基于MRIO模型的西北地區國內貿易隱含碳排放的測算

王喜蓮 任慈宇

(1.西安科技大學管理學院，陜西省西安市，710054； 2. 西安科技大學能源經濟與管理研究中心，陜西省西安市，710054)

我國碳排放總量位居世界之首，大量增加的碳排放量和我國經濟的快速發展及其對能源的耗費密切相關。在當前經濟貿易全球化背景下，生產和消費個體分離變得日益普遍，省際和國際之間經濟貿易密切，這對各個省份的能源消耗、碳排放責任分擔等都產生了巨大的影響。西北地區作為中國能源生產聚集地，經濟發展相對落后，化石能源充當著拉動西北地區經濟發展的“火車頭”，能源產業在省際和國際存在著長期、頻繁的貿易輸出和輸入活動，這些貿易中隱含著大量的碳排放。西北地區能源輸出滿足了其他地區經濟發展需求，卻將CO2等環境污染排放留在了本地區，由此導致的碳排放責任均由生產者自己承擔，不利于我國碳減排的發展。

所謂碳排放是指空氣中排放的溫室氣體的總稱。溫室氣體的種類非常多，其中CO2排放量最高，對全球氣溫升高的影響最大，本文所指碳排放為CO2排放。隱含碳(Embodied Carbon)一詞來自《聯合國氣候變化框架公約》(UNFCCC) ，即“商品從原料的獲得、制造加工、運輸，到最后成為消費者手中的產品，整個過程所排放CO2總量”。Jiang K, Murphy D等基于Ma等所擴展的中國2007年投入產出方法，在區分了企業所有權及貿易模式的條件下，測算了我國出口貿易的隱含碳；Qiang L, Xing Z等在考慮到企業所有權差異及不同模式的前提下，運用拓展的投入產出法對中國貿易隱含碳進行了分析；馬晶梅等基于MRIO模型對中日貿易隱含碳進行了測算，并得出了結論：中國對日本存在貿易隱含碳順差，中國單位出口的平均污染量是從日本進口的5.3～7.7倍；吳開堯和楊廷干基于環境拓展的MRIO模型，使用EEBT和MRIO兩種方法對全球7個區域國際貿易隱含碳、碳轉移進行了核算。關于隱含碳的測算方法，主要有單區域投入產出法和多區域投入產出法兩種，其中單區域投入產出法對碳排放系數及能源消耗系數進行了統一性假設，導致測算結果存在一定誤差；多區域投入產出法考慮不同區域不同部門間技術的異質性，其計算結果較單區域投入產出法更加精確、科學。因此，本文選用多區域投入產出法即MRIO方法，將我國分為8個區域，對西北地區國內貿易隱含碳排放進行測算，以期明確西北地區碳排放責任，為碳減排的責任分擔提供一定的決策依據。

1 MRIO模型構建

1.1 MRIO模型簡介

多區域投入產出(MRIO)模型是以區域投入產出模型為基礎，利用相應區域信息推算不同產品區域間貿易量的一種方法。假定模型包含的區域數量為m個，每個區域的部門數量為n個，MRIO基本形式如表1所示。表1中的橫向數字表示各區域各部門產品在不同區域的不同部門和不同區域的最終需求的分配狀況；縱向數字表示各區域各部門來自不同區域的不同部門的中間投入，以及每一個區域的每一項最終需求從不同區域的不同部門的來源結構。

本文將表1中的中間投入和中間需求交叉所形成的nn矩陣設為第一象限，該矩陣為中間流量和中間消耗關系矩陣，其中每一個元素xij表示j部門消耗i部門產品的數量；橫向的最終需求mn矩陣為第二象限，由各個區域最終需求的子矩陣相加得出，表示各區域各部門產品在各區域最終需求的使用狀況；縱向最初投入為第三象限，各元素代表各區域的最初投入。

MRIO基本的平衡關系如下：X=AX+Y，經過等式變換得出X=(I-A)-1Y，其中(I-A)-1為“里昂錫夫逆矩陣”，一般也稱作“完全需求系數矩陣”。

假設

1.2 模型構建

MRIO模型分為中間消費和最終消費，投入產出的基本模型為：

Xr=Yir+Yrr+Nr-Mr

(1)

式中：Xr——r區總需求；

Yir——r區中間需求；

Yrr——r區最終需求；

Nr——r區的進口量；

Mr——r區的出口量。

本文測算的是西北地區與國內其他地區的貿易隱含碳，不考慮西北地區的國際貿易量，在此將式(1)中Nr、Mr加以修正：Nr=∑Nrs，其中Nrs為r區域調出到s區域的貿易量；Mr=∑Msr，其中Msr為s區域調入到r區域的貿易量。

式中：Err——r區滿足本區域需求的隱含碳排放；

Ers——r區調出到s區的隱含碳排放；

Fr——r區碳排放系數；

Esr——s區調入到r區的隱含碳排放；

Fs——區域s內的碳排放系數。

(5)

從消費側來看，地區r隱含碳排放總量為本區域和其他地區調入的隱含碳排放之和：

(6)

(7)

2 西北地區國內貿易隱含碳排放的測算

2.1 行業劃分與調整

本文數據主要來源于《2007年中國多區域投入產出表》，各類能源碳排放系數來自于聯合國政府間氣候變化專門委員會公布的《國家溫室氣體排放清單指南》(IPCC2006)和《中國能源統計年鑒2015》。各個部門不同種類能源的碳排放系數需要進行進一步計算。

《2007年中國多區域投入產出表》包括17部門8區域的數據，但能源統計年鑒僅劃分為6個部門。為使數據具有可比性，本文將能源統計年鑒的6部門拆分為17部門，如表2所示。

表2 能源統計年鑒部門拆分結果

2.2 能源排放系數的計算

2007年IPCC第四次評估報告顯示，溫室效應出現的主要原因是化石燃料燃燒排放出大量的CO2。為了測算各部門的排放系數，收集不同種類能源消耗量和IPCC2006提供的能源碳排放因子，計算公式如下：

(8)

式中：ei——i部門的直接CO2排放系數；

CFi——燃料i的碳排放因子，t CO2/GJ；

NCVi——燃料i的凈熱值，GJ/kt；

Di——部門j對燃料i的消費量，kt；

Oi——第i種能源的氧化率；

Yi——部門的總產出，kt。

由于所涉數據及計算量較大，本文運用Matlab R2017a通過編程對文中一些變量進行計算。

由IPCC2006年發布的《國家溫室氣體清單指南》和《中國能源統計年鑒2016》，得到各種燃料相關系數，如表3所示。

通過計算得到我國8區域17部門的碳排放系數，如表4所示。

表3 各種燃料相關系數

表4 我國8區域17部門碳排放系數

3 測算結果及分析

3.1 西北地區各部門隱含碳排放

本文根據式(2)對西北地區內不同產業部門隱含碳排放量進行計算，計算結果如表5所示。17個部門隱含碳排放總量為9.358億t，且部門間隱含碳排放量差異較大。隱含碳排放量最大的為14(電力及蒸汽、熱水生產及供應業)，高達4.3457億t，占西北地區內隱含碳排放總量的46.43%；其次為8(非金屬礦物制造業)，其隱含碳排放量為3.0528億t，所占百分比為32.62%；這兩部門所占比重達近80%，是西北地區內隱含碳排放量的主要部門。碳排放量較多的部門分別為6(造紙及文教用品制造業)、17(其他服務業)、16(商業、運輸業)、9(金屬冶煉及制品業)、2(采選業)；而其他10個部門隱含碳排放不明顯。

同理，根據式(3)、式(4)、式(5)、式(6)和式(7)分別對西北地區生產側、消費側及凈隱含碳排放進行了測算，結果如表6所示。西北地區生產側和消費側隱含碳排放總量分別為73.38億t和477.19億t，隱含碳凈流入量巨大，高達403.81億t，所以西北地區屬于碳排放凈流入區域。西北地區消費側隱含碳流入量最多的部門為14(電力及蒸汽、熱水生產及供應業)，高達179.69億t，其次分別是8(非金屬礦物制品業)和2(采選業)，流入量分別為123.02億t和103.75億t，這3部門的流入量占總量的85.17%；6(造紙印刷及文教用品制造業)、9(金屬冶煉及制品業)、16(商業、運輸業)的流入量也超過了5億t。生產側隱含碳排放部門比例基本和消費側相似，最多的部門也是14(電力及蒸汽、熱水生產及供應業)、8(非金屬礦物制品業)、2(采選業)和9(金屬冶煉及制品業)，這4部門的流入量占總量的87.8%。

表5 西北地區隱含碳排放計算結果 億t

表6 西北地區各部門隱含碳排放量 億t

3.2 西北地區隱含碳流入區域分析

本文選取西北地區隱含碳排放量較大的14(電力及蒸汽、熱水生產及供應業)、8(非金屬礦物制品業)、2(采選業)、9(金屬冶煉及制品業)部門，進一步對這4部門隱含碳流入區域進行分析。分區域隱含碳流入來源分析結果如表7所示。

表7 分區域隱含碳流入來源 億t

由表7可知，電力蒸汽熱水供應業從京津地區流入最多，為44.792億t，占該部門流入量的31.27%；其次為西南地區，流入量達到了38.460億t，占該部門流入量的26.85%；再次是南部沿海地區，占該部門流入量的16.75%。而非金屬礦物制品業產生的貿易隱含碳從西南地區流入最多，為63.632億t，占該部門流入量的51.72%；其次為京津地區和南部沿海地區，分別占該部門流入量的18.26%和8.61%。采選業隱含碳流入量最大的是東部沿海地區、南部沿海地區和西南地區，分別流入38.908億t、28.884億t和19.398億t，占比分別為37.50%、27.84%和18.69%。金屬冶煉及制品業中，西南地區隱含碳流入量最多，為12.212億t，占該部門流入量的34.84%；其次為南部沿海地區，為8.397億t，占該部門流入量的23.95%；再次為京津地區，為5.201億t，占該部門流入量的14.83%。

4 結論和建議

4.1 結論

本文采用MRIO模型從生產側和消費側分別對西北地區貿易隱含碳進行了測算，并對隱含碳流入量較大的4個部門進行分區域分析，得出以下結論：西北地區生產側和消費側的隱含碳排放分別為73.38億t和477.19億t，西北區域屬于隱含碳凈流入區域，凈隱含碳排放高達403.81億t；西北地區輸入和輸出貿易隱含碳排放量都比較大的部門有：電力蒸汽熱水供應業、非金屬礦物制品業、采選業和金屬冶煉及制品業，其隱含碳占總量的85%以上；西北地區隱含碳排放的四大部門貿易所產生的最大隱含碳流量地區為西南地區，反映出西北地區與西南地區貿易量最大。

4.2 建議

(1)在西北地區經濟發展過程中，應充分引入新技術、新發明。鼓勵企業進行技術改造，淘汰落后過時的設備和技術，提高能源的使用效率，減少能源燃燒過程中產生的碳排放。

(2)進行產業結構的優化升級，調整能源結構。鑒于西北地區經濟發展相對于其他地區比較落后，應該根據以下思路進行產業結構調整：發揮陜西關中地區的輻射帶動作用，發展關中—天水經濟區，同時利用“一帶一路”帶來的發展機遇加強與西北其他4省的經濟聯系，推動西北地區經濟整體發展；從資源粗放型向資源集約型經濟發展模式轉變，大力發展高科技產業和現代服務業，推動產業的優化轉型。

(3)通過對貿易中隱含碳排放的測算，更加清楚地劃分區域碳減排責任，將整個西北地區的貿易隱含碳排放在生產側和消費側中進行合理分擔，加強西北地區與沿海地區的交流合作，為我國的碳減排盡一份力。

(4)經過測算發現貿易隱含碳呈現由其他地區向西北地區流入的趨勢，且碳排放量比較大的行業都與能源相關，西北地區應轉變經濟發展方式，利用自身能源儲量優勢，實現經濟的可持續發展。

(5)分生產側和消費側征收CO2排放稅，激勵企業減少CO2排放，并對CO2排放量減少到一定標準的企業予以獎勵，減少碳稅的征收，以此減輕企業的負擔。