經(jīng)濟(jì)增長與工業(yè)溫室氣體排放的仿真與脫鉤

鄧逸　張圣書

摘要 研究經(jīng)濟(jì)增長與工業(yè)溫室氣體排放之間的因果關(guān)系。依據(jù)湖北省溫室氣體排放清單，構(gòu)建一個系統(tǒng)動力學(xué)模型，對1991～2020年的經(jīng)濟(jì)增長和工業(yè)能源活動碳排放的互動關(guān)系進(jìn)行模擬。基于仿真得到的各變量數(shù)據(jù)，構(gòu)建一個脫鉤模型，對1991～2020年的湖北省經(jīng)濟(jì)增長和工業(yè)溫室氣體排放的脫鉤情況進(jìn)行分析預(yù)測。結(jié)果表明，兩者的關(guān)系可劃分為兩個階段。第一階段（1991～2000年）：兩者之間的關(guān)系在“弱脫鉤”和“強(qiáng)脫鉤”之間交替變動，表明這一時期工業(yè)溫室氣體排放與經(jīng)濟(jì)增長之間的關(guān)系較弱。第二階段（2001～2020年）：兩者之間穩(wěn)定為“弱脫鉤”關(guān)系，表明工業(yè)溫室氣體排放與經(jīng)濟(jì)增長之間的相關(guān)關(guān)系有所增強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：經(jīng)濟(jì)增長；工業(yè)溫室氣體排放；系統(tǒng)動力學(xué)；仿真；脫鉤

中圖分類號：S181.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2015）08-218-02

氣候變化深刻影響著人類生存和發(fā)展，是全球共同面臨的重大挑戰(zhàn)，溫室氣體排放問題也成為國際社會關(guān)注的焦點。在分析經(jīng)濟(jì)增長與碳排放脫鉤關(guān)系的文獻(xiàn)中，有些涉及到了工業(yè)。Freitas等運用對數(shù)平均權(quán)重分解法（LMDI）分解了巴西二氧化碳排放和經(jīng)濟(jì)增長之間的脫鉤關(guān)系，將經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)作為其中一項重要分解因素，指出工業(yè)部門可再生能源使用是實現(xiàn)脫鉤的第二大推動因素[1]； Andreoni等運用Sun JW創(chuàng)立的方法對意大利的經(jīng)濟(jì)增長和二氧化碳排放進(jìn)行脫鉤分析，并將碳排放重點領(lǐng)域之一的工業(yè)分為6個子工業(yè)部門進(jìn)行分析，指出GDP增長是引致工業(yè)二氧化碳排放增長的要因[2]。但是，專門研究工業(yè)增長和碳排放關(guān)系的文獻(xiàn)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(yè)增長和二氧化碳排放進(jìn)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(yè)能源消費和能源密集型工業(yè)的二氧化碳排放進(jìn)行脫鉤分析，指出能源稅和碳稅對實現(xiàn)脫鉤的重要性[4]。Ren等運用拉氏因素分解指標(biāo)分析我國有色金屬工業(yè)發(fā)展與二氧化碳排放之間的脫鉤關(guān)系，并將其分解為工業(yè)規(guī)模、能源種類、能源強(qiáng)度和能效水平等因素[5]。

國內(nèi)也出現(xiàn)了少量研究工業(yè)和碳排放脫鉤關(guān)系的研究，主要運用的脫鉤指標(biāo)有兩類。一類是運用OECD開發(fā)的DPSIR框架下的碳排放脫鉤指數(shù)；另一類是Tapio脫鉤指數(shù)。主要運用的分解方法也有兩類。一類是對數(shù)平均權(quán)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(jìn)的拉氏因素分解法，對我國制造業(yè)1995～2007年碳排放的驅(qū)動因素進(jìn)行了研究，并基于OECD碳排放脫鉤指數(shù)，指出產(chǎn)出效應(yīng)為脫鉤的主要正向驅(qū)動因素，能源強(qiáng)度效應(yīng)為主要的負(fù)向驅(qū)動因素[6]。孫耀華等基于Tapio脫鉤指標(biāo)對1999～2008年間各省區(qū)碳排放與經(jīng)濟(jì)增長之間的脫鉤關(guān)系進(jìn)行測度，指出工業(yè)領(lǐng)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(yè)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(jìn)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(yè)部門的“減排”比“節(jié)能”任務(wù)更重[8]。王強(qiáng)等利用Tapio模型對我國工業(yè)部門能源消費-經(jīng)濟(jì)增長-碳排放三者之間的關(guān)系進(jìn)行了分析，認(rèn)為工業(yè)部門能源消耗的持續(xù)增長是我國能源消耗總量增長與碳排放增長的主要驅(qū)動因子，工業(yè)部門碳排放較能源消費受經(jīng)濟(jì)驅(qū)動更加明顯，人均GDP、能源消費密度和人口等因素變動是導(dǎo)致工業(yè)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(biāo)和Tapio脫鉤指標(biāo)兩種指標(biāo)對山西工業(yè)部門工業(yè)增加值與其能耗投入及二氧化碳排放之間的關(guān)系進(jìn)行了脫鉤分析，指出山西工業(yè)部門重工業(yè)化程度不斷加深的傾向，工業(yè)部門能源消耗產(chǎn)出低的現(xiàn)狀及山西能源產(chǎn)品省外輸出的工業(yè)增長模式共同導(dǎo)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(jié)構(gòu)又導(dǎo)致了山西工業(yè)領(lǐng)域碳排放的不斷增加[10]。查建平等對我國2000～2009年工業(yè)經(jīng)濟(jì)增長與能源消費和碳排放之間的脫鉤關(guān)系進(jìn)行研究，并結(jié)合LMDI分解法構(gòu)建了脫鉤指數(shù)分解模型，提出能源效率是實現(xiàn)碳排放與工業(yè)經(jīng)濟(jì)增長脫鉤的主要推動因素，而能源排放強(qiáng)度、能源結(jié)構(gòu)以及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等是其脫鉤工作中的薄弱環(huán)節(jié)[11]。

現(xiàn)有的相關(guān)研究都是基于歷史數(shù)據(jù)展開的，是對于以往工業(yè)和碳排放關(guān)系的解釋，尚未出現(xiàn)基于預(yù)測數(shù)據(jù)對經(jīng)濟(jì)增長和工業(yè)碳排放之間脫鉤關(guān)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(quán)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(yè)溫室氣體排放占溫室氣體排放總量的70%以上，其中工業(yè)能源活動溫室氣體排放占總量的60%以上，工業(yè)生產(chǎn)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(qū)域，以工業(yè)能源活動溫室氣體排放為主要研究領(lǐng)域。二是預(yù)測方法的選擇。經(jīng)濟(jì)增長會帶來能源消費的增加，而能源消費的擴(kuò)大又反過來推動經(jīng)濟(jì)增長，需要用系統(tǒng)的觀點和綜合的分析手段，考慮不同經(jīng)濟(jì)變量之間的關(guān)聯(lián)與互動。筆者擬建立一個系統(tǒng)動力學(xué)（SD）模型，描述經(jīng)濟(jì)增長與工業(yè)能源活動溫室氣體排放之間的關(guān)系，并以此得到各變量的仿真數(shù)據(jù)。三是脫鉤指數(shù)選擇。Tapio脫鉤指標(biāo)相對于OECD脫鉤指標(biāo)對時間基期的選擇不敏感，不受統(tǒng)計量綱的影響，且對脫鉤狀態(tài)的劃分更為精細(xì)，因此筆者選擇Tapio脫鉤指標(biāo)來描述經(jīng)濟(jì)增長與工業(yè)溫室氣體排放之間的脫鉤狀態(tài)。

1 系統(tǒng)模型構(gòu)建

1.1 系統(tǒng)設(shè)定 使用系統(tǒng)動力學(xué)的專用軟件Vensim-PLE進(jìn)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(tǒng)動態(tài)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(jù)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(yè)生產(chǎn)過程、農(nóng)業(yè)、土地變化利用與林業(yè)、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(zhì)燃燒、煤炭開采逃逸、油氣系統(tǒng)逃逸4個方面。化石燃料燃燒又包括能源工業(yè)、農(nóng)業(yè)、工業(yè)和建筑業(yè)、交通運輸、服務(wù)業(yè)和居民生活等方面。筆者僅考察工業(yè)（將清單中“工業(yè)和建筑業(yè)”中的建筑業(yè)剔除，再加上能源工業(yè)，合并為“工業(yè)”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(gòu)成要素分別設(shè)為狀態(tài)變量（1個）、輔助變量（15個）與速率變量（1個）。其中GDP為狀態(tài)變量，GDP增量為速率變量，其他均為輔助變量，如圖1所示。

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

2 脫鉤指數(shù)分解模型構(gòu)建

2.1 脫鉤公式與評價標(biāo)準(zhǔn) 用工業(yè)能源活動溫室氣體（GHG）排放強(qiáng)度（ICI）來測度工業(yè)能源活動GHG排放與經(jīng)濟(jì)增長之間的脫鉤關(guān)系，脫鉤指數(shù)計算公式如下：

ICI=（IEC/GDP）t-（IEC/GDP）0（IEC/GDP）0

式中，IEC為工業(yè)能源消費GHG排放量，t表示末期，0表示基期。“脫鉤”與“復(fù)鉤”的狀態(tài)分類與評價標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

2.2 數(shù)據(jù)分析結(jié)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(tǒng)動力學(xué)模型仿真結(jié)果得到的變量數(shù)據(jù)不僅實現(xiàn)了與歷史數(shù)據(jù)的較好擬合，而且保證了數(shù)據(jù)的長期性和連續(xù)性。利用仿真數(shù)據(jù)，得到1991～2020年的湖北省經(jīng)濟(jì)增長和工業(yè)溫室氣體排放脫鉤指數(shù)及其分解結(jié)果，如表2所示。

湖北省經(jīng)濟(jì)增長與工業(yè)溫室氣體排放之間的關(guān)系劃分為兩個階段。第一階段（1991～2000年）：兩者之間的關(guān)系在“弱脫鉤”和“強(qiáng)脫鉤”之間交替變動，表明這一時期工業(yè)溫室氣體排放與經(jīng)濟(jì)增長之間的關(guān)系較弱。第二階段（2001～2020年）：兩者之間穩(wěn)定為“弱脫鉤”關(guān)系（個別年份除外，僅2006年為擴(kuò)張性復(fù)鉤），表明工業(yè)溫室氣體排放與經(jīng)濟(jì)增長之間的相關(guān)關(guān)系有所增強(qiáng)。

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