能源結構、綠色科技創新對碳減排的影響機制研究

摘 要：當前，我國面臨碳排放基數較大、能源消耗主要依靠煤炭的嚴峻形勢，碳減排的壓力較重。研究表明，能源結構調整與技術創新是推進碳減排的有效途徑，但現有研究缺乏能源結構、綠色科技創新以及碳減排三者之間的定量研究。本文擬構建包括4個準則層、13個指標層在內的指標體系，借助計量分析實證檢驗能源結構、綠色科技創新對碳減排的影響。研究發現，能源結構優化、綠色科技創新對碳排放均有抑制作用，且綠色科技創新在能源結構對碳排放的影響過程中起部分中介作用。

關鍵詞：能源結構；綠色科技創新；碳減排；中介效應；碳排放

中圖分類號：F206 文獻標識碼：A 文章編號：2096-0298（2024）08（b）--05

二氧化碳等溫室氣體排放所引起的全球氣候變暖、冰川融化，使碳減排成為全球共識。為此，我國在第七十五屆聯合國大會上提出“3060” “雙碳”戰略目標。如何有效推進雙碳戰略實施，黨的二十大報告指出“加快能源結構優化調整，堅持先立后破，逐步向‘雙控’制度轉變”[1]。能源結構向清潔低碳發展、向多元化方向轉變，此外《科技支撐碳達峰碳中和實施方案（2022—2030年）》將科技創新與能源結構優化視為碳減排進程中同等重要的因素[2]。《聯合國氣候變化框架公約》的執行秘書帕特里夏·埃斯皮諾薩指出“在碳減排進程中，中國能源結構的轉變將會讓中國乃至全球獲益，有利于全球的可持續發展之路”[3]；韓正（2022）強調“促進‘雙碳’工作邁向新臺階”[4]；張恩迪（2022）認為“我國在實現‘雙碳’戰略的進程中，需要以科技創新促進能源技術優化升級，進而以合作交流的方式促進全球能源結構的轉型”[5]。

目前，我國面臨“3060”“雙碳”戰略目標倒逼碳減排的壓力，轉變能源消費結構、走綠色低碳發展之路是碳減排的基礎，科技創新支撐是碳減排的技術基石，兩者之間的相互促進機制是碳減排的作用路徑。現有研究中，定性研究居多，揭示能源結構、科技與碳排放三者之間關系的定量研究偏少。為此，本文擬在前期文獻分析的基礎上，提出研究假設，用碳排放分析等實證方式揭示三者之間的內在邏輯與定量關系，為進一步推進節能降碳提供決策支撐。

1 研究假設

1.1 能源結構優化對碳排放的直接影響

傳統能源消耗是導致碳排放增長的主要原因。在全世界減排降碳的大趨勢下，轉變能源消費結構，提升清潔能源消耗占比是實現碳減排的主要途徑。林秋萍（2023）認為能源結構的優化會直接抑制碳排放強度的增長[6]；邢大偉、邱恩（2022）認為能源結構調整對碳排放具有抑制作用[7]；蔡立亞等（2023）認為能源轉型是實現中長期碳中和目標的關鍵，對于我國而言，重要的是推動能源的低碳化轉型[8]。

黨的十八大以來，我國高度重視能源結構的調整與優化。我國能源生產與消費正在向綠色低碳清潔方向優化，但目前仍以化石能源為主，如2022年化石能源生產占比81.4%，消費占比82.6%，化石能源的高占比仍對碳排放影響巨大，而清潔能源碳排放顯著低于化石能源。

基于此，本文提出研究假設H1：能源結構優化能促進碳減排。

1.2 綠色科技創新對碳排放的直接影響

綠色科技創新是實現“3060”“雙碳”戰略目標的基礎和關鍵，也是促進經濟高質量發展的途徑，綠色技術作為清潔型的技術，能夠有效減少碳排放。許可、張亞峰（2021）認為綠色科技創新能夠減緩環境污染、強化環境治理，對環境改善產生正效益[9]；朱誠義（2023）研究認為綠色技術創新的提高有利于碳排放的減少，要重視綠色技術在碳減排過程中所起的重要性作用[10]；金培振等（2014）認為技術進步會促進工業領域的碳排放強度向低端收斂的進程，且重工業領域的能源效率提升將會是未來減排節能工作的著力點與切入點[11]；劉娟等（2023）認為可再生能源技術創新對于碳排放具有顯著抑制作用[12]。

綠色科技創新是我國科技自主創新的重要組成部分，其通過技術應用實現節能降碳，從根本上減少碳排放，加快實現碳達峰進程。目前，我國已經通過節能減排技術、零碳技術、負碳技術的創新與應用，對減碳、降碳帶來相應的效果。

基于此，本文提出研究假設H2：綠色科技創新對碳減排具有促進作用。

1.3 綠色科技創新在能源結構和碳排放中的作用

綠色科技創新通過革新生產工藝、生產流程等，有利于推動傳統工業、能源、建筑等行業綠色低碳轉型。沈世銘等（2023）認為綠色科技創新能促進能源結構的優化，改變過去依賴能源消耗的經濟發展方式[13]；劉佳、李煜軒（2023）認為綠色創新在旅游產業結構調整對旅游業碳排放的影響中起部分中介作用[14]；成瓊文、楊玉婷（2023）實證得出綠色技術創新在降低碳排放量和碳排放強度中分別發揮了12.38%和5.51%的中介效應作用[15]。

從實踐應用角度看，綠色科技創新技術對我國“雙碳”戰略的實施帶來巨大的推動作用，其碳減排技術、新能源發電技術已在我國得到廣泛應用，帶來了顯著的碳減排效果，成為碳減排的技術中堅力量。此外，碳減排技術廣泛應用于高排放的鋼鐵等行業，通過采取節能降碳技術，為其他行業樹立了標桿效應。

從實際應用效果看，工信部數據顯示，2021—2022年累計推廣工業節能技術159項。截至2022年底，鋼鐵、電解鋁等單位產品綜合能耗較2012年降低了9%以上，均處于世界領先水平[16]。單位能耗的降低從源頭上減少了碳排放。

基于此，本文提出研究假設H3：綠色科技創新在能源結構對碳排放的影響中起中介作用。

2 中國碳排放情況

2.1 中國碳排放量變化趨勢

1997—2022年我國二氧化碳排放量整體呈波動上升之勢，年均增長率為5.64%，從1997年的30.26億噸上漲至2022年的119.24億噸，自2011年起我國成為世界第一大能源消費國。工業化、城鎮化、私人汽車是碳排放增長的主要影響因素。對此，2012年黨的十八大將生態文明建設放在更加突出的位置；2020年提出“3060”“雙碳”戰略。

2.2 碳排放量的異質性分析

本文采用自然間斷點分級法，對我國30個省（市、自治區）的碳排放量進行空間異質性分析（不包含西藏、香港、澳門特別和臺灣省碳排放數據），其碳排放量呈現如下特征：

第一，總體來看，我國北部省份的碳排放量高于南部省份，東部地區的碳排放量高于西部地區；第二，高碳排放地區不斷向東北方向遷移，且高值區域逐年遞增；第三，新疆維吾爾自治區的碳排放量呈現明顯的遞增趨勢；第四，西南方向的碳排放等級呈現先遞增后收縮之勢。

3 實證分析

3.1 指標體系構建與權重占比

3.1.1 指標體系構建與數據來源

在碳排放維度中，選取碳排放強度、森林覆蓋率、造林總面積、受災森林面積作為指標層指標，其中碳排放強度用CO2排放量與國內生產總值的比重進行衡量，植物可通過光合作用將碳封存在植物體中，全球約25%的碳排放是由森林、草原和牧場等捕集的，森林火災的發生又會將捕捉的碳量釋放到空氣中，因此在考量碳排放時，將森林覆蓋率、造林總面積、受災森林面積作為指標層指標。

（1）在能源結構維度，選取原煤占一次能源生產總量的比重、煤炭占能源消耗總量的比重作為指標層指標。此外，在人類可持續發展進程以及“3060”雙碳目標任務下，加快清潔能源的利用、開發將是未來的研究重點，加之目前我國火電裝機容量占有較大比重，因此將火電發電裝機容量、水電發電裝機容量、風電發電裝機容量以及太陽能發電裝機容量均作為指標層指標進行衡量。

（2）在綠色科技創新維度，借鑒許可、張亞峰（2021）[17]，賈軍、張偉（2014） [18]，姜風雷等（2023）[19]的研究，本文采用發明專利授權數、實用新型專利授權數作為衡量指標。

能源加工轉化效率指的是在一定時期內，能源經過加工、轉換之后所產出的產品總量與投入的能源數量之間的比率，本文將之作為控制變量。各維度準則層與指標層指標如表1所示。

本文的數據來源于中國統計年鑒、中國碳核算數據庫、國際能源署以及各省、市的統計年鑒。采用線性插值法對能源加工轉換效率的缺失值進行補充。

3.1.2 指標層體系權重分析

采用熵權法計算指標層指標的權重，借助線性加權法計算準則層的綜合得分，各指標的權重如表1所示。在碳排放維度中，碳排放強度指標的權重占比較高，且森林覆蓋率和造林總面積指標的權重之和大于碳排放強度和受災森林面積的指標權重之和，森林固碳的能力在提高，對實現“3060”目標任務持續做出正能量。在能源結構維度，原煤占一次能源生產總量的比重、煤炭占能源消耗總量的比重、火電裝機容量指標的權重之和達57.59%，表明目前我國的能源結構仍較依賴于高碳排放行業，清潔能源開發潛力不夠，且太陽能發電裝機容量在2009年僅有3萬千瓦，因此用清潔能源逐步替代傳統化石能源的目標任務嚴峻且必要。在綠色科技創新維度，實用新型專利授權數權重略高于發明專利授權數，且實用新型專利授權數的平均值遠大于發明專利，與我國整體的知識產權發展趨勢也是相符的。

3.2 基準回歸分析

在“3060”“雙碳”戰略目標任務下，轉變能源消費結構，提升清潔能源消耗占比，加快科技的自立自強，加快對綠色低碳技術領域的開發、應用和推廣是碳減排進程中的關鍵一環。表2顯示了能源結構、綠色科技創新與碳排放之間的關系。從模型1可得，能源結構的回歸系數在1%的水平下顯著為正，表明目前的能源結構在碳減排進程中還處于不利的局面，對化石能源高度依賴的能源模式將是碳減排路徑中存在的威脅與挑戰，而能源結構的優化將會對碳排放產生抑制作用，假設H1成立；從模型2可得，綠色科技創新的回歸系數在10%的顯著性水平下為負，表明綠色科技創新的提升會抑制碳排放的增加，在碳減排的進程中持續注能，假設H2成立。從模型3可得，能源加工轉化效率也會對碳排放產生抑制作用，促進碳排放的負增長。

3.3 中介效應檢驗

綠色科技創新在能源結構與碳排放之間的作用檢驗如表3所示。在模型4中，能源結構與碳排放的回歸系數顯著，表明總效應成立；在模型5中，能源結構與綠色科技創新的回歸系數顯著，表明綠色科技創新的提升有利于能源結構的優化轉型，科技創新有利于為傳統化石能源的低碳轉型提供技術支持；在模型6中，能源結構和綠色科技創新的回歸系數均顯著，表明綠色科技創新在能源結構對碳排放的影響過程中起著部分中介的作用，假設H3成立。

3.4 穩健性檢驗

本文采用動態模擬法（對自變量或因變量滯后一期）、擴大樣本期、改變指標等方法，對能源結構、綠色科技創新與碳排放之間的關系進行實證分析，分析結果除系數有輕微變動以外，正負號與原結果均相同且通過顯著性檢驗，表明原結果的穩健性，即能源結構優化、綠色科技創新對碳減排均有顯著的促進作用，且綠色科技創新在能源結構對碳排放的影響過程中起到部分中介的作用。

4 結論與建議

4.1 研究結論

4.1.1 缺乏“碳減排、能源結構、科技創新”三者關系的定量化研究

現有文獻對“碳減排、能源結構、科技創新”的研究分為“雙碳”戰略路徑選擇、能源結構優化、低碳發展、減排路徑與模型實證四個角度；且上述研究多以定性研究為主，定量研究多局限于研究單個變量之間的關系，較為欠缺對三者之間內在關系與邏輯的定量化研究。

4.1.2 碳排放壓力可通過減排技術加以積極應對

從當前到碳達峰時期，我國的碳減排面臨較大壓力。在此期間，要通過能源結構調整與綠色創新技術應用，有針對性地加大北方地區能源生產與消費的結構調整步伐，有序減少煤炭在能源生產與消費中的占比，加強碳減排技術與新能源發電技術推廣，應用信息化技術加快能源互聯網建設，推進能源生產與消費多能互補。

4.1.3 能源結構優化、綠色科技創新對碳排放均具有抑制作用

本文在提出研究假設的基礎上，對能源結構、綠色科技創新與碳減排之間的作用進行實證檢驗，研究表明能源結構優化、綠色科技創新對碳排放均具有抑制作用，且綠色科技創新在能源結構對碳排放的影響過程中起部分中介作用。

4.2 對策與建議

4.2.1 改變傳統能源生產與模式

第一，改變能源生產模式，一是推進煤炭清潔化利用，穩步降低煤炭在能源生產中占比，協調好能源轉型與能源兜底的關系；二是大力推進低碳清潔能源發展，增加清潔能源在能源生產中的占比，在保障安全的前提下，適度發展核電；三是充分利用天然氣清潔能源與調峰能源屬性，保持天然氣在能源生產中的合理地位，實現碳達峰前對煤炭退出產能有序接替，同時與風險、光伏、水電等新能源實現融合發展。第二，改變能源消費模式，一是推行終端用能電氣化，在居民生活、辦公建筑、制造業、交通等重點領域推進以電為主的用能方式，減少終端能源消費；二是建立多能互補，相互調劑的智能化能源供求調劑模式，通過儲能、市場化交易等方式，快速調節市場供需缺口，促進能源資源的優化配置。

4.2.2 提升綠色科技創新水平

一是總結碳減排技術應用示范項目經驗，進一步加大碳減排技術在全國不同區域、不同行業的推廣力度，讓碳減排技術應用到更多的區域與領域，產生更強的碳減排效果；二是進一步優化新能源發電技術，加強對風能、光能轉化為電能的效率研究；三是加強對氫能、儲能、碳捕集封存、碳匯技術的研究，加快技術商業化步伐，重點加強清潔能源制氫，化學儲能，森林、鹽穴碳匯等前沿技術研究，并適時推進商業化步伐，持續降低成本，最終實現廣泛應用，形成綠色科技創新增量。

4.2.3 完善碳市場建設

一是從制度建設上做好碳市場發展的頂層設計，在全國碳達峰碳中和實施行動計劃基礎上，根據降碳、減碳目標，建立全國統一的碳排放核算與統計體系，讓碳排放管理做到有法可依。二是建立體現碳排放權稀缺性的市場化交易機制，在現有的碳市場交易試點基礎上，逐漸減少碳排放配額，盡可能推動更多的行業、企業進入碳市場交易，培育市場化交易主體，通過市場化交易反映碳排放權的稀缺性，將碳排放引發的外部性成本內部化，通過碳價合理反映碳排放權的價值。三是豐富交易方式與交易品種，在交易方式上，可以通過多個交易平臺交易碳排放相關產品，如環境交易所期貨交易所，在交易品種的開發上，可在現有基礎上，開發碳排放遠期、期貨、掉期等品種，實現碳排放交易方式多樣化，產品多元化。

參考文獻

習近平.高舉中國特色社會主義偉大旗幟為全面建設社會主義現代化國家而團結奮斗： 在中國共產黨第二十次全國代表大會上的報告[EB/OL].（2022.10.16）[2023.04.26].http：//www.qstheory.cn/yaowen/2022-10/25/c_1129079926.htm.

人民日報.科技部等九部門聯合發文 十大創新行動助力碳達峰碳中和[EB/OL].（2022.08.19）[2023.06.25].https：//www.gov.cn/xinwen/2022-08/19/content_5705983.htm.

張家偉，馮俊偉，任珂.專訪： 中國能源結構轉變讓全球受益： 訪《聯合國氣候變化框架公約》秘書處執行秘書帕特里夏埃斯皮諾薩[EB/OL].（2019.12.10）[2023.06.25].https：//www.gov.cn/xinwen/2019-12/10/content_5460024.htm.

新華社.韓正主持召開碳達峰碳中和工作領導小組全體會議[EB/OL].（2022.03.02）[2023.06.29].https：//www.gov.cn/guowuyuan/202203/02/content_5676475.htm.

新華社.張恩迪委員代表致公黨中央發言：構建現代能源體系 統籌推進碳達峰碳中和[EB/OL].（2023.03.08）[2023.06.29].https：//www.gov.cn/xinwen/2023-03/08/content_5745343.htm.

林秋萍.雙碳背景下的數字經濟對碳減排的作用機理與實證研究： 基于省域面板數據的經驗分析[J].西部金融，2023（3）：84-97.

邢大偉，邱恩.綠色金融、能源結構調整與碳排放強度研究： 兼論產業結構優化的調節效應[J].改革與開放，2022（12）：1-11+18.

蔡立亞，郭劍鋒，石川，等.“雙碳”目標下中國能源供需演變路徑規劃模擬研究[J].氣候變化研究進展，2023（5）：1-19.

許可，張亞峰.綠色科技創新能帶來綠水青山嗎： 基于綠色專利視角的研究[J].中國人口資源與環境，2021，31（5）：141-151.

朱誠義.環境規制、綠色技術創新和碳減排： 來自省級面板數據的經驗證據[J].時代經貿，2023，20（3）：17-19.

金培振，張亞斌，彭星.技術進步在二氧化碳減排中的雙刃效應： 基于中國工業35 個行業的經驗證據[J].科學學研究，2014，32（5）： 706-716.

劉娟，馬漣蕊，馮婉怡.可再生能源技術創新與行業碳減排： 基于中國省級面板數據的實證檢驗[J].科學進步與對策，2023（5）： 1-11.

沈世銘，許睿，陳非兒.中國綠色科技創新對碳排放強度的影響研究[J].技術經濟與管理研究，2023（5）：28-34.

劉佳.李煜軒.產業結構調整、綠色創新與旅游業碳減排研究[J].中國海洋大學學報（社會科學版），2023（2）：51-60.

成瓊文，楊玉婷.碳排放權交易試點政策的碳減排效應： 基于綠色技術創新和能源結構轉型的中介效應[J].科技管理研究，2023，43（4）：201-210.

工業和信息化部：工業領域節能降碳有序推進 重點行業能效水平持續提升[EB/OL].（2023.07.07）[2023.07.10].https：//www.ndrc.gov.cn/xwdt/ztzl/2023qhjnxcz/bfjncx/202307/t20230707_1358203_ext.html

許可，張亞峰.綠色科技創新能帶來綠水青山嗎： 基于綠色專利視角的研究[J].中國人口資源與環境，2021，31（5）：141-151.

賈軍，張偉.綠色技術創新中路徑依賴及環境規制影響分析[J].科學學與科學技術管理，2014，35（5）：44-52.

姜風雷，許正松，李炫，等.環境規制、綠色科技創新與產業結構升級： 基于PVAR模型的實證分析[J].廊坊師范學院學報（自然科學版），2023，23（1）：59-64.