基于LMDI方法的我國制造業發展與CO2排放脫鉤關系研究

王雪松，任勝鋼，袁寶龍，付祥

(中南大學商學院，湖南長沙，410083)

基于LMDI方法的我國制造業發展與CO2排放脫鉤關系研究

王雪松，任勝鋼，袁寶龍，付祥

(中南大學商學院，湖南長沙，410083)

運用LMDI完全分解方法將1995—2010年三個“五年”規劃期間我國制造業產業CO2排放分解為排放因子效應、能源強度效應、能源結構效應、產業結構效應和產業規模效應。通過產業發展與CO2排放脫鉤測度模型計算，發現制造業經歷了強復鉤(1996—1999)、弱脫鉤(2000—2001)、擴張性復鉤(2002—2004)、弱脫鉤(2005—2010)四個階段。研究發現：產業規模擴張是導致我國制造業CO2排放增加的主要原因，產業結構變化也在一定程度上影響了CO2的排放變化，而能源強度降低是CO2排放減少的主要因素，排放因子效應和能源結構效應對CO2排放的變化起不到決定性的作用，但也在一定程度上影響了CO2的排放。

制造業；CO2排放；脫鉤；LMDI；Tapio模型

一、引言

近年來，二氧化碳排放量越來越大，全球氣候逐漸變暖，面對能源安全和氣候變化的威脅，向低碳經濟轉型已經成為世界經濟發展的大趨勢。李克強總理在2015年兩會中提出，要實施“中國制造2025”戰略，堅持創新驅動、智能轉型、強化基礎、綠色發展，加快從制造大國轉向制造強國。由此可見，加快我國制造業由資源消耗大、污染物排放多的粗放制造向綠色制造轉變，是我國制造業中長期發展的重要任務。目前中國正處于工業化發展的中期，這意味著中國在很長一段時間將要消耗大量的能源，CO2排放的增加也就不可避免。根據IEA[1]的數據顯示，2007年我國CO2排放量已經超過美國，成為全球第一大CO2排放國，占世界碳排放量的19.12%。制造業作為國民經濟支柱，每年以20%左右的速度強勁增長[2]，同時，制造業的能源消耗和CO2排放也隨之增長。1995—2010年，我國制造業CO2排放增加了135%，占碳排放總量一半以上，而CO2排放增長率呈先增長后降低的趨勢，其中在2003、2004年增長速度最快，分別達到18.35%和18.68%。因此，研究我國制造業發展與CO2排放的脫鉤關系，有助于綜合判定我國制造業經濟發展對環境的影響，在此基礎上進一步分析制造業CO2排放快速增長的驅動因素，對我國促進制造業低碳發展具有重要現實意義。

二、文獻綜述

有關制造業CO2排放的研究大多數是對CO2的排放變化進行因素分解分析，而對制造業CO2排放和產值增長之間進行脫鉤分析的很少。Ang和Pandiyan[3]基于Divisia方法把影響CO2排放變化的因素分解為能源強度效應、能源結構效應、CO2排放因子效應、產業結構效應。Schipper[4]采用自適應權重分解方法對13個IEA國家1994年制造業部門的CO2排放進行了因素分析，把影響CO2排放變化的因素分解為能源強度、產業結構、能源結構、經濟產出，并分析了13個國家CO2排放變化的不同原因，結果表明能源強度和產出規模效應是導致各國制造業CO2排放變化不同的主要因素。Akbostanci[5]利用LMDI方法對1995—2001年期間的土耳其制造業進行因素分解分析，結果表明產業活動和能源強度是決定CO2排放變化的主要因素。Hammond 和 Norman[6]利用LMDI方法把影響制造業CO2排放變化的因素分解為產出效應、產業規模效應、能源強度效應、能源結構效應、電力排放因子效應進行分析。李新運等[7]運用兩極分解平均法對2007—2010年行業碳排放量進行因素分解，研究結果顯示產業結構調整是降低碳排放的主要途徑，碳排放強度是降低碳排放的關鍵因素。這些研究只對影響制造業CO2排放變化的因素進行了分解分析，并沒有關于制造業部門的脫鉤研究。

為了研究經濟增長和環境變化的關系，Zhang[8]首次把脫鉤應用到環境研究領域，經濟合作與發展組織OECD[9]在“Indicator to Measure Decoupling of Environmental Press from Economic Growth”報告中正式提出了“脫鉤”的概念。報告指出，為了讓脫鉤予以量化，采用“脫鉤指標”來對脫鉤狀態進行測度。脫鉤是在經濟繁榮和環境破壞不平衡的背景下提出的。之后，脫鉤經常被應用在環境研究中用來描述經濟活動和環境破壞之間的關系。Luken和Piras[10]提到“相對脫鉤”是指能源使用的速度是增加的但是增長速度小于經濟產出的增長速度。然而“絕對脫鉤”是指能源使用零增長或者負增長，同時經濟產出正增長。Tapio[11]在研究歐洲的交通業脫鉤情況中，基于“脫鉤彈性”(decoupling elasticity)的概念，對脫鉤指標進行了重新定義。其將脫鉤指標劃分為連結、脫鉤、復鉤三種狀態，再根據彈性值的不同，進一步將指標體系細分為擴張性連結、緊縮性連結、弱脫鉤、強脫鉤、緊縮性脫鉤、強復鉤、弱復鉤、擴張性復鉤8個邏輯區域。王歡芳和胡振華[12]基于Tapio脫鉤理論研究了2000—2009年中國制造業經濟發展與碳排放脫鉤情況，結果表明我國制造業的經濟增長與碳排放之間為弱脫鉤狀態，但他們并沒有對影響制造業發展與碳排放脫鉤的因素進一步分析。

LMDI由于具有全分解、無殘差、易使用、結果的唯一性、易理解等優點而在眾多分解技術中受到重視。Ang[13]以加拿大的產業能源消費和CO2排放為基礎，指出使用LMDI方法的分解分析不會出現未被解釋的殘差項，并且所有的零值可以用一個很小的數來代替。后來，Ang 和 Liu[14]給出了處理零值和負值的八種策略，消除了LMDI在實踐應用中的唯一不足。因此，在當前的分解系統中，修正后的LMDI方法被認為是最精確的指數分解方法，被國內外學者廣泛應用。涂紅星等[15]對1994—2010年中國工業行業的經濟增長與碳排放進行脫鉤分析，并利用LMDI方法對工業碳排放強度進行因素分解，研究發現2000年之后中國工業經濟增長與碳排放趨于穩定的弱脫鉤狀態，能源強度下降是驅動中國工業碳減排的主要因素。馮博和王雪青[16]分析了我國各省建筑業碳排放的脫鉤狀態，并運用LMDI方法進行因素分解，研究發現我國大部分省份的建筑業處于碳排放的弱脫鉤狀態，其中碳排放強度和能源結構是導致碳排放增加的主要因素，產業規模效應是碳排放減少的主要因素。

現有文獻很少對造成脫鉤的原因進行深層次分析。因此，本研究選擇我國制造業為實證對象，通過構建新的脫鉤測度模型，對我國制造業在1995—2010年三個“五年”規劃期間的CO2排放和制造業總產值進行脫鉤分析，有助于準確判斷我國制造業發展對環境影響的階段性特征，并通過因素分解深入分析造成脫鉤的原因，為我國制造業低碳化發展提供針對性的政策建議。

三、模型構建與數據處理

(一)制造業發展與碳排放脫鉤測度模型

根據Tapio[11]對脫鉤指標的定義和分類，本文以制造業總產值為橫坐標，以CO2排放變化量為縱坐標重新構建了脫鉤測度模型，如圖1所示。

圖1 制造業發展與CO2排放脫鉤測度模型

根據測度模型，制造業發展與CO2排放之間的脫鉤關系有6種可能性。本研究用CO2排放量與制造業總產值之間的比值來表示CO2排放強度。若CO2排放強度減小，則為“脫鉤”；反之，則為“復鉤”。另外，根據CO2排放的變動方向，以及制造業總產值的變動方向，進一步將“脫鉤”細化為“強脫鉤”“弱脫鉤”“緊縮性脫鉤”，將“復鉤”細化為“強復鉤”“弱復鉤”“擴張性復鉤”。

(二)制造業CO2排放測算模型

依據IPCC[9]碳排放計算指南，得到制造業CO2排放測算公式如下：

C為制造業CO2排放總量，Ej為第j種能源轉化成標準煤之后的消耗量，fj表示第j種能源的CO2排放因子。j表示18種能源形式，其中16種固定能源形式的CO2排放因子參考IPCC測算方法。熱能CO2排放系數根據《中國電力年鑒1996—2011》測算，電力能源消耗的間接排放因子通過煤炭排放因子來近似估算。

(三)制造業CO2排放分解模型

為了對我國制造業的CO2排放變化進行分解分析，本研究結合《中國統計年鑒》中對制造業的部門劃分，把制造業分為15個主要部門，用i表示，分別為食品和煙草加工制造業、紡織和皮革制造業、木材家具制造業、造紙印刷制造業、石油加工及焦煉、化學原料及制品制造業、醫藥制造業、化學纖維制造業、橡膠塑料制造業、非金屬礦物制品業、黑色金屬冶煉及壓延加工業、有色金屬冶煉及壓延加工業、金屬制品業、機械電子制造業、其他制造業。

本文用C表示制造業總的CO2排放量，根據擴展后的Kaya恒等式，CO2的排放可以表示如下：

其中i表示制造業的15個部門，j表示制造業消耗的18種能源形式。公式(2)(3)中的變量含義見表1。

根據Ang[13]的LMDI方法，CO2排放量由基期0到目標期t的變化可表示為ΔC，ΔC可被分解為如下因素：

(a)排放因子效應(ΔCI)，反映能源消費的平均排放因子的變化。

(b)能源結構效應(ΔES)，反映各種能源在能源消費中的比例變化。

(c)能源強度效應(ΔEI)，反映制造業能源消費占產業增加值比例的變化。

表1 方程(2)(3)中各變量的含義

(d)產業結構效應(ΔIS)，反映制造業各行業增加值占行業總產值比例的變化。

(e)產業規模效應(ΔP)，反映中國制造業總產值的變化，以1955年的不變價測量。

因此，ΔC可被表示為(4)式：

(4)式右邊的各項計算如下：

(4)式的含義是，制造業CO2排放量的變化可以表示為5種因素CI，ES，EI，IS，P的貢獻值之和。其中，ΔC表示CO2排放變化量，ΔCI，ΔES，ΔEI，ΔIS，ΔP分別表示排放因子效應、能源結構效應、能源強度效應、產業結構效應和規模效應導致的CO2排放變化量。

(四)數據來源與處理

由于“十二五”期間(2011—2015)的數據只公布了2011和2012年這兩年，不能完全反映一個“五年”規劃的整體情況，所以，本研究采用1995—2010年三個“五年規劃”的數據來研究制造業發展與CO2排放之間的關系。我國制造業及各部門的總產值數據來自歷年《中國統計年鑒》，然后根據折換系數把制造業總產值折換成1995年不變價，我國制造業及各部門的能源消耗量來自《中國能源統計年鑒》。

四、實證結果及分析

(一)我國制造業發展與CO2排放脫鉤分析結果

通過脫鉤測度模型計算，1996—1999年強復鉤(除1997年緊縮性脫鉤)，2000—2001年弱脫鉤，2002—2004年擴張性復鉤，2005—2010年弱脫鉤(除2009年強復鉤)。整個來看，自1995年以來，我國制造業發展與碳排放脫鉤具有明顯的時間趨勢特征，即由強復鉤到短暫的弱脫鉤到擴張性復鉤，再轉為長時期的弱脫鉤，如表2所示。

(二)我國制造業發展與CO2排放脫鉤的原因分析

從上面的研究結論可以看出，我國制造業發展與碳排放脫鉤先后經歷了四個階段，本研究利用LMDI方法對我國制造業CO2排放進行分階段計算。計算結果如表3和圖2所示。

1. 1996—1999年強復鉤原因分析

1996—1999年期間，我國處于重工業化時代的前導時期，大規模的基礎設施建設和裝備制造業的發展對鋼鐵、水泥、有色金屬等高能耗行業的產品需求大幅增加。因此，能源效率低下，能源強度的升高導致這個時期我國制造業CO2排放增加了29 475萬噸，增長15.27%。同時，在1997年，受亞洲金融危機的影響，有效需求不足和產能過剩導致制造業發展變緩，制造業總產值整個時期下降了12.3%，因此產業規模效應降低了制造業的CO2排放，減少25 105萬噸。但是CO2排放強度在整個時期提高了，在1998年高達11.84%，能源強度效應是這個時期制造業CO2排放呈現強復鉤的主要原因。

2. 2000—2001年弱脫鉤原因分析

2000年開始我國實施西部大開發戰略，投資總規模約8 500億元，居民收入水平的提高增加了對家電、汽車等耐用品的消費，中國制造業大幅擴張，使得機械電子設備制造業總產值增加了16.9%。同時，基礎設施建設和居民消費升級帶動了有色、石油化工等產品的需求，使得石油加工及煉焦業總產值增加了42.1%，黑色金屬冶煉及壓延加工業(16.75%)，有色金屬冶煉及壓延加工業(10.75%)，金屬制品業(7.93%)。我國制造業總產值在2000年、2001年分別增加了6.68%和3.33%。但是，這些產品所在的行業多是高耗能行業，這使得產業規模效應導致能源消費增加，CO2排放增加了20 225萬噸，增長10.52%。

表2 我國制造業發展與CO2排放脫鉤分析結果

表3 我國制造業產業CO2排放分解分析結果 單位：萬噸

圖2 我國制造業產業CO2排放分解分析圖

同時，受1998年《節能法》的影響，我國制造業提出了從“速度、粗放型”向“效益、集約型”轉變的發展思路，能源強度大幅下降，其中石油加工及焦煉業從3.2噸標準煤/萬元降低到2.46噸標準煤/萬元，有色金屬冶煉及壓延加工業從5.49噸標準煤萬元降低到5.06噸標準煤/萬元。整個時期能源強度效應導致的CO2排放減少了13 956萬噸，但是，仍無法抵消由于產業規模快速擴張產生的CO2排放增加，整個時期呈弱脫鉤狀態。

3. 2002—2004年擴張性復鉤原因分析

在此期間，國家實施積極的財政政策和穩健的貨幣政策，保持了國民經濟的快速增長，使得制造業總產值增加了14 482億元，增長30.8%。同時，經濟的增長也帶動了汽車、鋼鐵、煤炭、建材、機械制造等高能耗行業的快速增長，拉動了中國制造業的快速增長。其中機械電子制造業增長38%，化學制品制造業(39%)，黑色金屬冶煉及壓延加工業(87.5%)，有色金屬冶煉及壓延加工業(52.9%)。但是這些高產出的行業大多數屬于高耗能的行業，因此產業規模效應導致了CO2排放增加了65 997萬噸，增長32.84%。同時，這些高耗能的產業在我國整個制造業中的比重也有所上升，其中黑色金屬冶煉及壓延加工業在制造業中的比重由6.87%提高到9.85%，非金屬礦物制品業由4.84%提高到5.83%，有色金屬冶煉及壓延加工業由2.85%提高到3.33%，于是產業結構效應也增加了CO2的排放，增加了21 400萬噸，增長10.65%。

因此，整個時期產業結構效應和產業規模效應是導致CO2排放上升的主要因素，同時能源強度效應和能源結構效應也在一定程度上增加了CO2的排放，使得中國制造業呈現擴張性復鉤的狀態。

4. 2005—2010年弱脫鉤原因分析

2005年以來，我國發展制造業的戰略重點是控制高耗能、高污染行業過快增長，加快淘汰落后生產能力，完善促進產業結構調整的政策措施，積極推進能源結構調整，并制定促進高技術產業發展的政策措施保障制造業集約式發展。因此，我國制造業的能源強度大幅降低，由1.49噸標準煤/萬元降低到1.03噸標準煤/萬元。2006年《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十一個五年規劃綱要》提出，到2010年，主要污染物排放總量要削減10%。2007年，國家出臺了《節能減排綜合性工作方案》，明確了實現節能減排的目標和總體要求，提出了“十一五”期間單位國內生產總值能耗降低20%左右。因此，2005—2010年期間，中國制造業的能源強度大幅降低，由1.49噸標準煤/萬元降低到1.03噸標準煤/萬元，其中能源強度降幅較大的部門多屬于一些能源消耗較少的部門。如食品煙草制造業的能源強度從0.57噸標準煤/萬元降低到0.3噸標準煤/萬元，紡織皮革制造業從0.67噸標準煤/萬元降低到0.42噸標準煤/萬元，木材家具制造業由0.72噸標準煤/萬元降低到0.3噸標準煤/萬元，石油加工及焦煉業、化學原料及制品制造業、化學纖維制造業、橡膠塑料制造業以及金屬制品業的能源強度也都降幅很大。但是一些高耗能產業，非金屬礦物制品業、黑色金屬冶煉及壓延加工業的能源強度并沒有明顯變化。

同時，我國制造業總產值大幅增長，從61 546億元增加到128 634億元，增長109%，其中木材家具(234%)，石油加工及焦煉(215%)，有色金屬冶煉及壓延加工業(189%)，其他制造業各部門也都有不同幅度的增加。因此，整個時期來看，能源強度效應對制造業CO2排放的減少做出了突出貢獻，減少了119 840萬噸，降低35.61%，產業規模效應是導致制造業CO2排放增加的主要原因，增加了271 500萬噸，增長80.68%。由于產業規模效應造成的CO2排放增加大于能源強度效應引起的CO2排放減少，所以整個時期CO2排放增加，呈現弱脫鉤的趨勢。

總體來看，其一，產業規模效應是導致CO2排放增加最主要的因素。除了1996—1999年，在其他階段都增加了CO2的排放，中國大力發展制造業使得制造業總產值呈現逐年增加的趨勢，進而造成了CO2排放的增加，整個時期由于產業規模導致CO2排放增長了332 671萬噸。其二，能源強度效應是減少CO2排放的決定因素。如果能源效率提高，就可以大規模地減少CO2的排放，反之如果能源效率低就會造成CO2排放的增加。我國的終端能源消費以煤炭為主，而對一些清潔能源的使用較少，這就使得制造業的能源結構效應一直在增加CO2的排放。但是，由于我國能源消費結構多年來變化不大，因此對碳排放的影響相對較小。其三，產業結構效應也在一定程度上影響了CO2的排放。中國制造業各部門的能源消費特征和生產技術特點不同，對碳排放和總產值的影響也會不同，如果大力發展碳排放較少和經濟效率高的行業就會降低CO2的排放。其四，近年來由于技術的改善，使得我國發電結構有所改善，進而降低了電力的CO2的排放因子。因此，除了1996—1999，在其他階段排放因子效應都在一定程度上降低了CO2的排放。

五、結論與啟示

首先，產業規模效應是導致我國制造業CO2排放增加最主要的因素。整個時期使CO2排放增加了172.4%，除了1996—1999年，產業規模效應都增加了CO2的排放。2002—2004年，我國制造業CO2排放與總產值之間呈現“擴張性復鉤”的狀態。

其次，能源強度效應在減少CO2排放時起著至關重要的作用。整個時期我國制造業的能源強度從1.28噸標準煤/萬元降低到1.03噸標準煤/萬元，這使得CO2排放減少了49%。另外，研究結果顯示脫鉤程度的變化趨勢和能源強度的變化趨勢十分相似，能源強度在制造業產業從復鉤向脫鉤轉化的過程中有重要的作用。

再次，產業結構是造成2002—2004年期間我國制造業出現“擴張性復鉤”必不可少的原因。研究結果顯示，非金屬礦物制品業、黑色金屬冶煉及壓延加工業、有色金屬冶煉及壓延加工業等部門的總產值使得制造業CO2排放增加了21 400萬噸。

最后，能源結構效應和排放因子效應在整個時期對CO2排放變化的影響較小，但也在一定程度上影響了CO2排放的變化。

本文的研究結果對我國發展低碳經濟、綠色制造業具有重要的意義，為了早日實現我國制造業的強脫鉤，建議政府可采取以下措施來減少CO2的排放。

第一，降低能源密集型行業的能源強度，優化能源消費結構。對于一些能源密集部門，能源強度下降仍有較大空間，如非金屬礦物制品業、黑色金屬冶煉及壓延加工業等部門應該引進低碳節能技術，大力引進清潔生產工藝，進一步提高能源效率，優化能源結構，促進清潔燃料對化石能源的替代。

第二，調整產業結構。首先，政府部門必須增強對能源密集型部門的環境保護要求，同時通過降低這些部門的總產值比例來減緩制造業的CO2排放。對于一些碳排放強度較低而附加值較高的部門，包括機械制造業、通信設備及電子制造業等部門，國家應該重點發展。減少能源密集型部門的產品出口，如化學原料及制品制造業、非金屬礦物品業、黑色金屬冶煉及壓延加工業。其次，應該鼓勵低碳排放部門的產品出口以保持這些部門的總產值在制造業總產值中的比例，以實現制造業的可持續發展。尤其對于一些碳排放強度較低而附加值較高的部門，包括機械制造業、通信設備及電子制造業等部門國家應該重點發展。

第三，由消耗電力所導致的間接CO2排放量是巨大的，這就要求國家相關政府部門不僅要重視對產業固定能源所產生的直接CO2排放進行評估，同時也要加強對電力能源消耗所導致的間接CO2排放進行考評和控制。另外，提高發電效率，降低發電標準煤耗率只能在一定程度上降低我國制造業的電力消耗所導致的CO2排放。要想從根本上解決問題，就要加快發電結構的調整，大力發展水電、核電、風電等清潔能源的發電形式，降低火力發電的比例，徹底改變以煤炭發電為主的發電結構。

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Using LMDI to analyze the decoupling of carbon dioxide emissions by China’s manufacturing industry

WANG Xuesong, REN Shenggang, YUAN Baolong, FU Xiang
(Resource-saving and Environment-friendly Society Research Center, School of Business, Central South University, Changsha 410083, China)

This essay, by adopting the Log Mean Divisia Index (LMDI)method based on the extended Kaya identity, studies the total carbon dioxide emissions by China’s manufacturing industry during the period 1996—2010 from the following including emission factors, energy intensity, energy structure, industry structure, and industry scale. As the results suggest, China’s manufacturing industry has gone through four decoupling stages: strong negative decoupling stage (1996—1999), weak decoupling stage (2000—2001), expansive negative decoupling stage (2002—2004), and weak decoupling stage (2005—2010). Findings show that the increase in economic output has the largest effect on the increase of CO2emissions and that the decrease in energy intensity has incurred a considerable decrease in CO2emissions. Moreover, the impacts of emission factors, industry structure, and energy structure on CO2emissions are relatively small and not the determining factors to the changes of CO2emissions.

manufacturing; CO2emissions; decoupling; LMDI; Tapio Model

F062.9

A

1672-3104(2015)04?0138?07

[編輯: 蘇慧]

2014?11?21；

2015?04?28

王雪松(1973?)，女，吉林省吉林市人，中南大學商學院博士研究生，主要研究方向：區域與產業發展管理；任勝鋼(1975?)，男，湖南津市人，中南大學商學院教授，博士生導師，主要研究方向：區域與產業發展管理，創新網絡；袁寶龍(1986?)，男，甘肅慶陽人，中南大學商學院博士研究生，主要研究方向：區域與產業發展管理；付祥(1987?)，男，湖北黃岡人，中南大學商學院碩士研究生，主要研究方向：區域與產業發展管理