基于碳轉(zhuǎn)移的部門碳分配研究

馬 燕，張 偉

（1.南京航空航天大學(xué)經(jīng)濟與管理學(xué)院，江蘇南京 211100；2.廣州大學(xué)經(jīng)濟與統(tǒng)計學(xué)院，廣東廣州 510006）

自20 世紀90 年代以來，中國積極推進本國工業(yè)化過程。但在工業(yè)化初期，中國在追求經(jīng)濟總量增長的同時，不可避免地造成碳排放量的急劇增加，且呈現(xiàn)逐年增長的趨勢。隨著全球變暖的持續(xù)惡化，各國應(yīng)該毫不拖延地進行碳減排（Zeng 等［1］）。為了控制污染排放，中國政府提出了很多相應(yīng)的減排措施，如碳排放強度控制、碳排放額度限制等（李小勝等［2］）。2015 年巴黎全球氣候變化會議上，中國政府就承諾至2030 年我國碳排放較2005 年將減少60%～65%。碳減排已然成為全國共識。然而，隨著生產(chǎn)分割及國內(nèi)供應(yīng)鏈一體化程度逐漸提高，各部門之間中間產(chǎn)品和服務(wù)貿(mào)易逐漸增強（Meng等［3］）。產(chǎn)品在國內(nèi)供應(yīng)鏈上不同部門轉(zhuǎn)移的過程中，在帶來經(jīng)濟增長和流動的同時，也帶來了環(huán)境問題的外溢，即碳轉(zhuǎn)移。碳轉(zhuǎn)移帶來碳泄漏的問題，增加了碳減排的難度。依據(jù)部門進行碳排放權(quán)的分配研究，實現(xiàn)公平的分配已迫在眉睫（潘偉等［4］）。按照效率原則，碳排放效率高的部門將增加碳配額，否則需減少碳配額,通過這樣的倒逼機制淘汰落后產(chǎn)能，促進產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級，最終實現(xiàn)碳減排的目標。因此，分別從生產(chǎn)者及消費者原則下進行碳分配，將是本文研究的重點。

1 文獻綜述

隨著隱含在中間產(chǎn)品貿(mào)易中的碳排放規(guī)模不斷擴大，碳轉(zhuǎn)移的問題引起了很多學(xué)者的關(guān)注。關(guān)于碳轉(zhuǎn)移研究較為常用的方法是投入產(chǎn)出法（Input-Output Analysis,IOA）。IOA 是由美國經(jīng)濟學(xué)家Wassily Leontief［5］于1936 年首次提出的用于研究各行業(yè)投入與產(chǎn)出間數(shù)量關(guān)系一種宏觀經(jīng)濟分析方法,后來擴展為EE-IOA，是分析碳轉(zhuǎn)移及隱含碳排放的主導(dǎo)分析方法。現(xiàn)有研究從多個角度對碳轉(zhuǎn)移進行了分析與闡述。早先學(xué)者們主要從國際貿(mào)易的視角出發(fā)，對中國與發(fā)達國家之間的貿(mào)易碳轉(zhuǎn)移進行分析，于慧超等［6］發(fā)現(xiàn)美國通過從中國進口實現(xiàn)碳轉(zhuǎn)移，中國是凈碳轉(zhuǎn)入國家。Wang 等［7］對中國的貿(mào)易隱含碳進行了分析，認為對外貿(mào)易促進了整體經(jīng)濟增長，但也增加了中國的碳排放總量。接著國內(nèi)一些學(xué)者便將視角轉(zhuǎn)向中國區(qū)域間的碳轉(zhuǎn)移。如Sun 等［8］通過研究區(qū)域碳排放轉(zhuǎn)移的特征，發(fā)現(xiàn)中東發(fā)達地區(qū)通常有高碳排放進口及正凈碳轉(zhuǎn)移，而西部欠發(fā)達地區(qū)則主要是低碳排放進口和負凈碳轉(zhuǎn)移。張為付等［9］、孫立成等［10］、Su B 等［11］、姚亮等［12］學(xué)者也有類似的發(fā)現(xiàn)，即高碳排放產(chǎn)品從能源密集區(qū)的中西部向東部沿海地區(qū)轉(zhuǎn)移，并強調(diào)在制定各省減排任務(wù)時不能忽視碳轉(zhuǎn)移的影響。目前，少量學(xué)者針對產(chǎn)業(yè)間的碳轉(zhuǎn)移特征展開研究，如Zhou D Q 等［13］分析了碳排放在部門間的轉(zhuǎn)移路徑，發(fā)現(xiàn)碳轉(zhuǎn)移主要集中在工業(yè)部門，特別是生產(chǎn)支持型工業(yè)部門；陳紅敏［14］則對包括水泥生產(chǎn)的部門隱含碳排放進行了測算和研究。從部門間碳轉(zhuǎn)移的已有研究來看，針對工業(yè)體系的居多，其中也多是僅考慮能源消耗的碳排放。而自20 世紀90 年代以來，中國水泥產(chǎn)量一直居于世界首位，2018 年的產(chǎn)量更是高達近24 億t。因此，對中國來說，工業(yè)過程特別是水泥生產(chǎn)過程中的CO2排放是驚人的，在測算部門間碳轉(zhuǎn)移時應(yīng)給予考慮。

為了緩解環(huán)境壓力，世界各國都提出了各種對策，如碳稅及碳排放交易等。其中，碳排放分配是近幾年的研究熱點，碳排放可在不同層次上進行分配，如國家間、省域間、產(chǎn)業(yè)間及企業(yè)間等。DEA作為完善的效率評估和資源分配工具，常被用于研究一個體系下不同層次的排放配額的最佳分配，Lins等［15］將博弈論思想同DEA 模型相結(jié)合，提出了零和收益DEA(ZSG-DEA)模型。其重點是比例消減策略，這一方法常被用于碳分配研究。Chiu 等［16］通過超松弛的ZSG-DEA 模型對歐盟24 個國家進行碳分配；林坦等［17］使用該模型對歐盟21 個國家碳排放權(quán)的分配結(jié)構(gòu)進行了評價，發(fā)現(xiàn)其分配效率較低；Pang 等［18］發(fā)現(xiàn)重新分配碳排放可同時實現(xiàn)所有國家完全有效率及帕累托改進。近幾年國內(nèi)學(xué)者主要致力于區(qū)域碳分配的研究。如Yu 等［19］研究了中國碳排放的驅(qū)動因素，并通過ZSG-DEA 對2020 年碳排放提出了省際最優(yōu)配置；Wang 等［20］提出了中國2030 年碳排放配額的省級配置方案；Miao 等［21］使用非徑向ZSG-DEA 在中國不同省份分配碳排放；Zhou 等［22］通過集中式DEA 模型分別研究了空間、時間和時空分配策略下CO2排放的最優(yōu)區(qū)域分配，發(fā)現(xiàn)時空分配策略是實現(xiàn)二氧化碳排放最優(yōu)控制的更好選擇。也有一些學(xué)者對部門間的碳排放分配進行了研究。Chen 等［23］結(jié)合EBM 與ZSG-DEA 模型，分析了中國六大行業(yè)的CO2配額分配；鐘蓉等［24］采用迭代的方法對2020 年上海市六大行業(yè)的碳排放總額進行了分配；Qian 等［25］構(gòu)建了投入導(dǎo)向的ZSG-DEA 闡明中國工業(yè)部門的減排責(zé)任。

目前，國內(nèi)學(xué)者關(guān)于碳分配的研究主要集中在省際或工業(yè)體系，對整個產(chǎn)業(yè)體系中部門間的碳分配研究尚且不足，且尚無學(xué)者研究消費者原則下的碳分配。因此，本文將基于IOA 研究部門間的碳轉(zhuǎn)移，并通過零和DEA 分析生產(chǎn)者原則及消費者原則下的碳分配效率及最優(yōu)碳排放。

2 模型與數(shù)據(jù)

2.1 方法與模型

2.1.1 碳轉(zhuǎn)移測量模型

投入產(chǎn)出表可用于量化不同部門之間的聯(lián)動關(guān)系，反映各部門的投入來源和產(chǎn)出去向。具體見表1，其中，X=(I-A)-·Y，A 為直接消耗矩陣，Y 為最終需求矩陣，(I-A)-是里昂惕夫逆矩陣Cij，表示i 部門產(chǎn)品用于滿足j 部門生產(chǎn)的需求矩陣。

表1 投入產(chǎn)出表結(jié)構(gòu)

中國CO2排放主要來自兩個方面，分別是能源燃燒和水泥生產(chǎn)。能源消耗產(chǎn)生的碳排放即化石能源燃燒產(chǎn)生的碳排放，水泥生產(chǎn)的碳排放則是指水泥生產(chǎn)中因化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的碳排放。

能源消耗的直接碳排放系數(shù)：

能源消耗的完全碳排放系數(shù):

各部門能源消耗的碳排放表示為：

由工業(yè)生產(chǎn)導(dǎo)致的碳排放，本文只考慮水泥生產(chǎn)產(chǎn)生的碳排放，由于42 部門的投入產(chǎn)出表中，沒有細分的水泥制造部門，而水泥生產(chǎn)屬于非金屬礦物制品業(yè)（合并后為D10），因此將水泥生產(chǎn)的碳排放定義為非金屬礦物制品業(yè)生產(chǎn)過程中的碳排放。并根據(jù)Greenhouse Gas Protocol，將水泥生產(chǎn)碳排放系數(shù)取值為0.502 1tCO2/t 水泥。

生產(chǎn)者原則下，工業(yè)生產(chǎn)的碳排放：

工業(yè)生產(chǎn)的完全碳排放系數(shù)：

因此，各部門的完全碳排放系數(shù)為：

如表2，生產(chǎn)者原則下，各部門的碳排放為：

消費者原則下，各部門的碳排放為：

表2 碳轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)

本文消費者原則下各部門的產(chǎn)出通過經(jīng)濟流動展開研究。考慮到經(jīng)濟在部門間的流動可在投入產(chǎn)出表中直觀看出，本文對經(jīng)濟流動不再贅述，其研究方法與碳轉(zhuǎn)移原理相同。

2.1.2 零和DEA 模型

在研究帕累托最優(yōu)時的碳分配時，往往引入“零和收益”的思想。本文以規(guī)模報酬可變的產(chǎn)出導(dǎo)向模型為例進行說明。假設(shè)在生產(chǎn)系統(tǒng)中，共有n 個決策單元。其中，每個決策單元都有m 種投入變量（x）,p 種期望產(chǎn)出(y)及q 種非期望產(chǎn)出(z)。

2.2 數(shù)據(jù)來源與處理

2.2.1 可比價投入產(chǎn)出表

為扣除價格波動因素，將2015 年投入產(chǎn)出表以2010 年為基年做相應(yīng)處理。另外，由于本文僅考慮國內(nèi)各部門之間的貿(mào)易，未考慮國際貿(mào)易，因此，假設(shè)各部門作為中間使用及最終使用的產(chǎn)品中進口結(jié)構(gòu)相同且保持不變，及進口產(chǎn)品的碳排放系數(shù)與國內(nèi)相同，將投入產(chǎn)出表中的進口按照權(quán)重原則給予扣除，以消除國際貿(mào)易的影響。

2.2.2 部門的分類

由于相關(guān)數(shù)據(jù)的不可得性，本文將中國各部門進行劃分及合并。本文將中國經(jīng)濟部門劃分為25 類，如表3 所示。

表3 中國產(chǎn)業(yè)部門劃分及各部門折舊率

表3（續(xù)）

2.2.3 數(shù)據(jù)來源與處理

各部門的勞動投入數(shù)據(jù)采用《中國人口和就業(yè)統(tǒng)計年鑒》公布的城鎮(zhèn)單位各部門就業(yè)人數(shù)表示；資本投入數(shù)據(jù)參照薛俊波等［27］提供的中國各部門的折舊率(如表3)，參照永續(xù)盤存法測算，即其中K 表示資本存量，i 表示部門，t 表示年份，I 為當(dāng)年新增投資量，＆為折舊率，1-＆表示投資價格指數(shù)，參考單豪杰［28］的思路折算出以2010 年不變價格的各部門2010 年、2015 年資本存量；能源消耗數(shù)據(jù)來自于《中國能源統(tǒng)計年鑒》能源消費表中分行業(yè)各種能源的消費量；產(chǎn)出數(shù)據(jù)來自投入產(chǎn)出表；碳排放數(shù)據(jù)分別按照生產(chǎn)者原則及消費者原則通過公式進行測算。其中，單位熱值含碳量、平均低位發(fā)熱量及燃燒氧化率均參考聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）編制的《2006 年中國溫室氣體清單指南》。

鄉(xiāng)黨們又驚又喜，正準備拍巴掌，沒料想寶剛爹怒容滿面地站起，大聲呵斥道，你這臭婆娘，還毛主席愛你你愛他，不曉得怕丑。他還沒說完，又是巴掌又是笑，會場里攪成了一鍋粥。

2.2.4 指標選取與數(shù)據(jù)描述

本文以25 個部門為決策單元，以2010 年、2015 年的投入產(chǎn)出要素數(shù)據(jù)為研究樣本，統(tǒng)計描述如表4 所示。

表4 投入產(chǎn)出指標統(tǒng)計描述

從表4 可以看出，所有指標的標準差都較大，可見這個部門投入產(chǎn)出指標的離散程度都比較大，進一步說明政府部門在制定減排政策時應(yīng)考慮部門間的異質(zhì)性。

3 結(jié)果與討論

3.1 碳轉(zhuǎn)移分析

利用公式（1）—（9），本文首先測算了各部門在生產(chǎn)者原則下的直接碳排放（EC1）及消費者原則下的碳排放（EC2），并計算了各部門凈轉(zhuǎn)出碳轉(zhuǎn)出（NCE)。2010、2015 年中國各部門分別在兩原則下的碳排放如表5 所示。

表5 2010 年、2015 年中國各部門碳排放表 單位：百萬t

表5（續(xù)）

如表5 所示，2010 年25 個部門的總碳排放98.8億t，2015 年的總碳排放127.39 億t。由于2010年、2015 年的碳轉(zhuǎn)移特征相似，為了避免贅述，本文僅以2015 年的測算結(jié)果展開分析。在生產(chǎn)者原則下，碳排放量最高的3 個部門分別是D19(電力、熱力的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)，32.21 億t)、D8（石油加工、煉焦及核燃料加工業(yè)，24.87 億t）及D11（金屬冶煉及壓延加工業(yè)，20.21 億t），同時，其分別是凈轉(zhuǎn)入碳排放量最大的3 個部門，凈轉(zhuǎn)入碳排放量分別 為28.69 億t、21.93 億t 及18.78 億t。這3 個 部門共同的特點是自身能源消費量高、碳排放量高，為資源密集型部門，且D11 及D22 均處于產(chǎn)業(yè)鏈上游。在消費者原則下，碳排放量最高的3 個部門分別是D22(建筑業(yè)，47.83 億t)、D25（(其他服務(wù)業(yè)，15.15 億t）及D13（通用、專用設(shè)備制造業(yè)，7.81億t），同時，其也分別是凈轉(zhuǎn)出碳排放量最大的3 個部門，凈轉(zhuǎn)出碳排放量分別為47.35 億t、13.19億t 及7.40 億t。建筑業(yè)作為其他產(chǎn)業(yè)的強關(guān)聯(lián)部門，其在進口原材料及相關(guān)輔助產(chǎn)品等時會轉(zhuǎn)出大量的碳排放，同時，隨著我國城鎮(zhèn)化進程的推進，建筑業(yè)呈膨脹式發(fā)展，這就造成建筑業(yè)的隱含碳排放大幅增長；而其他服務(wù)業(yè)本身低能耗，卻依賴進口中間產(chǎn)品實現(xiàn)其相關(guān)服務(wù)和業(yè)務(wù)；通用、專用設(shè)備制造業(yè)則是需要深加工或精細加工的產(chǎn)業(yè)，因此也會產(chǎn)生大量的隱含碳排放。另外，D22(建筑業(yè))在消費原則下的碳排放是其生產(chǎn)原則下碳排放量的98倍，而D16(通信設(shè)備、計算機及其他電子設(shè)備制造業(yè))在消費原則下的碳排放則是其生產(chǎn)原則下碳排放量的63 倍，即這兩個部門都通過進口中間產(chǎn)品實現(xiàn)了大量碳轉(zhuǎn)出。

3.2 各部門碳分配效率評價

本文僅對2015 年的測算結(jié)果展開說明。如表6，根據(jù)公式（10），分別測算出2015 年各部門在生產(chǎn)者原則與消費者原則下的ρk'值及帕累托最優(yōu)情況下的碳排放。

不難看出，A2 較A1 有更多部門達到技術(shù)效率前沿面，即A1 下各部門的技術(shù)效率存在一定程度的低估，而在A2 下各部門技術(shù)效率水平則普遍有所提高。

在A1 下，采選業(yè)、生產(chǎn)支持型部門（如金屬冶煉及制品業(yè)，交通運輸、倉儲和郵政業(yè)等）及能源供應(yīng)業(yè)（如煉焦煤氣及石油加工業(yè)，電力、熱力的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)等）等具有較低的ρk'值，表明這些部門的碳排放過多，有較大的減排空間。而農(nóng)業(yè)、離散制造業(yè)（如食品制造業(yè)，家具制造業(yè)，機械設(shè)備制造業(yè)等）、流程制造業(yè)（如化學(xué)工業(yè)，燃氣及水的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)等）及服務(wù)業(yè)（如建筑業(yè)等）及等則有較高的ρk'值，表明這些部門具有較高的碳排放效率。

而在A2 下，采選業(yè)、生產(chǎn)支持型部門（如金屬冶煉及制品業(yè)，交通運輸、倉儲和郵政業(yè)等）、離散制造業(yè)（如紡織及服裝制造業(yè)等）實現(xiàn)了技術(shù)效率有效，而流程制造業(yè)（如化學(xué)工業(yè)，非金屬礦物制品業(yè)、金屬制品業(yè)等）則具有較低的ρk'值。可見不同原則下各部門的技術(shù)效率存在較大的差異。

表6 2015 年中國各部門值及碳分配結(jié)果

表6 2015 年中國各部門值及碳分配結(jié)果

表6（續(xù)）

圖1 2015 年生產(chǎn)者原則下各部門增減碳配額

如圖2，在A2 下要實現(xiàn)所有部門完全有效，D22（建筑業(yè)）需增加638.81 百萬tCO2，D25（其他服務(wù)業(yè)）需增加202.38 百萬tCO2，D14（交通運輸設(shè)備制造業(yè)）需增加93.48 百萬tCO2，而D19(電力、熱氣的生產(chǎn)及供應(yīng)業(yè))需減少3 186.24 百萬tCO2，D23（交通運輸、倉儲和郵政業(yè)）需減少244.79百萬tCO2，D10（非金屬礦物制品業(yè)）需減少218.98百萬tCO2。

圖2 2015 年消費者原則下各部門增減碳配額

如圖3，2010 年生產(chǎn)者原則下，第一產(chǎn)業(yè)（D1）及第三產(chǎn)業(yè)（D23—D25）需分別減少CO231.49 百萬t、329.02 百萬t，第二產(chǎn)業(yè)（D2—D22）則需增加360.02 百萬t；消費者原則下，第一、二產(chǎn)業(yè)需分別增加CO212.79 百萬t、3.89 百萬t，第三產(chǎn)業(yè)則需減少16.68 百萬t；2015 年生產(chǎn)者原則下，第一、二產(chǎn)業(yè)需分別增加CO2115.69 百萬t、315.90 百萬t，第二產(chǎn)業(yè)則需減少431.59 百萬t；消費者原則下，第一產(chǎn)業(yè)需增加CO222.24 百萬t，第二、三產(chǎn)業(yè)則分別需減少17.58 百萬t、4.66 百萬t。同時可以發(fā)現(xiàn)，消費者原則下三大產(chǎn)業(yè)的調(diào)整幅度較生產(chǎn)者原則下小，表明消費者原則下各部門的碳排放相對有效。

圖3 2010 年、2015 年兩原則下三大產(chǎn)業(yè)碳配額

4 結(jié)論與政策建議

本文通過EE-IOA 分別計算了各部門在生產(chǎn)者原則及消費者原則下的碳排放，并分析了部門間的碳轉(zhuǎn)移特征；并在此基礎(chǔ)上，通過ZSG-DEA 研究各部門在兩原則下的碳分配效率及帕累托最優(yōu)時的最優(yōu)碳排放。根據(jù)分析結(jié)果，本文得到的結(jié)論及相關(guān)建議歸納如下：

（1）隱含在中間產(chǎn)品中的碳排放規(guī)模逐漸增長，由此帶來的碳轉(zhuǎn)移現(xiàn)象也更加明顯。中國各部門碳轉(zhuǎn)移總體特征為：生產(chǎn)支持型部門（如金屬冶煉及制品業(yè)，交通運輸、倉儲和郵政業(yè)等）及能源供應(yīng)業(yè)（如煉焦煤氣及石油加工業(yè)，電力、煤氣及水生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)等）為碳轉(zhuǎn)入部門，服務(wù)業(yè)（如建筑業(yè)，批發(fā)零售業(yè)及住宿餐飲業(yè)等）及離散制造業(yè)（如化學(xué)工業(yè)，機械設(shè)備制造業(yè)等）為碳轉(zhuǎn)出部門。因此，國家在制定減排政策時，既要從總量上控制碳排放，又要有效分配至相關(guān)部門，避免部門間由于碳轉(zhuǎn)移而逃避減排責(zé)任。

（2）消費者原則較生產(chǎn)者原則下有更多部門達到技術(shù)效率前沿面，表明在考慮產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)的作用，各部門的碳排放相對有效，因此其碳配額調(diào)整幅度相對較小。2015 年生產(chǎn)者原則下6 個部門的實際碳排放高于最優(yōu)碳排放，19 個部門的實際碳排放低于最優(yōu)碳排放，第一、二產(chǎn)業(yè)需大幅度增加碳排放，第三產(chǎn)業(yè)則需大幅度減少碳排放；而消費者原則下，8 個部門的實際碳排放高于最優(yōu)碳排放，17 個部門的實際碳排放低于最優(yōu)碳排放，第一產(chǎn)業(yè)需小幅度增加碳排放，第二、三產(chǎn)業(yè)則需小幅度減少碳排放。因此，不同原則下各部門的碳分配情況有很大差異，必須把握部門間的異質(zhì)性進行有效碳分配。