中國各行業能源消費碳排放效應的分解研究

鄧光耀 ，馬 蓉 ，張忠杰

（蘭州財經大學a.甘肅經濟發展數量分析研究中心；b.統計學院，蘭州 730020）

0 引言

為了滿足經濟發展的需要，中國對各種能源的消費量越來越大，而能源消費會產生大量的二氧化碳，中國已經成為碳排放量大的國家。根據投入和產出關系，各行業生產的產品一方面可以作為其他行業生產所需要的原料，另一方面各行業生產時也需要其他行業生產的產品作為原料，因此在核算最終產品的碳排放量時，應當將生產過程中的間接碳排放和直接碳排放加總，這個總和碳排放量被稱為隱含碳排放量。因此，從隱含碳角度，研究中國各行業能源消費碳排放的內部效應、反饋效應和溢出效應，探討降低中國碳排放量的措施是必要的。

目前，已有文獻[1-5]從投入產出角度對中國各行業隱含碳消費和貿易進行了核算。這些文獻利用投入產出法計算能源消費碳排放量的步驟如下：首先利用各種能源消費量數據乘以各自的碳排放系數得到各行業碳排放量，然后除以總產出得到直接碳排放系數，并利用直接碳排放系數乘以列昂惕夫逆矩陣從而得到完全碳排放系數，進一步利用完全碳排放系數乘以對應行業最終使用額得到完全碳排放量。

雖然已有的研究對隱含碳消費和貿易等問題進行了研究，但是沒有對各行業碳排放效應進行分解，本文借鑒Piaggio等（2015）[6]中方法，將行業碳排放效應分解為內部效應、反饋效應和溢出效應，并利用Ucinet 6軟件對碳排放的溢出效應進行社會網絡分析。

1 研究方法

1.1 碳排放的效應分解

根據國家統計局最新編制的2012年投入產出表的結構，可得：

其中，X、A、Y、O、C分別為總產出列向量、直接消耗系數矩陣、最終使用列向量、誤差項列向量和進口列向量。另外，參考中國投入產出課題組（2007）[7]以及Deng等（2015）[8]，本文定義廣義列昂惕夫逆矩陣如下：

其中，fk是第k種能源的碳排放系數（k=1，2，…，m），pik是以實物形式計算的第i個行業對第k種能源的消費量。將各行業直接碳排放系數寫成對角矩陣，并同時乘以廣義列昂惕夫逆矩陣和對應行業的最終使用列向量，可得到各行業完全碳排放量：

為了便于考察各行業完全碳排放的內部效應、溢出效應以及反饋效應，本文進一步將公式（4）拆分成如下形式：

其中，下標-i表示與行業i對應的其他行業。根據Dietzenbacher（2002）[9]、Piaggio等（2015）［6]，本文將公式（5）的廣義列昂惕夫逆矩陣改寫成以下形式：

公式（7）兩邊乘以單位行向量e，可得：

1.2 社會網絡分析

根據公式（8）所得到的n個行業碳排放的溢出效應會構成一個n×n階矩陣（其中對角線上元素0，即自身對自身的溢出效應為0），而采用社會網絡分析方法（Social Network Analysis，簡稱SNA）可以對這種n×n階矩陣形式的數據進行更好地分析，因此本文采用社會網絡分析方法對n個行業碳排放的溢出效應進行分析。

所謂社會網絡是指社會行動者以及他們之間關系的集合，本文將各行業能源消費碳排放的溢出效應所構成的網絡視為社會網絡。根據劉軍（2009）[10]，社會網絡可進一步分為1-模網絡和2-模網絡，其中1-模網絡考察的是由一個行動者集合內部各個行動者之間的關系構成的網絡，而2-模網絡考察的是由一類行動者集合與另一類行動者集合之間的關系所構成的網絡。1-模網絡和2-模網絡的區別是2-模網絡存在兩類行動者集合，而1-模網絡只有1個行動者集合，本文利用1-模網絡對n個行業碳排放之間的溢出效應進行分析。另外，以上1-模網絡和2-模網絡均可以利用Ucinet 6軟件中的NetDraw模塊生成。

2 數據說明

本文中所采用的2012年投入產出表來自于國家統計局，各行業能源消費碳排放量按照公式（3）計算，所需要的能源使用量數據來自于《中國能源統計年鑒》，考慮的能源種類包括煤炭、汽油、煤油、柴油和燃料油，參考IPCC（2006）和錢慕梅（2011）[11]，以上5種能源所對應的CO2排放系數分別為1.776、3.045、3.174、3.150、3.064。另外考慮到2012年投入產出表中的行業與《中國能源統計年鑒》的行業存在差異，本文根據行業分類標準，將對應的行業進行合并，2012年中國投入產出表中的42個行業合并后的行業個數為31個，具體行業名稱如表1所示。

表1 合并后的行業名稱

3 實證分析

3.1 各行業完全碳排放量

根據公式（4），可得2012年中國各行業完全碳排放量，如表2所示。

表2 2012年中國各行業完全碳排放量 （單位：萬噸、%）

從表2可知，2012年各行業完全碳排放量存在較大的差異，其中電力、熱力的生產和供應業（25）的完全碳排放量最大，占比為42.81%，這是因為煤炭、汽油、煤油、柴油和燃料油等能源是電力和熱力行業生產所必需，因此完全碳排放量最大。其次是石油、煉焦和核燃料加工業（11）、金屬冶煉和壓延加工業（14），分別占10.20%和9.89%。

3.2 各行業碳排放效應分解

根據公式（8），可得各行業碳排放效應的分解情況，如表3所示。

表3 2012年各行業碳排放效應的分解 （單位：萬噸）

從表3可知：（1）一般情況下，各行業碳排放的溢出效應最大，內部效應次之，反饋效應最小。由于各行業的生產存在關聯，一個行業能源消費所引起的碳排放，很大程度上不是自身生產所引起的，而是為其他行業生產提供原料所引起的。例外情況如下：煤炭采選業的內部效應大于溢出效應。（2）由于2012年中國投入產出表中金屬制品、機械和設備修理服務業（24）的最終使用等于0，因此按照公式（8）計算得到的該行業碳排放內部效應、反饋效應和溢出效應均為0。（3）從合計來看，也是溢出效應最大，內部效應次之，反饋效應最小，并且在忽略舍入誤差的情況下，內部效應、反饋效應和溢出效應三項之和與表1中31個行業完全碳排放量之和（725341.05萬噸）相等，這說明本文中的碳排放效應分解是完全分解，不存在殘差項。（4）從內部效應來看，碳排放量較多的行業有電力、熱力的生產和供應業（27657.13萬噸）、交通運輸、倉儲和郵政業（17124.83萬噸）、其他行業（9032.15萬噸）。（5）從反饋效應來看，碳排放量較多的行業有電力、熱力的生產和供應業（865.52萬噸）、交通運輸、倉儲和郵政業（474.80萬噸）、其他行業（443.00萬噸）。（6）從溢出效應來看，碳排放量較多的行業有建筑業（206239.50萬噸）、其他行業（84140.72萬噸）、交通運輸設備業（42784.53萬噸）。

3.3 溢出效應的細分

對每一個行業來說，根據公式（8）計算得到的溢出效應實際上是31×1階向量（將自身對自身的溢出效應視為0），因此本文對溢出效應進一步細分，如表4所示（以農業、交通運輸設備業和建筑業為例）。

從表4可知：（1）農業對電力、熱力的生產和供應業、石油、煉焦和核燃料加工業、化工業的溢出效應較大，分別為6937.84萬噸、2077.44萬噸、1678.86萬噸。（2）交通運輸設備業對電力、熱力的生產和供應業、金屬冶煉和壓延加工業、石油、煉焦和核燃料加工業的溢出效應較大，分別為19181.82萬噸、7852.17萬噸、3907.74萬噸。（3）建筑業對電力、熱力的生產和供應業、非金屬礦物制品業、石油、煉焦和核燃料加工業，分別為85500.49萬噸、33729.12萬噸、18007.90萬噸。

表4 農業、建筑業和交通運輸設備業的溢出效應 （單位：萬噸）

本文采用社會網絡分析方法對31個行業碳排放的溢出效應所構成的31×31階矩陣（其中對角線上元素0，即自身對自身的溢出效應為0）做進一步分析，采用Ucinet 6軟件所生成的1-模網絡如圖1和圖2所示。

圖1 31個行業碳排放溢出效應所構成的1-模網絡（數據0-1化之前）

圖2 31個行業碳排放溢出效應所構成的1-模網絡（數據0-1化之后）

圖1所生成的1-模網絡反映的31個行業碳排放之間的溢出效應實際數值，線條越粗表明溢出效應越大，另外標注的數字為對應的行業，箭頭方向表明的某個行業對另一個行業存在溢出效應。圖2輸入的數據是0-1值，本文以碳排放溢出效應的平均值664.97萬噸為截斷點，大于664.97萬噸記為1，小于則記為0，箭頭方向代表的是碳排放溢出效應的方向，例如行業6（食品和煙草業）存在對行業1（農業）的碳排放溢出（圖2中行業6到行業1的箭頭穿過行業10）。由于數據0-1化之后1-模網絡中碳排放溢出效應小于664.97萬噸的記為0，因此圖2中左邊存在部分行業無連線的情況，其中行業3（石油和天然氣開采業）、行業4（金屬礦采選業）、行業22（其他制造產品業）、行業23（廢品廢料業）、行業24（金屬制品、機械和設備修理服務業）這5個行業對其他任意一個行業的碳排放溢出效應均小于664.97萬噸，其他任意一個行業對以上5個行業也不存在大于664.97萬噸的碳排放溢出。另外，根據箭頭的數量和方向可以知道，行業28（建筑業）對其他行業的碳排放溢出效應較大，其他行業對行業2（煤炭采選業）、行業11（石油、煉焦和核燃料加工業）、行業12（化工業）、行業25（電力、熱力的生產和供應業）和行業29（交通運輸、倉儲和郵政業）存在較大的碳排放溢出效應。

4 結論與啟示

本文基于隱含碳視角，利用2012年中國投入產出表和能源消耗相關數據，對各行業能源消費碳排放量進行了系統核算，并將碳排放效應分解為內部效應、反饋效應和溢出效應。結果顯示：（1）2012年各行業完全碳排放量存在較大差異，其中電力、熱力的生產和供應業的完全碳排放量最大，其次是石油、煉焦和核燃料加工業、金屬冶煉和壓延加工業。（2）一般情況下，各行業碳排放的溢出效應最大，內部效應次之，反饋效應最小。內部效應和反饋效應碳排放量最大的行業均是電力、熱力的生產和供應業，溢出效應碳排放量最大的行業是建筑業。（3）社會網絡分析的結果表明：石油和天然氣開采行業、金屬礦采選行業、其他制造產品行業、廢品廢料行業、金屬制品機械和設備修理服務行業這5個行業對其他任意一個行業的碳排放溢出效應均小于664.97萬噸，其他任意一個行業對以上5個行業也不存在大于664.97萬噸的碳排放溢出。另外，根據1-模網絡中箭頭的數量和方向可以知道，建筑業對其他行業的碳排放溢出效應較大，其他行業對煤炭采選行業、石油煉焦和核燃料加工行業、化工行業、電力熱力的生產和供應行業、交通運輸倉儲和郵政行業存在較大的碳排放溢出效應。

根據以上結論，可得到以下啟示：（1）由于各行業碳排放量的差異較大，因此需要降低碳排放量較大的行業，例如電力、熱力的生產和供應業等行業的碳排放量是節能減排必經之路。（2）由于各行業碳排放量并不僅僅是滿足自身生產所引起的，對其他行業的溢出效應碳排放量很大，因此不能滿足于只降低某個行業的碳排放量，不降低關聯行業的碳排放量。