以能源消耗為基礎(chǔ)的部門內(nèi)涵CO2排放強(qiáng)度的估算

劉衛(wèi)國，王玉鳳，陳首麗

（1.北京石油化工學(xué)院 能源經(jīng)濟(jì)研究中心，北京 102617;2.對外經(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué) 國際經(jīng)濟(jì)貿(mào)易學(xué)院，北京 100020）

0 引言

碳排放強(qiáng)度是指在正常技術(shù)經(jīng)濟(jì)和管理條件下，生產(chǎn)單位產(chǎn)品所排放的氣體數(shù)量的統(tǒng)計平均值。從國家層面來說，碳排放強(qiáng)度是各國CO2排放量與其GDP的比值。該指標(biāo)主要是用來衡量一國經(jīng)濟(jì)同碳排放量之間的關(guān)系，如果一國在經(jīng)濟(jì)增長的同時，每單位國民生產(chǎn)總值所帶來的碳排放量在下降，那么說明該國就實現(xiàn)了一個低碳的發(fā)展模式。但是上述碳排放強(qiáng)度的計算方法計算出來的是直接CO2排放量，沒有包括從產(chǎn)品的整個生命周期角度考慮產(chǎn)品的原材料、工配件在其上游的加工制造以及運(yùn)輸?shù)冗^程的CO2排放量。產(chǎn)品生命周期中所排放或沒排放但內(nèi)涵在產(chǎn)品中的CO2，我們稱之為內(nèi)涵的CO2排放。

廣義上講，內(nèi)涵的CO2排放可以理解為產(chǎn)品在生產(chǎn)（包括運(yùn)輸）過程中實際排放出的CO2以及產(chǎn)品還能夠排放的CO2量。狹義上講，內(nèi)涵的CO2排放是指其在生產(chǎn)過程中排放出來的CO2。本文主要討論的產(chǎn)品內(nèi)涵的CO2排放是指產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中排放的CO2總和，包括實際排放的CO2以及產(chǎn)品還能夠排放的CO2量，即廣義上的內(nèi)涵CO2排放。

國外一些學(xué)者[1～5]已經(jīng)在此方面做了大量的研究，大都基于自己國家的投入產(chǎn)出表，利用投入產(chǎn)出分析方法計算出了產(chǎn)品中內(nèi)涵的CO2排放，我國學(xué)者關(guān)于這方面的研究比較少，并且有的學(xué)者[6]在利用投入產(chǎn)出分析時套用國外的模型，或者利用投入產(chǎn)出分析方法對進(jìn)口產(chǎn)品分類時采用“按比例分配法”[7，8]，這樣計算出來的結(jié)果有很大的不確定性。況且，目前國內(nèi)學(xué)者對這方面的研究只是利用投入產(chǎn)出分析方法，并沒有結(jié)合產(chǎn)品的生產(chǎn)過程進(jìn)行分析。因此，有必要利用我國的投入產(chǎn)出表并從產(chǎn)品的整個生產(chǎn)過程角度估算產(chǎn)品內(nèi)涵的CO2排放強(qiáng)度，這對于進(jìn)一步分析我國CO2排放與進(jìn)出口貿(mào)易的關(guān)系有很大幫助。

1 模型與方法

1.1 投入產(chǎn)出模型[9]

投入產(chǎn)出分析方法是由瓦西里·列昂惕夫于20世紀(jì)30年代提出的一種研究經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)各個部分間表現(xiàn)為投入與產(chǎn)出的相互依存關(guān)系的經(jīng)濟(jì)數(shù)量方法。它是一種有效的、從宏觀尺度評價商品和服務(wù)中內(nèi)涵的能源或污染量的工具。根據(jù)全國投入產(chǎn)出的平衡關(guān)系，可以建立按行業(yè)的投入產(chǎn)出數(shù)學(xué)模型:

或

其中:A={xij/xj}(i=1,2,……n；j=1，2，……n)為直接消耗系數(shù)或技術(shù)系數(shù)矩陣，其含義是生產(chǎn)某種單位產(chǎn)品對另一種產(chǎn)品的消耗量。(I-A)-1={bij}為列昂惕夫逆矩陣，也稱完全需要系數(shù)矩陣，其元素bij表示j產(chǎn)品生產(chǎn)單位最終產(chǎn)品對i產(chǎn)品的完全需要量，既包括對中間產(chǎn)品的需要，又包括了對最終產(chǎn)品自身的需要，即對總產(chǎn)品的完全需要；X為社會總產(chǎn)出列向量；Y為包含其他最終產(chǎn)品的社會最終產(chǎn)品。

1.2 產(chǎn)品生產(chǎn)過程的CO2排放機(jī)制

由于現(xiàn)代社會CO2排放主要來源于能源消費(fèi)，應(yīng)對氣候變化的國際合作協(xié)議所采取的措施主要是針對能源消費(fèi)相關(guān)的CO2減排。為明確起見，我們以能源為載體從產(chǎn)品生產(chǎn)過程的能源消費(fèi)的角度來研究CO2排放。

考慮n個部門的生產(chǎn)過程，設(shè)第j部門產(chǎn)品內(nèi)涵的CO2排放強(qiáng)度記為ej(j=1,…n)，則第j部門生產(chǎn)過程的CO2排放機(jī)制原理如圖1所示[10]。圖中xj是考察期第j部門的總產(chǎn)出，其內(nèi)涵的CO2排放為ejxj，是本部門內(nèi)涵的CO2排放輸出。由于CO2排放與能源消費(fèi)密切相關(guān)，為了研究的明確性，我們從產(chǎn)品生產(chǎn)過程角度研究CO2排放時以能源為載體來研究。直接CO2投入是本土一次能源內(nèi)涵的CO2排放δjEj,earth和進(jìn)口能源內(nèi)涵的CO2排放δjEj,import，δj為j種能源的CO2排放系數(shù)；間接CO2投入是生產(chǎn)過程消耗的第i部門中間產(chǎn)品xij和進(jìn)口產(chǎn)品zij所內(nèi)涵的CO2排放其中是第i部門進(jìn)口產(chǎn)品的CO2排放強(qiáng)度，由來源地的生產(chǎn)技術(shù)水平?jīng)Q定。對于非能源產(chǎn)品，一般地與生產(chǎn)技術(shù)水平呈反向變化，即技術(shù)進(jìn)步程度越高，其單位產(chǎn)出的CO2排放越少，則產(chǎn)品壽命周期的單位產(chǎn)出CO2排放總量越??；但對于能源產(chǎn)品，結(jié)論有些變化。

圖1 第j部門生產(chǎn)過程的CO2排放機(jī)制

因為進(jìn)口產(chǎn)品種類繁多，目前還沒有可靠的數(shù)據(jù)資源可以提供眾多進(jìn)口產(chǎn)品來源地的CO2排放強(qiáng)度；另一方面，收集眾多進(jìn)口產(chǎn)品來源地的投入產(chǎn)出表和CO2排放數(shù)據(jù)也十分困難，為簡便起見，假設(shè)進(jìn)口產(chǎn)品的生產(chǎn)水平與本國相同，即=ei。于是，圖1描述的生產(chǎn)過程能源投入-產(chǎn)出均衡方程為：

記x=(x1,…,xn)'，e=(e1,…,en)，,δn)為能源對應(yīng)的n×n階CO2排放系數(shù)對角矩陣，A=(aij)n×n為直接消耗系數(shù)矩陣，則得到(3)的矩陣形式

式(4)就是n個部門內(nèi)涵的CO2排放強(qiáng)度的計算公式，其中E和分別為下面要討論的直接能源投入和直接CO2投入。

2 CO2排放強(qiáng)度的估算

2.1 數(shù)據(jù)來源及處理

2.1.1 直接能源投入的處理

一次能源是指直接來源于自然物質(zhì)的可用作能源動力的產(chǎn)品，包括化石能源、核能、水、風(fēng)和潮汐電能等；二次能源是一次能源轉(zhuǎn)換的可作為能源動力的產(chǎn)成品。對于商品和服務(wù)而言，直接能源投入是指國內(nèi)生產(chǎn)的一次能源和參與生產(chǎn)過程的進(jìn)口能源產(chǎn)成品。

根據(jù)42部門投入產(chǎn)出表，我國有5個能源生產(chǎn)部門，分別為“煤炭開采和選洗業(yè)”(j=2)，“石油和天然氣開采業(yè)”(j=3)，“石油加工、煉焦及核燃料加工”(j=11)，“電力、熱力的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)”(j=23)，和“燃?xì)饧庸づc供應(yīng)業(yè)”(j=24)等。其中第11部門生產(chǎn)的一次能源是核燃料，第23部門生產(chǎn)的一次能源是水、核、風(fēng)電，第24部門是二次能源生產(chǎn)。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)資源，考慮使用《中國統(tǒng)計年鑒》和《中國能源統(tǒng)計年鑒》“能源平衡表”作為直接能源投入的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，具體處理方法如下。

通過比較我國2007年42部門投入產(chǎn)出表[11]和能源平衡表[12]相關(guān)數(shù)據(jù)的相對大小可知，在投入產(chǎn)出表中，我國煤炭的生產(chǎn)和進(jìn)口劃歸煤炭開采和洗選業(yè)(02部門)，原油和天然氣生產(chǎn)與進(jìn)口劃歸石油和天然氣開采業(yè)(03部門)，石油產(chǎn)成品的生產(chǎn)和進(jìn)口劃歸石油加工、煉焦及核燃料加工業(yè)(11部門)，一次能源電力(水風(fēng)核電)的生產(chǎn)和進(jìn)口劃歸電力、熱力的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)(23部門)，煤氣和其它燃?xì)獾榷文茉磩潥w燃?xì)馍a(chǎn)和供應(yīng)業(yè)(24部門)。在投入產(chǎn)出表中這些產(chǎn)品也是相應(yīng)部門的部分產(chǎn)出，其直接能源投入的界定相對復(fù)雜一些，但從前述直接能源的分配可知，非能源部門的直接能源投入為零。

由能源平衡表我們可以得到計入生產(chǎn)過程的能源投入為：

能源投入量E=生產(chǎn)量+進(jìn)口量-出口量-庫存增量

具體數(shù)據(jù)結(jié)果見表。

2.2.2 直接CO2投入的處理

由于CO2排放與能源消費(fèi)密切相關(guān)，大部分的CO2排放都是由能源消費(fèi)引起的。為了研究的明確性，我們從產(chǎn)品生產(chǎn)過程角度研究CO2排放時以能源為載體來研究。上一節(jié)已經(jīng)明確了直接能源投入分配情況，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步討論基于能源的直接CO2投入情況。

IPCC（2006）公布了各種能源對應(yīng)的CO2排放系數(shù)，原始單位以J為單位，將熱量單位轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)煤，見表2。所以，能源部門直接CO2投入量即為其直接能源投入量與相應(yīng)的CO2排放系數(shù)的乘積。

在計算直接CO2投入時，需要注意剔除非氣態(tài)碳原子的能源產(chǎn)成品。有些能源產(chǎn)品并非都產(chǎn)生CO2排放，我們將其稱為非氣態(tài)碳原子的能源產(chǎn)成品。比如塑料、纖維、石蠟、瀝青等原油煉制后得到的產(chǎn)成品，雖然含有碳原子，但都是非氣態(tài)的碳原子，這樣的能源產(chǎn)成品直接用于終端消費(fèi)，沒有內(nèi)涵的CO2，更不會產(chǎn)生CO2排放。并且還有一些用作原料和材料的一次能源及能源產(chǎn)成品在終端消費(fèi)時也沒有排放CO2。這些非氣態(tài)碳原子的能源產(chǎn)成品在能源投入中占有一定比重，但作為終端消費(fèi)時不會排放CO2，都應(yīng)該在計算直接CO2投入時將對應(yīng)部分的能源產(chǎn)品剔除。于是我們得到了剔除了非氣態(tài)碳原子的能源產(chǎn)成品后各種能源消費(fèi)過程中已經(jīng)或?qū)⒁欧诺腃O2量，見表3。

表1 2007年我國能源生產(chǎn)消費(fèi)結(jié)構(gòu) (單位：104tce)

表2 能源對應(yīng)的CO2排放系數(shù)（2006）

同時，我們得到了2007年我國5個能源部門的能源及CO2投入量，見表4。

表3 2007年我國能源生產(chǎn)消費(fèi)過程中承載的CO2量 (單位：噸)

2.2 CO2排放強(qiáng)度估算結(jié)果與分析

表4 2007年我國能源部門CO2投入量 (單位：噸)

依據(jù)2007年中國投入產(chǎn)出表，以我國2007年能源部門CO2投入為基礎(chǔ)，得到2007年我國42部門產(chǎn)品和服務(wù)內(nèi)涵的CO2排放強(qiáng)度的估算結(jié)果。具體結(jié)果如表5所示。

表5反映了2007年度中國42部門商品與服務(wù)內(nèi)涵的CO2排放強(qiáng)度，結(jié)果可以分成兩個部分從兩個方面進(jìn)行解釋：第一，能源部門所顯示的產(chǎn)品內(nèi)涵的CO2排放強(qiáng)度的估算值是不僅包含本部門在生產(chǎn)過程中生產(chǎn)（包括運(yùn)輸）過程中實際排放出的CO2，而且包括其投入到其他部門使用時產(chǎn)品還能夠排放的CO2；第二、非能源部門的產(chǎn)品內(nèi)涵的CO2排放強(qiáng)度的估算值是客觀的，即估算值就是本部門的產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中單位產(chǎn)出排放的CO2，即使被其他部門進(jìn)一步使用，也不會再排放CO2。

表5 2007年中國42部門商品與服務(wù)內(nèi)涵的CO2排放強(qiáng)度估算結(jié)果 (單位：噸/104元)

2.2.1 能源部門的產(chǎn)品內(nèi)涵CO2排放強(qiáng)度分析

表5明確反映出42部門商品與服務(wù)內(nèi)涵的CO2排放強(qiáng)度中居前五位的均為能源部門。這是由于我們考慮的是產(chǎn)品整個生命周期過程中已排放和將要排放的CO2，能源部門首當(dāng)其沖是必然的。

第2部門(煤炭開采和選洗業(yè))產(chǎn)品內(nèi)涵的CO2排放強(qiáng)度達(dá)到59.51噸/萬元人民幣，估算值最大。其原因是在同等熱值條件下，與其它一次能源產(chǎn)品相比，煤炭不僅單位價格偏低，而且能源轉(zhuǎn)化效率也偏低，導(dǎo)致其單位產(chǎn)值的排放CO2最高，屬典型的高內(nèi)涵CO2排放強(qiáng)度產(chǎn)業(yè)。

第3部門（石油和天然氣開采業(yè)）的產(chǎn)品與煤炭部門一樣作為一次能源，其內(nèi)涵CO2排放強(qiáng)度為9.86噸/萬元人民幣，約為煤炭行業(yè)的1/6，主要原因是由于其相對較高價格和較高的能源利用率。

第11部門（石油加工、煉焦及核燃料加工業(yè)）的產(chǎn)品內(nèi)涵CO2排放強(qiáng)度為14.70噸/萬元人民幣，在42部門中居第二位。其原因主要有兩個方面：一是在石油加工環(huán)節(jié)和成品油使用過程中都會排放大量的CO2；二是該部門包含煉焦業(yè)，焦炭的CO2排放系數(shù)在能源中是高（見表2），且煤炭轉(zhuǎn)化為焦炭的過程是典型的高排放過程。

第23部門（電力、熱力的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)）的商品內(nèi)涵CO2排放強(qiáng)度為11.70噸/萬元人民幣，在42部門中居第三位，這主要是因為電力、熱力等二次能源供應(yīng)是建立在以煤炭消耗為主的基礎(chǔ)上，且在此過程中能源轉(zhuǎn)換效率也成為主要的影響因素。

第24部門（燃?xì)馍a(chǎn)和供應(yīng)業(yè)）的商品內(nèi)涵CO2排放強(qiáng)度為10.05噸/萬元人民幣，在42部門中居第四位，這與第23部門類似，但從產(chǎn)品售價和轉(zhuǎn)換效率綜合考慮稍優(yōu)于第23部門。

通過對五個能源部門內(nèi)涵CO2排放強(qiáng)度分析可以發(fā)現(xiàn)：一次能源結(jié)構(gòu)直接影響到一個國家的內(nèi)涵CO2排放水平，我國以煤炭為主的一次能源結(jié)構(gòu)直接決定了我國高排放強(qiáng)度的現(xiàn)實。鑒于我國以煤炭為主的一次能源結(jié)構(gòu)難以短期改變，降低排放強(qiáng)度問題一方面要通過提升煤炭的有效利用率來解決；另一方面還需通過技術(shù)進(jìn)步來提升一次能源到二次能源的轉(zhuǎn)換效率。

2.2.2 非能源部門分產(chǎn)業(yè)部門分析

(1)第一產(chǎn)業(yè)（農(nóng)林牧漁業(yè)）的內(nèi)涵CO2排放強(qiáng)度為1.19噸/萬元，這與我國以家庭為主按戶經(jīng)營的現(xiàn)實情況相吻合，部門產(chǎn)出建立在大量的人工投入基礎(chǔ)上，雖然內(nèi)涵CO2排放強(qiáng)度低，但同時也意味著技術(shù)水平低、機(jī)械化程度低、產(chǎn)業(yè)競爭力差，發(fā)展速度緩慢。

(2)第二產(chǎn)業(yè)（能源部門除外）以工業(yè)和制造業(yè)為主，是能源消耗和CO2排放的重點部門，遠(yuǎn)高于第一和第三產(chǎn)業(yè)，平均CO2排放強(qiáng)度為3.95噸/萬元，我們以第二產(chǎn)業(yè)部門的平均CO2排放強(qiáng)度為分界，分別進(jìn)行討論。

高于第二產(chǎn)業(yè)平均CO2排放強(qiáng)度的部門有：第13部門（非金屬礦物制品業(yè)）6.78、第14部門（金屬冶煉及壓延加工業(yè)）5.46、第12部門（化學(xué)工業(yè)）5.35、第4部門（金屬礦選采業(yè)）4.53、第15部門（金屬制造業(yè)）4.16、第26部門（建筑業(yè)）4.02。除第26部門外，均屬于原材料工業(yè)，具有典型的高資源投入、高能耗、高CO2排放強(qiáng)度特征；而第26部門則具有高材料消耗特征，進(jìn)而具有高CO2排放強(qiáng)度特征。

低于第二產(chǎn)業(yè)平均CO2排放強(qiáng)度的部門則大都屬于勞動密集型或技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)，如工藝品制造業(yè)、紡織業(yè)、儀器儀表制造業(yè)等，其中勞動密集型產(chǎn)業(yè)具有資金投入少、資源消耗少、技術(shù)水平低、使用勞動力多的特點；技術(shù)密集型企業(yè)具有資金投入大、資源消耗少、產(chǎn)品附加值高的特點。上述兩類產(chǎn)業(yè)的CO2排放強(qiáng)度均相對較低。

(3)第三產(chǎn)業(yè)：以服務(wù)業(yè)為主，平均CO2排放強(qiáng)度為1.84噸/萬元，我們也以第三產(chǎn)業(yè)部門的平均CO2排放強(qiáng)度為分界，分別進(jìn)行討論。

高于第二產(chǎn)業(yè)平均CO2排放強(qiáng)度的部門有：第27部門（交通運(yùn)輸及倉儲業(yè)）3.93、第40部門(衛(wèi)生、社會保障和社會福利業(yè))3.14、第34部門（租賃和商務(wù)服務(wù)業(yè)）2.32、第38部門（居民服務(wù)和其他服務(wù)業(yè)）2.10、第35部門（研究與試驗發(fā)展業(yè)）2.09、第37部門（水利、環(huán)境和公共設(shè)施管理業(yè)）2.08、第28部門（郵政業(yè)）2.00。上述部門中，第27部門、第28部門和第34部門具有典型的剛性能源需求特征；其它四個部門則具有明顯的的政府主導(dǎo)式公共服務(wù)特征，高投入與低效益并存。此外，從投入產(chǎn)出表中可以看出，若將第27部門排除，剩余六個部門的的總產(chǎn)出相對較小，僅占所有部門總產(chǎn)出的4.39%，且行業(yè)增加值很低，CO2排放強(qiáng)度相對較高是必然的。

低于第三產(chǎn)業(yè)平均CO2排放強(qiáng)度的部門有：第39部門（教育）1.67、第41部門(文化、體育和娛樂業(yè))1.67、第42部門（公共管理和社會組織）1.64、第36部門（綜合技術(shù)服務(wù)業(yè)）1.58、第31部門（住宿和餐飲業(yè)）1.48、第30部門（批發(fā)和零售業(yè)）1.21、第29部門（信息傳輸、計算機(jī)服務(wù)和軟件業(yè)）1.20、第32部門（金融業(yè)）0.73、第33部門（房地產(chǎn)業(yè)）0.57。大都是知識密集型、資金密集型或技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)，附加值高、能耗低、CO2排放強(qiáng)度低。特別需要指出的是：房地產(chǎn)業(yè)是第三產(chǎn)業(yè)中CO2排放強(qiáng)度最低的一個部門，僅為0.57噸/萬元人民幣，主要原因是本部門主要負(fù)責(zé)房地產(chǎn)開發(fā)經(jīng)營、物業(yè)管理及房屋中介等服務(wù)性活動，而與房地產(chǎn)建設(shè)相關(guān)的CO2排放已經(jīng)轉(zhuǎn)移到第26部門（建筑業(yè)）；此外由于自2003年以來房價大幅上漲，部門增加值也快速增長，進(jìn)一步降低了CO2排放強(qiáng)度。從投入產(chǎn)出表中可以得出，2007年該行業(yè)總產(chǎn)出為14774.6億元，僅次于第31部門（住宿和餐飲業(yè)為14815.4億元），但CO2排放強(qiáng)度卻僅有第31部門的1/3。

3 結(jié)論

本文通過能源部門的初始CO2投入，利用投入產(chǎn)出技術(shù)，估算了我國42個部門商品內(nèi)涵CO2排放強(qiáng)度。關(guān)于通過提高煤炭利用率和提升一次能源到二次能源轉(zhuǎn)化率來降低能源生產(chǎn)部門的排放強(qiáng)度的解決方案已經(jīng)在前面提出，這里不再進(jìn)行討論。

對于以重化工業(yè)和高資源消耗行業(yè)為主的高耗能部門，可以通過以下方式來降低排放強(qiáng)度：第一、適度壓縮產(chǎn)品出口規(guī)模，擴(kuò)大進(jìn)口，避免行業(yè)過度擴(kuò)張；第二、提高準(zhǔn)入門檻，強(qiáng)化以技術(shù)手段來降低排放強(qiáng)度；第三、鼓勵企業(yè)開展能源綜合利用，提升能源利用效率；第四、通過科技進(jìn)步來提升相關(guān)行業(yè)的技術(shù)水平。

同時需要指出的是：本方法是基于能源投入的角度測算內(nèi)涵的CO2排放強(qiáng)度，并未考慮引起CO2排放的其他方面，因此估算方法仍有不完善的地方，估算結(jié)果可能偏小。但考慮到數(shù)據(jù)的難以獲得性和復(fù)雜性以及估算結(jié)果的進(jìn)一步應(yīng)用，此估算方法及結(jié)果有一定的合理性。

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