基于耗散結構視角的產業系統低碳化熵變因素分解

沈　輝，路正南

(江蘇大學 管理學院，江蘇 鎮江 212013)

基于耗散結構視角的產業系統低碳化熵變因素分解

沈輝，路正南

(江蘇大學 管理學院，江蘇 鎮江 212013)

文章利用2003—2013年中國工業部門相關統計數據和LMDI分解技術，對產業系統碳排放強度熵變因素進行分解，研究發現：我國產業系統碳排放強度下降的主要驅動因素是技術進步，其次是產業結構，能源結構效應最弱，即產業系統“技術熵”的作用強于“結構熵”。

產業系統；低碳化；耗散結構；熵變模型

0　引言

碳排放問題既關系到環境保護又關系到能源節約，減少碳排放是實現可持續發展的內在要求，也已成為全球共識。作為發展中大國，中國目前碳排放總量已位居世界第二，其中工業碳排放占到90%以上。為了實現“2020年單位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%～45%”的承諾，以及保持經濟持續發展，降低單位GDP的碳排放強度就成為我國一個重要的戰略性選擇，因此，以我國產業部門為研究對象分析影響碳排放強度變化的主要因素，成為政府部門科學制定產業發展規劃和碳減排政策的首要前提。

從系統論的角度看，產業是由相關企業或經濟元按照生產聯系進行分工合作所組成的一個復雜系統，系統內部成員以各種產品（或服務）的生產為主線，構筑了相互作用的產業鏈網組織，并通過與外界的資源交換（包括物質交換、信息交換等）保證系統的運行。也就是說，產業系統通過與外界進行物質能量交換來維持生產活動，具有典型耗散結構開放性、不平衡性、存在漲落的基本特征，而在耗散結構研究中，通常用“熵（Entropy）”這一概念來表示系統狀態，恰好與因素分解中的結構特征需求相契合，以此為基礎可以進行我國產業系統碳排放強度熵變的理論分析。因此，本文從耗散結構視角分析產業系統低碳化熵變的驅動因素，對貢獻率進行量化，旨在通過對中國產業部門碳排放強度的影響因素進行分解，明晰我國產業部門碳排放強度變化規律，探索中國特色的低碳發展之路。

1　理論基礎與模型構建

1.1理論基礎

熵變理論中“熵”的概念是由德國物理學家Clausius首先提出的，在自然科學中主要用來描述系統的有序程度。“熵”作為一個表示系統狀態的概念，其蘊含的基本思想是：當系統內部各要素之間發生相互作用，或者由于外部環境的干擾達到一定程度時，系統會出現熵值變化現象。

根據碳排放強度的定義，可以用“CI=C/GDP”來表示，其中CI表示碳排放強度，C表示碳排放量，GDP表示經濟產出。類似于耗散結構中能量傳導過程的“dS=dQ/T”，產業系統的熵變過程可以表示成“dCI=dC/GDP”，所以用熵變理論分析產業系統低碳化問題是合適的。“熵”的概念使耗散結構的表述更加科學和客觀，但是目前熵變理論在社會科學領域的應用還需進一步擴展和深化，一些文獻只是完成了根據理論來構建和驗證數理模型的工作，并沒有說明或比較系統熵變過程中各變量的影響及貢獻。為此，本文通過計算我國產業系統碳排放強度熵變因素的貢獻率大小，既彌補了現有理論研究的不足，也為實現我國產業系統的低碳發展目標指明了有效途徑。

1.2產業系統碳排放強度熵變模型構建

碳排放強度（CI）是指一段時間內的碳排放量與國內生產總值（以下簡稱GDP）的比值，表達式為：

式中，Cij為第i產業第j種能源的碳排放量；Eij為第i產業第j種能源消費量；Rij為第i產業第j種能源的碳排放系數；ESij為第i產業第j種能源消費比重，即能源結構；EIi為第i產業的能源強度；ISi為第i產業增加值占GDP的比重，即產業機構。

盡管理論上只要保證經濟增長速度高于碳排放增長速度就可實現碳排放強度的下降，但是這并不意味著隨著經濟增長，降低碳排放強度的目標就能自發實現。根據上述表達式，我國產業系統低碳化的影響因素包括碳排放因子、能源結構（ES）、能源強度（EI）和產業結構（IS）。由于各類能源的碳排放系數變化非常小，本文未將碳排放因子納入后續分析范圍。

如前文所述，產業系統是不斷變化和發展的，具有不確定性（王正明等，2012）；從耗散結構理論來分析，這種不確定性可以用“熵”來描述。產業系統碳排放強度熵變模型可表示為：

其中，CI0為某產業部門初始時刻的碳排放強度，CIT為該產業部門T期的碳排放強度。

2　研究設計

2.1研究方法

指數分解是研究事物變化特征及其變化機理的方法之一，主要包括：Laspeyres指數分解與Divisia指數分解等。本文將運用LMDI分解技術對影響系統碳排放強度熵變的因素進行分析。設指標權重ωi=(CIT-CI0)／(lnCIT-lnCI0)，則產業系統碳排放強度的熵變模型變化為：

本文將產業系統低碳化的熵變因素分解為“結構熵”和“技術熵”兩個方面。依據上文分析，用“ΔES+ΔIS”來表示“結構熵”；由于技術進步是中國能源強度下降的主要推動力（林伯強和杜克銳，2014），現有文獻大多把能源強度（利用效率）作為技術進步的代理變量（例如涂正革，2012），因此本文用ΔEI來表示“技術熵”。

2.2數據來源

我國對工業行業的統計制度較為完善，故本文選擇我國工業部門中28個行業的數據，所使用的數據來源于歷年《中國統計年鑒》、《中國能源統計年鑒》和《中國工業經濟統計年鑒》。在此對數據選取和處理過程做如下說明：（1）將國內生產總值、工業增加值等指標折算到2003年的價格水平；（2）為避免重復計算，能源消費中一次能源只統計煤炭、石油和天然氣三大類化石能源。

3　產業系統碳排放強度熵變因素解析

3.1測算結果與比較分析

我國在2003—2013年間的產業系統碳排放強度熵變因素分解結果如表1所示。分解結果顯示，技術進步的平均貢獻率為96.518%，產業結構的平均貢獻率為3.721%，能源結構的平均貢獻率為-0.238%。由此看出，技術進步對產業系統碳排放強度的影響最大，其次是產業結構，能源結構的貢獻最小且為負值。這表明技術熵在促進我國產業系統低碳化發展過程中起到了主要作用，而結構熵尚未發揮應有作用，尤其是目前的能源消費結構優化對降低產業系統碳排放強度具有較大潛力。

表1　2003—2013年中國產業系統低碳化熵變因素分解　（單位：%）

縱向來看，無論是技術熵還是結構熵，貢獻率均有升有降，但技術進步始終起著絕對的主要作用，相對而言，結構熵中的產業結構因素與能源結構因素對我國產業系統的碳排放強度的影響較小，且都存在貢獻率為負的情況。可能是由于我國產業系統中主要耗能行業的投入產出變化較小，工業部門以煤炭為主的能源消費狀態也沒有得到明顯改善，對新能源技術的開發和商業化應用較為緩慢，所以結構調整對產業系統低碳化發展的貢獻較小。

3.2分行業解析

上文從縱向角度做了分析，接下來將從產業系統的28個部門進行分行業的橫向分析，對產業系統碳排放強度熵變的行業差異進行解析，統計結果如表2所示。從技術熵對各行業的貢獻及差異來看，黑色金屬冶煉及壓延加工業對技術進步的依賴性最高，平均貢獻率達到27.51%，此外，技術進步對非金屬礦物制品業的影響也較大（24.55%）。

從產業結構熵來看，石油加工、煉焦及核燃料加工業受產業結構變化的影響非常大，平均貢獻率達到101.87%，其次為化學原料及化學制品制造業（31.00%）和化學纖維制造業（11.26%）。不過，產業結構熵對一些部門的碳排放強度貢獻率為負值，表明產業結構熵對這些行業碳排放強度的下降產生了消極影響，其中黑色金屬冶煉及壓延加工業的產業結構熵貢獻率為-65.20%，受到的負面影響最大，其次是交通運輸設備制造業和通用設備制造業，其平均貢獻率分別為-6.70%和-4.81%。

從能源結構熵來看，黑色金屬冶煉及壓延加工業能源結構熵的貢獻率最高，為30.62%，其次是非金屬礦物制品業（21.55%）。有意思的是，雖然上文對產業系統的整體分析結果表明能源結構的貢獻率最低，但是由表2的結果可以看出，能源結構熵在各行業均起到了積極的作用。并且，其作用程度與技術熵的作用程度基本保持一致，也就是說，當技術熵對某個行業碳排放強度的下降起到較大影響時，能源結構熵所起的作用往往也較大。

表2　分行業的產業系統碳排放強度熵變因素解析

4　結論與政策建議

4.1結論

基于耗散結構視角探究我國產業系統碳排放強度熵變因素，建立了由“技術熵”和“結構熵”構成的產業系統低碳化熵變模型，結合我國2003—2013年的統計數據，并運用LMDI分解技術對技術熵和結構熵的影響效應進行測度和解析，識別關鍵影響因素以及行業差異。研究結果表明：

（1）技術熵是我國產業系統碳排放強度的下降主要驅動因素，技術進步的年平均貢獻率達到96.518%，其中黑色金屬冶煉及壓延加工業和非金屬礦物制品業所受影響最大。

（2）產業結構熵對碳排放強度的下降也能起到一定的促進作用，只是影響程度相對較低，年平均貢獻率為3.721%。并且，產業結構熵對不同行業的影響存在很大差異：對石油加工、煉焦及核燃料加工業的正向影響最大，年平均貢獻率達到101.87%；對黑色金屬冶煉及壓延加工業起到的抑制作用最大，年平均貢獻率為-65.20%。

（3）能源結構熵對產業系統碳排放強度熵變所起的作用十分有限，年平均貢獻率僅為-0.238%，其作用主要體現在黑色金屬冶煉及壓延加工業、非金屬礦物制品業、化學原料及化學制品制造業和石油加工、煉焦及核燃料加工業。

4.2政策建議

（1）加快低碳技術創新，重點針對碳排放較高的行業進行技術開發。一是，加強跟發達國家的技術交流與合作，引進國際上先進的節能減排技術；二是，鼓勵和引導企業、科研院所通過產學研等方式加強自主研發力度，政府除了提供必要的財政支持，還要發揮服務職能推動科技成果的轉化以及知識產權的保護；三是，對現有生產技術進行升級和改造，提高能源利用效率。

（2）優化產業結構，扶持高新技術低碳產業。首先，大力發展現代服務業和高新技術產業，逐步扭轉目前經濟發展重工業化的局面；其次，在工業部門內部支持低能耗部門的發展，控制高碳產業特別是“重化工業”的比重，調整產業鏈向低碳化轉型；最后，淘汰落后產業，對設備落后、無法達到環保要求的企業進行清理和整頓，堅決摒棄粗放式發展的老路。

（3）調整能源消費結構，大力發展清潔能源。短期內我國很難改變以煤炭為主的能源消費格局，因此需要逐步調整目前能源結構過分依賴煤炭的局面，利用可再生能源來替代化石能源，這樣既可以緩解化石能源壓力，也能降低碳排放強度。為此，政府在調整能源消費結構時應當因地制宜地發展清潔能源，例如，在農村建立沼氣工程，在東南沿海地區發展核電，在中西部地區發展太陽能。另一方面，政府還應當建立相關的制度對發展和利用可再生能源的企業進行補貼。

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（責任編輯/易永生）

F425

A

1002-6487（2016）21-0054-03

國家自然科學基金資助項目（71173094）

沈輝（1979—），男，山東德州人，博士研究生，研究方向：可持續發展的能源戰略。路正南（1960—），男，江蘇武進人，教授，博士生導師，研究方向：可持續發展的能源戰略。