深圳市制造業碳減排路徑研究

馬曉明 胡貝蒂 粟輝 計軍平

摘要：深圳市制造業碳排放約占當前深圳市排放總量的三分之一，制造業的減排對于全市實現碳排放峰值至關重要。文章以深圳市制造業500家企業調研數據為基礎，篩選出57項可實施的節能減排技術，分析這些技術2030年可能的減排潛力和成本。結果表明，2030年57項技術的碳減排潛力約為2 891.3萬噸CO2，其對應投資額為582.6億元。控制管理技術、注塑技術及溫控技術三類技術占潛力的三分之二。最后采用最優化數學方法進行建模，探究了深圳市制造業碳減排的最優路徑。

關鍵詞：制造業；減排潛力；最優減排路徑

為積極應對氣候變化，我國政府先后提出了一系列碳減排目標和措施。2009年11月，國務院常務會議決定到2020年單位國內生產總值二氧化碳排放比2005年下降40%～45%。2014年11月，中國政府在中美氣候變化聯合聲明中宣布，計劃于2030年左右達到碳排放峰值且將努力早日達峰。為將低碳發展的理念落到實處，深圳市在一系列重要文件中對相關目標要求做了部署?！渡钲谑袊窠洕蜕鐣l展第十二個五年規劃綱要》明確提出，“十二五”期間單位GDP二氧化碳排放量下降21%。2015年9月，深圳市政府在《中美氣候領導宣言》中宣布，力爭于2022年達到碳排放峰值。

制造業既是深圳的工業支柱，也是深圳碳排放的重要來源。2013年，深圳規模以上工業產值為2.31萬億元人民幣，其中制造業產值占比為94.4%。深圳市2013年社會總能耗為6 206萬噸標準煤，單位GDP能耗為0.428噸標準煤/萬元（2010年可比價）。其中，制造業能耗約占總能耗的三分之一，故研究深圳市制造業節能減排潛力及成本對深圳市實現碳排放峰值目標具有重要意義。

目前對于節能減排技術的減排潛力的研究則多集中于發電行業、水泥行業、鋼鐵行業等子行業，在研究制造業減排潛力時多以結構減排為主。本文將以深圳市制造業為研究對象，分析制造業節能減排技術的減排潛力和投資成本，并探索深圳市制造業節能減排路徑。

一、 深圳市制造業碳排放現狀與節能減排技術

1. 深圳市制造業碳排放現狀。根據《省級溫室氣體清單編制指南（試行）》（發改辦氣候〔2011〕1041號）以及《深圳市統計年鑒2011》計算，2010年深圳市制造業碳排放總量為3 102.8萬tCO2。其中，通信設備、計算機及其他電子設備制造業（以下簡稱“通信電子行業”）、電氣機械及器材制造業（以下簡稱“電氣機械業”）和塑料制品業的碳排放占比較大，三者合計超過制造業排放總量的50%（見表1）。各行業的間接排放（因使用電力而引起的碳排放）占制造業總排放的76%以上，化石能源直接排放占比較少。由于上述三個行業約占制造業2010年增加值總量的70%，因此本研究對通信電子行業、電氣機械業、塑料制品業進行了專門的調研，以便摸清主要行業的用能和碳排放設施。

本研究對深圳市500家制造業企業進行了調研，掌握了這些企業2010年主要耗能設施、用能結構、節能減排工作以及近期的減排計劃等信息。調研樣本企業的碳排放量分別占通信電子行業、電氣機械業和塑料制品業排放量的9.5%、9.6%和17.0%。由于調研結果表明，電力間接碳排放約占這三個行業碳排放量的90%，各行業的主要耗電設施中生產設施占60%以上，照明設施和溫控設施也占一定的比例，故對這三類設施的節能改造是深圳市制造業企業碳減排工作的重點。生產設施因為子行業工藝流程的不同，生產設施差異較大，且各企業采用的設備型號也不盡相同，對于這類特殊設施的減排主要以企業自主更換設備和生產線為主，本研究只對部分通用生產設施（如注塑機、各類機床等）的技術改造進行研究。

2. 深圳市制造業主要節能減排技術。由于傳統高耗能行業（如鋼鐵行業、建材行業和化工行業等）占深圳碳排放總量的比重較小，而通信電子行業、電氣機械業、塑料制品業等行業的排放占一半以上，故本文主要篩選出這三個行業的節能減排技術57項。這57項技術主要來源于兩個渠道。一是《國家重點節能低碳推廣目錄》、《國家重點行業清潔生產技術導向目錄》、《工業領域節能減排電子信息應用技術導向目錄》及《國家重點推廣的電機節能先進技術目錄》等國家部委發布的減排技術目錄。

二、 深圳市制造業碳減排路徑研究

1. 研究方法。在進行區域行業節能減排潛力分析時，會面臨幾十種或更多節能減排技術的選擇。本文利用搜集的技術數據和企業信息，計算技術的最大減排潛力和投資額，在此基礎上采用最優化的方法對節能減排技術進行優化求解，探究深圳市制造業節能減排的最優路徑。

（1）節能減排技術的減排潛力和投資額的計算方法。在某一特定年份，假設某項技術在其對應的設施基礎上達到最大推廣程度時，較基準情景（即技術推廣水平維持2010年水平的情景）減少的二氧化碳排放量。節能減排技術的減排潛力計算公式如式1所示。

式1中，ei為第i 項技術在全部待改造設施上的最大減排量，eei為第i 項技術對應的待改造設施的碳排放量，ai 為采用第 項技術時的減排率或節能率，常用百分數表示，表示采用某技術進行改造時較基準情景能夠獲得的節能或減排比例。設施的碳排放量的計算如式2所示，fuelij為第i 項技術對應的待改造設施消耗的第j 種能源量，yj為第j 種能源的碳排放因子。依據2020年和2030年的制造業的發展情況分別計算2020年和2030年各項技術的最大減排潛力。

對應的投資額以各項技術典型項目規模的投資額為基礎，擴大到目標年的設備規模即得目標年份深圳市制造業各項技術的投資額ci。

（2）最優化節能減排路徑模型的建立。根據技術對應設施的不同將所有技術分為溫控技術、照明技術、通用機械技術、控制管理技術、注塑機技術、數控機床技術、燃燒加熱技術、鍋爐技術、運輸技術、專用技術等10類技術，研究將以這十類技術為研究對象，假定各類技術推廣率一致，構建最優化線性規劃模型。研究將各類技術在未來生產過程中進行改造的推廣率作為決策變量，以達到一定的減排潛力為主要約束條件，并以約束條件下能夠達到的最小投資額為目標函數進行建模，以此得到各類技術選擇的最優化辦法，見式3。

式中，Ek代表第k類技術的最大減排潛力值，Ck代表第k類技術的達到最大減排時對應的投資額，Xk代表第k類技術的推廣率。

2. 數據來源與參數設定。本研究采用企業調研和資料收集的方法搜集研究所需數據。深圳市節能減排技術投資額、維護成本、減排率或節能率、節能收益、產值收益、節省原料收益、技術設備的使用年限等信息主要來自《國家重點節能低碳推廣目錄》等資料信息，各項技術當年推廣程度、對應待改造設備的能耗和碳排放量數據則來源于深圳市制造業的調研數據。

文中所用能源碳排放因子根據公式：碳排放因子=平均低位發熱量×單位熱值含碳量×碳氧化率×106×44/12進行計算，平均低位發熱量來源于《中國能源統計年鑒2010》，單位熱值含碳量和碳氧化率分別來源于《省級溫室氣體清單編制指南》表1.5和表1.7。電力排放因子依據深圳2010年耗電情況實算，取0.627 5tCO2/MWh。

《深圳市國民經濟和社會發展第十二個五年規劃綱要》明確提出“十二五”期間單位GDP二氧化碳排放量下降21%的目標。本研究假設“十三五”時期深圳市制造業單位增加值碳排放下降目標仍為21%，并假設在2021年～2025年和2026年～2030年間制造業增加值碳排放量下降目標均為20%，此情景下，2020年深圳市制造業單位增加值碳排放量較2010年下降37.6%，2030年深圳市制造業單位增加值碳排放量較2010年下降60.1%。結合對深圳市經濟和能源的預測，可以得出目標情景下深圳市制造業2020年和2030年的碳排放量分別為3 415萬噸CO2和3 289萬噸CO2。

3. 數據結果分析。

（1）節能減排技術2020年和2030年最大減排潛力及投資額。經計算，2020年深圳市制造業57項節能減排技術的最大減排潛力2 267.3萬噸CO2，其對應投資額為459.7億元；2030年深圳市制造業57項節能減排技術的最大減排潛力共計2 891.3萬噸CO2，其對應投資額為582.6億元。依據各項技術對應的設施將各項技術進行劃分，各類技術的最大減排潛力和投資額如表2所示。

控制管理類技術的減排潛力最大，占總減排潛力的30%；注塑機技術、溫控技術和通用機械技術的2030年最大減排潛力其次，分半占總減排潛力的17%、16%和16%；燃燒加熱技術的減排潛力、專用技術、照明設施、鍋爐技術、數控機床技術和運輸技術的減排潛力占比相對較小。

（2）深圳市制造業最優減排路徑。利用Matlab軟件進行最優化求解，解得各類節能減排技術在減排量目標約束下，達到投資成本最小的最優解，分別解得2020年和2030年各類節能減排技術的最優推廣率如圖3所示。2020年將注塑機技術、鍋爐技術、燃燒加熱技術、專用技術、數控機床技術、照明技術等六項技術推廣至100%，并將控制管理技術推廣到12.6%時，即可達到2020年深圳市制造業碳減排目標，且此時投資成本最小。此時，上述節能減排技術2020年的碳減排量為941.3萬噸CO2，對應投資額為145.7億元。2030年需將注塑機技術、鍋爐技術、燃燒加熱技術、專用技術、數控機床技術、照明技術和控制管理技術等七項技術推廣至100%，并將通用機械技術推廣到52.5%時，即可達到2030年深圳市制造業碳減排目標，且此時投資成本最小。此時，上述節能減排技術2020年的碳減排量為2 207.1萬噸CO2，對應投資額為400.5億元。

三、 結論與建議

本研究從深圳市制造業企業入手，選取了能夠落實到具體企業的重點節能減排技術為企業碳減排提供參考，從技術的角度分析深圳市制造業的碳減排潛力。研究給出的節能減排技術在未來的發展中將有巨大的碳減排潛力，累計得出所選57項節能減排技術2030年最大減排潛力將達2 891.3萬噸二氧化碳。從制造業節能減排技術的單位減排成本來看，許多節能減排技術不但能減少企業碳排放量，同時還能給企業帶來一定的經濟效益。

深圳市制造業企業可結合企業自身設備特點篩選節能減排技術手段，并結合技術所需成本和單位減排成本等因素考慮節能減排技術的確定，以實現企業自身的碳減排。由深圳市制造業碳減排優化路徑來看，制造業企業可優先選擇注塑機技術、鍋爐技術、燃燒加熱技術、專用技術、數控機床技術、照明技術等，此類技術一般減排量相對大，投資成本相對較低，適合企業在資金不充裕的情況下使用較少的資金進行碳減排。此外，企業在采用既有節能減排技術進行改造的同時，還可以自發探索新的節能減排技術，并予以推廣。

在企業自愿減排的同時，政府也應當采取相關政策手段，促進各生產單位積極自主的減排。深圳市碳排放權交易市場已于2013年6月18日啟動，對深圳市部分制造業企業和大型公共建筑碳排放進行約束，這即是政府的一項重大舉措。政府在推廣節能減排技術手段中也可以通過企業座談交流或者政策發文的形式，促進企業學習相關節能減排技術手段，強化節能減排意識。同時，政府還可以采取一定的激勵政策，對于深圳市制造業優化路徑中需要優先推廣的節能減排技術，政府應予以宣傳和激勵，并對于企業自愿減排取得良好效果的給與獎勵；對于某些成本投入較大的技術手段，如控制管理技術，這類技術一般需要的前期投資較大，在企業中不容易較快推廣，政府需要給與一定的補貼，促進企業順利的完成節能減排技術改造。

參考文獻：

[1] 深圳市統計局.深圳統計年鑒2014[M].北京：中國統計年鑒，2015.

[2] 張穎，王燦，王克，等.基于LEAP的中國電力行業CO2排放情景分析[J].清華大學學報（自然科學版），2007，47（3）：365-368.

[3] 王克，王燦，呂學都等.基于LEAP 的中國鋼鐵行業CO2減排潛力分析[J].清華大學學報：自然科學版， 2007，46（12）：1982-1986.

[4] 林玲，張艾莉，王虹.北京制造業結構節能減排潛力分析[J].數據，2013，（12）： 92-95.

[5] 趙陽.山東省制造業節能減排潛力及實現路徑[D].濟南：山東財經大學學位論文，2013.

[6] 葉斌.基于資源優化配置的我國電力行業碳減排成本研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學學位論文，2013.

重點項目：深圳市環境科研項目（項目號：4403012012000227）。

作者簡介：馬曉明（1962-），男，漢族，黑龍江省齊齊哈爾市人，北京大學深圳研究生院教授、博士生導師，研究方向為環境金融及環境管理；胡貝蒂（1991-），女，湖北省孝感市人，北京大學深圳研究生院環境與能源學院碩士生，研究方向為環境管理、環境金融、碳交易；粟輝（1992-），男，漢族，廣西壯族自治區桂林市人，北京大學深圳研究生院環境與能源學院碩士生，研究方向為環境管理、環境政策、環境金融；計軍平（1983-），男，漢族，江蘇省蘇州市人，北京大學深圳研究生院博士后，研究方向為應對氣候變化政策。

收稿日期：2016-08-16。