需減少218.98百萬tCO2。

圖2 2015 年消費者原則下各部門增減碳配額

如圖3，2010 年生產者原則下，第一產業（D1）及第三產業（D23—D25）需分別減少CO231.49 百萬t、329.02 百萬t，第二產業（D2—D22）則需增加360.02 百萬t；消費者原則下，第一、二產業需分別增加CO212.79 百萬t、3.89 百萬t，第三產業則需減少16.68 百萬t；2015 年生產者原則下，第一、二產業需分別增加CO2115.69 百萬t、315.90 百萬t，第二產業則需減少431.59 百萬t；消費者原則下，第一產業需增加CO222.24 百萬t，第二、三產業則分別需減少17.58 百萬t、4.66 百萬t。同時可以發現，消費者原則下三大產業的調整幅度較生產者原則下小，表明消費者原則下各部門的碳排放相對有效。

圖3 2010 年、2015 年兩原則下三大產業碳配額

4 結論與政策建議

本文通過EE-IOA 分別計算了各部門在生產者原則及消費者原則下的碳排放，并分析了部門間的碳轉移特征；并在此基礎上，通過ZSG-DEA 研究各部門在兩原則下的碳分配效率及帕累托最優時的最優碳排放。根據分析結果，本文得到的結論及相關建議歸納如下：

（1）隱含在中間產品中的碳排放規模逐漸增長，由此帶來的碳轉移現象也更加明顯。中國各部門碳轉移總體特征為：生產支持型部門（如金屬冶煉及制品業，交通運輸、倉儲和郵政業等）及能源供應業（如煉焦煤氣及石油加工業，電力、煤氣及水生產和供應業等）為碳轉入部門，服務業（如建筑業，批發零售業及住宿餐飲業等）及離散制造業（如化學工業，機械設備制造業等）為碳轉出部門。因此，國家在制定減排政策時，既要從總量上控制碳排放，又要有效分配至相關部門，避免部門間由于碳轉移而逃避減排責任。

（2）消費者原則較生產者原則下有更多部門達到技術效率前沿面，表明在考慮產業關聯的作用，各部門的碳排放相對有效，因此其碳配額調整幅度相對較小。2015 年生產者原則下6 個部門的實際碳排放高于最優碳排放，19 個部門的實際碳排放低于最優碳排放，第一、二產業需大幅度增加碳排放，第三產業則需大幅度減少碳排放；而消費者原則下，8 個部門的實際碳排放高于最優碳排放，17 個部門的實際碳排放低于最優碳排放，第一產業需小幅度增加碳排放，第二、三產業則需小幅度減少碳排放。因此，不同原則下各部門的碳分配情況有很大差異，必須把握部門間的異質性進行有效碳分配。