基于假設抽取法的產業部門碳排放關聯分析

錢明霞 路正南 王 健

（1.江蘇大學財經學院，江蘇鎮江 212013;2.江蘇大學管理學院，江蘇鎮江 212013）

隨著全球氣候變暖、環境惡化、能源短缺等眾多現實問題的涌現，世界各國日益關注碳排放問題，中國政府也高度重視節能減排。2013年中共十八大報告提出“著力推進綠色發展、循環發展、低碳發展”，社會各界也正努力貫徹低碳理念，創建低排放為特征的產業體系和消費模式。而傳統的產業發展觀重點關注于產業調控方式、產業結構特征和經濟增長目標，有意無意地忽略了各產業在發展過程中因為能源使用而產生的碳排放等外部性問題。因此，如何在追求產業發展的同時控制溫室氣體排放，推進新的低碳產業革命成為亟待解決的迫切問題。這就要求我們在產業發展的過程中，重點關注產業各部門的投入產出狀況，科學測量資源使用、期望產出和非期望產出，合理分析碳排放在各產業部門的流動轉移和關聯效應。產業部門碳排放關聯分析的基本依據是各產業部門在產品和勞務的生產與消費行為過程中不可避免地產生能源的消耗及流動，從而伴隨著碳排放的轉移。因此，產業系統的碳排放關聯效應須以碳排放的投入產出模型為基礎，從產業系統內部分析各部門內部及各部門間的能源使用碳排放狀況，探究各部門的直接碳排放和對其他部門的間接碳排放，解析各部門之間的關聯效應。

1 文獻綜述

近幾年國內外關于碳排放的研究成果主要圍繞著碳排放與經濟增長、碳排放的影響因素及碳減排的差別責任等幾方面展開。碳排放與經濟增長的關系學者們偏向用EKC 曲線來進行驗證。Bagliani et al［1］、Caviglia-Harris et al［2］的研究結果表明人均收入與碳排放之間不存在倒U型關系。林伯強和蔣竺均［3］、國涓、項吉寧等［4］、許廣月和宋德勇［5］等對中國、韓國等地的實證研究發現人均碳排放與經濟增長之間呈現倒U型關系。碳排放的影響因素從區域層面和產業層面展開研究。從區域層面來看，Pani［6］認為碳排放系數、能源結構、能源強度、人均經濟收入以及人口等因素是影響全球碳排放變動的主要因素，Zhang［7］認為，省域能源消費結構、省域經濟結構、省域能源強度是中國碳排放變動的主要影響因素。李國志［8］認為區域間的人口、經濟水平以及技術進步的差異是造成中國碳排放區域差異的主要原因。從產業層面來看，Wang［9］認為應從經濟增長、一次能源需求、電力生產、交通運輸以及家居等角度探討我國低碳經濟發展路徑。Agnolucci［10］認為碳減排的關鍵在于降低交通運輸部門以及商業部門的能源強度。碳減排差別責任最早可追溯到由國際經濟與合作組織（OECD）于1974年提出的“污染者付費”原則及由此衍生的“國家領土內的責任”與“生產者污染負擔”原則。Cole［11］、Van Asselt［12］對“生產者污染負擔”原則的公平性提出質疑。Peters［13］就認為消費者應該為與生產過程相關的全部溫室氣體排放負責。周新［14］、徐盈之［15］以“生產者與消費者共同分擔”原則計算生產者減排責任與消費者減排責任。

在關聯效應的研究中，假設抽取法（Hypothetical Extraction Method，HEM）被廣泛應用于研究產業結構變動對產業系統的影響。HEM最早由Schultz［16］提出，其基本原理是假設某一產業部門從整個系統中抽走（extraction），通過比較分析該部門抽取前后產業系統產出的變化來判斷該部門的重要性及其對整個產業系統的影響。Cella［17］繼承發展了Schultz的理論，揭示了產業系統后向關聯、前向關聯和總體關聯這三者之間的關系。以HEM為基礎的關聯性分析被廣泛用于經濟分析（劉宇［18］，黃素心和王春雷［19］）、水資源使用（Duarte［20］，馬忠和徐中民［21］，和夏冰、王媛等［22］）、土地資源關聯效應（王亞菲［23］）等一系列熱點問題中。

綜上所述，學者們在碳排放問題及HEM的應用中取得了一系列的成果，但仍然存在以下不足。第一，除少數文獻（徐盈之［15］、孫建衛、陳志剛等［24］）外，現有關于碳排放的文獻較多的從國家層面或區域層面來解析碳排放問題，忽視了產業部門的影響;第二，對于碳排放關聯效應的研究尚不多見，學者們僅以碳影響力系數和碳感應度系數（孫建衛、陳志剛等［24］）來體現碳排放的流動和關聯，未能將關聯效應進一步分解，無法全面客觀地反應碳排放在產業各個部門之間的轉移。第三，HEM能較好的描述資源使用及關聯性問題，但用此方法研究能源問題、碳減排問題尚處于摸索階段。鑒于此，本研究擬以HEM為基礎，參考一般形式的環境投入產出模型（Turner［25］），以中國產業部門為研究對象，借鑒Duarte［20］的關聯效應分解方法，對我國產業內部的碳關聯效應進行分解，細分碳排放在各部門之間的凈后向和凈前向效應，為中國產業系統碳減排政策的制定提供一定的參考依據。

2 研究方法設計

2.1 各產業部門能源消費的碳排放強度核算方法

碳排放量的測算根據一次能源（煤炭、石油和天然氣）的消耗量采用以下公式進行:

其中，Ci為產業部門i的碳排放量，Eij為產業部門i的第j種一次能源消耗量，ηj為第j種一次能源的碳排放系數。

各部門的碳排放強度，即單位總產出所產生的碳排放量計算公式如下:

2.2 HEM下產業部門碳關聯度測算方法

借鑒Turner［25］的研究思路，構建碳排放的投入產出分析模型，如式（3）所示，

其中，C為產業各部門的能源消耗碳排放矩陣，cij為c中的元素（i，j=1，2，…，n，n 為合并后產業部門數），單位 Mt;是由各產業部門能源消費碳排放強度構成的對角矩陣，對角元素為，單位Mt/萬元;X為各產業部門的總產出構成的對角矩陣;A為直接消耗系數矩陣，aij為A的元素，表示產業部門j生產單位總產品對產業部門i產品的直接消耗量;（I－A）－1為列昂惕夫逆矩陣，其中元素表示某一部門生產單位最終產品對其他產業部門產品的完全需求量，I為單位矩陣;Y是各產業部門的最終使用所構成的對角矩陣。，為單位最終需求的完全碳排放強度矩陣，包括了直接和間接的碳排放，其元素bij表示某一部門生產單位最終產品時引起的其他產業部門的完全碳排放量。

HEM下產業部門的碳排放分析以碳排放的投入產出分析為基礎，將產業系統分為兩個產業群Qs和Q－s，其中Qs表示由若干性質相近的部門（也可以是一個部門）構成的產業群，Q－s表示由產業系統剩余部門構成的產業群。根據矩陣分塊方法，任意矩陣Q可以表示為:

那么產業部門碳排放可以描述為:

將兩種情況進行比較，被抽取的產業對碳排放的影響可以表示為:

引入單位向量u'=（1，1，…，1），由（7）可以得到產業群Qs的碳關聯計算公式，分別定義為:總碳關聯（Totle Linkage，TL），

后向碳關聯（Backward Linkage，BL），

前向碳關聯（Forward Linkage，FL），

且滿足

為了能夠更清晰地反映各個產業群的碳關聯效應的強弱，可以構建相對指標來分析碳排放對整個產業的影響，采用各個產業群的總碳關聯、后向碳關聯、前向碳關聯除以他們的算術平均數來表示，當某一碳關聯相對指標大于1時，說明某一產業群該項碳關聯在產業系統中相對于其他產業群較為顯著。

2.3 HEM下的碳關聯度分解方法

Duarte［20］在研究西班牙產業水資源的使用時將HEM下產業群 Qs的關聯度分解為4個因子，即內部效應（Internal Effect，IE）、混合效應（Mixed Effect，ME）、凈后向效應（Net Backward Effect，NBE）和凈前向效應（Net Forward Effect，NFE）。基于以上的研究思路，引入產業碳排放強度對角陣，相應的可以得到產業部門碳排放的4個關聯效應指標。

2.3.1 內部效應

內部效應是指產業群Qs在本群內部的碳排放，即為了滿足本產業群的最終需求Ys而消耗由本產業群獨立生產的產品時所產生的碳排放。

2.3.2 混合效應

混合效應是產業群Qs在消耗最初由本產業群生產，后投入到其他產業群生產過程又被回購到產業群Qs的產品過程中伴隨的碳排放，具有前向和后向的雙重關聯屬性。

2.3.3 凈后向效應

為實現最終需求Ys，產業群Qs在對產業群Q－s的直接和間接需求中產生的碳排放，表示Qs為滿足自身需求而吸收的其他部門產生的碳排放，即碳排放的凈輸入。

2.3.4 凈前向效應

反映了產業群Qs在為其他產業群生產產品的過程中產生的碳排放，這部分碳排放隨著產品的輸出而流向其他部門并且不會返回，即為碳排放的凈輸出。

結合碳關聯的公式和碳關聯度的分解，通過數學推導可以得出對于產業群Qs存在如下關系:

以NT（Net Transfer）表示產業群Qs的碳排放凈轉移量，其數值即為Qs的凈前向效應和凈后向效應的差值，有

若NT取值為正，表示產業群Qs向產業系統凈輸出碳排放，若NT取值為負，表示產業群Qs從產業系統凈吸收碳排放，若NT取值為零，則產業群Qs的凈前向效應大小等同于凈后向效應。

2.4 產業部門碳排放凈后向效應和凈前向效應的分解

2.4.1 凈后向效應的分解

假設剩余產業群Q－s由多個部門或行業組成，t行業即為其中某一部門，則可以將產業群Qs的凈后向效應進一步分解為剩余產業群Q－s中各行業轉移的碳排放量，以NBEt→s表示t行業轉移到產業群Qs的碳排放量，則有:

2.4.2 凈前向效應的分解

產業群Qs的凈前向效應也可以表示為Qs轉移到剩余產業群Q－s中各行業碳排放總量，以NBEt→s表示產業群Qs轉移到t行業的碳排放量，有:

3 實證分析

3.1 數據來源

目前中國公布的最新的投入產出表是2007年的競爭型投入產出表，考慮到數據的匹配問題，能源消費量來自于《2008年中國統計年鑒》［26］中的“能源——按行業分能源消費量”。本研究核算的能源消費碳排放量，只是一次能源煤、石油和天然氣消費所產生的碳排放量，并且不包括CO2以外的其他溫室氣體排放，且一次能源的碳排放系數取自國家發展和改革委員會能源研究所的研究報告，分別是煤炭0.747 6 t（C）/t標準煤、石油 0.582 5 t（C）/t標準煤和天然氣0.443 5 t（C）/t標準煤。同時，將各類一次能源消費量折算成標煤的系數，采用1 t煤炭=0.714 3 t標準煤、1 t石油 =1.428 6 t標準煤、1 m3天然氣 =0.001 214 3 t標準煤進行換算。

3.2 產業群的劃分

結合國民經濟行業分類（2002）和按行業分能源消費數據，將2007年中國投入產出表中的42部門劃分成以下11個產業群，每個產業群都可以作為一個獨立的部門來分析。產業群1，農林牧漁業;產業群2，采掘業，包括“煤炭開采和洗選業”、“石油和天然氣開采業”、“金屬礦采選業”、“非金屬礦及其他礦采選業”;產業群3，食品制造及煙草加工業;產業群4，紡織皮革木材造紙制造業，包括“紡織業”、“紡織服裝鞋帽皮革羽絨及其制品業”、“木材加工及家具制造業”、“造紙印刷及文教體育用品制造業”;產業群5，煉焦化工金屬產品制造業，包括“石油加工、煉焦及核燃料加工業”、“化學工業”、“非金屬礦物制品業”、“金屬冶煉及壓延加工業”、“金屬制品業”;產業群6，機械設備制造業，包括“通用、專用設備制造業”、“交通運輸設備制造業”、“電氣機械及器材制造業”、“通信設備、計算機及其他電子設備制造業”、“儀器儀表及文化辦公用機械制造業”、“工藝品及其他制造業”、“廢品廢料”;產業群7，電力燃氣及水的生產供應業，包括“電力、熱力的生產和供應業”、“燃氣生產和供應業”、“水的生產和供應業”;產業群8，建筑業;產業群9，交通運輸、倉儲和郵政業，包括“交通運輸及倉儲業”、“郵政業”;產業群10，批發零售住宿餐飲業，對應于“批發和零售業”、“住宿和餐飲業”;產業群11，其他服務業，包括“信息傳輸、計算機服務和軟件業”、“金融業”等投入產出表中的剩余部門。

3.3 計算結果及討論

3.3.1 各產業群能源消費碳排放量分析

各產業群碳排放量結果見表1。2007年，中國產業部門共產生能源消費碳排放量1 651 368 835 t，第一產業、第二產業、第三產業碳排放量分別為12 484 121 t、1 622 195 169 t、16 689 545 t，所占比例依次為 0.76%、98.23%，1.01%，第二產業是能源消費碳排放的大戶，尤其是煉焦化工金屬產品制造業產業群和電力燃氣及水的生產供應業產業群，其碳排放量高達整個產業系統碳排放量的87.52%。

表1 各產業群的碳排放量和碳排放強度Tab.1 Carbon emissions and carbon intensity in each industry group

表1同時給出了11個產業群的碳排放強度。其中，電力燃氣及水的生產供應業的碳排放強度最高，其他服務業的碳排放強度最低。計算結果與實際情況也是相符的，碳排放強度較高的產業群均為能源產業群或重工業產業群，系能源消耗強度高的部門，在生產過程中產生了能源消費快速增長的問題，也帶來了碳排放的增加。同時，這也與我國目前所處的以原材料、能源等基礎工業為中心的重工業化發展階段相適應。

3.3.2 各產業群的碳關聯度分析

表2給出了各產業群的碳關聯度。以產業群1農林牧漁業為例，2007年，農林牧漁業在生產中與其他產業群的直接關聯和間接關聯中共產生碳排放92 867 765 t，其中后向需求中產生碳排放39 952 117 t，前向供給中產生碳排放52 915 648 t。從相對指標來看，產業群5煉焦化工金屬產品制造業、產業群7電力燃氣及水的生產供應業、產業群6機械設備制造業、產業群8建筑業總碳關聯較大，產業群6機械設備制造業、產業群8建筑業、產業群11其他服務業的后向碳關聯最為突出，這些產業群在對上游產業群產生后向需求的過程中產生或吸收了大量的碳排放，產業群7電力燃氣及水的生產供應業、產業群5煉焦化工金屬產品制造業、產業群2采掘業的前向碳關聯最為顯著，說明這些產業群在為下游產業提供大量產品或服務的過程中產生的碳排放最多。

表2 2007年各產業群的碳關聯度Tab.2 Carbon linkage in each industry group of 2007

表3 各產業群碳關聯分解結果（t）Tab.3 Results of carbon linkage decomposition in each industry group

3.3.3 各產業群的碳關聯度分解分析

中國產業系統碳關聯度的分解結果如表3所示。從碳關聯的內部效應和混合效應來看，產業群5煉焦化工金屬產品制造業和產業群7電力燃氣及水的生產供應業位居第一和第二，說明這兩大產業群在滿足自身的最終需求過程中對產品消耗所產生的碳排放量相對較大，其中最大一部分是產業群各自消耗本群內部產品時產生的碳排放，另一部分是兩個產業群為其他產業群生產中間投入品并最終將產品回購回本部門的過程中伴隨的碳排放;從凈后向關聯效應來看，產業群6機械設備制造業、產業群8建筑業和產業群11其他服務業位于產業系統的前列，它們為滿足自身的最終需求而吸收了較多的由其他產業群產生的碳排放;從凈前向關聯效應來看，產業群7電力燃氣及水的生產供應業、產業群5煉焦化工金屬產品制造業和產業群2采掘業在給產業系統其他部門提供強大供給作用的同時也帶來了較大的碳排放。

表4 各產業群凈前向效應和凈后向效應的分解結果（t）Tab.4 Results of carbon decomposition of net forward effect and net backward effect in each industry group

通過對碳排放凈轉移的測算，發現產業群7電力燃氣及水的生產供應業、產業群5煉焦化工金屬產品制造業和產業群2采掘業均不同程度地向產業系統凈輸出碳排放，而其他產業群則從產業系統凈吸收碳排放。以產業群8建筑業為例，其混合效應、凈前向效應最低，內部效應也較其他產業群弱，而凈后向效應較強，表明建筑業自身產生的碳排放較少，絕大部分的碳排放是因為使用了其他部門的中間投入品而轉移過來的。

3.3.4 各產業群凈前向效應和凈后向效應的分解

表4給出了各產業群凈前向效應和凈后向效應的分解結果，體現了各產業群在生產過程中與其他部門關聯產生的碳排放的轉移數值和方向。從橫向來看，反映的是各產業部門在為其他行業生產產品和勞務的過程中將碳排放轉移給了其他部門，從縱向來看，各產業部門在接受其他部門的產品和勞務過程中也吸收了一定量的碳排放。在整個產業系統中，產業鏈上游的產業群通過中間投入將碳排放轉移到下游的各個部門，產業鏈下游的各部門通過中間投入從上游部門吸收了碳排放。

4 結論和啟示

本文采用HEM和關聯效應分解方法定量分析了中國2007年產業系統的碳排放關聯作用并進行了分解，主要結論與啟示如下:①碳排放量最高的產業群5煉焦化工金屬產品制造業的總碳關聯最大，排放達到1 059 288 594 t，通過與其他產業群的直接或間接的生產和服務吸收了上游產業群的碳排放189 711 907 t，為下游產業群提供產品與服務的過程中產生碳排放869 576 687 t。②內部效應、混合效應、凈后向效應、凈前向效應分別反映了各部門在實現最終需求的過程中在部門內部及部門間吸收或轉移的碳排放。③碳排放的產生源于產業系統的能源消費，產業群的碳關聯實際上也反映了能源需求在產業中的分布和轉移。能源消費的減少、清潔能源的使用將大大降低產業系統的碳排放量。④產業系統間的碳關聯十分復雜，有些碳排放強度低的行業發展受制于碳排放強度高的行業，也就是說，低碳排放強度行業的發展會同時增加高碳排放強度行業的產出。

另外，本文所運用的基于HEM的關聯效應分解模型是一種較為簡單的方法，未能充分考慮混合效應在各部門間的分配，從而影響到碳排放的轉移。其次，數據資料的滯后及單一年度的計算結果一定程度上影響了計算結果的時效性和可靠性。如何獲得最新的數據分析我國產業系統碳排放的演變規律及產業部門碳排放的動態關聯及轉移，促進低碳發展與產業結構的優化升級是未來研究的重要方向。

（編輯:尹建中）

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