基于EIO—LCA的江蘇省產業結構調整與碳減排潛力分析

吳常艷等

摘要

隨著城鎮化與工業化進程的推進，經濟增長與環境壓力之間的矛盾日益加劇。為實現節能減排目標，研究以調整產業結構為主要碳減排路徑的清潔發展機制尤為重要與迫切。江蘇省是全國工業經濟大省和碳排放大省之一。因此，本文以江蘇省細分行業為例，采用投入產出生命周期評價方法對江蘇省產業的直接和間接碳排放進行測算。并構建碳減排潛力模型模擬產業結構調整引起的減排潛力。結果表明：① 一次性能源消費引起的直接碳排放最大的貢獻部門是電力、熱力的生產和供應業，占總體能源消費碳排放的50.58%，其次是化學工業（9.65%），金屬冶煉及壓延加工業是第三貢獻者（9.31%）。②從生產鏈視角，間接碳排放較高的部門依次為：從電力、熱力生產和供應業（15.183×106 t）、煤炭開采和洗選業（8.099 8×106 t）、石油加工、煉焦及核燃料加工業（4.694 4×106 t）；消費需求視角，間接碳排放主要貢獻來自于出口隱含碳排放；從部門層次來看，通信設備、計算機及及其他電子設備制造業（16.55%）、金屬冶煉及壓延加工業（12.65%）、交通運輸設備制造業（12.49%）在出口碳排放中貢獻較大。③江蘇省碳減排潛力較大的部門主要是能源密集型行業。如產值變動1%，電力、熱力生產供應業減排效應達1.58 t/104元，碳減排量占2010年碳排放1.57%。因此，建議江蘇省除了使用粉煤燃燒技術（PCC）、整體煤氣化聯合循環（IGCC）、大型循環流化床（CFB）等先進技術提高能源利用強度以外，開發利用可再生能源和新能源來優化能源結構。另外，重點提升具有較大減排潛力部門的產值，例如通信設備、計算機及其他電子設備制造業、通用、專用設備制造業。

關鍵詞EIOLCA；碳排放；產業結構調整；減排潛力；江蘇省

中圖分類號F062.1文獻標識碼A文章編號1002-2104（2015）04-0043-09doi：10.3969/j.issn.1002-2104.2015.04.006

自從2006年中國成為第一大碳排放國，就面臨嚴峻的國際碳減排壓力[1]。減排問題是國際氣候協議的核心問題，從某種角度看，未來國際氣候協議，實質就是全球協同減排的制度安排[2]。在2011年德班氣候大會上中國明確承諾將落實減排行動，并在“十二五”規劃中針對節能減排制定了詳細目標，到2015年實現單位GDP二氧化碳排放下降17%的目標。而江蘇省作為中國經濟最發達省份之一，在其“十二五”規劃中也做出節能減排承諾，即2015年單位GDP能耗下降18%的目標。為實現“十二五”減排目標，江蘇省采取措施除了推進節能降耗、發展低碳經濟之外，首要任務是加快轉變經濟發展方式，促進產業結構升級。因此，需要對當前各行業碳排放量以及碳減排潛力做出正確估算。

1文獻綜述

碳排放強度與產業結構演化之間存在倒“U”字形曲線關系。發展模式轉變和產業結構調整取得實質性成效是實現2020年減排目標的前提[3]。通過對當前產業結構背景下碳排放核算是實現低碳化產業結構調整的前提。目前碳排放核算有兩種：一方面是以生產者視角的碳排放清單核算框架為主。此方法主要是利用IPCC核算體系，針對行政區邊界內部的各部門的估算直接碳排放[4-6]。京都議定書按照此類核算標準，制定國際碳減排責任，但這種方法僅計算國家行政區內的碳排放，忽略了國際間碳轉移和經濟部門間復雜的供應交錯現象，對碳減排責任有失公平[7-9]。另一方面，消費者負責視角的碳排放研究得到越來越廣泛關注，尤其在研究國際貿易中的碳泄露問題運用較為普遍[10-13]。投入產出分析方法將生產者視角與消費者視角納入同一核算框架下，追蹤整個經濟系統的直接和間接碳排放，基于此提出了碳足跡概念[14]。已有學者運用碳足跡研究了中國[15-17]、美國[18]、澳大利亞[19]、悉尼[20]等國家的國際貿易的隱含碳問題。

目前就產業結構調整與碳排放間的研究，主要有兩方面的研究成果。一方面利用結構分解方法分析產業結構的變動對總體碳排放的影響。張旺等利用LMDI分解技術研究了北京能源消費排放CO2增量增長的驅動因素，認為產業結構調整和能耗結構變化對產業碳排放變動影響較低[21]。徐成龍等采用同樣的方法對山東省產業結構調整對碳排放的影響進行分析，并進行預測[22]。他認為工業比重下降一個百分點所對應的CO2排放量減少78.6×104-83.7×104 t。另一方面，通過目標約束來調整產業結構，實現對碳排放量的約束。原毅軍等基于GTAPE模型分別從經濟增長、節能減排、產業結構最優三種產業結構調整目標來分析對二氧化碳排放量造成的影響，認為政府應當出臺綜合性政策來實現產業結構優化與碳排放量降低[23]。牛鴻蕾等建立投入產出多目標優化模型，借助多目標遺傳算法詳細測算了中國產業結構調整的碳排放效應。但是，以往研究都是將產業結構調整作為政策措施，宏觀分析其變化帶來的碳排放效應，沒有涉及微觀的具體行業如何調整的問題[24]。

將經濟投入產出模型與生命周期理論結合的方法即經濟投入產出生命周期評價（EIOLCA）是碳足跡核算框架下分析計算微觀部門生產全過程隱含碳排放的有效方法之一，也是從微觀視角研究產業如何進行合理調整的科學手段。Shui and harriss利用經濟投入產出生命周期評價軟件計算了美國出口到中國的隱含碳排放量[25]，國內學者唐建榮等運用EIOLCA方法對江浙滬地區隱含碳排放進行估算，并分析其地區差異[26]。而運用EIOLCA方法從部門層次開展隱含碳的研究在國內還較為薄弱[27-29]。鑒于此，本文對江蘇省各行業部門從生產到供應鏈再到消費環節的隱含碳進行分析，在此基礎之上探討產業結構調整的碳減排潛力，為江蘇省科學制定減減排政策提供理論參考。

2數據來源與研究方法

目前主要的能源有化石能源、生物質能、太陽能、核能、風能、電能等。考慮到當前江蘇省的碳排放主要源于一次性能源的消費所致。因此，本文僅以煤、石油、天然氣等一次性能源計算其碳排放。研究采用2010年江蘇省統計數據，其中，各種能源消費數據來自于《中國能源統計年鑒》江蘇省能源平衡表。部門投入產出數據來自于2010年江蘇省投入產出延長表。本文采用42部門投入產出表，并結合能源平衡表，調整合并最后確定為29個部門（見表1）。

基于能源消費的碳排放計算采用IPCC推薦計算方法，其中的碳排放因子采用國家科委氣候變化項目（煤0.726，石油0.583，天然氣0.409）。除此之外，本文利用經濟投入產出模型與生命周期理論模型相結合，計算了產業生產鏈過程的隱含碳排放，并構建碳減排潛力預測模型。

2.1EIOLCA模型

B=R（I-Ad）-1Yd（1）

式中：B為各部門的能源消費CO2排放矩陣，bij為B中元素（i為產品生產或服務提供部門的序號，j為產品或服務部門的序號，i=1，…n，j=1，…，.n，n為投入產出表中的部門數）；B的各行向量之和表示部門i在產品生產或服務過程中之間碳排放量，列向量之和表示部門j在生產中因使用部門i的產品或服務產生的隱含碳排放；R為對角矩陣，表示各個部門的直接能源消費碳排放強度，對角元素為Ri；（I-Ad）-1為列昂惕夫逆矩陣，反映了經濟的中間投入產出結構以及生產技術水平，其中I為單位矩陣，Ad為國內投入部分的直接消耗系數矩陣，采用“比例等同法”得到[7]；aij為A的元素，表示第j個部門增加一個單位的最終需求時所需要的i部門的產出。本文中以2010年江蘇省非競爭投入產出表中j部門對i部門產品或服務的直接消耗系數；Yd為對角矩陣，剔除進口部分的最終需求量，對角元素Yj表示j部門產品或服務的最終需求量（包括居民最終消費量、政府最終需求量、資本形成與出口量）。

3研究結果

3.1基于能源消費的直接碳排放計算

通過IPCC核算方法，對江蘇省細分行業一次性能源消費引起的直接碳排放進行估算。來自于能源消費碳排放總量為203.12×106 t，其中部門w（電力、熱力的生產和供應業）是最大的排放部門，為總體碳排放貢獻50.58%（102.74 ×106 t）。2010年江蘇省單位GDP能耗為0734，如果要實現在“十二五”節能減排規劃中單位GDP能耗下降18%的目標，從直接碳排放來看，電力行業是碳減排潛力最大最關鍵的部門。由于大量的化學工業產品生產，部門l（化學工業）是能源消費碳排放的第二貢獻者，占總體碳排放的965%（20×106 t），部門n是第三貢獻者，碳排放量為1892×106 t，占總體碳排放的931%。但是，從圖1可以看出直接碳排放強度與碳排放總量之間不成正比。煤炭開采洗選業自身能源消費碳排放量較低，但是其具有最高的直接碳排放強度5046 9，其次是電力熱力生產供應業直接碳強度2956 8，石油加工煉焦、及核燃料業0921 9（見表2）。碳排放強度高的部門均是基礎性能源部門，這與整個中國以煤炭能源為主要生產系統的能源利用結構有關系，降低能源消費引起的碳排放量需要調整能源利用結構，大力發展清潔能源和新能源，例如地熱能、潮汐能、太陽能等。能源消耗引起的碳排放不能夠反映生產部門之間的碳排放分配情況，因此，中間生產與服務引起的在各個部門的碳排放不容忽視。

3.2生產鏈視角的隱含碳排放計算

采用投入產出全生命周期評價方法從生產視角分析來看，間接的碳排放為38430 1×106 t，以生產總體碳排放量進行排序，排名前3的部門別分是電力、熱力生產和供應業（部門w，15183×106 t）、煤炭開采和洗選業（部門b，8099 8×106 t）、石油加工、煉焦及核燃料加工業（部門和12.22%（見圖2）。這幾個部門均處于生產鏈上游的能源供應部門，為其余下游部門的生產提供能源來源，與其余產業聯系密切，因此，制定減排任務時不僅要考慮部門自身的碳排放，而且綜合考慮其間接的為其余部門轉移排放的碳排放。從整個生產鏈的碳累積效應來看，紡織業（部門g）、服裝生產制造業（部門h）、工藝品制造業（部門u）等部門因處于產業鏈上游，碳排放在總體碳排放中占較低比例。因此，依據各行業產值對經濟增長貢獻程度，淘汰落后的高污染高排放行業，提高生產鏈之間對接技術，降低生產過程能源消耗碳排放。另外，金屬冶煉及壓延業（部門n）、化學工業（部門l）的碳排放也較高，分別為35474×104 t和33805×104 t，分別占總體碳排放的923%和88%。與電力、煤炭、石油行業相比，雖然對總體碳排放的貢獻較小，但是與其余的下游生產鏈部門相比，碳排放也是貢獻較大的部門。在保證江蘇省經濟平穩增長的同時，限制產能過剩行業發展規模，轉變經濟增長方式，促進產業結構升級。

電力、熱力生產工業供應業的一次性能源消費直接碳排放和間接碳排放都遠高于其余部門，這與其余部門的能源需求有關。因此，對電力、熱力部門的總體碳排放進行碳排放來源分解（見圖3）。通信設備、計算機及其他電子設備制造業（部門s，934.19×104 t）對電力部門的碳排放貢獻最大，占電力部門碳排放總量的61.53%；其次是化學工業（部門l，193.6×104 t）對電力部門碳排放貢獻12.75%，通用專用設備制造業（部門p）、電子機械及器材制造業（部門r）的貢獻也不容忽視，分別占7.13%和6.3%。江蘇省節能規劃要求到2015年，全省規模以上工業單位增加值能耗比2010年下降20%以上。因此，對于電力行業而言，不僅就電力行業本身發展高參數、大容量燃煤機組和天然氣燃氣—蒸汽聯合循環發電機組來降低能源消耗碳排放；而且針對碳排放貢獻較大的部門設置減排計劃，提高計算機制造業及其電子機械制造業的生產技術，化學工業繼續推廣煉油、乙烯生產節能工藝技術，推進大型煉化企業能源中心建設，加強余熱余壓回收利用。 紡織業（部門g）、儀表儀器制造業（部門t）雖然貢獻不顯著，但是在生產鏈中扮演了重要角色，要減低整體工業部門的碳排放，需要對生產鏈上的各個部門都實施減排措施，才能達到減排目標。

3.3消費需求視角的隱含碳排放計算

由于部門j在生產過程中會利用其余部門的產品或服務，而部門j也是因為不同的消費需求刺激其生產而為其服務。所以該部門因為最終需求引起的碳排放與該部門直接有關系，同時也與其余相關部門有關。本文從居民消費需求、政府消費需求、資本形成、出口需求等方面對江蘇省需求視角的碳排放進行估算。2010年江蘇省各部門最終需求引起的總體碳排放為66.47×106 t，如圖4所示，其中出口隱含碳在各個部門消費碳排放中所占比例都較大，占總體碳排放的90.62%，其中紡織業（部門g）、通信設備制造業（部門s）等部門是引起出口碳排放對總體碳排放的貢獻最大部門。資本形成引起的碳排放為4.1×106 t，占需求碳排放的6.17%，部門p（通用、專用設備制造業）、部門r（電氣機械及器材制造業）、部門s（通信設備、計算機及其他電子設備制造業）是資本形成引起碳排放中較為顯著的部門。另外，居民消費和政府消費引起的碳排放分別占總體隱含碳的2.96%和0.3%，隨著江蘇省對外開放程度的加深，對外貿易成為經濟增長的主要貢獻者，必引起更多的碳排放。

從各個部門對總體隱含碳貢獻來看，通信設備、計算機及其他電子設備制造業（部門s）隱含碳排放達28.97×106 t，占總體隱含碳的43.58%，其次是金屬冶煉及壓延加工業（部門n）隱含碳排放為隱含碳貢獻11.46%（7.62×106 t），交通運輸設備制造業（部門q）和紡織業（部門g）對隱含碳貢獻分別為11.31%和11.06%。但是這幾個部門的間接碳排放強度反而較低（見圖4），煤炭開采洗選業和電力、熱力供應業的間接碳排放總量與間接碳排放強度也不成比例，從表2中看到，間接碳排放強度第一的是煤炭開采洗選業（5.799 5），其次是電力、熱力生產供應業間接碳強度為5.315 5，非金屬礦物制品業的間接碳排放排名到14，但是其間接碳排放強度為1.255 7，排名第三。說明產業結構的調整不僅取決于產業自身的經濟產出與碳排放，也要考慮該部門引起的間接經濟效應和間接碳排放。例如江蘇省伴隨著城市化不斷推進，城市建筑面積不斷擴張，需要的水泥生產也會增加，這不僅使得非金屬制造業的碳排放增加，建筑業碳排放也會增長。江蘇省散裝水泥“十二五”發展規劃認為散裝水泥量到2015年達到130×106 t。因此，提升散裝水泥生產技術是降低水泥生產過程碳排放的有效方式之一。

3.4碳減排潛力分析

根據公式（4）和（5）分別計算碳減排效應與減排總量，結果如圖5所示。碳減排效應與碳減排總量之間沒有直接的聯系，在產值變化1%的情景下，煤炭開采與洗選業的碳減排效應最高，減排效應達到了3.31 t/104元，其次分別是電力、熱力生產供應業（1.58 t/104元）、石油加工、煉焦及核燃料加工業（0.94 t/104元）、非金屬礦物制品業（0.63 t/104元）、非金屬礦及其他礦采選業（0.64 t/104元）。碳減排總量來看，行業產值變動1%引起排電力、熱力的生產和供應業減排量達1.847 0×106 t ，此減排量占電力部門當前碳排放的1.57%。化學工業為1.280 1×106 t、金屬冶煉及壓延加工業為0.960 7×106 t、建筑業是0.618 7×106 t、通用、專用設備制造業是0.582 6×106 t。

為了分析碳減排量與減排效應均屬于高潛力的部門，將江蘇省29個部門按照其減排量和減排效應排名進行象限劃分，其中X軸表示減排效應，Y軸表示減排量，以各自排名的第十五名作為劃分原點（見圖6）。定義減排潛力為三個等級（第一、第二、第三），第一象限是減排效應與減排量都較低的部門，屬于第三減排潛力；第二象限是減排效應高、減排量低的部門，屬于第二減排潛力；第三象限減排效應和減排量都較高的部門，屬于第一減排潛力部門；第四象限與第二現象含義相反，減排效應低、減排量高，屬于第二減排潛力部門（見表3）。

的9個部門，分別是電力、熱力的生產和供應業（部門w）、煤炭開采與洗選業（部門b）、金屬冶煉及壓延加工業（部門n）、化學工業（部門l）、建筑業（部門z）、非金屬礦物制品業（部門m）、金屬制品業（部門o）交通運輸、倉儲及郵政業（部門aa）石油加工、煉焦及核燃料加工業（部門k）（見圖6），說明對這幾個部門實施減排政策，不會對經濟產出產生較大影響，反而會有更大的碳減排。但是這9個部門中的4個部門（電力、熱力生產、化學工業、非金屬礦物制品業、金屬冶煉及壓延加工業）是減排量與減排效應差距不大的部門。對于金屬制品業和交通運輸、倉儲及郵政業減排量與減排效應幾乎同步，且在第一減排潛力中相對排名靠后，這兩個部門的直接碳排放強度比起間接碳排放強度較低，因此政府的減排政策應該針對其相關的上下游產業制定減排量。例如，發展先進高效運輸方式，構建物流園區，交通物流配送中心，使用清潔交通運輸工具等。

煤炭開采洗選業減排效應排名第一，但是其減排量排名15，在減排象限圖中屬于第二象限和第三現象的中間，既可以看作是具有第一減排潛力也可以看做是第二減排潛力。這主要與煤炭是多有行業的基礎性能源，消費產出量較大有關系。針對煤炭開采業的減排措施，江蘇省需要發展清潔能源和新能源，逐步提高能源使用效率，降低對煤炭能源的依賴性，從而降低來自于煤炭能源的碳排放。類似于煤炭這種能源性消費帶來的碳排放的還有部門k（石油加工、煉焦及核燃料加工業），石油加工部門自身的能源消費碳排放強度僅為0.92 t/104元，但是其隱含的間接碳排放強度為1.191 1 t/104元，間接碳排放強度排名第4（見表2），說明這些能源性部門除了提高自身的能源效率降低碳排放以外，更要降低其生產供應鏈中的碳排放，可以適當縮短供應鏈，增加產品附加值，減少供應生產過程中的碳排放。建筑業（部門z）碳減排效應排名到13，說明建筑業自身的碳排放強度相對不高，這與建筑業上游的水泥生產產業替代其排放了大量的碳排放有關系，針對此情況可以提高散裝水泥生產的技術水平，加大對散裝水泥工藝的改進力度。建筑業的碳減排量卻排名第4 ，隨著江蘇省城市化不斷推進，建筑面積不斷擴張，對建筑節能標準的制定可以有效降低建筑業碳排放。江蘇省“十二五”節能計劃預計到2015年末，全省公共建筑節能改造面積

2 000萬 m2、住宅節能改造面積達400萬 m2，為實現這一目標，需要加大綠色節能建筑材料的使用，開發可再生新能源。

第一象限包含了9個部門，分別是農林牧漁業（部門a）、石油和天然氣開采業（部門c）、食品制造及煙草加工業（部門f）、紡織服裝鞋帽皮革羽絨及其制品業（部門h）、木材加工及家具制造業（部門i）、儀器儀表及文化辦公用機械制造業（部門t）、工藝品及其他制造業（部門u）、廢品廢料（部門v）、批發零售和住宿餐飲業（部門ab），這9個部門的碳減排效應和碳減排量都較低。并且9個部門的總產出僅僅占所有行業產出的16%，與第一減排潛力的9個部門相比較，對于碳減排潛力貢獻較小，說明傳統的工業對經濟發展貢獻較低。第三減排潛力的部門是江蘇省的傳統產業部門，這些部門的直接碳排放強度與間接碳排放強度也較低。江蘇省為了刺激經濟發展，逐步淘汰傳統落后產能工業，依賴重工業提高經濟發展速度，這將會造成更大的環境壓力和產生大量的碳排放。所以，通過提高生產技術，增加產值較低行業的產品附加值例如紡織服裝制造業，實現產業結構升級。