雙碳目標下天津制造業(yè)碳排放雙控與能源脫鉤研究

孫振清 張 昊 戴陳彥

一、引言

改革開放以來，我國經(jīng)濟持續(xù)高速增長，同時也伴隨著能耗和碳排放量的急劇上升，成為世界上最大的碳排放國家。面對中國自身的發(fā)展要求以及國際社會中的減排壓力，習近平主席在第七十五屆聯(lián)合國大會一般性辯論上向世界提出了二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和的莊嚴承諾。實體經(jīng)濟是立身之本，制造業(yè)的發(fā)展水平?jīng)Q定著一個國家在國際分工中的競爭力。在經(jīng)濟高速發(fā)展模式下，中國成為世界總量最大的制造國，但“大而不強”的特點促使中國制造業(yè)必須走綠色可持續(xù)的高質(zhì)量發(fā)展道路，既要突出綠色發(fā)展思想，又要體現(xiàn)綠色發(fā)展理念。因此，在“雙碳”目標的約束下，制造業(yè)的減碳規(guī)劃成為重中之重，協(xié)調(diào)制造業(yè)的能耗與減排目標，理清制造業(yè)排放的驅(qū)動因素，推動制造業(yè)走經(jīng)濟與環(huán)境雙贏的高質(zhì)量發(fā)展模式成為當下的重要研究。2021年中央經(jīng)濟工作會議指出要創(chuàng)造條件盡早實現(xiàn)能耗“雙控”向碳排放總量和強度“雙控”轉(zhuǎn)變。在化石能源占據(jù)絕對主導的制造業(yè)能源體系中，能耗水平與碳排放直接掛鉤，但隨著清潔能源的發(fā)展，能耗雙控的考核需作出適當調(diào)整，因此對制造業(yè)各細分行業(yè)中能耗與碳排放之間的脫鉤研究對未來考核調(diào)整具有一定指導作用。此外，制造業(yè)細分行業(yè)多，不同地區(qū)以及不同行業(yè)的能耗種類以及用量存在差異，因此不同行業(yè)間面臨的減排壓力也各有不同。東部地區(qū)作為中國主要經(jīng)濟發(fā)展及制造業(yè)發(fā)達地區(qū)，應率先制定制造業(yè)減碳方案。天津市作為全國先進制造研發(fā)基地，制造業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展研究對我國制造業(yè)實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展具有重要指導意義。基于此，本文主要針對天津市制造業(yè)在能源轉(zhuǎn)型和技術(shù)進步的政策下能耗與碳排放之間的脫鉤情況及其驅(qū)動因素等問題開展研究，探尋天津市制造業(yè)實現(xiàn)雙碳目標的綠色高質(zhì)量發(fā)展路徑。

二、文獻綜述

在“30—60”目標提出之后，學術(shù)界圍繞中國碳排放峰值預測進行了大量研究，大多數(shù)研究都已論證中國可在2030年前實現(xiàn)碳達峰[1]。習近平總書記在十九屆中央政治局第二十九次集體學習時強調(diào)各級黨委及政府要拿出碳達峰、碳中和的時間表、路線圖和施工圖。各地政府制定碳中和路線圖首當其沖的就是保證長期引領(lǐng)我國經(jīng)濟增長同時排放占比最高的工業(yè)達峰。當前中國已進入工業(yè)高級化階段，預計制造業(yè)的排放量將首先達到峰值，否則全國范圍內(nèi)將不會達到排放量峰值。工業(yè)達峰是地區(qū)碳達峰的重要前提，而作為工業(yè)重中之重的制造業(yè)達峰又是工業(yè)達峰的前提。制造業(yè)對中國碳排放的貢獻最大，減少制造業(yè)子行業(yè)的排放對實現(xiàn)“雙碳”目標具有重要意義。在“雙碳”目標下，針對工業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級重組為高精尖制造業(yè)帶來了發(fā)展機遇，同時降低傳統(tǒng)制造業(yè)的能耗與碳排放成為經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境保護的雙贏舉措。制造業(yè)部門因其復雜性和多樣性增加了中國在2030年前實現(xiàn)排放峰值目標的復雜性和不確定性。因此，將焦點縮小到單個或少數(shù)幾個部門不足以代表不同部門之間存在顯著差異的制造業(yè)排放。基于此，多部門視角可以為制造業(yè)潛在的峰值排放路徑提供新的見解，且已有文獻尚未對制造業(yè)各部門間未來排放量進行比較分析，也沒有將“雙碳”目標規(guī)劃轉(zhuǎn)化為部門層面。關(guān)于制造業(yè)的達峰路徑的研究大致分為兩類。一類是對歷史排放趨勢進行分解研究，例如邵帥等[2]使用廣義迪氏指數(shù)對制造業(yè)碳排放驅(qū)動因素進行分解，得到投資規(guī)模是制造業(yè)碳排放增長的主要因素。另一類是對未來排放趨勢進行預測，例如Fang等[3]采用蒙特卡羅模擬方法檢驗了八個行業(yè)的環(huán)境庫茲涅茨曲線假設，深入地了解中國制造業(yè)的潛在峰值路徑。但對實現(xiàn)碳中和而言，中國碳達峰的最佳時間還存在爭議，有學者認為2030年達峰是以經(jīng)濟降速作為代價的。

在平衡經(jīng)濟發(fā)展與碳排放的問題上，經(jīng)濟合作與發(fā)展組織（OECD）最先提出了“脫鉤”的概念。自此之后，脫鉤理論被廣泛應用在多個領(lǐng)域，作為主流趨勢的對數(shù)平均迪氏分解法（LMDI）也得到了學術(shù)界的認可。根據(jù)現(xiàn)有文獻，大多是將脫鉤模型以及分解分析結(jié)合起來對整個國家以及省市的碳排放進行分析。現(xiàn)有研究結(jié)論已基本達成共識，即產(chǎn)業(yè)活動規(guī)模是導致碳排放增加的主要因素[4]。在2021年中央經(jīng)濟工作會議中提出新增可再生能源和原料用能不納入能耗總量控制，這是我國為實現(xiàn)“雙碳”目標對考核目標作出的重大改變。因此，在經(jīng)濟發(fā)展與碳排放脫鉤的影響因素達成共識后，控制目標的改變讓能源消費和碳排放脫鉤的研究繼續(xù)深入。隨著研究的深入，基于Kaya恒等式分解法中因素之間相互依賴的問題也導致了學者們出現(xiàn)了不同的結(jié)論[2]。Vaninsky等[5]提出的廣義迪氏指數(shù)分解法（GDIM）將因素分解為絕對值指數(shù)和相對值指數(shù)彌補了因素間相互依賴的不足。科技創(chuàng)新是國家發(fā)展的戰(zhàn)略支撐，在能源消費與碳排放之間的脫鉤上，節(jié)能減排的技術(shù)進步是未來碳減排的重要驅(qū)動力。然而，現(xiàn)有分解模型對技術(shù)進步因素的考慮存在欠缺[6]。同時現(xiàn)有文獻大多對驅(qū)動因素進行分析，對脫鉤關(guān)系的定量分析影響尚未完善，也很少有學者對特定部門進行深入研究，存在研究對象不具體等問題。

在化石能源所引起的一系列環(huán)境問題上，政府逐步推出了能源轉(zhuǎn)型的指導方針，導致對替代能源需求和由此產(chǎn)生的溫室氣體排放量預測的研究顯著增加。目前，已經(jīng)有一系列的方法被用于預測能源和碳排放的未來趨勢和制定政策等問題。這些方法可以分為“自上而下”和“自下而上”兩種模型。自上而下的模型更關(guān)注宏觀因素，例如Basanta K等[7]利用可計算的一般均衡（CGE）模型評估煤炭消耗和新興能源技術(shù)的技術(shù)進步，以實現(xiàn)到2030年印度以非化石燃料為基礎的能源實現(xiàn)約40%的發(fā)電量。張希良等[8]基于中國—全球能源模型（C-GEM）對能源轉(zhuǎn)型路徑的特征指標進行了不確定性分析，然而，這些模型不能詳細解釋特定技術(shù)方面。自下而上模型則可以通過特定的技術(shù)和經(jīng)濟參數(shù)對能源的使用、供應及轉(zhuǎn)換進行建模。例如Tsai等[9]基于綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化模型（MARKAL）模型，模擬臺灣地區(qū)到2050年的各種減碳目標和低碳發(fā)展情景下，采用技術(shù)和稅收措施相結(jié)合的效果。Karen等[10]基于長期能源替代規(guī)劃系統(tǒng)（LEAP）模型對拉丁美洲特大城市的工業(yè)排放進行估算以及對擬實施的方案進行經(jīng)濟分析。由于LEAP模型在替代預測、政策設置以及動態(tài)定量方面的優(yōu)勢，可以同時實現(xiàn)情景分析和能源流程圖的開發(fā)，已被廣泛應用于國家及省市[11，12]的工業(yè)[2]、電力[13]、交通[14]等領(lǐng)域的能源需求和碳排放預測中。

基于現(xiàn)有文獻，目前研究重點正在從需求側(cè)轉(zhuǎn)為供給側(cè)，從能源利用效率轉(zhuǎn)變?yōu)槟茉唇Y(jié)構(gòu)升級等問題，但基于城市層面的重點行業(yè)研究較少。天津市作為北方重要制造業(yè)中心城市，突出城市制造業(yè)立市特色，制定有針對性的制造業(yè)碳中和路徑規(guī)劃，可以為其他城市提供低碳戰(zhàn)略規(guī)劃經(jīng)驗并為京津冀協(xié)同發(fā)展帶來社會環(huán)境效益。綜上所述，本文以天津市制造業(yè)為研究對象，依據(jù)天津市城市定位及國家標準將制造業(yè)歸類為五個重點行業(yè)。基于改進的GDIM方法與Tapio模型結(jié)合，分析天津市制造業(yè)及細分行業(yè)的驅(qū)動因素及脫鉤關(guān)系，最后基于LEAP模型預測各細分行業(yè)的脫鉤情況及減排潛力，明確未來各行業(yè)的具體減排路徑，提出科學的政策建議。

三、模型構(gòu)建與變量選取

（一）制造業(yè)行業(yè)分類

天津市碳排放達峰時間取決于一次能源活動的碳排放達峰，而能源碳排放達峰又取決于以消耗化石能源為主的制造業(yè)。目前天津市已提出碳達峰目標且力爭提前實現(xiàn)目標，但各行業(yè)達峰時間以及峰值暫時沒有明確規(guī)劃，因此本文針對天津市制造業(yè)各細分行業(yè)減排的責任分配及路徑進行研究。

“十三五”期間，天津市以產(chǎn)業(yè)鏈作為核心，調(diào)結(jié)構(gòu)、促轉(zhuǎn)型，制造業(yè)立市的成效開始顯現(xiàn)。《天津市制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展“十四五”規(guī)劃》明確提出要堅持制造業(yè)立市，全面增強全國先進制造研發(fā)基地的核心競爭力，加快構(gòu)建“1+3+4”現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)業(yè)體系①。因此，天津市制造業(yè)分為五個細分行業(yè)，分別是高技術(shù)產(chǎn)業(yè)、裝備制造業(yè)、消費品加工業(yè)、石油化工業(yè)、鋼鐵冶金業(yè)（見表1）。

表1 天津市制造業(yè)細分行業(yè)分類明細

（二）理論模型與變量選取

1.LEAP模型

LEAP模型由斯德哥爾摩環(huán)境研究所開發(fā)，是一種廣泛用于能源政策分析和氣候變化緩解評估開發(fā)的基于情景的綜合建模軟件。對于模型的構(gòu)建，必須考慮到基準年份和未來年份，能耗和碳排放的預測則是根據(jù)主要活動的增長率確定。本文主要考慮基準年內(nèi)的生產(chǎn)活動、能耗類型以及排放因子，以2020年為基期，以2021—2060年為預測期，碳減排潛力預測為情景之間對比，得到不同減排情景下的碳減排潛力。

情景分析法由于可預測未來能源及碳排放的某些趨勢而得到廣泛應用。同時由于可以反映出新能源的發(fā)展趨勢并與傳統(tǒng)分析形成對比，更有利于以能源結(jié)構(gòu)升級為出發(fā)點的經(jīng)濟—社會—環(huán)境的政策制定。因此，本文采用情景分析法對天津市制造業(yè)能源結(jié)構(gòu)及碳排放趨勢進行模擬預測，考察不同情況下能耗情況及碳中和路徑的變化。

基于有關(guān)文獻整理及相關(guān)政策，本文建立四個情景（基準、能源效率提升、能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化）以便于選擇各行業(yè)合適的減排路徑。情景設定中參考了《中國制造2025》（見表 2）。

表2 天津市制造業(yè)未來發(fā)展情景參數(shù)

2.GDIM模型

根據(jù)GDIM模型，構(gòu)建天津市制造業(yè)碳排放及其影響因素表達式如下：

其中，C代表碳排放；G為工業(yè)增加值，代表產(chǎn)出規(guī)模；E代表能源消耗規(guī)模；RD代表創(chuàng)新投入規(guī)模。EC=C/E表示能源消費碳強度，CG=C/G表示產(chǎn)出碳強度，CR=C/RD表示創(chuàng)新碳強度，EG=E/G表示能源強度，GR=G/RD表示創(chuàng)新投入效率。將上式進行轉(zhuǎn)換為式4—8：

函數(shù)C（X）表示因子X對碳排放影響程度，由此建立雅可比矩陣，由上式中的影響因素組成：

在碳排放的基礎上，碳排放差可表示為各因素貢獻之和：

3.Tapio脫鉤模型

工業(yè)化時期，天津的經(jīng)濟發(fā)展以消耗大量能源為代價，經(jīng)濟增長與能耗增加掛鉤，而能耗增加又與碳排放量增加掛鉤，對比發(fā)達國家后工業(yè)化城市，天津經(jīng)濟增長仍與能源掛鉤。盡快實現(xiàn)經(jīng)濟與能耗、碳排放脫鉤，是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。Tapio模型已被廣泛應用于經(jīng)濟與能耗之間的脫鉤關(guān)系，將彈性概念引入脫鉤研究，提供一個合理的脫鉤狀態(tài)。本文借助Tapio模型將天津市制造業(yè)各細分行業(yè)之間的經(jīng)濟、能耗與碳排放的脫鉤指數(shù)進行計算，公式如下：

式中：ΔCi表示第i年碳排放量與基準年的差值，ΔEi表示第i年能耗量與基準年的差值，ΔGi表示第i年工業(yè)增加值與基準年的差值。脫鉤狀態(tài)可劃分為弱脫鉤等八種類型（見表 3）。

表3 Tapio脫鉤指數(shù)狀態(tài)及范圍

（三）數(shù)據(jù)來源

為計算天津市制造業(yè)整體及各細分行業(yè)的碳排放量，本文采用各行業(yè)終端能源消費量來計算碳排放量。各化石能源折標系數(shù)及碳排放因子均使用《IPCC國家溫室氣體清單指南2019》，碳排放因子根據(jù)天津市實際消耗能源種類計算，電力排放因子取自不同年份華北電網(wǎng)平均排放因子。其他數(shù)據(jù)均來自《天津統(tǒng)計年鑒》《中國統(tǒng)計年鑒》《中國能源統(tǒng)計年鑒》及《中國工業(yè)統(tǒng)計年鑒》。

四、實證分析

（一）天津市制造業(yè)碳排放特征

2020年天津市制造業(yè)碳排放主要集中在鋼鐵冶煉和石油化工行業(yè)，能源消耗主要依靠煤炭和焦炭，占比分別為16%和35%。天津市制造業(yè)2010—2020年碳排放總量增長-438萬噸，增長率為-5%。2016年前后產(chǎn)生了明顯縮量，究其原因可能是天津市經(jīng)濟擠水分以及藍天保衛(wèi)戰(zhàn)計劃，關(guān)停高耗能、重污染企業(yè)使環(huán)境得到保護（見圖1）。

圖1 天津市制造業(yè)碳排放總量與強度

在細分的五個行業(yè)中，10年間只有裝備制造業(yè)和鋼鐵冶金業(yè)碳排放量正向增長，能耗方面高技術(shù)產(chǎn)業(yè)呈倍數(shù)增長，但碳排放量卻呈下降狀態(tài)，說明高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的能源結(jié)構(gòu)在逐漸優(yōu)化（見圖2）。隨著天津市大力發(fā)展制造業(yè)的政策出臺，各產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對各種原材料的需求不斷上升，特別是天津市傳統(tǒng)優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)化工、鋼鐵等，根據(jù)原材料耗能不納入能源消費的相關(guān)政策，一部分碳排放會減少，這為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)長遠發(fā)展增加一定的空間。

圖2 天津市制造業(yè)細分行業(yè)碳排放量

（二）天津市制造業(yè)碳排放累計貢獻分解結(jié)果分析

從天津市整體制造業(yè)看，2010—2020年期間，科技創(chuàng)新規(guī)模是影響制造業(yè)碳排放的主要因素，碳排放貢獻度最高，將近產(chǎn)出規(guī)模的一倍。由圖3可知，這三個絕對量因素導致了碳排放量的增加，尤其是在2010—2015年期間，這表明科技創(chuàng)新碳強度是抑制碳排放的主要因素。

圖3 制造業(yè)碳排放累計貢獻

圖4—8顯示了天津市制造業(yè)五個細分行業(yè)的碳排放變化及其累計貢獻度分解。由圖可知，在碳排放各種分解因素的綜合作用下，科技創(chuàng)新投入規(guī)模累計貢獻最高。從各細分行業(yè)累計碳排放貢獻圖可得出，創(chuàng)新投入規(guī)模是首要因素，除了裝備制造業(yè)的能耗規(guī)模排放貢獻在第二位，其余行業(yè)碳排放貢獻均是產(chǎn)出規(guī)模在能耗規(guī)模之上。

圖4 高技術(shù)產(chǎn)業(yè)碳排放累計貢獻

圖5 裝備制造業(yè)碳排放累計貢獻

圖6 消費品加工業(yè)碳排放累計貢獻

圖7 石油化工業(yè)碳排放累計貢獻

圖8 鋼鐵冶金業(yè)碳排放累計貢獻

在細分行業(yè)碳排放分解的相對因素中，導致碳排放下降的主要因素是創(chuàng)新投入強度、產(chǎn)出強度以及創(chuàng)新投入效率。在2010—2020年期間，創(chuàng)新投入碳強度在制造業(yè)減排方面發(fā)揮了穩(wěn)定的作用。具體而言，創(chuàng)新投入碳強度在石油化工業(yè)的減排作用相對其他行業(yè)更為突出，鋼鐵冶金業(yè)在近五年沒有達到減排作用，是因為企業(yè)為實現(xiàn)碳達峰將科研資金用于加速擴充產(chǎn)能而導致的。2010—2015年期間，裝備制造業(yè)碳排放增幅最為顯著，科技創(chuàng)新投入碳強度和能耗碳強度是抑制碳排放的主要因素。能耗強度對各行業(yè)碳減排影響較弱。究其原因，是制造業(yè)消耗能源結(jié)構(gòu)依賴化石能源、清潔能源占比較低，能源結(jié)構(gòu)沒有得到有效改善，導致其效應較弱。

2016—2020年期間，石油化工業(yè)減排最明顯。與2010—2015年間相比，高技術(shù)產(chǎn)業(yè)和石油化工業(yè)的能源結(jié)構(gòu)效應和能源強度效應對碳減排作用分別上升了，表明技術(shù)進步帶來的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和能源結(jié)構(gòu)調(diào)整起到顯著作用。在此期間，各項政策的出臺以及重點行業(yè)耗能技術(shù)的改進使得碳排放增速下降。

相比之下，“十三五”期間，天津正處于工業(yè)化后期，針對高排放行業(yè)的城區(qū)采取多種措施和政策促進產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型減少碳排放，導致碳排放增長急劇下降，可以得出在2010—2020年間，絕對因素是導致碳排放增加的主要因素。不同時期的碳排放增長率導致高技術(shù)產(chǎn)業(yè)和鋼鐵冶金業(yè)與其他行業(yè)要制定的減排路徑不盡相同。總體而言，科技創(chuàng)新投入碳強度和能源消耗碳強度的抑制作用不斷增強，導致高技術(shù)產(chǎn)業(yè)和消費品加工業(yè)碳排放呈下降趨勢，但能耗強度的抑制作用仍然不足，尤其是在石油化工業(yè)。因此，科技創(chuàng)新應用于能源利用技術(shù)以及提升能耗強度的抑制作用是促進天津市制造業(yè)低碳減排的重要路徑。

（三）天津市制造業(yè)能源消費與碳排放脫鉤分析

2010—2015年間，天津市制造業(yè)碳排放與經(jīng)濟之間總體表現(xiàn)為弱脫鉤，其中2011—2013年為弱脫鉤，2014—2015年為強脫鉤，在經(jīng)歷了短期的強脫鉤后，2016年轉(zhuǎn)變?yōu)樗ネ诵悦撱^，2017—2020年天津市制造業(yè)在脫鉤與負脫鉤之間轉(zhuǎn)變，2015—2020年制造業(yè)總體表現(xiàn)為弱負脫鉤，說明天津市制造業(yè)經(jīng)濟減速小于碳排放減速（見表4）。

表4 天津市制造業(yè)脫鉤狀態(tài)

制造業(yè)細分行業(yè)中，碳排放與除高技術(shù)產(chǎn)業(yè)外的行業(yè)在2010—2015年均表現(xiàn)為弱脫鉤，2016—2020年，除裝備制造業(yè)外，其余四個細分行業(yè)均為負脫鉤，其中高技術(shù)產(chǎn)業(yè)、消費品加工業(yè)和鋼鐵冶金業(yè)為弱負脫鉤，而石油化工業(yè)為強負脫鉤。2010—2020年天津市制造業(yè)能源與經(jīng)濟脫鉤狀態(tài)和碳排放與經(jīng)濟脫鉤狀態(tài)類似，只有2010—2015年裝備制造業(yè)不同，具體表現(xiàn)為擴張性負脫鉤，碳排放增速大于經(jīng)濟增速。

表5 天津市制造業(yè)細分行業(yè)碳排放與能源脫鉤狀態(tài)

從碳排放與能源脫鉤狀態(tài)來看，細分行業(yè)均處于脫鉤指數(shù)上升趨勢，即隨著能耗增加，碳排放也隨之增加，甚至個別年份碳排放增長速度快于能耗增長速度。2010—2015年中高技術(shù)產(chǎn)業(yè)表現(xiàn)為弱脫鉤，其他行業(yè)則表現(xiàn)為衰弱性脫鉤。2016—2020年天津制造業(yè)總體呈現(xiàn)弱負脫鉤，細分行業(yè)中高技術(shù)產(chǎn)業(yè)仍表現(xiàn)為弱脫鉤，裝備制造業(yè)和消費品加工業(yè)均由衰弱性脫鉤轉(zhuǎn)變?yōu)樗ネ诵赃B接，以上兩個子行業(yè)脫鉤指數(shù)分別為0.97和1.04，可見其能源消耗量變化率與碳排放量變化率相差無幾，石油化工業(yè)和鋼鐵冶金業(yè)碳排放則處于平臺期，但仍有一定的提升空間。總體而言，過去十年間除高技術(shù)產(chǎn)業(yè)處于弱脫鉤以及鋼鐵冶金業(yè)屬于衰退性連接外，其余子行業(yè)均處于衰弱性脫鉤狀態(tài)，未來應重點加強對鋼鐵冶金業(yè)的能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化和減排技術(shù)創(chuàng)新。

圖9 2010—2020年天津市制造業(yè)細分行業(yè)脫鉤指數(shù)

未來十年來，天津市清潔能源的發(fā)展將是制造業(yè)碳減排具有較大潛力的路徑。根據(jù)制造業(yè)碳排放因素分解結(jié)果，能耗強度以及能源消費碳強度對制造業(yè)減排貢獻較小，主要還是因為化石能源消費占主導地位。未來的減排路徑中，除了創(chuàng)新投入要應用于能源效率提升等技術(shù)外，安全可靠的清潔能源的替代方案也具有較大的減排潛力。由于能源排放系數(shù)相對穩(wěn)定，除電力排放因子因發(fā)電技術(shù)原因存在一定變化外，其余各類能源排放因子幾乎不會產(chǎn)生較大變動。考慮到不同能源單位熱值含碳量不同，在產(chǎn)生同等熱量的情況下，煤炭燃燒排放的二氧化碳比其他能源更多。因此，對于天津市制造業(yè)而言，要實現(xiàn)碳排放與能源消耗強脫鉤，應以提升能效、能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及產(chǎn)業(yè)升級等手段作為政策設計導向。通過引進技術(shù)促使能源利用效率提高，增加天然氣等清潔能源的比重，逐步優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)以及引導企業(yè)綠色轉(zhuǎn)型并積極引入高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。

（四）碳排放預測及脫鉤情況分析

區(qū)域生產(chǎn)生活方式直接決定能源需求總量和結(jié)構(gòu)。根據(jù)對碳排放驅(qū)動因素進行分解，能源結(jié)構(gòu)、能源強度、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟發(fā)展、科技創(chuàng)新都對制造業(yè)碳排放產(chǎn)生影響。對以天津市制造業(yè)能耗總量、工業(yè)增加值以及科技創(chuàng)新為驅(qū)動因素，對天津市制造業(yè)碳排放進行預測。在基準情景下設置能效提升情景、能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化情景以及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級情景進行對比，探尋天津市制造業(yè)細分行業(yè)合理的減排路徑，實現(xiàn)制造業(yè)的能耗與碳排放脫鉤。

在基準情景下，能耗量及碳排放量增長較快，預計2036年達到10.12億噸，進入達峰狀態(tài)。在提升用能效率（EFF）情境下，采用更新生產(chǎn)設備將單位國內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP），能耗降低的方法，預計2030年碳排放量達到7.5億噸，較基準情景降幅14%。在能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化（ENE）和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級（IND）情境下，2030年總排放量分別為7.8億噸和7.1億噸，較基準情景下降率為11%和18%（見圖10）。

圖10 天津市制造業(yè)碳排放預測

根據(jù)四種情景預測，天津市制造業(yè)能耗在2030年前都在穩(wěn)步上升，其中基準情景增速最快，預計能源消費量將從2020年的2168萬噸標準煤提高到2030年的2776萬噸標準煤。相比于基準情景，2050年EFF、ENE和IND能源消費分別下降33%、8%和32%。除基準情景外，其他情景能耗均穩(wěn)定上升到2030年。能效提升和產(chǎn)業(yè)升級均能更好地實現(xiàn)天津市制造業(yè)穩(wěn)步降低能源消費量，具有更大的減緩潛力和更低的節(jié)能成本。

圖12 EFF情景碳排放預測

圖13 ENE情景碳排放預測

圖14 IND情景碳排放預測

圖11 —14可看出，四種情境下各細分行業(yè)均出現(xiàn)先增后降的排放趨勢，且基本有明顯拐點。相比于基準情景，其他三種情景對各細分行業(yè)碳減排更具顯著作用，但三種情景對各細分行業(yè)的碳達峰時間也存在差異。高技術(shù)產(chǎn)業(yè)在能效優(yōu)化情景于2023年達峰，且已經(jīng)具備下降趨勢。裝備制造業(yè)和消費品加工業(yè)除在基準情景中以外，均于2025年前達峰。石油化工業(yè)和鋼鐵冶金業(yè)在能效提升情景中減排最快，可于2030年前實現(xiàn)碳達峰。基準情景在現(xiàn)有政策下不能支撐天津市制造業(yè)實現(xiàn)達峰目標，在能效優(yōu)化情景中，通過科技創(chuàng)新手段，促使排放大戶鋼鐵冶金業(yè)減排效果顯著，制造業(yè)整體可于2025年達峰。在能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級情景中，裝備制造業(yè)具有更大的減排潛力，其余行業(yè)減排曲線相差較為平緩。結(jié)合驅(qū)動因素和情景，采用LEAP模型預測未來能耗和碳排放，計算脫鉤狀態(tài)（見表6）。

圖11 基準情景碳排放預測

表6 天津市制造業(yè)細分行業(yè)不同情景脫鉤狀態(tài)預測

在基準情景下，能耗強度調(diào)整緩慢，預計2030年制造業(yè)總體排放8.8億噸，不能實現(xiàn)達峰目標。在能效提升情境下，單位工業(yè)增加值能耗大幅降低，2023年開始進入平臺期，在無重大技術(shù)突破前提下，2025年碳排放總量開始緩慢下降。能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級情景分別于2026年和2024年進入平臺期。

在基準情境下，除鋼鐵冶金業(yè)整體表現(xiàn)為衰弱性脫鉤外，其余細分行業(yè)均為弱脫鉤。但2030年前裝備制造業(yè)和消費品加工業(yè)還處于衰退性連接狀態(tài)。在能效提升情景下，石油化工和鋼鐵冶金業(yè)為弱脫鉤，其他行業(yè)均達到強脫鉤狀態(tài)，且高技術(shù)產(chǎn)業(yè)和裝備制造業(yè)2035年左右就已達到強脫鉤狀態(tài)。在能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化情境下，所有行業(yè)均達到強脫鉤狀態(tài)。在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化情境下，石油化工業(yè)和鋼鐵冶金業(yè)沒有達到強脫鉤狀態(tài)。預計2040年后，天津市制造業(yè)整體碳排放和能源脫鉤效應明顯，源于顯著的能效提升和能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化效果，使碳排放得到有效控制。

五、結(jié)論及建議

實現(xiàn)碳達峰目標是天津市制造業(yè)實現(xiàn)碳中和的必要前提，峰值越小，越能提前實現(xiàn)碳中和目標。相比于中國2030年碳達峰的目標，天津市應力爭提前實現(xiàn)碳達峰目標，為全國制造業(yè)城市提供可資借鑒的經(jīng)驗。

（一）結(jié)論

基于此，從天津市制造業(yè)角度進行分析，充分考慮到不同細分行業(yè)之間的異質(zhì)性，對碳排放驅(qū)動因素進行擴展分解，設置四個情景對能耗及碳排放作出預測，通過預測結(jié)果對不同行業(yè)間能耗與碳排放脫鉤問題深入分析，為天津市制造業(yè)實現(xiàn)雙碳目標提供方案，得出如下結(jié)論：

1.基于天津市制造業(yè)碳排放驅(qū)動因素分解結(jié)果，創(chuàng)新投入規(guī)模和產(chǎn)出規(guī)模是制造業(yè)及細分行業(yè)碳排放增加的主要因素。創(chuàng)新投入碳強度和產(chǎn)出碳強度是決定碳排放下降的主要因素。創(chuàng)新投入效率對制造業(yè)碳排放具有促降作用，能源消費碳強度等因素促降作用較小。通過對減排主要因素進行對比發(fā)現(xiàn)，如果創(chuàng)新投入帶動了產(chǎn)出規(guī)模提升而沒有改變能源利用效率，勢必會導致碳排放增長，且與能耗沒有脫鉤趨勢。因此，目前科技投入用途以及能源替代方案對天津市制造業(yè)具有較大的減排潛力。

2.除基準情景外，天津市制造業(yè)均能于2030年前實現(xiàn)碳達峰，其中以科技創(chuàng)新為重點驅(qū)動力的能效提升情景最先達到峰值，裝備制造業(yè)在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級情景中減排最多，其余行業(yè)均在能效提升情景具有較大減排潛力。在碳排放與能耗脫鉤的預測中，EFF情景和ENE情景促使三個行業(yè)達到強脫鉤狀態(tài)，IND情景讓兩個行業(yè)達到強脫鉤狀態(tài)。整體上看，天津市制造業(yè)在安全清潔新能源大量替代的前提下實現(xiàn)碳排放與能源脫鉤，以科技創(chuàng)新為驅(qū)動，提升能效的路徑將成為制造業(yè)未來綠色轉(zhuǎn)型的主要途徑。

3.不同時期制造業(yè)與細分行業(yè)的脫鉤狀態(tài)存在不同程度的差異。天津市制造業(yè)近十年能耗與碳排放脫鉤指數(shù)呈上升狀態(tài)，屬于衰弱性連接狀態(tài)，但經(jīng)濟與能耗、碳排放脫鉤狀態(tài)有較好的發(fā)展趨勢。從五個細分行業(yè)在2015—2020年間碳排放與能耗脫鉤狀態(tài)表現(xiàn)來看，近十年間只有高技術(shù)產(chǎn)業(yè)達到弱脫鉤狀態(tài)，應加強裝備制造業(yè)和消費品加工業(yè)的創(chuàng)新投入，推動能源技術(shù)變革。

（二）建議

綜合以上研究，促進制造業(yè)及細分行業(yè)的節(jié)能減排和綠色發(fā)展，應在如下三方面下功夫。

1.科技創(chuàng)新碳強度是推動天津市制造業(yè)碳減排的主要因素。政府可將減排效果作為考核指標實施差別稅收，倒逼石化、鋼鐵等行業(yè)優(yōu)化產(chǎn)能；大力研發(fā)回收利用技術(shù)，減少生產(chǎn)端投入，提升回收利用能效；確保科研資金用于節(jié)能減排技術(shù)，而非單純擴大產(chǎn)能；構(gòu)建“雙循環(huán)”新發(fā)展機遇，以供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革為主線，鼓勵天津市制造業(yè)企業(yè)加強技術(shù)攻關(guān)，加大綠色貸款支持力度，通過創(chuàng)新驅(qū)動制造業(yè)企業(yè)價值鏈向高端邁進，對清潔技術(shù)研發(fā)使用企業(yè)給予大力度稅收優(yōu)惠。在提升能效、能源技術(shù)利用的同時，促進傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化、智能化、低碳化轉(zhuǎn)型，進而實現(xiàn)碳排放與能源脫鉤。

2.高技術(shù)產(chǎn)業(yè)、裝備制造業(yè)和消費品加工業(yè)應加強能源效率的提升。政府應出臺適合產(chǎn)業(yè)層面的新政策措施，大力推動高耗能領(lǐng)域的低碳技術(shù)創(chuàng)新，如設立重點企業(yè)檔案，利用綠色轉(zhuǎn)型基金助力企業(yè)技術(shù)研發(fā)，引導企業(yè)應用零碳能源技術(shù)和零碳工藝，以天津自貿(mào)區(qū)和經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)為重點，在原有優(yōu)勢的基礎上增加新的比較優(yōu)勢。推動節(jié)能管理源頭化，嚴格落實固定資產(chǎn)投資項目節(jié)能審查制度。同時研究示范可靠的化石能源替代方案，引導企業(yè)提升碳生產(chǎn)率，加大能源脫碳化步伐。探索建立跨部門聯(lián)動機制，綜合運用行政處罰、信用監(jiān)管、綠色電價等手段，增強節(jié)能監(jiān)察約束力，引導企業(yè)產(chǎn)品設計零碳化以及消費者觀念低碳化。在提升企業(yè)工藝能效的同時，推動產(chǎn)業(yè)探索可再生能源轉(zhuǎn)型路徑，尋求碳捕獲利用與封存（CCUS）技術(shù)部署合作，加快實現(xiàn)雙碳目標的技術(shù)支撐。

3.石化及鋼鐵產(chǎn)業(yè)通過產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移和產(chǎn)能置換，在能源變革基礎上逐步淘汰多余產(chǎn)能。嚴格控制煤炭在能耗中的占比，加大清潔能源替代比例，降低高碳原料比例，構(gòu)建清潔能源體系。推動產(chǎn)業(yè)數(shù)字化、智能化、零碳化轉(zhuǎn)型，加大能耗和碳排放監(jiān)測與考核力度，以提升鋼材附加值和回收利用水平，推行鋼鐵短流程技術(shù)，挖掘降碳途徑。遠期目標開展富氫或純氫冶煉技術(shù)應用，推動石化與鋼鐵融合的高效生產(chǎn)體系。重點控制新增高耗能低水平項目，全面梳理石化、鋼鐵等行業(yè)的企業(yè)碳排放清單管理，能效水平較低的企業(yè)按有關(guān)規(guī)定停工整改，將存量高耗能項目納入在線監(jiān)測網(wǎng)絡，力爭將重點監(jiān)測企業(yè)能源利用效率提升到標桿水平。在制造業(yè)產(chǎn)業(yè)集群展開重點低碳改造，實施高效循環(huán)的低碳清潔化項目，鼓勵濱海新區(qū)國家級生態(tài)產(chǎn)業(yè)園發(fā)展，全面提升天津市制造業(yè)綠色高質(zhì)量發(fā)展水平。

注釋：

①智能科技產(chǎn)業(yè)+生物醫(yī)藥、新能源、新材料三大新興產(chǎn)業(yè)+裝備制造、汽車、石油化工、航空航天四大優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)。