基于SDA 的華北地區碳排放變動及驅動因素研究

張 晴

（南京林業大學 經濟管理學院，江蘇 南京 210037）

一、引言

近年來，全球氣候變暖、冰川融化等問題愈發嚴峻，對人類可持續發展產生重大影響。中國作為負責任的大國，承諾2030 年實現“碳達峰”，并相繼出臺了改革能源獲取和利用方式、加快傳統產業部門的綠色化等一系列“碳達峰”行動方案。十三五期間，我國單位GDP 二氧化碳排放持續下降，2020 年我國碳排放強度比2005 年下降48.4%，超額完成我國向國際社會承諾的目標，但我國能源結構偏煤、能源強度較高的問題仍然存在，實現生態環境質量根本好轉以及“碳達峰”的目標任務仍然艱巨。華北地區作為我國煤炭的主產區，大量的煤炭生產使得地區碳排放連年上升，空氣污染和霧霾頻發等問題日趨嚴重。2021 年全國碳排放前五席中華北地區占到三席，地區整體碳排放占到全國的20%以上。從某種意義上說，華北地區碳減排工作的力度和速度，將在很大程度上影響著我國碳減排工作的進程。因此，了解華北地區碳排放的歷史演變，厘清華北地區碳排放變動的驅動機制對于華北地區乃至全國“碳達峰”的實現具有重要意義。

國內外學者關于碳排放的研究主要集中在碳排放核算、碳排放影響因素兩個方面。

第一，關于碳排放核算主要采用能源消耗法、生命周期法、投入產出法等研究方法。能源消耗法是一種基于能源平衡表的自上而下的碳排放測算方法，計算公式為碳排放量=分燃料類型的能源消耗（實物）量×二氧化碳排放因子。如佟家棟和馮祥玉（2022）[1]、張恒碩等（2022）[2]分別采用能源消耗法對中國各產業、中國八大地區農村的碳排放進行核算；生命周期法主要通過獲取產品在生命周期內所有輸入或輸出數據得出總的碳排放量[3]，如勵汀郁等（2022）[4]采用生命周期法對我國奶牛產業等的碳排放進行核算，Blanco 等（2020）[5]采用生命周期法對歐盟能源系統2050 年要實現的碳減排目標進行評估；投入產出方法通過投入產出表計算列昂惕夫逆矩陣[6]，從而變換得到產品投入與產出之間的對應關系，并結合各部門的碳排放數據，計算各部門向終端用戶生產產品或提供服務而在整個生產鏈上產生的碳排放量，該方法的優點是不僅可以測算出最終產品的碳排放，還可以測算該產品在各個生產環節中的隱含碳排放，如Su 等（2017）[7]、吳立軍和田啟波（2022）[8]等分別使用投入產出方法對新加坡、中國各地區等區域的碳排放進行核算。

第二，關于碳排放影響因素的研究主要采用結構分解方法和計量經濟方法。前者主要通過分解模型探討經濟規模、產業結構、能源結構、人口等因素對碳排放的影響，常用的模型包括IO-SDA[9]模型等；后者主要通過計量經濟學和統計學模型對二氧化碳排放量的影響進行定量分析，常用的模型包括隨機影響回歸模型[3]、向量自回歸模型[10]、廣義矩估計模型[11]等，相關因素涉及經濟發展、自然狀況、科技水平（比如綠色技術創新等）[12]、產權制度[13]等幾個方面。

以上兩個方面前人研究相對充分，但大多是對全國層面或者行業層面的碳排放進行研究，對能源型地區分行業碳排放時空變化特征的研究還存在不足，除此之外，將能源消耗法和IO-SDA 方法結合可以更加準確地測算出能源型地區的碳排放變化成因。因此，本文以華北地區為研究對象，以能源消耗法、IO-SDA 方法為研究方法，對2007—2017 年華北地區碳排放變動及其驅動因素進行分析，以期找到華北地區碳排放變動的主要成因，進而提出相關政策建議。

二、數據來源與研究方法

（一）數據來源

本文所使用的能源相關數據來自《中國能源統計年鑒2008》《中國能源統計年鑒2013》《中國能源統計年鑒2018》，單位熱值含碳量、碳氧化率等數據來自《省級溫室氣體清單編制指南》等，投入產出表編制相關數據來自2007 年、2012 年、2017 年華北地區三省兩市共計15 張投入產出表（省級投入產出表最新更新到2017 年）。

（二）研究方法

1.區域碳排放的核算。借鑒張曉梅和莊貴陽（2015）[14]關于碳排放的計算方法，假設各行業消耗的能源折二氧化碳排放系數一致，因此各行業的碳排放量可以用公式（1）表示。

式（1）中，Pj代表各行業的碳排放量，j 代表行業，e 代表第e 種能源，ALHVe表示各能源的平均低位發熱量，QCe表示各能源的單位熱值含碳量，CORe表示各能源的碳氧化率。

2.投入產出表的處理。選取2007 年、2012 年、2017 年華北地區三省兩市42 部門投入產出表，參考潘文卿和李跟強（2017）[15]對投入產出表部門的處理規則，結合各部門碳排放的特征，編制10 部門非競爭型投入產出表。首先，由于省內生產、國內省外生產和國外生產的中間投入具有不完全替代性，因此本文借鑒張友國（2010）[16]的比例拆分法，將中間投入拆分為省內產品中間投入、省際產品中間投入和進口產品中間投入；其次，將原始42 部門投入產出表合并成10 部門，其中，01 代表農業，02 代表采掘業，03 代表輕工業，04 代表重化工業，05 代表金屬冶煉加工和重型機械產品，06 代表電力蒸汽熱水、煤氣自來水生產供應業，07 代表建筑業，08 代表商業，09 代表運輸業，10 代表其他服務業；最后，將計算得到的各部門碳排放數據納入投入產出表，最終可以得到華北地區三省兩市2007 年、2012 年、2017 年非競爭型環境投入產出表，進而得到華北地區2007 年、2012 年、2017 年非競爭型投入產出表。

3.碳排放變動的SDA 分解。借鑒陳錫康和楊翠紅（2011）[17]關于污染物產生系數的測算方法，利用列昂惕夫逆矩陣：

那么最終需求為：

定義c 二氧化碳直接排放系數行向量，公式為：

那么基于最終需求的碳排放為：

其中，c 為二氧化碳直接排放系數行向量，B 為列昂惕夫逆矩陣，Fw為各行業最終需求的對角陣。

那么二氧化碳排放的變動為：

參考Vaccara 和Simon，本文采用兩級分解法進行分解，即：

又最終需求由消費、投資、凈出口、凈國內省外流出構成，因此：

式（8）中，C、I、NE、NFPV 分別為消費、投資、凈出口、凈國內省外流出的對角陣。

因此某地區二氧化碳的變動最終可以分解為：

三、結果與分析

（一）基于生產的華北地區碳排放核算結果

2007—2017 年，華北地區基于生產的碳排放由133 080.38 萬噸上升至187 146.76 萬噸。分行業來看，如圖1 所示，“電力蒸汽熱水、煤氣自來水生產供應業”和“金屬冶煉加工和重型機械產品”是華北地區碳排放的主要貢獻部門，兩者合計碳排放占總體碳排放的65%以上。從變化趨勢來看，金屬冶煉加工和重型機械產品、電力蒸汽熱水、煤氣自來水生產供應業、其他服務業、商業、農業生產中所產生的碳排放逐年上升，而重化工業、運輸業、采選業、建筑生產過程中所產生的碳排放在2007—2012 年上升，2012—2017 年出現下降。

圖1 2007—2017 年華北地區各行業碳排放量

（二）華北地區二氧化碳排放系數測算結果

單純使用碳排放總量代表一個地區的碳排放水平較為片面，因此我們引入二氧化碳排放系數的概念[17]。二氧化碳排放系數指單位總產出二氧化碳排放量，該數據是在常用的碳排放強度的基礎上，將產品生產過程中中間投入產生的碳排放納入核算范圍，計算中間投入和增加值合計增加一個單位所帶來的二氧化碳排放增加量。如表1 所示，2007—2017 年間，華北地區二氧化碳排放系數整體呈現下降趨勢，由2007 年的1.204 2 噸/ 萬元下降至2017年的0.762 1 噸/萬元，下降了36.72%。分行業來看，電力蒸汽熱水、煤氣自來水生產供應業（04）始終是華北地區二氧化碳排放系數最高的行業，2017 年電力蒸汽熱水、煤氣自來水生產供應業的二氧化碳排放系數甚至已經達到排放系數最低的輕工業的125倍，這也是電力蒸汽熱水、煤氣自來水生產供應業是華北地區碳排放主要貢獻部門的原因之一。觀察各行業排放系數變化趨勢，除農業以外，其他9 個行業的二氧化碳排放系數在2007—2017 年均出現了下降，但下降趨勢及下降幅度不盡相同，重化工業（04）、電力蒸汽熱水、煤氣自來水生產供應業（06）、建筑業（07）、商業（08）、運輸業（09）5 個行業的二氧化碳排放系數持續下降，其他4 個行業出現先下降后上升趨勢。

表1 2007—2017 年華北地區各行業碳排放系數（噸/萬元）

（三）基于最終需求的華北地區碳排放變動因素分解

SDA 分解結果如表2 所示，2007—2017 年華北地區基于最終需求的碳排放上升了5582.17 萬噸，2007—2012 年上升幅度較小，2012—2017 年上升幅度較大。各驅動因素在不同時間段對碳排放變動的貢獻程度不同。2007—2012 年華北地區的碳排放變動主要由固定資產投資、消費和凈國內省外流出引致，而二氧化碳系數變動、經濟技術系數變動、凈出口變動抑制了二氧化碳的上升，其中，固定資產投資的上升是碳排放上升的主要成因，對地區碳排放變動的貢獻高達1959.69%；2012—2017 年，由固定資產投資引致的碳排放變動逐漸下降至負值，而由經濟技術系數變動引致的碳排放不降反升，這與地區工藝變動或者價格變動導致的中間產品的相互替代有關，中間投入品的生產向二氧化碳排放系數較高的產品偏移，由此引致的二氧化碳排放上升。總體來看，消費和固定資產投資是華北地區碳排放上升的主要因素，兩者對碳排放變動的貢獻分別為361.69%和255.97%，而二氧化碳排放系數和經濟技術系數的變動在一定程度上緩解了碳排放的上升。

表2 各因素對華北地區碳排放的影響及貢獻率

分行業來看，2007—2017 年，建筑業（07）、其他服務業（10）、運輸業（09）、金屬冶煉加工和重型機械產品（05）、輕工業（03）、農業（01）、商業（08）7 個行業的最終需求引致的碳排放上升，而重化工業（04）、電力蒸汽熱水、煤氣自來水生產供應業（06）、采掘業（02）3 個行業的最終需求產生的碳排放下降。其中，重化工業是碳排放下降最多的行業，這與地區的產業結構調整及節能減排管制有關。考慮7個碳排放上升的行業，由建筑業最終需求產生的碳排放上升最多。由表3 可以看出，二氧化碳排放系數變動、經濟技術系數變動和消費變動均對建筑業碳排放產生負向影響，而固定資產投資變動、凈出口變動和凈國內省外流出變動對建筑業碳排放產生正向影響，尤其是固定資產投資變動，對華北地區建筑業碳排放變動的貢獻率高達183%，是建筑業碳排放上升的主要驅動因素；其他幾個行業大都由消費變動引致。值得注意的是，2007—2017 年碳排放強度變動效應對商業（08）碳減排效果明顯，貢獻率高達-2 075.94%，但仍舊難以抵消消費增加帶來的碳排放的變動。

表3 2007—2017 年華北地區各行業碳排放變動成因分解（萬噸）

分地區來看，除北京市在2007—2017 年碳排放下降以外，其他地區均有所上升。具體來看，北京市2017 年碳排放比2007 年減少2 862.34 萬噸，下降幅度高達64.75%，這與北京市持續開展產業結構調整和能源結構優化等策略相關。河北是推動華北地區碳排放增加的主要省份，碳排放增加占地區總體碳排放增加的62.58%。究其原因，河北省碳排放的上升主要由消費和固定資產投資推動，兩部門對河北省碳排放的貢獻率分別為82.96%和79.73%，二氧化碳排放系數變動效應和國內省外流出變動效應在一定程度上緩解了河北省碳排放的增加，但難以改變整體碳排放變動的趨勢。

表4 2007—2017 年華北地區各省份碳排放變動成因分解

四、結論與政策建議

（一）結論

本文對2007—2017 年華北地區基于最終需求的碳排放進行了SDA 分解，結論如下：

第一，各驅動因素在不同時間段對碳排放變動的貢獻程度不同。2007—2012 年華北地區的碳排放變動主要由固定資產投資、消費和凈國內省外流出引致，2012—2017 年，由固定資產投資引致的碳排放變動逐漸下降至負值，而由經濟技術系數變動引致的碳排放不降反升，由此引致的二氧化碳排放上升。整體來看，消費和固定資產投資是華北地區碳排放上升的主要因素，而二氧化碳排放系數和經濟技術系數的變動在一定程度上緩解了碳排放的上升，這與張炎治等（2021）[9]對于全國的研究基本一致。

第二，從行業視角來看，建筑業（07）、其他服務業（10）、運輸業（09）等行業是導致華北地區碳排放上升的主要行業。

第三，從地區視角來看，河北是導致華北地區碳排放上升的主要地區，其次是內蒙古、山西、天津和北京，北京市碳排放在2007—2017 年呈現下降趨勢。

（二）政策建議

在以上分析的基礎上，本文提出以下政策建議：

第一，加快綠色低碳轉型。消費和固定資產投資是社會經濟發展中必不可少的組成部分，我們不能因為碳減排要求就完全放棄經濟發展，最好的方式就是實現綠色低碳轉型，即將長期形成的與自然生態環境對抗的生產和生活方式，逐步向生態環境友好型轉變的過程。在消費方面，城鎮和農村居民消費是碳排放的主要來源，應當倡導居民綠色消費、低碳消費；在固定資產投資方面，大量的城市基礎設施、公共設施、城市交通系統、建筑物等的投資都是碳排放的主要貢獻者，應當避免重復、無效的投資。

第二，分行業制定相關政策。各行業在社會經濟發展中的定位不同，其要求的技術、標準、工藝、參數、規范、流程、模式、設計等均有所不同，因此應當參考中國節能協會標準化專業委員會發布《化工行業低碳企業評價體系指南》《石化行業低碳企業評價體系指南》等文件對不同行業制定不同的減排要求。

第三，分地區制定碳減排目標。華北地區三省兩市的發展存在較大差異，主導產業有所不同，因此在制定“碳排放水平”指標考核辦法時，需要遵循各地的發展水平、發展階段、發展主導產業，因地制宜實施考核。