經濟增長與工業溫室氣體排放的仿真與脫鉤

鄧 逸，張圣書

(湖北省宏觀經濟研究所，湖北武漢 430071)

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經濟增長與工業溫室氣體排放的仿真與脫鉤

鄧 逸，張圣書

(湖北省宏觀經濟研究所，湖北武漢 430071)

研究經濟增長與工業溫室氣體排放之間的因果關系。依據湖北省溫室氣體排放清單，構建一個系統動力學模型，對1991～2020年的經濟增長和工業能源活動碳排放的互動關系進行模擬。基于仿真得到的各變量數據，構建一個脫鉤模型，對1991～2020年的湖北省經濟增長和工業溫室氣體排放的脫鉤情況進行分析預測。結果表明，兩者的關系可劃分為兩個階段。第一階段(1991～2000年)：兩者之間的關系在“弱脫鉤”和“強脫鉤”之間交替變動，表明這一時期工業溫室氣體排放與經濟增長之間的關系較弱。第二階段(2001～2020年)：兩者之間穩定為“弱脫鉤”關系，表明工業溫室氣體排放與經濟增長之間的相關關系有所增強。

經濟增長；工業溫室氣體排放；系統動力學；仿真；脫鉤

氣候變化深刻影響著人類生存和發展，是全球共同面臨的重大挑戰，溫室氣體排放問題也成為國際社會關注的焦點。在分析經濟增長與碳排放脫鉤關系的文獻中，有些涉及到了工業。Freitas等運用對數平均權重分解法(LMDI)分解了巴西二氧化碳排放和經濟增長之間的脫鉤關系，將經濟結構作為其中一項重要分解因素，指出工業部門可再生能源使用是實現脫鉤的第二大推動因素[1]； Andreoni等運用Sun JW創立的方法對意大利的經濟增長和二氧化碳排放進行脫鉤分析，并將碳排放重點領域之一的工業分為6個子工業部門進行分析，指出GDP增長是引致工業二氧化碳排放增長的要因[2]。但是，專門研究工業增長和碳排放關系的文獻較少。Diakoulaki等運用拉氏因素分解模型(Laspeyres model)對14個歐盟國家的工業增長和二氧化碳排放進行脫鉤分析，并將影響因素分為5個解釋變量[3]。Enevoldsen等對3個斯堪的納維亞國家的工業能源消費和能源密集型工業的二氧化碳排放進行脫鉤分析，指出能源稅和碳稅對實現脫鉤的重要性[4]。Ren等運用拉氏因素分解指標分析我國有色金屬工業發展與二氧化碳排放之間的脫鉤關系，并將其分解為工業規模、能源種類、能源強度和能效水平等因素[5]。

國內也出現了少量研究工業和碳排放脫鉤關系的研究，主要運用的脫鉤指標有兩類。一類是運用OECD開發的DPSIR框架下的碳排放脫鉤指數；另一類是Tapio脫鉤指數。主要運用的分解方法也有兩類。一類是對數平均權重分解法(LMDI)；另一類是拉氏因素分解法(Laspeyres)。如徐盈之等運用改進的拉氏因素分解法，對我國制造業1995～2007年碳排放的驅動因素進行了研究，并基于OECD碳排放脫鉤指數，指出產出效應為脫鉤的主要正向驅動因素，能源強度效應為主要的負向驅動因素[6]。孫耀華等基于Tapio脫鉤指標對1999～2008年間各省區碳排放與經濟增長之間的脫鉤關系進行測度，指出工業領域能源利用效率的提高為碳排放增長速度的減緩起到了重要作用[7]。任潔等基于Tapio脫鉤模型，對2000～2008年間我國工業部門碳排放與能耗脫鉤、能耗與GDP脫鉤對碳排放與GDP脫鉤影響力進行實證研究，指出能耗與GDP脫鉤效果較好，而碳排放與能耗脫鉤效果不明顯，工業部門的“減排”比“節能”任務更重[8]。王強等利用Tapio模型對我國工業部門能源消費-經濟增長-碳排放三者之間的關系進行了分析，認為工業部門能源消耗的持續增長是我國能源消耗總量增長與碳排放增長的主要驅動因子，工業部門碳排放較能源消費受經濟驅動更加明顯，人均GDP、能源消費密度和人口等因素變動是導致工業部門碳排放總量變化的主要誘因[9]。李忠民等同時運用OECD脫鉤指標和Tapio脫鉤指標兩種指標對山西工業部門工業增加值與其能耗投入及二氧化碳排放之間的關系進行了脫鉤分析，指出山西工業部門重工業化程度不斷加深的傾向，工業部門能源消耗產出低的現狀及山西能源產品省外輸出的工業增長模式共同導致山西對能源投入的依賴不斷加深，以高碳消費為主的能源投入結構又導致了山西工業領域碳排放的不斷增加[10]。查建平等對我國2000～2009年工業經濟增長與能源消費和碳排放之間的脫鉤關系進行研究，并結合LMDI分解法構建了脫鉤指數分解模型，提出能源效率是實現碳排放與工業經濟增長脫鉤的主要推動因素，而能源排放強度、能源結構以及產業結構等是其脫鉤工作中的薄弱環節[11]。

現有的相關研究都是基于歷史數據展開的，是對于以往工業和碳排放關系的解釋，尚未出現基于預測數據對經濟增長和工業碳排放之間脫鉤關系的研究。筆者擬在此方面取得突破，并考慮以下幾點因素。一是研究對象的選擇。湖北省是國家低碳試點省份和碳排放權交易試點省份，也是全國率先編制溫室氣體排放清單的省份之一。從溫室氣體排放清單來看，湖北工業溫室氣體排放占溫室氣體排放總量的70%以上，其中工業能源活動溫室氣體排放占總量的60%以上，工業生產過程溫室氣體排放占總量的10%以上。因此，筆者選擇湖北為主要研究區域，以工業能源活動溫室氣體排放為主要研究領域。二是預測方法的選擇。經濟增長會帶來能源消費的增加，而能源消費的擴大又反過來推動經濟增長，需要用系統的觀點和綜合的分析手段，考慮不同經濟變量之間的關聯與互動。筆者擬建立一個系統動力學(SD)模型，描述經濟增長與工業能源活動溫室氣體排放之間的關系，并以此得到各變量的仿真數據。三是脫鉤指數選擇。Tapio脫鉤指標相對于OECD脫鉤指標對時間基期的選擇不敏感，不受統計量綱的影響，且對脫鉤狀態的劃分更為精細，因此筆者選擇Tapio脫鉤指標來描述經濟增長與工業溫室氣體排放之間的脫鉤狀態。

1 系統模型構建

1.1 系統設定使用系統動力學的專用軟件Vensim-PLE進行建模仿真，模型運行時間為1991～2020年，仿真步長為1年。

1.2 系統動態流圖溫室氣體(GHG，Greenhouse Gas)是指任何會吸收和釋放紅外線輻射并存在大氣中的氣體。京都議定書中控制的6種溫室氣體為二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氧化亞氮(N2O)、氫氟碳化合物(HFCs)、全氟碳化合物(PFCs)和六氟化硫(SF6)。根據湖北省溫室氣體清單，溫室氣體排放主要來源于能源活動、工業生產過程、農業、土地變化利用與林業、廢棄物處理5個方面。其中能源活動中包括化石燃料燃燒、生物質燃燒、煤炭開采逃逸、油氣系統逃逸4個方面。化石燃料燃燒又包括能源工業、農業、工業和建筑業、交通運輸、服務業和居民生活等方面。筆者僅考察工業(將清單中“工業和建筑業”中的建筑業剔除，再加上能源工業，合并為“工業”核算)化石燃料燃燒溫室氣體排放，涉及的溫室氣體排放種類主要有CO2和N2O兩種。將各構成要素分別設為狀態變量(1個)、輔助變量(15個)與速率變量(1個)。其中GDP為狀態變量，GDP增量為速率變量，其他均為輔助變量，如圖1所示。

圖1 工業能源活動溫室氣體排放系統動態流圖

1.3 數據來源與處理數據主要來源于《湖北統計年鑒》(1991-2013)[12]，部分來自于其他統計資料。工業化石能源消費量、能源消費總量的數據均來自于《中國能源統計年鑒》(2011-2013)[13]。由于《湖北統計年鑒》(2011)對2005～2009年的湖北省能源消費量數據進行修正，但未對以前年份的數據進行修正，故該研究采用類推法對1990～2004的湖北能源消費量數據進行修正。溫室氣體數據均來自于《湖北省溫室氣體排放清單》(2005、2010)[14-15]。

2 脫鉤指數分解模型構建

2.1 脫鉤公式與評價標準用工業能源活動溫室氣體(GHG)排放強度(ICI)來測度工業能源活動GHG排放與經濟增長之間的脫鉤關系，脫鉤指數計算公式如下：

式中，IEC為工業能源消費GHG排放量，t表示末期，0表示基期。“脫鉤”與“復鉤”的狀態分類與評價標準如表1所示。

表1 “脫鉤”與復鉤狀態分類與評價標準

2.2 數據分析結果目前，湖北省只編制完成了2005和2010年的溫室氣體排放清單。但通過系統動力學模型仿真結果得到的變量數據不僅實現了與歷史數據的較好擬合，而且保證了數據的長期性和連續性。利用仿真數據，得到1991～2020年的湖北省經濟增長和工業溫室氣體排放脫鉤指數及其分解結果，如表2所示。

表2 1991～2020年經濟增長與工業能源活動溫室氣體排放脫鉤關系

接下表

續表2

湖北省經濟增長與工業溫室氣體排放之間的關系劃分為兩個階段。第一階段(1991～2000年)：兩者之間的關系在“弱脫鉤”和“強脫鉤”之間交替變動，表明這一時期工業溫室氣體排放與經濟增長之間的關系較弱。第二階段(2001～2020年)：兩者之間穩定為“弱脫鉤”關系(個別年份除外，僅2006年為擴張性復鉤)，表明工業溫室氣體排放與經濟增長之間的相關關系有所增強。

[1] DE FREITAS L C，KANEKO S.Decomposing the decoupling of CO2emissions and economic growth in Brazil[J].Ecological Economics，2011，70(8)：1459-1469.

[2] ANDREONI V，GALMARINI S.Decoupling Economic Growth from Carbon Dioxide Emissions：A Decomposition Analysis of Italian Energy Consumption[J].Energy，2012，44：682-691.

[3] DIAKOULAKI D，MANDARAKA M.Decomposition Analysis for Assessing the Progress in Decoupling Industrial Growth from CO2Emissionsin the EU Manufacturing Sector[J].Energy Economics，2007，29：636-664.

[4] ENEVOLDSEN M K，RYELUND A V，ANDERSEN M S.Decoupling of Industrial Energy Consumption and CO2-Emissions in Energy-Intensive Industries in Scandinavia[J].Energy Economics，2007，29：665-692.

[5] REN S G，HU Z.Effects of Decoupling of Carbon Dioxide Emission by Chinese Nonferrous Metals Industry[J].Energy Policy，2012，43：407-414.

[6] 徐盈之，徐康寧，胡永舜.中國制造業碳排放的驅動因素及脫鉤效應[J].統計研究，2011，28(7)：55-61.

[7] 孫耀華，李忠民.中國各省區經濟發展與碳排放脫鉤關系研究[J].中國人口·資源與環境，2011，21(5)：87-90.

[8] 任潔，陳東景.中國工業部門碳排放與GDP脫鉤因素影響力分析[J].國際經濟戰略，2012，3(1)：21-25.

[9] 王強，伍世代，李婷婷.能源消費與碳排放變動關聯特征及其Tapio效應研究——基于中國工業經濟轉型的分析[J].福建師范大學學報：哲學社會科學版，2010(4)：17-22.

[10] 李忠民，慶東瑞.經濟增長與二氧化碳排放脫鉤實證研究：以山西省為例[J].福建論壇：人文社會科學版，2010(2)：67-72.

[11] 查建平，唐方方，傅浩.中國能源消費、碳排放與工業經濟增長——一個脫鉤理論視角的實證分析[J].當代經濟科學，2011，33(6)：81-89，125.

[12] 湖北省統計局，國家統計局湖北調查總隊.湖北統計年鑒1991-2013[M].北京：中國統計出版社，1990-2011.

[13] 國家統計局工業交通統計司，國家發展和改革委員會能源局.中國能源統計年鑒2011-2013[M].北京：中國統計出版社，1992-2012.

[14] 湖北省節能監察中心，國家發展改革委能源研究所.2005年湖北省溫室氣體排放清單總報告[R].2012.

[15] 湖北省節能監察中心，國家發展改革委能源研究所.2010年湖北省溫室氣體排放清單總報告[R].2012.

A Simulation and Decoupling Analysis of Economic Growth and Industrial Green House Gas Emissions

DENG Yi, ZHANG Sheng-shu

(Hubei Macroeconomic Institute, Wuhan, Hubei 430071)

This paper is aimed to research the relationship between economic growth and industrial greenhouse gas emissions.Based on the Hubei greenhouse gas inventories, this paper constructs a System Dynamics Model (SD), which analyzes and forecasts the interaction of economic growth and green house gas (GHG) emissions from industrial energy activities of Hubei Province.It constructs a Decoupling Index Model, which analyzes and forecasts the decoupling of economic growth and GHG emissions from industrial energy activities of Hubei province from 1991 to 2020.The result shows that the decoupling of economic growth and GHG emissions from industrial energy activities in Hubei was weak decoupling and strong decoupling alternately from 1991-2000.However, the decoupling of economic growth and GHG emissions from industrial energy activities is weak decoupling solely from 2001-2020, which indicates that the relationship between industrial GHG emissions and economic growth gets stronger.

Economic growth; Industry greenhouse gas emission; System dynamics; Simulation; Decoupling

中國清潔發展機制基金項目(1113031)。

鄧逸(1983- )，女，湖北武漢人，助理研究員，碩士，從事西方經濟學研究。

2015-01-31

S 181.3

A

0517-6611(2015)08-218-02