关键词 二氧化碳排放;区域差异;影响因素;面板数据模型
中图分类号 X2/F11 文献标识码 A 文章编号 1002-2104(2010)05-0022-06 doi:10.3969/j.issn.1002-2104.2010.05.005
全球气候变暖已是不争的事实,这已经严重影响了人类的生存环境和人类社会的生存与发展。气候变暖除了自然因素外,更大程度是人类活动造成的,特别是源于化石燃料的使用导致的人为温室气体排放[1]。二氧化碳是一种最主要的温室气体,因此实现二氧化碳的减排是应对气候变化的重中之重。中国幅员辽阔,不同区域的人口规模、经济水平、技术水平、能源结构等都有所不同,这些因素都有可能影响到二氧化碳的排放。目前国内外有部分学者对二氧化碳排放问题进行了研究。York利用STIRPAT模型研究了二氧化碳排放量与人口之间的关系[2];Cole发现二氧化碳排放量和人均收入之间符合库兹涅茨曲线[3],而杜婷婷等人却认为两者之间是“N”型曲线关系[4];Wu等利用LMDI方法从供给和需求的角度,研究了中国1980-2002年碳排放的变化[5];徐国泉等采用对数平均权重Disvisia分解法,定量分析了能源结构、能源效率和经济发展等因素变化对中国人均碳排放的影响[6];Coondoo还从Granger因果关系的角度分析了二氧化碳排放量和人均收入之间的关系,发现不同的国家存在不同的因果关系[7]。上述文献集中于探讨整个国家的碳排放,缺乏对不同区域碳排放的测算和比较,因此本文利用1995-2007年中国30个省份的面板数据,分析人口、经济和技术对不同区域二氧化碳排放的影响,并提出相关政策建议。
1 我国二氧化碳排放的区域划分和比较
1.1 二氧化碳排放量的测算方法
根据2007年IPCC第四次评估报告[1],温室气体增加的主要来源是化石燃料燃烧(化石燃料燃烧所导致的二氧化碳排放在2004 年占世界总排放将近 95.3%)。因此本文根据各省份历年能源消费量数据来进行二氧化碳排放量的测算。根据《中国能源统计年鉴》口径,将最终能源消费种类划分为9类(煤炭、汽油、柴油、天然气、煤油、燃料油、原油、电力和焦炭)。在计算各省二氧化碳排放量时采用9类能源消费总量乘以各自的碳排放系数η,如式(1)所示:
Cit=∑(Eijt• ηj)(1)
其中Cit为i省第t年的二氧化碳排放总量;Eijt为i省第t年第j种能源消费量;ηj为第j种能源的碳排放系数。由于原始统计时各种能源的消费均为实物统计量,测算碳排放时必须转换为标准统计量,2008年《中国能源统计年鉴》给出具体换算方法为:煤炭为0.714 3 kg标煤/kg、焦炭为0.971 4 kg标煤/kg、原油和燃料油为1.4286 kg标煤/kg、汽油和煤油为1.471 4 kg标煤/kg、柴油为1.457 1 kg标煤/kg、天然气为13.300 t标煤/万m3、电力为1.229 t标煤/万kWh。由式(1)可知,能源碳排放系数对二氧化碳排放量的计算影响很大。本文借鉴徐国泉的研究结果,各种能源的碳排放系数分别为:煤炭为0.747 6 t碳/t标准煤、汽油为0.553 2 t碳/t标准煤、柴油为0.591 3 t碳/t标准煤、天然气为0.447 9 t碳/t标准煤、煤油为0.341 6 t碳/t 标准煤、燃料油为0.617 6 t碳/t标准煤、原油为0.585 4 t碳/t标准煤、电力为2.213 2 t碳/t标准煤、焦炭为0.112 8 t碳/t标准煤[6]。利用式(1),可以测算出我国各省1995-2 007年的二氧化碳排放总量。
1.2 二氧化碳排放的区域划分
我国各省二氧化碳排放总量相差较大,碳排放量比较大的主要包括那些人口较多、资源丰富和经济发达的省份。表1按照1995-2007年各省的平均二氧化碳排放量由小到大的顺序,给出了我国30个省份1995年、2007年及1995-2007年平均二氧化碳排放量的变化。对表1 进行分析可以发现:目前我国的东中西部区域的划分标准不适合对各省二氧化碳排放量进行区域分析。如东部地区海南省1995-2007年平均二氧化碳排放量为712万t,明显低于东部地 区其他省份;中部地区的山西省平均二氧化碳排放量(12 452万t)明显高于中部地区其他省份;西部地区的四川省也较西部其他省份平均二氧化碳排放量要高。从表1可以看出,平均二氧化碳排放量基本能够反映各省近年来的二氧化碳排放量的变化。本文按照1995-2007年各省份平均二氧化碳排放量的大小重新划分二氧化碳排放区域,具体如下:①低排放区域,指平均二氧化碳排放量小于4 000万t的省份,包括海南、青海、宁夏、重庆、广西、江西、天津、甘肃、福建、云南、北京和新疆共12个省份;②中排放区域,平均二氧化碳排放量介于4 000万t和8 000万t之间的省份,包括陕西、吉林、贵州、湖南、安徽、四川、内蒙 古、上海、湖北和黑龙江共10个省份;③高排放区域,平均二氧化碳排放量高于8 000万t的省份,包括浙江、河南、江苏、河北、辽宁、山西、广东和山东共8个省份。因缺乏数据未纳入本文分析范围。
1.3 二氧化碳排放的区域比较
按照上述划分区域的方法,表2给出了1995-2007年我国低排放、中排放和高排放区域的二氧化碳排放总量和人均排放量的变化状况。
由表2可知:①三个区域的碳排放总量均逐年增加, 进一步分析可以发现其增速均呈阶段性特征,1995-2002年增长较为平缓,而2003-2007年增速较快。从总体增长速度看,低排放、中排放和高排放区域的碳排放量年平均
李国志等:中国二氧化碳排放的区域差异和影响因素研究中国人口•资源与环境 2010年 第5期表1 中国30省份二氧化碳排放量(单位:104t碳)
Tab.1 Carbon dioxide emissions of 30 provinces in C hina
省份ProvinceIn 1995In 2007平均值Average海南*246.821 480.82712.10青海*549.561 614.97900.89宁夏*929.083 683.651 896.90重庆*1 916.633 964.962 784.52广西*2 011.245 095.182 874.13江西*2 438.384 901.603 001.01天津*2 486.364 859.143 324.05甘肃*2 774.215 566.433 643.21福建*2 025.147 076.153 733.92云南*2 278.506 758.453 777.07北京*3 069.945 125.293 790.54新疆*2 608.916 215.373 834.47陕西**2 997.188 084.924 396.97吉林**3 934.786 906.244 720.97贵州**2 787.507 963.114 779.59湖南**4 558.899 213.545 307.51安徽**3 902.158 137.735 355.58四川**5 120.629 864.836 229.33内蒙古**3 071.2814 149.676 288.83上海**4 608.878 895.506 477.17湖北**4 922.3810 370.156 639.63黑龙江**6 090.559 558.087 022.58浙江***4 392.9416 267.458 475.19河南***6 522.4719 011.1410 130.97江苏***7 993.9622 320.4112 143.02河北***8 404.4220 862.1512 155.88辽宁***9 689.3318 260.3012 439.42山西***9 394.2519 932.7212 452.03广东***7 170.5421 883.6012 482.75山东***9 172.5229 725.7715 008.57注:*,**,***分别表示属于低、中、高排放区域。平均值为1995-200 7年共13年的平均碳排放量。
增速分别为7.62%、6.86%和8.57%,说明低排放、中排放区域的差异性在逐渐缩小,而高排放区域与低排放、中排放区域之间的差异呈不断扩大趋势。②不同区域的碳排放总量差异比较明显,其中低排放区域碳排放比重约为20%左右,中排放区域比重为30%左右,而高排放区域虽然只有8个省份,碳排放比重却高达50%左右,且呈现上
表2 1995-2007年3个区域二氧化碳排放的差异性
Tab.2 Carbon dioxide emissions differences of three regions from 1995 to 2007
年份
Year碳排放总量(104t碳)
Total carbon dioxide emissions低排放区域
lowemission rigions中排放区域
midemission rigions高排放区域
highemission rigions变异系数
CV人均碳排放量(t碳/人)
Per capita carbon dioxide emissions低排放区域
lowemission rigions中排放区域
midemission rigions高排放区域
highemission rigions变异系数
CV199523 33541 99462 7400.4620.8690.9701.2630.198199624 62443 82364 9990.4540.9081.0031.2990.191199725 11844 90665 7120.4490.9181.0151.3020.185199825 51344 14066 0720.4490.9230.9901.3000.188199926 36543 86967 7040.4510.9460.9781.3220.193200027 86745 56073 5680.4700.9881.0271.3780.190200129 33447 87479 2470.4841.0291.0521.5090.226200234 28151 22686 4970.4651.1911.1221.6380.213200335 87859 49797 9920.4861.2361.2951.8450.230200440 79467 522116 0130.5101.3941.4632.1600.253200545 59676 004136 8840.5391.5771.7072.5060.261200650 50184 276152 3480.5421.7291.8912.7660.262200756 34293 144168 2640.5391.9092.0873.0290.257注:变异系数由作者计算而来,计算公式为CV=S/E(S和E分别表示标准差和均值)。
升趋势。③不同区域的碳排放总量差异呈不断扩大趋势。在研究时序内,碳排放总量变异系数逐渐增加,1995年为0.462,而2007年为0.539。④从人均碳排放量来看,三个区域的差异性也是非常明显的,高排放区域远远高于低、中排放区域,且这种差异性也是呈逐年扩大趋势,变异系数由1995年的0.198增加到2007年的0.257。
2 二氧化碳排放影响因素实证分析
2.1 模型构建
目前,有部分文献利用“I=PAT”方程来分析环境变化的决定因素[8],该方程将环境影响(I)与人口规模(P)、人均财富(A)和对环境毁坏的技术水平(T)联系起来。但是,该模型存在一些局限性,即各自变量对因变量的影响是等比例的。为了克服该模型的不足,本文利用STIRPAT模型来分析人口、经济和技术对二氧化碳排放的非比例影响,即I=aPbAcTd。在进行计量分析时,模型将采用对数形式,这样既可以降低异方差,还可以直接获得因变量对自变量的弹性,具体如下:
lnIt=lna+blnPt+clnAt+dlnTt (2)
其中t表示年份。为了考察二氧化碳排放量与经济增长之间是否存在倒“U”型环境 库兹涅茨曲线,将式(2)中的lnA分解为lnA和(lnA)2两项。另外考虑到二氧化碳的排放具有一定的路径依赖特征(即二氧化碳的排放惯性,本期排放量与上一期排放量有关),进一步在上述模型中加入因变量的滞后项作为解释变量,最终得到如下动态模型:lnIt=lna+hlnIt-1+blnPt+c1lnAt+c2(lnAt)2+dlnTt(3)
根据模型中h的大小可以判断二氧化碳排放惯性的强弱,如果h较大,则表示本期二氧化碳排放与上一期排放量关系密切,即碳排放惯性较强。另外,根据模型中c1与c2的符号,可以判断出二氧化碳排放与经济增长的几种典型关系:①c1>0且c2=0,表示伴随经济增长,二氧化碳排放急剧增加;②c10且c2
2.2 方法和数据根据Friedl的观点,各因素对二氧化碳排放的影响不仅具有时间维度特征,同时也具有截面维度特征,即二氧化碳排放不仅与同一区域人口、经济和技术有关,而且与不同区域间的影响因素也有一定关系[9]。因此,结合时序和截面信息的面板数据更能反映出人口、经济和技术对二氧化碳排放的综合影响。
采用面板数据分析方法首先需要判断采用常截距模型还是变截距模型。本文使用协方差分析方法对此进行检验,构造F统计量进行面板模型的判定。F统计量具体公式如下:
F=[(SSEr-SSEu)/(N-1)]/[SS Eu/(NT-N-k)](4)
其中,SSEr和SSEu分别表示有约束模型( 常截距模型)和无约束模型(变截距模型)的残差平方和。在给定的显著性水平a下,如果F
本文所使用的变量分别说明如下:
二氧化碳排放量(I):为了和其它文献保持一致,将二氧化碳排放量的单位转变为以碳为单位,其转换率为单位碳等于3.667单位的二氧化碳排放量。该指标一般用来反映环境的变化,单位为万吨碳。
人口规模(P):用各省的总人口数表示,单位为万人。
人均财富(A):用各省的人均GDP表示,用来衡量各省的经济水平和生活水准对二 氧化碳排放的影响,单位为元(1978年价格)。
技术水平(T):用能源强度表示。能源强度即单位GDP产出的能源消费, 能源强度越低,表示经济活动的能源效率越高,产生的二氧化碳排放量相对越少,单位为吨标准煤/万元。该指标一般用来反映技术水平对二氧化碳排放的影响。
所使用的原始数据中,各省人口规模和GDP总量来源于历年《中国统计年鉴》,能源消费量来源于历年《中国能源统计年鉴》,其他数据经测算而来。
2.3 结果与分析根据研究方法中所述,首先对面板数据模型的设定形式进行判断,F检验和Hausman检验结果见表3。
检验结果显示,各区域和全国整体的数据均比较适合 固定效应模型。需要指出的是,由于将因变量的滞后项作为解释变量纳入到回归方程中,可能会出现解释变量的内生性问题,本文采用动态GMM方法来消除解释变量内生性的影响。根据设定的模型形式,利用EVIEWS6.0,得到回归结果见表4。
从总体来看,四个面板模型的R2都比较接近1,F值也较大,DW值显示随机误差项不存在自相关,所有的系数均通过了t检验,说明四个面板模型均拟合较好。
估计结果显示,人口、经济和技术对不同区域二氧化碳排放的影响是不一样的:①就人口弹性而言,中排放区域的弹性系数为负,而低排放区域、高排放区域和全国整体弹性系数均为正。笔者以为这可以解释如下:人口对环境的影响是双向的,一方面,人口增长对资源产生了压力,增加了能源消费导致环境恶化,另一方面人口增长会促进技术改革,这样就会减轻对环境的负面影响。所以有的区域人口对环境正面影响超过负面影响,回归系数表现为负,有的区域则刚好相反。其实经济发展对环境的影响也存在双向性,只不过所有区域的负面效应均超过了正面效应,所以系数均表现为正。②就经济弹性而言,在四个模型中,经济对二氧化碳排放的弹性系数均是三个弹性系数中最大的,说明我国目前的二氧化碳排放对经济增长是非常敏感的,经济增长是二氧化碳排放的主要驱动因素,这是符合我国工业化发展的阶段性特征的。③就技术弹性而言,四个模型的弹性系数均为正,说明技术进步在一定程度上缓解了二氧化碳排放的快速增长。另外低排放区域技术弹性系数明显高于中排放、高排放区域和全国平均值,说明低排放区域能源利用效率相对较高,同时中排放区域能源效率也明显高于高排放区域。
根据表4中c1和c2的回归系数可以发现,我国的二
表3 面板数据模型设定形式检验结果
Tab.3 Panel data model form test results
项目
ItemF test resultsHausman test resultsF值F value临界值threshold limit value结论condusionX2值X2 valueP值P value结论condusion低排放区域3.092.44变截距模型29.090.000***固定效应模型中排放区域27.242.75变截距模型38.920.000***固定效应模型高排放区域12.753.28变截距模型59.550.000***固定效应模型全国整体4.751.66变截距模型108.790.000***固定效应模型注:F检验中临界值为5%显著性水平;Hausman检验中***表示在1%显著性水平下拒绝原假设(原假设为随机效应模型)。
表4 面板数据模型估计结果
Tab.4 Panel data model estimation results
系数
Coefficient低排放区域
Lowemission rigions中排放区域
Midemission rigions高排放区域
Highemission rigions全国整体
Total countrya-16.547
(-5.312***)-8.378
(-3.852***)-14.047
(-4.149***)-12.501
(-5.505***)h0.374
(5.011***)0.427
(7.907***)0.504
(6.754***)0.341
(7.089***)b0.638
(8.194***)-0.371
(-1.654*)0.649
(2.722***)0.672
(3.813***)c11.946
(3.330***)2.179
(6.024***)1.679
(2.769***)1.125
(3.995***)c2-0.067
(-2.271**)-0.087
(-4.338***)-0.068
(-2.031**)-0.025
(-1.655*)d0.592
(6.499***)0.472
(10.914***)0.406
(4.927***)0.535
(8.480***)调整后R20.9710.9950.9860.980F值964.031491.39595.02536.50DW值2.2022.0801.6232.172注:括号中数据为相应系数的t检验结果;*、**和***分别表示在10%、5%和1%显著性水平下通过t检验。
氧化碳排放与经济增长之间存在明显的倒“U”型环境库兹涅茨曲线,在经济发展初期, 二氧化碳排放量伴随经济快速增长而急剧增加,当经济发展到一定程度后,经济进一步增长将有利于降低二氧化碳排放。根据公式lnA*=-c1/(2c2),可以求出四个模型中倒“U”型曲线的拐点分别为14.52, 12.52,12.35和22.50,即低、中、高排放区域的人均GDP要分别达到193.5万元、26 .3万元和22.2万元,这是需要经过一个非常漫长的时期的。而全国整体的环境库兹涅茨曲线要达到拐点,其人均GDP要高达55亿元,这是不可想象的。另外,四个模型中h的回归系数均为正,说明我国各区域的二氧化碳排放量存在显著的路径依赖现象,其中全国整体的路径依赖效应最明显,低排放、中排放、高排放区域的路径依赖效应逐渐减弱。需要指出的是,二氧化碳排放量的滞后项系数的大小不仅反映了空气质量路径依赖的程度大小,而且反映了当期的经济发展对未来环境质量的影响。根据表4的估计结果不难看出,当期经济增长至少对未来2-3年的空气质量将产生影响,其中全国整体为2.93年(1/0.341),低排放区域为2.67年(1/0.374),中排放区域为2.34年(1/0.427),高排放区域为1.99年(1/0.504)。这也告诉我们,虽然从短期来看环境恶化的负面影响可能并不显著,但我们却要为其付出长期的、沉重的代价,并且这种代价对整个国家来说比单个区域要更大。
3 结论与建议
根据上述,我国低排放、中排放和高排放三个不同区域的二氧化碳排放量差异非常明显且逐步扩大,这主要是由不同区域经济增长和资源消耗不同所引起的。其中二氧化碳排放与经济增长存在典型的库兹涅茨曲线关系,即随着经济发展,空气质量呈现先恶化后改善的趋势,但是在很长的时期内都难以达到转折点。另外,我国的二氧化碳排放还呈现出较强的排放惯性,当期的经济增长会对未来几年的空气质量产生影响。
面对我国严峻的碳排放问题,及由此引起的气候变暖和一系列生态环境问题,二氧化碳减排刻不容缓。2007年9月,总书记在亚太经合组织第十五次领导人非正式会议上,首次提出中国要“发展低碳经济”。结合本文上述内容,我们认为要发展低碳经济,我国需要在能源效率、能源体系低碳化、低碳技术创新和社会价值观念等领域开展工作。
第一,提高能效和减少能耗。面对能源供应趋紧的现状,整个社会迫切需要在保障一定的经济发展速度的同时,减少对能源的需求,进而减少对能源结构中占主导地位的化石燃料的依赖。提高能源效率和节约能源涵盖了社会经济的方方面面,尤其作为重点用能部门的工业、建筑和交通部门更是迫切需要提高能效的领域,通过改善燃油经济性、减少对小汽车的过度依赖、提高建筑能效和电厂能效等措施,能够实现节能增效的低碳发展目标。
第二,发展低碳能源并减少排放。降低能源中的碳含量和碳排放,主要涉及控制传统的化石燃料开发利用所产生的二氧化碳,以及通过以相对低碳的天然气来代替高碳的煤炭作为能源,通过捕集各种化石燃料电厂以及氢能电厂和合成燃料电厂中的碳并加以地质封存,能够改善现有能源体系下的环境负外部性。此外,能源“低碳化”还包括开发利用新能源、替代能源和可再生能源等非常规能源,以更为“低碳”甚至“零碳”的能源体系来补充并一定程度上替代传统能源体系。
第三,建立和完善低碳技术创新体系。走低碳发展道路,技术创新是未来社会经济发展的核心,要求我国政府和企业各司其职,不断促进生产和消费各个领域高能效、低排放技术的研发和推广,不断促进节约能源、可再生能源以及自然碳汇等领域的产业化发展。同时,我国应进一步加强国际合作,参与制定行业的能效和碳强度的标准、标杆,开展自愿或强制性标杆管理。
第四,推行低碳价值理念。低碳发展模式还要求改变整个经济社会的发展理念和价值观念,引导实现全面的低碳转型。要求经济社会的发展理念从单纯依赖资源和环境的外延型粗放型增长,转向更多依赖技术创新、制度构建和人力资本投入的科学发展理念。要求全社会建立更加可持续的价值观念,不能因对资源和环境过度索取而使其遭受严重破坏,要建立符合中国环境资源特征和经济发展水平的价值观念和生活方式。
(编辑:田 红)参考文献(References) [1]IPCC. Climate Change 2007: the Fourth Assessment Report of the Intergovmental Panel on Climate Change[M]. England:Cambridge University Press, 2007.
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Regional Difference and Influence Factors of China’s Carbon Dioxide Emissions
LI Guozhi1,2 LI Zongzhi1
(1.School of Economics and Management, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing Jiangsu 210016, China; 2.Business School, Jiangxi Agriculture University, Nanchang Jiangxi 330013, China)
关键词：二氧化碳排放效率；减排潜力；规模方向距离函数
DOI：10.13956/j.ss.1001-8409.2015.03.15
中图分类号：F124.6；F205 文献标识码：A文章编号：1001-8409（2015）03-0070-04
1引言
面对日益严峻的环境问题，减少温室气体排放和发展低碳经济已成为国内外关注的焦点。中国作为全球第二大经济体和二氧化碳排放最多的发展中国家，面临着来自国际和国内的双重压力。我国正处于社会经济发展的关键时期，提高二氧化碳排放效率是提高经济发展水平的同时削减二氧化碳排放量的关键，同时国家总体目标的实现必然要从区域层面的减排行动着手，因此，测度我国各省市的二氧化碳排放绩效并计算各省市提高二氧化碳排放效率的改进目标值对于了解我国各省市二氧化碳排放水平、科学制定减排方案具有重要意义。
目前，国内外学者对二氧化碳排放水平等展开了大量研究，从其评价指标角度来看主要可分为两类。一是以二氧化碳排放总量与某一要素的比值的单要素评价指标对二氧化碳排放绩效进行评价，如谌伟等对上海市工业碳排放总量与碳生产率进行测算[1]；Zhao等计算了我国电力行业二氧化碳排放的年增长率，并分析了二氧化碳排放影响因素[2]；部分学者对我国各省市二氧化碳排放绩效进行了评价[3～6]。二是从全要素角度出发、运用生产理论对二氧化碳排放效率进行评价。Zhou等将二氧化碳排放绩效视为考虑了二氧化碳排放的生产技术效率，并对其进行测算[7]。此后许多学者从环境生产技术视角对碳排放效率进行了研究。如王群伟、进、Wang等测度分析了我国各省市的二氧化碳排放绩效[8～10]；孙作人等对我国工业二氧化碳排放强度进行测算和分解[11]；Zhou 等构建了非径向DDF模型，并对电力生产行业的能源和二氧化碳排放效率进行评价[12]；王喜平等运用DDF对我国工业行业在二氧化碳排放约束条件下的全要素能源效率水平进行测算[13]。
单要素评价指标具有容易测算的优点，但无法反映二氧化碳的生产过程，忽略了能源结构、经济发展及要素替代作用对二氧化碳排放绩效的影响[14]。因此，近年来许多学者侧重从全要素角度评价二氧化碳排放效率并提出了多种不同的测度方法，其中由Chung等提出的方向距离函数（DDF） [15]在二氧化碳排放效率评价中得到了广泛的应用[16～19]。DDF方法能够根据不同的决策需要来自定义方向矢量而得到不同的效率值，因而能够实现在二氧化碳排放量与经济产出反向同比例变化目标下的效率测度，但DDF存在以下缺点：一是在确定方向矢量时有任意性、主观性的缺点；二是没有考虑投入松弛和产出松弛的影响，使得测度的效率值存在偏差。Ramli等对DDF进行了扩展，建立了基于松弛变量的测度模型（SBM）的规模方向距离函数（SDDF）模型[20]，弥补了DDF的上述缺陷。
因此，本文将在全要素和生产技术的框架下，探索性地将SDDF模型应用到二氧化碳排放效率的评价中，以期对二氧化碳排放效率做出更精确的测算，同时测度欲达到效率最优期望产出和非期望产出的改进目标值，为提高二氧化碳排放效率相关决策提供参考。
2研究方法
21二氧化碳排放效率测度
在全要素和生产技术的框架下测度二氧化碳排放效率，首先应构建生产可能性集合。假设生产系统有N个决策单元（DMU），y∈RI+和b∈RJ+分别代表第K个DMU的期望产出向量和非期望产出向量，x∈RK+为第n个DMU的投入向量。定义生产可能集合如下：
P（x）={（y，c）：投入x可以产出（y，c）}（1）
根据Fre等的研究[21]，P（x）满足以下条件：①P（x）为有界闭集，在P（x）中有限投入只能生产出有限的产出；②投入与期望产出具有强可处置性；③非期望产出伴随着期望产出；④非期望产出具有弱可处置性。
为达到期望产出增加的同时非期望产出减少的目标，Chung等通过引入方向矢量g=（gy′-gc），构建了方向距离函数[15]如下：
D（x，y，c；gy′-gc）=max{β：（y+gy′c-βgc）}∈P（x）（2）
现有研究中多以式（3）所示的线性规划求解D（x，y，c；gy′-gc）[10，22]。
D（x，y，c；gy′-gc）=max βm
∑Nn=1λnxkn≤xim；
∑Nn=1λnyin≥yim+βmgy；
∑Nn=1λnCjn=cjm-βmgc；
λn≥0；
k=1，2，…，K；i=1，2，…，I；
j=1，2，…J；n=1，2，…N（3）
这一求解过程未考虑松弛变量，会带来高估偏差。本文参考Fre和Ramli等的研究[20，23]，建立如下模型：
max βm=∑Ii=1syi+∑jj=1scj
∑Nn=1λnxkn≤xim；k=1，2，…，K
∑Nn=1λnyin≥yim+syi；i=1，2，…，I
∑Nn=1λncjn=cjm-scj；j=1，2，…，J
λn，syi，scj≥0；n=1，2，…，N（4）
其中，syi、scj分别为期望产出的扩展因子和非期望产出的伸缩因子。当βm=0时，说明第m个DMU效率达到最优；βm∈[0，1]越小，效率越低。βm实际为第m个DMU的非效率值，其效率值为：
am=1-βm（5）
22改进方向矢量和目标值测度
选择有效的方向矢量是应用DDF时的首要任务。本文应用SDDF方法的计算结果来确定各DMU趋近生产前沿面的方向矢量。
当∑Ii=1syi+∑Jj=1scj>0时，即DMU不在生产前沿面上，DMU的第j个期望产出和第k个非期望产出的规模方向矢量如下：
gy=syi∑Ii=1syi+∑Jj=1scj；gc=scj∑Ii=1syi+∑Jj=1scj（6）
方向矢量是由期望产出和非期望产出的松弛变量决定的。
当∑Ii=1Syi+∑Jj=1scj=0时，即DMU在生产前沿面上，gy和gc为任意值。
根据SDDF的计算结果可以得到非有效的DMU欲达到效率最优，期望产出和非期望产出的目标变化量分别为：
∑Nn=1λnyjn；∑Nn=1λnckn（7）
3指标与数据
本文研究对象包括除和港澳台以外的中国30个省市，以劳动力、资本、能源为投入变量，GDP为期望产出，二氧化碳排放量为非期望产出。劳动力投入、GDP数据源自《2011年中国统计年鉴》。能源的消耗量数据源自《2011年中国能源统计年鉴》。资本存量参考单豪杰的研究[24]进行估算，并将其折算为2010年不变价，四川和重庆的资本存量按两地1998年的GDP比例分配。二氧化碳排放量按IPCC指导目录所提供的参考方法和《中国统计年鉴》、《中国能源统计年鉴》中的能源消耗数据估算。2010年我国各省份的二氧化碳排放强度如图1所示。图12010年中国各省份二氧化碳排放强度
4计算结果分析
41二氧化碳排放效率分析
作为径向DEA模型的推广，DDF能够将非期望产出引入到模型之中，但效率测度时不具备单位不变性[25]。为解决此障碍，本文在求解之前应用成刚等提出的DEA数据标准化方法对数据进行处理[26]。在DDF中，g=（y，c）表示欲达到最优，期望与非期望产出同时变化的比例。得到2010年中国各省份二氧化碳排放效率，如图2所示。图22010年中国各省份二氧化碳排放效率
由图2可知，我国二氧化碳排放效率的区域差异化明显，沿海和东部省份的效率值明显优于西部地区。这说明二氧化碳排放效率与经济发展水平相关。
在传统DDF下的结果中，二氧化碳排放效率等于1的省份包括北京、天津、河北、山西、内蒙古、上海、广东；青海、云南、吉林、新疆、宁夏的二氧化碳排放效率值在05以下，二氧化碳减排潜力很大。宁夏的效率值最低，为0262，说明欲达到效率最优，在投入不变的情况下，宁夏的GDP应增加262%，同时二氧化碳排放量应减少262%。
在考虑了松弛变量的SDDF计算结果中，处于生产前沿的省市为北京、上海、广东3个省市，少于DDF方法下处于生产前沿的省市。天津、海南、重庆的二氧化碳排放效率值较高，均在09以上。二氧化碳排放效率最低的省份为河北省，效率值为0201，宁夏的二氧化碳排放效率略优于河北省，效率值为0280。
整体来看，DDF下的全国各省份二氧化碳排放效率均值为0726，SDDF下的结果为0687，低于DDF的结果。主要原因是引入松弛变量的SDDF弥补了DDF高估效率值的偏差，这与预期结果相同。
42改进方向矢量与改进目标值
在利用SDDF计算各省份二氧化碳排放效率的基础上，本文计算了各省份欲达到效率最优，GDP和CO2的方向矢量、改进目标值和变化率。结果如表1所示。
表12010年中国各省市二氧化碳排放绩效
改进方向矢量、目标值及其变化率
总体来讲，我国各省市CO2排放量的削减量明显大于GDP的增加量，减少CO2排放量是我国大多数省市的当务之急。各省市间的期望与非期望产出的改进变化率呈现较大的差异，其中GDP变化率最大的省份为宁夏，其GDP增加6181%，才能实现效率最优；CO2排放量变化率最大的省份为内蒙古，变化率为8078%。
5结论
本文在全要素和生产技术框架下，使用SDDF方法对我国30个省份2010年的二氧化碳排放效率进行了测算，并在此基础上计算了各个省市趋近生产前沿面的方向矢量，以及二氧化碳排放效率欲达到最优各省市期望产出与非期望产出的目标值和变化率，以此测度减排潜力，得到以下结论：
（1）SDDF能弥补传统DDF测算二氧化碳排放效率的高估缺陷。SDDF与DDF两种方法的计算结果存在偏差，整体来看SDDF对各省市二氧化碳排放效率的测算结果低于DDF的计算结果，位于生产前沿面上的省份也不同。传统DDF方法评价二氧化碳排放效率时未考虑松弛问题，存在计算结果高估效率水平的问题。SDDF是基于DDF的SBM方法，弥补了这一缺点，同时解决了传统DDF确定方向矢量具有任意性的问题，从而能够更真实、准确地测度二氧化碳排放效率。
（2）我国二氧化碳排放效率区域差异明显，经济发达的沿海和东部地区的效率值大于经济欠发达的西部地区。在SDDF方法下，除北京、上海、广东三地均处于生产前沿面上外，其他省份均未达到效率最优。趋近于生产前沿面的省份位于东南沿海地区，而东北三省、欠发达的西部地区以及河北省、山西省和山东省的二氧化碳排放效率值低于我国二氧化碳排放效率的均值。
（3）不同地区的期望产出与非期望产出改进变化率差异较大，削减二氧化碳排放量是各省市提高二氧化碳排放效率的首要任务。由于经济发展水平、产业结构、资源禀赋等不同，为提高二氧化碳排放效率，各省份期望产出与非期望产出的改进方向、改进目标值亦不同，在满足我国全局利益的情况下，应根据各省市实际情况和改进目标制定相应的二氧化碳排放效率提升政策。但整体而言，二氧化碳排放量的削减变化率明显大于GDP的增加变化率，各省份应首先努力减少二氧化碳排放量。此外，未达到二氧化碳排放效率最优的省份的二氧化碳排放量改进变化率很大，从短期看提高二氧化碳排放效率的工作艰巨，应将改进变化率作为制定相关政策的指导方向，逐步实现二氧化碳排放效率的最优化。
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【关键词】国际贸易 工业二氧化碳排放 投入产出分析
全球气候变暖是人类迄今面临的最重大的环境问题之一，它己经成为影响世界经济秩序、政治格局和各国经济贸易活动的一个重要因素。改革开放以来，我国经济取得了巨大的发展，经济实力在世界范围内逐步提升，燃料燃烧所产生的二氧化碳排放量也已越过美国，位居世界首位。因此，国际贸易与环境污染之间的关系引起政府和学者的广泛关注，发达国家是否通过贸易向我国转移了污染产业？贸易对于我国工业各行业二氧化碳排放又存在怎样的影响？研究这些问题对于更清晰地认识国际贸易与我国工业行业二氧化碳排放之间的关系无疑具有积极的意义。
一、我国对外贸易发展现状分析
改革开放以来，我国贸易发展取得了显著的成就，成为国民经济不可或缺的重要支柱。历年统计资料显示了自1990年以来我国贸易发展的基本情况，从中我们可以看出：
首先，我国对外贸易规模不断扩大，而且自1994年至今一直是贸易顺差的局面，特别是入世以来，贸易顺差更是处于不断扩大的趋势。其次，我国外贸依存度也呈现快速增长的态势。第三，出口产品结构不断改善，制成品的比例不断提高，初级产品的比例不断下降。最后，从贸易方式上看，加工贸易是我国主要的贸易方式，但是，在加工贸易中，我国只赚取了很少的一点加工费，但却付出了大量廉价劳动力，并消耗了大量的能源，在国内产生了大量的污染。
二、我国二氧化碳排放现状分析
从最近几年的情况来看，我国已成为世界上二氧化碳排放量最多的国家，巨大的能源消耗使得发展低碳经济成为我国实现经济发展模式转型的重要动力。虽然过去数年间中国二氧化碳排放呈现强势增长，但统计资料显示，1890年一2007年间中国总二氧化碳排放占世界二氧化碳排放量的比例并不高，仅为9%，而美国和欧盟则占据了51%。此外，从人均二氧化碳排放角度看，2007年中国为4.6吨/人，远低于发达国家水平。
我国成为二氧化碳排放大国的原因主要在于：首先，改革开放以来，由于我国经济持续快速发展，能源消耗增长较快，而二氧化碳排放主要来自于化学燃料的燃烧，从而必然会出现二氧化碳排放量的大量增长。其次，我国成为二氧化碳排放大国也与我国的经济增长方式有很大关系。自改革开放以来，我国一直坚持以出口为导向的贸易发展方式促进经济增长，而这些产品大量出口到其他国家，在满足全球消费者需求的同时，资源消耗和污染排放却由我国承担。
从以上的分析可以得出下列结论：首先，我国处于社会主义的初级阶段，由于经济发展的需要，能源消费历年来不断增长，从而导致以二氧化碳为主的温室气体的排放逐年增加。此外，对于拥有世界五分之一人口的中国来说，我们的人均二氧化碳排放量远低于发达国家，甚至低于很多发展中国家。其次，贸易的飞速发展与我国二氧化碳排放增长之间存在着不容忽视的联系，通过出口贸易，我国实际上承担了本应在进口国排放的二氧化碳。某些发达国家不应一味的指责我国二氧化碳排放量大，而更应关注这个事实背后所隐藏的真相。
三、对策建议
（一）强化环保意识，完善环境相关法律法规
生活方式和行为模式等对于减缓气候变化的重要性已经得到了IPCC的研究证明。对减缓行动有积极影响的实例包括：消费模式的改变、教育和培训、建筑内居民行为的转变、交通需求管理、产业管理工具等。加强全民环保意识，完善环境相关法律法规，对于减缓二氧化碳排放意义重大。
（二）调整能源消费结构，提高能源利用效率
我国工业生产中之所以二氧化碳排放量大，最主要的一个原因就是我国的能源消费结构以煤为主，且其使用效率较之于石油、天然气等较低，因此控制我国二氧化碳排放，首先需要调整我国的能源消费结构，降低煤炭等二氧化碳排放系数较高的能源比重，相应提高优质、高效的能源消费品种的比重，则对于满足同样的经济社会发展需求，所需要的能源消费总量以及排放出的二氧化碳就会相应减少。
（三）改善贸易结构，促进产业结构调整与升级
要减少我国贸易中二氧化碳的排放，在出口方面，首先应积极扩大服务贸易出口。其次在工业行业内部，要控制采掘业、冶金行业、化学工业等高二氧化碳排放强度行业的出口，而相对鼓励电气机械、仪器仪表、通信设备等低二氧化碳排放强度行业的出口；严格控制高耗能、高排放和资源型产品出口，限制或降低对自然资源造成破坏以及附加值小的初级产品的出口，采用先进技术改造传统工业，把依靠资源、能源消耗的经济增长方式转变为依靠生态型资源循环发展；最后，政府应出台优惠的财税政策推动企业从事研发，引导国内企业进行绿色生产，从而促进我国逐步从资源密集型、污染密集型产品出口向技术密集型、清洁密集型商品出口结构的转变。
（四）温室气体减排的国际合作——清洁发展机制
作为一种全球性公共品，二氧化碳排放的增加会导致全球气候发生变化，减排二氧化碳需要广泛的国际合作。中国的CDM项目活动已经取得了良好的成绩，截止2010年3月3日，国家发改委批准的全部CDM项目2411个，在联合国注册项目758个，在可预计年减排量上中国更是占全球的59.39%。广泛开展国际合作，大力推进CDM项目，中国必将对全球温室气体减排做出不可估量的贡献。
1林业是发展低碳经济的有效途径
林业是减排二氧化碳的重要手段。部分研究认为，林业减排是减排二氧化碳的重要手段。首先，通过抑制毁林、森林退化可以减少碳排放；其次，通过林产品替代其他原材料以及化石能源，可以减少生产其他原材料过程中产生的二氧化碳，可以减少燃烧化石能源过程中释放的二氧化碳[2]。
1.1毁林、森林退化与碳排放近年来，大部分的毁林活动都是由人类直接引发的，大片的林地转变成非林地，主要活动包括大面积商业采伐以及扩建居住区、农用地开垦、发展牧业、砍伐森林开采矿藏、修建水坝、道路、水库等[3]。在毁林过程中，部分木材被加工成了木制品，由于部分木制品是长期使用的，因此，可以长期保持碳贮存，但是，原本的森林中贮存了大量的森林生物量，由于毁林，这些森林生物量中的碳迅速的排放到大气中，另外，森林土壤中含有大量的土壤有机碳，毁林引起的土地利用变化也引起了这部分碳的大量释放。因此，毁林是二氧化碳排放的重要源头。毁林已经成为能源部门之后的第二大来源，根据IPCC的估计，从19世纪中期到20世纪初，全世界由于毁林引起的碳排放一直在增加，19世纪中期，碳排放是年均3亿t，在20世纪50年代初是年均10亿t，本世纪初，则是年均23亿t，大概占全球温室气体源排放总量的17%。因此，IPCC认为，减少毁林是短期内减排二氧化碳的重要手段。
1.2林木产品、林木生物质能源与碳减排①大部分研究认为，应将林产品碳储量纳入国家温室气体清单报告，主要理由是林产品是一个碳库，伐后林产品是其中一个重要构成部分[4]。通过以下手段，可以减缓林产品中贮存的碳向大气中排放：大量使用林产品，提高木材利用率，扩大林产品碳储量，延长木质林产品使用寿命等。另外，也可以采用其他有效的手段来减缓碳的排放，降低林产品的碳排放速率，如合理填埋处置废弃木产品等方式，这样，甚至可以让部分废弃木产品实现长期固碳。在森林生态系统和大气之间的碳平衡方面，林产品的异地储碳发挥了很大的作用。②贾治邦认为，大量使用工业产品产生了大量的碳排放，如果用林业产品代替工业产品，如减少能源密集型材料的使用，大量使用的耐用木质林产品就可以减少碳排放。秦建华等也从碳循环的角度分析了林产品固碳的重要性，林产品减少了因生产钢材等原材料所产生的二氧化碳排放，又延长了本身所固定的二氧化碳[5]。③以林产品替代化石能源，也可以减少因化石能源的燃烧产生的二氧化碳排放。例如，木材可以作为燃料，木材加工和森林采伐过程中也会有很多的木质剩余物，这些都可以收集起来用以替代化石燃料，从而减少碳的排放；另外，林木生物质能源也可以替代化石燃料，减少碳的排放。根据IPCC的预计，2000—2050年，全球用生物质能源代替的化石能源可达20~73GtC[6]。相震认为，虽然通过分解作用，部分林产品中所含的碳最终重新排放到大气中，但因为林业资源可以再生，在再生过程中，可以吸收二氧化碳，而生产工业产品时，由于需要燃烧化石燃料，由此排放大量的二氧化碳，所以，使用林产品最终降低了工业产品在生产过程中，石化燃料燃烧产生的净碳排放[7]。林产品通过以下两个方面降低碳排放量：一是异地碳储燃料，二是碳替代。这两方面可以保持、增加林产品碳贮存并可以长期固定二氧化碳，因此，起到了间接减排二氧化碳的作用。
从以上分析可知，林业是碳源，因此在直接减排上将起到重大作用；林业可以起到碳贮存与碳替代的作用，可以间接减排二氧化碳。因此，林业是减排二氧化碳的重要手段。有些研究认为林业在直接减排二氧化碳方面的作用不大。这是基于较长的时间跨度来考察的，认为林业并不是二氧化碳减排的最重要手段，工业减排是发展低碳经济的长久之计；但是从短时间尺度来考察，又由于CDM项目的实施，林业是目前中国碳减排的一个重要的不可或缺的手段。
2森林碳汇在发展低碳经济中发挥的作用巨大
绝大部分的研究认为，林业是增加碳汇的主要手段。谢高地认为，中国的国民经济体系和人类生活水平都是以大量化石能源消耗和大量二氧化碳排放为基础。虽然不同地区、不同行业单位GDP碳排放量有所差别，但都必须依赖碳排放以求发展。这种依赖是长期发展形成的，是不可避免的，我国现有的技术体系还没有突破性的进展，在这之前要突破这种高度依赖性非常困难，实行减排政策势必会影响现有经济体系的正常运行，降低人们的生活水平，也会产生相应的经济发展成本[8]。谢本山也认为，中国还处于城镇化和工业发展的阶段，需要大量的资金和先进的技术才能使这种以化石能源为主要能源的局面有所改变，而且需要很长的周期，目前的条件下，想要实现总体低碳仍然存在较大的困难。与工业减排相比，通过林业固碳，成本低、投资少、综合收益大，在经济上更具有可行性，在现实上也更具备选择性[9]。从碳循环的角度上讲，陶波，葛全胜，李克让，邵雪梅等认为，地球上主要有大气碳库、海洋碳库、陆地生态系统碳库和岩石圈碳库四大碳库，其中，在研究碳循环时，可以将岩石圈碳库当做静止不动的，主要原因是，尽管岩石圈碳库是最大的碳库，但碳在其中周转一次需要百万年以上，周转时间极长。海洋碳库的周转周期也比较长，平均为千年尺度，是除岩石碳库以外最大的碳库，因此二者对于大气碳库的影响都比较小。陆地生态系统碳库主要由植被和土壤两个分碳库组成，内部组成很复杂，是受人类活动影响最大的碳库[10]。从全球不同植被类型的碳蓄积情况来看，森林地区是陆地生态系统的碳蓄积的主要发生地。森林生态系统在碳循环过程中起着十分重要的作用，森林生态系统蓄积了陆地大概80％的碳，森林土地也贮藏了大概40％的碳，由此可见，林业是增加碳汇的主要手段。聂道平等在《全球碳循环与森林关系的研究》中指明，在自然状态下，森林通过光合作用吸收二氧化碳，固定于林木生物量中，同时以根生物量和枯落物碎屑形式补充土壤的碳量[11]。在同化二氧化碳的同时，通过林木呼吸和枯落物分解，又将二氧化碳排放到大气中，同时，由于木质部分也会在一定的时间后腐烂或被烧掉，因此，其中固定的碳最终也会以二氧化碳的形式回到大气中。所以，从很长的时间尺度(约100年)来看，森林对大气二氧化碳浓度变化的作用，其影响是很小的。但是由于单位森林面积中的碳储量很大，林下土壤中的碳储量更大，所以从短时间尺度来看，主要是由人类干扰产生的森林变化就有可能引起大气二氧化碳浓度大的波动。根据国家发改委2007年的估算，从1980—2005年，中国造林活动累计净吸收二氧化碳30.6亿t，森林管理累计净吸收二氧化碳16.2亿t。李育材研究表明，2004年中国森林净吸收二氧化碳约5亿t，相当于当年工业排放的二氧化碳量的8%。还有方精云等专家认为，在1981—2000年间，中国的陆地植被主要以森林为主体，森林碳汇大约抵消了中国同期工业二氧化碳排放量的14.6%~16.1%。由此可见，林业在吸收二氧化碳方面具有举足轻重的作用。
3发展森林碳汇的难点
［关键词］城市化；二氧化碳排放；协整分析；Kaya恒等式
［中图分类号］F293 ［文献标识码］A ［文章编号］1671-8372（2012）04-0012-04
一、引言
城市化作为一种全球性的经济社会现象，主要发生在工业革命以后。伴随着世界城市化的快速发展，城市人口急剧膨胀，城市规模快速扩张，能源消费迅猛增加，工业污染迅速蔓延，生态环境问题日益严重。在全球十大环境问题中，气候变暖居首位，而全球气候变化主要是由于温室气体排放量的不断增加，尤其以二氧化碳排放的增加为主。近200年来，世界城市化水平和二氧化碳排放量保持同步上升，目前二者均有加速的趋势。产业革命以来，世界城市化水平在5%左右，大气中二氧化碳浓度在280ppm左右（ppm是气体浓度单位，表示百万分之一），到了2007年，世界城市化水平达到了50%，二氧化碳浓度值上升到了383ppm，而其危险临界值为385 ppm，全球平均地表温度也比工业革命时期升高了0.74℃［1］。
我国城市化进程快速发展的同时带动了以化石燃料为主的能源消耗迅猛增长，使得二氧化碳等环境污染物的排放量逐年增加。根据国际能源署（IEA）公布的统计数据显示，2007年我国化石能源消费产生的二氧化碳排放已经超过美国，成为目前世界上二氧化碳排放总量最大的国家［2］。然而伴随着我国城市化、工业化发展的不断快速推进，以煤为主的能源消费量还将不断增加，由此产生的二氧化碳排放量也会进一步上升，这意味着，我国碳减排面临的国际压力将会日益增加。
随着全球气候变暖问题的日益严峻，越来越多的研究开始关注如何在城市化进程中缓解温室气体排放问题。徐国泉等运用LMDI分解法对中国碳排放进行了因素分解研究，定量分析了经济发展和能源强度对我国碳排放的影响，指出经济发展拉动我国碳排放呈指数增长，而能源强度的贡献率则表现为倒“U”形［3］。王锋对1995-2007年中国碳排放量增长的驱动因素进行了研究，认为人均GDP增长是二氧化碳排放量增加的最大驱动因素［5］。何吉多关于1978-2008年中国城市化与碳排放关系的协整分析表明，我国碳排放量与城市化水平之间存在长期动态均衡关系，且这种长期均衡关系对当前碳排放偏离均衡水平的调整力度较大［5］。日本学者Yoichi Kaya于IPCC的一次研讨会上提出Kaya恒等式，指出人类活动产生的温室气体排放与经济发展、人口等因素存在联系［6］。Duro和Padilla认为Kaya因素中引起不同国家碳排放差异的重要因素为人均收入、能源消费碳强度和能源强度［7］。林伯强等通过对Kaya恒等式的分解，认为1978-2008年对中国碳排放影响较为显著的因素包括经济发展、能源强度、能源消费碳强度和城市化水平［8］。
人类活动与温室气体排放之间的关系已经成为国际热点之一，研究二者之间的关系有着重要的现实意义。山东省作为我国的人口、经济大省，一直是高能耗、高碳排放区，魏一鸣指出，2005年山东省终端能源消费产生的二氧化碳排放总量居全国首位［9］。同时，山东省城市化进程快速推进，2010年山东省城市化水平为40.04%，正处于诺瑟姆曲线划分的城市化发展阶段中的中期加速发展阶段［10］。虽然山东省城市化发展已取得了可喜的成绩，但与我国49.95%的城市化水平相比还是相差较远。研究山东省城市化进程中的碳排放，不仅对于把握山东省碳减排政策、城市化发展战略、保持经济持续快速发展具有现实意义，而且对于更好地理解我国的整体状况也有重要意义。基于此，本文运用协整分析方法借助VECM模型对山东省城市化水平和二氧化碳排放量之间的长短期关系进行实证分析，并利用Kaya恒等式对山东省城市化进程中的碳排放影响因素进行分解分析，最后提出相应的政策建议。
二、山东省城市化与碳排放关系的协整分析
2．变量的平稳性检验
四、结论及政策建议
本文运用协整分析方法借助VECM模型对山东省城市化水平和二氧化碳排放量之间的长短期关系进行了实证分析，并利用Kaya恒等式对山东省城市化进程中的碳排放影响因素进行了分解分析，从而得出以下结论：
（1）山东省城市化水平和二氧化碳排放量之间的协整方程说明，二者之间存在长期均衡关系，长期弹性系数为1.7120，即城市化水平每提高1%，碳排放量将同步增长1.7120%，这说明城市化是导致山东省碳排放量增长的一个重要因素。
（2）由VECM模型可知，在短期内，山东省碳排放量的波动受到城市化水平和自身滞后量的影响，其中，滞后1期和2期的城市化水平对当期碳排放量变动的影响比较明显，城市化水平提高将导致碳排放量的增加；滞后1期的碳排放量对当期碳排放也有比较显著的影响，然而滞后2期的碳排放量对当期的碳排放有抑制作用，这是因为碳排放持续快速增长会促使政府采取碳减排措施。另外，短期误差项的修正作用并不很强，模型的修正系数仅为-0.0576，表明在短期内山东省碳排放量和城市化水平之间的长期均衡关系对当前碳排放量偏离均衡水平的调整力度不大，说明山东省碳排放量的变动除了受城市化水平影响之外，还受到其他因素的影响。
[关键词]工业行业 碳排放 影子价格 碳价格
[中图分类号]F205
[文献标识码]A
[文章编号]1004-6623（2013）05-0068-04
一、影子价格理论研究综述
影子价格理论最早由前苏联经济学家康特罗维奇在上世纪30年代提出，该方法解决了一个具体问题，即如何以一种方式把工厂的现有生产资源结合起来使生产最大化，他所使用的分析方法为线性规划方法，该方法的思想是求解一个在设定的一组线性不等式约束条件下的线性函数最大值，该值可以作为核算价格使用，康特罗维奇称为“分解乘数”，被美国经济学家T-库普曼斯（T.Koopmans）称为“影子价格”。
影子价格已被广泛应用于国民经济的各个领域，很多文献把影子价格分析应用到生态经济学和环境经济学的分析之中。Willian Nordhaus（1982）最早提出大气中CO2的增加将对经济活动产生影响，并应用影子价格模型对其进行描述。Pittman（1981）在Shephard距离函数的基础上首次通过估计距离函数来测算影子价格，随后基于这种估计方法的文献大量涌现。赵秀霞（1998）通过一个改进的二氧化碳影子价格模型，在考虑使用化石燃料所排放的二氧化碳被陆地森林吸收的因素下，计算了海洋森林双因子吸收的影子价格值。
涂正革（2009）采用采用非参数方法构建paneldata的方向性环境生产前沿函数模型，以北京、甘肃和河北为案例分析了这三个典型地区工业二氧化硫排放的影子价格及其变化特点。分析发现，二氧化硫的影子价格取决于排放水平和生产率水平高低，当二氧化硫排放水平较高、生产率水平较低时，减少排放的代价较低；相反，生产率水平较高、污染排放水平较低时，减少排放的代价较大。陈诗一（2010）利用环境方向性距离函数估计出中国工业38个两位数行业在1980～2008年的二氧化碳影子价格。结果显示，轻工业行业的二氧化碳影子价格绝对值要高于重工业行业，而且随着时间的推移，轻重工业和工业全行业的二氧化碳影子价格绝对值都出现递增现象。袁鹏、程施（2011）认为污染物的影子价格体现了污染物的边际减排成本。他们采用二次型方向性距离函数和2003～2008年我国284个地级及以上城市工业部门数据，对废水、SO2和烟尘等三种污染物的影子价格进行了估计。窦育民、李富有（2012）按照企业实现利润最大化原则并运用超越对数函数推导出环境污染物影子价格新的参数化度量公式。叶斌、唐杰、陆强（2012）构建了以系统发电总成本最小化为目标的电力系统数学规划模型，利用对偶原理求解GHG排放权的影子价格。以深圳电网为案例，计算了电力系统GHG排放权的影子价格并对其主要影响因素进行了分析。黄文若、魏楚（2012）利用环境方向性距离函数估计了中国29个省（市、区）1995～2007年间的二氧化碳影子价格与包含环境因素在内的生产率。测算结果表明，经济发展水平较高地区的二氧化碳影子价格与环境生产率值都要显著高于经济欠发达地区。二氧化碳影子价格在制定碳税政策方面有着重要的参考价值。胡民（2007）利用影子价格模型对排污权交易市场中排污权的初始定价及交易中的市场出清价格的形成机制进行了分析。颜蕾、巫腾飞（2010）运用运筹学理论建立了排污权初始定价模型，通过模型得到一个影子价格，即初始分配价格P=B*r，其中B为企业单位产品的平均利润，r为企业的产量与企业的污染排放量的比例系数。
国内外学者计算碳排放权影子价格大多采用方向性距离函数的参数方法和非参数方法，这两种方法都能测算出CO2的影子价格，前者是在假定市场价格为一元的情况下计算出来的，该方法首先要设定函数形式，具有很大的主观性和随意性，且要估计的系数众多，计算量很大，在实际操作时困难极大；而非参数方法无需设定函数，避免了人为因素的影响，使得结果更客观，且操作难度不大。
运筹中的影子价格实质上是一种边际价格，反映了在排污权得到最优利用时的生产条件下，每利用一单位的排污权进行排污时，企业受益的增量。影子价格是根据排污权在生产中做出的贡献而得出的估价。影子价格以资源的有限性为出发点，以资源最佳配置作为价格形成的基础。正确认识影子价格，可以为生产提供科学的决策依据。影子价格作为企业决定是否购买排污权的价格分界线，用于排污权初始定价参考是合理的。国内已有学者提出运用线性规划的方法推导出影子价格作为排污权的初始定价参考。但是目前还未有应用此方法的实证研究。
本文基于运筹学的影子价格计算模型，对深圳市工业行业2008～2010年二氧化碳排放的影子价格进行了计量，并得出相关结论。
二、模型与方法
（一）影子价格模型
本文借鉴胡民（2007）和颜蕾、巫腾飞（2010）提出的用于排污权初始定价的影子价格模型来构建计算碳排放权初始定价的模型。并将碳排放权的影子价格界定为：某一国家或地区（或企业）在碳排放权交易中在对其最优利用前提下的价格预估。
1 假设条件
假设1：某一地区根据节能减排目标等确定的当年地区碳排放总量为O，共存在i个二氧化碳排放企业（i=1，2，……，n）。
假设2：这i个企业单位产量产生的收益为Bi，年产量分别为Xi（i=1，2，……，n）。由于化石燃料的燃烧是造成二氧化碳排放的主要原因，并且在一定时期、一定技术条件下企业单位产值与石化燃料使用量成正比，因此可以假设其产值与二氧化碳排放量也成正比，且比例系数为ri，则企业的二氧化碳排放量Qi=ri×Xi。
2 模型构建
将二氧化碳排放总量控制和有偿配置下的企业利润最大化作为目标函数，将二氧化碳排放权看作一种生产资料，将二氧化碳排放量作为约束条件。根据以上假设，模型构建如下：
3 模型分析
拉格朗日乘子λ即单位碳排放权的影子价格，代表在碳排放权总量控制下实现其最优利用的单位碳排放权估价，这种估价不是碳排放权的市场价格，而是根据碳排放权在生产中做出的贡献而作的估价。
该影子价格表示在其他条件不变时，每增加一单位排污量所带来的利润。当碳排放权的价格高于影子价格时，该企业使用一单位碳排放权的成本高于其收益，缩减生产规模有益于总体收益的提高；当碳排放权的价格低于影子价格时，该企业使用一单位碳排放权的成本低于其收益，扩大生产规模有益于总体收益的提高。
（二）能源消费的二氧化碳排放量估算模型
我国并未直接公布CO2排放数据，为了分析的需要，本文计算各行业的二氧化碳排放量根据《IPCC国家温室气体排放指南》（2006），结合深圳市能源统计数据的实际情况，采用以下公式：
其中，CE为能源消费的二氧化碳排放量，单位为吨；Bi为第i种能源的消费量，单位为吨标准煤；各类实物能源消耗参照2011年《中国能源统计年鉴》最后所附的“各种能源折标准煤参考系数”折算成标准煤数量；Fi（CO2）为i能源的二氧化碳排放系数，单位为吨CO2/吨标准煤；i为能源种类，i取9。IPCC碳排放计算指南提供的CO2排放系数计算公式为：Fi（CO2）=H×Y×O，其中，H为低位发热量，Y为碳排放因子，O为碳氧化率。
三、深圳分行业碳排放影子价格计量
（一）数据来源和样本选取
本文以深圳市工业行业为研究对象，估算2008～2010年深圳市工业行业碳排放权初始价格，分别分为工业全行业、轻工业、重工业和纳入碳排放交易体系的26个工业行业，数据从2009～2011年《深圳市统计年鉴》中得到。
模型中涉及到的主要变量有单位产量产生的收益为Bi和单位生产规模二氧化碳排放比例系数ri。在实际运用中用相近指标进行替代。单位产量产生的收益Bi用单位产值利润率代替，产值利润率（%）=（利润总额/工业总产值）×100%。单位生产规模二氧化碳排放比例系数ri用碳排放强度代替，工业行业的碳排放强度表示为单位产值二氧化碳排放量，即工业行业碳排放强度=二氧化碳排放量/工业总产值。
由于《深圳市统计年鉴》自2009年开始统计工业行业主要能源分组消费量的数据，因此选取深圳市工业行业2008～2010年的工业总产值、利润总额、主要能源分组消费量的数据。
计算深圳市工业全行业、轻工业及重工业碳排放权的影子价格，结果分别见表1，表2，表3。
深圳市纳入碳排放交易的26个行业的碳排放权的影子价格计算方法及过程与全行业相同，本文不再赘述。
四、结果分析
1 深圳市工业全行业、轻工业和重工业2008～2010年碳排放权影子价格的平均值分别为788.31元/吨、499.06元/吨、941.99元/吨。可见，重工业碳排放权的影子价格明显大于轻工业，同时也大于工业全行业碳排放权的影子价格。说明重工业使用一单位碳排放权的边际效益较高，因此，重工业更可能成为碳排放权交易市场中的买方。
2 深圳市工业行业和重工业2008～2010年碳排放权的影子价格分别呈逐渐升高的趋势，从计算过程中可以直观地看到单位产值利润率呈上升趋势，碳排放强度呈下降趋势，必然导致碳排放权初始价格逐渐增大。轻工业的碳排放权影子价格在2010年有所降低，原因是轻工业2010年产值利润率下降。
摘 要 随着全球气候变暖加剧，低碳经济已经成为经济发展的新趋势。而碳税作为减少碳排放的重要手段，在推动经济低碳化发展方面起到了重要作用。本文在国外碳税实践的基础上，分析了我国开征碳税的必要性和可行性，进而提出了我国碳税税制要素方面的设计与构想，并对实施过程中可能出现的问题进行探讨。
关键词 低碳经济 碳税 制度设计
随着2009年12月份哥本哈根世界气候大会的召开，低碳减排再次成为全球关注的话题。节能减排、低碳环保已经成为世界各国努力发展的方向。在新的低碳经济形势下，是否开征碳税在我国也引起了激烈讨论与思考。目前，像芬兰、丹麦、英国等一些国家已经开征了碳税，这对减少碳排放和保护环境有一定的积极作用。国际实践的经验告诉我们，新的经济形势下我国需要开征碳税从而达到保护环境、节约资源的目的。
一、碳税的基本概况
碳税是二氧化碳排放税的简称，它是以减少二氧化碳排放和保护环境为目的，对化石燃料（如煤炭、天然气、成品油等）按照其碳含量或碳排放量征收的一种税。简言之，就是对二氧化碳排放所征收的一种环境税。碳税与能源税以及硫税、氮税、污水税等税种共同构成了环保税体系。
碳税的开征是与二氧化碳排放量日益增长和全球气候变暖的严峻形势分不开的。它是一种主要以减排为开征目的的环境税，是在世界各国认识到温室气体二氧化碳的排放已经严重破坏了生态环境、对全球气候以及可持续发展造成影响后提出的一种调节税。它能够有效促进节能减排和可再生能源、清洁能源的推广使用，有利于鼓励企业进行自主创新，研发节能减排的新技术，加速淘汰一些高耗能、高排放的落后工艺，利用可再生能源和清洁能源，从而降低能源消耗；同时，它也有利于能源结构的调整，征收碳税，意味着煤炭、石油等一些不可再生资源的价格上涨，加重了使用者的负担成本，导致了该类能源需求量下降。不可否认，碳税是减少温室气体排放、保护环境、解决能源问题的有效手段。它的开征，在直接减少二氧化碳排放量的同时也间接促进了能源的节约使用。
二、碳税的国际实践
作为一种新型环境税，碳税虽然还没有形成一套完整的理论，但在国外许多发达国家和地区的实践中得到了有效利用并取得了良好的效果。芬兰是最早开征碳税的国家，1990年芬兰为了减少碳的排放、鼓励可再生能源的利用开征了碳税。效果显著，在1990年―1998年，因为碳税芬兰有效减少7%的二氧化碳排放量，有力地促进了节能减排的工作。瑞典、挪威是在1991年引入碳税，刚开始只对汽油、天然气、矿物质等征收二氧化碳税。据资料记载，1990年―2006年，瑞典温室气体的总排放量下降了9%，同期GDP却增长了44%。丹麦在1992年开始对企业和家庭同时开征碳税，在碳税税收政策上进行了一些改善调整，相关评估表明，在征收碳税的这些年，丹麦减少了3.8%的二氧化碳排放量，即230万吨二氧化碳。英国、法国也于2001年纷纷开征碳税。欧盟各成员国根据各自的情况实施了不同的碳税制度，1990―2000年间温室气体排放量减少3.5%，取得了较好效果，实现了减排目标。
通过以上的数据资料我们可以看出，这些国家实施碳税税收政策取得了良好的成效，对我们国家开征碳税有一定的借鉴意义。这些国家在开征碳税时并没有一个统一的税制设计标准，而是按照各个国家的不同国情比如能源利用情况、资源耗用、经济实力、纳税人的负担能力等综合考虑从而设计出符合自己国情的税收制度。我国在碳税税制结构设计上可以借鉴国外实践经验，根据我国特殊的国情，制定出一个适应于发展中国家的碳税制度。
三、我国开征碳税的必要性和可行性
（一）必要性
1.减排的国际压力需要我们开征碳税
2009年哥本哈根世界气候大会号召世界各国发展低碳经济，节能减排，减少温室气体的排放，为保护环境做出贡献。全球气候变暖形势严峻，这不得不引起我们的高度重视。作为一个世界上少数以煤炭为主的能源消耗大国，我国的二氧化碳排放量一直很高。在2007年左右我国二氧化碳排放量已经超过美国，成为世界上最大的二氧化碳排放国，目前每年的二氧化碳排放量大约为70亿吨，这是一个巨额的数字。我国一直提倡建设环境友好型社会，实现可持续发展，并且承诺到2020年把碳排放强度（在2005年的基础上）降低45%，减排的国际压力巨大，能否实现减排的目标，兑现我们的承诺，体现我国在国际社会中举足轻重的大国形象，需要实行一项强有力的经济措施。而开征碳税可以有效减少二氧化碳排放量，是实现节能减排任务的重要手段，也是我国在减排的国际压力下需要采取的政策措施。
2.开征碳税有利于促进能源结构的调整，经济方式的转变
我国一直是以煤炭、化石燃料为主的能源消耗大国，目前的经济发展方式依然是以高投入、高耗能、高污染的粗放型发展方式为主，能源紧缺、环境恶化问题日益严重，为了建设资源节约型、环境友好型社会，我国需要转变经济发展方式。而节能减排就是实现这一目标的重要途径。开征碳税使得像煤炭、石油、天然气等化石燃料和其他一些高耗能产品的价格上升，导致消费需求降低，进而减少这类产品的消费量，一方面促使企业开发清洁能源，利用可再生能源淘汰高耗能的落后工艺，自主创新，研究节能减排技术，从而促进产业的结构调整和优化；另一方面有效地减少了二氧化碳排放量，实现减排目标。
3.开征碳税是与其他节能减排方式相结合、保护环境的需要
我国在2009年进行了燃油税费改革，2010年进行了资源税改革，都取得了一定的成效，目前正在计划推出环境税，而开征碳税是完善环境税税制的需要。从燃油税的效应扩大到煤炭等能源行业，推出资源税，在此基础上开征碳税，将碳税纳入税制改革的整体框架中，与使用可再生能源、替代能源以及碳汇、能效标准等其他节能减排政策措施、资源环境税种相结合，相互协调，真正形成合力，发挥减排作用，建立一个完善的环保体系，推进税制的绿化，从而达到保护环境的目的。
（二）可行性
1.国外碳税成功实践的经验借鉴
像芬兰、荷兰、英国等一些发达国家实行碳税的成功实践，为我国开征碳税提供一个范例。我国可以效仿发达国家的做法，根据我国特殊的国情，综合考虑征管水平、纳税人负担能力、资源情况等相关因素制定一个适合的碳税制度，我国二氧化碳减排技术水平较低，存在一定难度，需要发达国家技工技术援助和支持，要加强国际交流与合作，为解决全球气候问题而努力。
2.政策上的有力支持
我国一直提倡建立资源节约型、环境友好型社会，落实科学发展观，实现经济可持续发展，并制定了《中国应对气候变化国家方案》，这些政策有力地支持着碳税的开征，使我国碳税开征的可行性提高。
3.技术上易于操作
我国燃油税、资源税的成功改革为开征碳税提供了经验借鉴。碳税的征收可比照资源税的征管办法在化石燃料进入经济循环的使用环节征收，实行扣缴义务人抵扣制度。碳税的计征可依据碳排放量的高低采用累进税率，税基是碳的排放量，各能源的含碳量是固定的，可据此计算出税基，得出应纳税额，技术操作可行性较高。
四、税制设计与构想
（一）课税对象
碳税征收的目的主要是减少二氧化碳排放量，所以课税对象是二氧化碳的排放量。考虑到二氧化碳排放是由化石燃料燃烧引起的，这就给测量技术带来了一定难度。可以适当考虑将产生二氧化碳的化石燃料如煤炭、石油、天然气等的含碳量作为课税对象，与现阶段的测量设备配套实施，在技术操作上是可行的，待测量技术发展到一定程度后再直接以二氧化碳的排放量作为课税对象。
（二）纳税人以及征税环节
我国现行的燃油税是在消费使用环节依照“谁消费、谁负担”的原则进行征收的，碳税可以比照燃油税的征管方案在消费环节征税，同时以消费者作为纳税人。这就意味着消费者要根据煤炭、天然气等化石燃料的消耗量承担相应的税负。这样做强调了“谁使用，谁缴税”的公平原则，但是消费量和时间不好把握，增加了偷逃税款的机会。
考虑到我国的征管水平以及征管成本，在生产环节向生产者征税，可以实现源泉扣缴。向生产这些化石燃料的生产企业征税，从实际管理和技术操作角度考虑是可行的，也更容易操作。
（三）税率
碳税税率的选择可以按照产品含碳量的高低实行不同水平的定额税率，具有累进性质。具体的税率应根据环保部门对化石燃料含碳量测算的结果，参考一些因素如化石燃料消耗对大气污染的危害程度，消除危害实行减排工作需要花费的成本，以及现阶段我国税制对该化石燃料的征管情况来确定。作为一个新型税种，碳税的开征不免要加重纳税人的税收负担，为了不过多地影响我国产业的国际竞争力和人民的生活水平在开征初期应确定一个较低的税率，同时根据我国经济社会的实际发展情况建立碳税的动态调节机制。
（四）税收优惠政策
碳税的征收必定会带来产业间不公平的问题，所以要建立相关的税收优惠制度以保证碳税的正常实施。对于一些积极采用先进的技术减排和回收二氧化碳，如实行CCS（碳捕获和储存）技术，使用清洁新能源的企业可以适当给予税收优惠，减排达到国家规定标准的企业给予奖励，以鼓励其继续推进减排工作；对于一些能源密集型企业比如重工业、火力发电厂，基于其本身的产业特点可以考虑减征一部分碳税来减少对它们发展的负面影响，建立健全合理的税收减免和返还机制；结合我国现阶段的国情，从促进民生的角度出发，对于个人生活实用的煤炭和天然气排放的二氧化碳暂不征税。
（五）相关配套政策
首先要建立一个完善的征管体制，建立专项碳基金，实行碳收入专款专用；其次，要与其他减排政策措施协调配合，以达到减排目的。
五、开征过程中应该注意的问题
碳税的开征是一项复杂而系统的工程，要综合各方面的因素，比如对企业的竞争力、能源结构等影响，注意可能会出现的问题。作为一个新型的环保税种，尽管发达国家已有成功的实践经验，我国还是要依据自己的国情合理制定碳税税制。由于我国不同行业、不同地区的发展不平衡，碳税的设计就要结合这些因素，实行差别税率，尤其是对于中西部地区能源使用效率低，高耗能企业较多，要建立相应的税制倾斜政策。碳税的税收优惠制度是非常重要的，这也是我国特殊的国情决定的，要建立完善优惠政策，以免对经济造成过大的负面影响，鼓励企业使用减排技术、可再生新能源，从而保证碳税开征的落实。
参考文献：
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[4]夏璐.浅议“后哥本哈根时代”中国碳税之路.长沙职业技术学报.2010(3).
关键词：社会碳成本；中国产业结构：能源结构
产业结构实际上是整个社会当中各个国民经济产业的结构情况，这一概念对于产业互相之间的联系进行了更深入的分析，尤其是技术和经济相互之间的依存程度，可以视之为产业之间的关联程度。产业结构的变动，在国民经济发展过程当中是常见的一种现象，这主要是产业结构由于生产效率、生产要素等产生的变化，从而产生了产值上的变化。特别是在工业化的发展过程当中，社会的各项生产要素对于中国的产业结构会产生非常深刻的变化，中国正处在于改革的深水区，其产业结构的变化非常深刻，也容易受到国内和国际等多个方面的影响。而社会的碳成本，正是在众多的产业结构变动过程当中有着重要影响的要素。当前全球都整体呈现出气候变暖的状况，碳排放过高而导致的温室效应，对于整个世界都有影响。中国也非常重视自己产业在发展的过程当中出现的大量碳成本的产生，所以在这种社会碳成本的思路下，中国的产业结构必然会产生一定程度的变化，特别是在国家的产业政策的引导之下，这样能够更大程度地避免社会大量地排放出碳等温室气体，从而制约中国产业的可持续发展。
一、产业结构与社会碳成本理论综述
产业结构不仅仅影响着国民经济的总产值收入，更是影响着整个国家的经济发展方式。从党的十的报告当中也可以看出，中国政府非常关注当前的中国的产业结构转变，特别是促进整个中国的产业结构的优化升级。对于中国而言，国民经济的大局和产业结构有着密切的联系。产业结构受到多种因素的制约，国家的产业政策需要从多个层面考虑到整个社会的转变，因此在制定政策的过程中，需要对未来的社会发展负责。在过去的一段时间当中，中国的产业结构虽然有了一定程度的优化，特别是从传统的第一产业大国逐渐发展出多元化的产业形态，这些对于传统的中国国民经济体系而言都是巨大的变化。但是，中国的第二产业在发展的过程当中，对于整个生态环境所造成的影响和负担是十分沉重的，很多地区由于长期的工业发展造成了比较严重的污染，这些生态上的“后遗症”都制约着中国未来产业结构发展的空间和能力。从本质上看，产业结构和整个社会的生态环境有着非常密切的联系，这在近几年的中国产业结构调整当中已经成为了一项关键要素。
针对在生态环境当中的二氧化碳排放，社会碳成本理论实际上是对这种产业发展的一种反思，特别是对社会再生产的各个环节当中出现的生态环境破坏进行充分考量。只有从社会碳成本的角度出发，才能够让国家的产业结构调整更加具备科学性，能够针对未来的生态环境保护提供足够的理论参考。
美国著名的环境学着莱斯特・布朗，就在进入二十一世纪的时侯提出了环境问题和整个社会经济之间的联系，特别是能源经济需要进行改革，经济需要进入到生态模式之中。莱斯特・布朗在2002年的时侯就指出，针对全世界的气候逐渐出现温室效应的现象，应该要依靠清洁能源才能够解决这样的问题，特别是如何采用氢能或者太阳能等能源解决当前工业生产碳成本过高的问题。从二十世纪的九十年代以来，国际社会针对气候变化形成了如《京都议定书》等相关的约束性公约，但是对于温室气体的控制仍然是不理想的。尤其是当前发展中国家数量众多，其产业结构往往还没有形成低碳的条件。中国作为世界上最大的发展中国家，如何更好地从社会碳成本的角度推动中国产业结构的良性发展，这是一个重要的课题，具有非常大的理论价值和实践意义。
二、社会碳成本对于产业结构制约的途径分析
社会碳成本理论的出现，对于产业结构而言，首先是提出了低碳经济这一理念。低碳经济实际上就是整个经济体制和形态当中，各类产业的碳成本都相对比较低，而在这样的一种理念之上，低碳产业也随之产生。低碳产业则是指含碳量相对比较低的生产技术，或者采取低碳的生产原料进行加工等。通过产业当中制定相关的标准，以此来控制产品生产的低碳化。因此，社会碳成本对于产业的基本要求，就是能源消耗相对较低、二氧化碳排放相对较低、对社会生态环境的污染相对低，这些无疑都是需要在低碳的条件之下提高产业的生产效能，从投入和产出的角度上看，高碳产业对于环境的牺牲较大，在当前中国很多城市都已经开始逐步进行转型和淘汰，以此优化城市里的产业结构。社会碳成本并不仅仅存在于第二产业也就是工业，还广泛地存在于第一产业以及第三产业当中，任何产业在生产的过程里都会产生碳成本，而这种成本不可能为零，必然是客观存在的。所以，针对当前中国的产业结构状况，可以从多个方面，运用社会碳成本多种具体形式来促进、引导产业结构的优化升级。
（一）碳足迹对产业生产的监控
生态足迹理论对于生态环境的保护有着积极的意义，而碳足迹实际上就是在生态足迹的基础上提出来的。在2007年的时候，英国石油公司首次提出了碳足迹的理论，其主要是针对当前人类在日常的生产等过程当中所排放出来的二氧化碳总量。多个学者和组织也都围绕英国石油公司提出的碳足迹理论进行概念和界定，特别是学者恩格迪斯就率先划分了二氧化碳的直接排放量和间接排放量的衡量体系，而ETAP就是提出了温室气体的计算方式。二氧化碳作为一项温室气体，虽然对于整个环境是有害的，但是无疑也是现代产业在生产过程当中的等价物，在生产过程里需要排放一定量的二氧化碳。因此，从碳足迹理论当中可以看出，中国在引导产业进行转型和优化的过程中，可以从二氧化碳的排放周期角度去考虑。一时一地的二氧化碳排放是可以通过限额来实现，但是针对整个生产周期当中的二氧化碳排放量，应该采用源头追溯的方式，对二氧化碳在生态环境当中的影响进行探索。
当前采取碳足迹制约产业的二氧化碳排放的方式，主要是通过对产业的生产过程进行分析和计算，也就是整个生产投入和产出过程当中二氧化碳排放的状况。采取过程数据和投入产出的模型进行综合衡量，能够从生产周期的方式控制二氧化碳在特定产业当中排放量。不过在采取这种监控的过程当中需要充分考虑微观生产数据的变动产生的影响，避免在数据的形成过程中出现系统性边界的问题。
（二）碳税收对于产业结构优化的政策引导
碳税收也是从社会碳成本的理论当中具体化延伸出现的一种引导手段。这一观点在Symons等学者的研究当中就有所体现，Symons等人在上个世纪的九十年代，以英国作为一个虚拟模型，考虑了几种不同的碳税收对于产业的制约，这些学者从研究当中认为，如果生产排放出来的二氧化碳需要被征收一定的税收，那么这一类的成本一定会转嫁到消费者身上，最终这种价格上的波动会反过来制约二氧化碳在生产过程当中排放，对产业的低碳生产起到一定的引导作用。
从降低二氧化碳的生产排放，特别是从当前中国的产业低碳化转型的角度上看，中国要真正意义上确定碳税收的征收比例问题，实际上应该考虑到这种税收在征收的过程里面，应该对于排放者的行为进行一定程度的制约。如果碳税收的征收比例相对比较低，则不能够对产业的生产者起到重要的制约或者引导作用，长期来看，碳税收的税率应该体现出生态环境保护的制度价值。在制定二氧化碳税收上，应该根据不同的行业进行调整，特别是在短期的时间中可能会造成的工业负面影响要进行引导。实际上，征收这种二氧化碳的税收，应该根据企业的排放强度以及行业的不同进行调整，以引导产业低碳生产作为最终目的。对于一部分重型的化工类产业，如果只是依靠二氧化碳税收的征收，是不能够完成对这一类行业的制约，还应该采用一些配套的生态环境政策或者法规进行制约。
制定二氧化碳的关税也是可以促进产业的转型。在本国经济的发展过程当中，产品进入到世界不同的市场当中进行流通已经是一种常态，形成一种“生态绿色壁垒”实际也是具有现实意义的。针对产品征收碳关税，可以从一般均衡模型进行计算，在生产模块、收入支出以及对外贸易等模块都应该进行嵌入式的构建，才能够对国家的经济生产进行低碳化引导。但是如果没有充分考虑实际的情况，可能也会造成一定的副作用，因此，应该对中国的外贸以及经济生产的情况进行全面的考量，才能够保护中国的低碳产业格局的健康发展。
（三）从能源成本降低等方面鼓励产业低碳转型
实际上，社会碳成本不仅仅是从二氧化碳的成本角度上进行货币性的调整，更应该从能源结构上进行调整，鼓励不同的产业都采用清洁、高效的能源进行生产，这样可以更好地降低能源成本。能源结构实际上就决定了社会产业当中的二氧化碳排放量，采用不同类型的能源，在达到同等的热值的时候，二氧化碳的排放量都是有非常巨大的差异。所以，国家在制定二氧化碳成本基础上的产业格局调整政策的过程当中，就应该从能源优化的角度上，更多鼓励产业贡献出更多的低二氧化碳排放量。石油、煤炭以及天然气在总体的能源消费当中的比重如果产生了一定的差异，那么他们在生产过程当中的效率是不同的。煤炭作为一项传统的能源，实际上对于产业的低碳生产会起到负相关的影响，因为产业的生产过程当中，煤炭作为二氧化碳的主要排放能源，应该要多加考虑和调整。而借鉴广东和上海等地区为例，广东主要考虑到从能源结构优化的角度，降低二氧化碳的排放量，特别是采用清洁能源进行发电、供电等，将成本的效益体现到消费者、生产者等群体上，因此对于能源结构的调整，有更多的社会群体的支持。而上海则不同，上海采取的方式主要还是控制二氧化碳的排放量上，因此，这种控制如果没有采取能源结构调整的方式进行引导，可能会压缩一些产业特别是第二产业的产能，对于长久的发展仍然不利。
所以，基于能源成本的角度考虑产业低碳化生产转型，应该从能源供给的角度人手，只有能够提供更多清洁和高效率的能源，才能够推动社会各类产业积极地采用更多低碳的生产方式进行生产。因此，新能源供给的充足，从源头上为产业结构的变动提供了重要的基础，也为中国未来的产业发展提供了新的路径。
Abstract: Carbon dioxide capture and
storage is a decisive scheme to reply the global climate change. There are three ways to capture carbon dioxide: Post-combustion, Pre-combustion, and Oxy-fuel combustion. Geological storage, ocean storage and mineral carbonation are main styles.
前言
化石燃料占当今全球能源使用量的75-80%,人类二氧化碳总排放量的3/4来源于化石燃料的使用。如果不采取特殊的措施将我们对气候的影响降到最小,化石燃料使用排放的二氧化碳将对我们生存的环境造成严重的危害:全球温度上升1.4-5.8℃、季节更替改变和无法预知的事件,给我们的子孙后代带来灾难。因此,二氧化碳减排势在必行。同时,在找到新能源替代化石燃料以前,对排放的二氧化碳合理处置也是我们亟待研究和解决的重点。
1碳捕集和封存
碳捕集与封存(Carbon Capture and Storage,简称CCS)是指将大型发电厂、钢铁厂、化工厂等排放源产生的二氧化碳收集起来,并用各种方法储存以避免其排放到大气中的一种技术。这种技术被认为是未来大规模减少温室气体排放、减缓全球变暖最经济、可行的方法。
2二氧化碳捕集
二氧化碳捕集的目的是产生能运输到储存地点的二氧化碳高压浓缩液[1]。目前比较大的二氧化碳固定点源有:化石燃料的燃烧(电力、水泥生产、炼油厂、钢铁工业、化石工业以及石油和天然气加工等)和生物质(生物乙醇和生物能)等。
二氧化碳的捕集方式主要有四种:燃烧后捕集(Post-combustion)、燃烧前捕集(Pre-combustion)、富氧燃烧(Oxy-fuel combustion)以及工业分离(Industrial Separation)。工业分离从技术原理上,可以归入前三种。
在燃烧后捕集二氧化碳技术中,二氧化碳在化石燃料燃烧后通过化学或物理吸附法被分离出来。燃烧后捕集技术通常应用于常规发电站。此技术可从发电站的烟道气或者其它大的点源捕集二氧化碳。但是,由于烟道气中含有二氧化碳和氮气,且二氧化碳含量低,捕集规模庞大,耗费大量的能源,发电站要求具有一定商业规模。
目前燃烧前捕集二氧化碳技术广泛应用于化学肥料、化学药品、气体燃料(H2、CH4)和动力生产。燃烧前捕集技术是化石燃料高压富氧气化生成CO和H2混合气体,再将混合气体通过水蒸气,CO再与蒸汽反应生成二氧化碳并得到更多的H2。在燃烧前从排除的气流中分离出相对较纯的二氧化碳和H2。分离出的H2可作为无碳燃料。
在富氧燃烧中,氧气代替空气与燃料燃烧,产生以二氧化碳和水蒸汽为主的烟道气。水蒸汽可通过冷却凝析出。该技术捕集的几乎纯净的二氧化碳可直接运输到储存场所并储存。
燃烧后脱碳的技术核心是氨吸收脱除二氧化碳,难点在于分子水平吸附剂的开发。燃烧前脱碳的关键技术是转化制氢,涉及高温下氢的膜分离技术,包括模式转化装置、膜材料等方面的技术开发。富氧燃烧技术的关键是氧气供应及高技术涡轮机的开发。
3二氧化碳运输
捕集到的二氧化碳必须运输到合适的地点进行封存,为减小体积,需要将二氧化碳压缩至超临界状态,提高运输效率。管道运输是最经济有效的运输方式。2008年,美国约有5800千米的二氧化碳管道,这些管道大都用以将二氧化碳运输到油田,注入地下油层以提高石油采收率(Enhanced Oil Recovery,EOR)。
4二氧化碳封存
二氧化碳封存是指将从各种点源中捕集的二氧化碳,运输至埋存地,并注入地质结构中封存起来。二氧化碳封存方式众多,主要有地质封存、海洋封存和矿石碳化。
地质封存
地质封存一般是将超临界状态(气态及液态的混合体)的二氧化碳注入地质结构中,这些地质结构可以是石油和天然气储层、咸水层、无法开采的煤层等。IPCC的研究表明,二氧化碳性质稳定,可以在相当长的时间内被封存。若地质封存点是经过谨慎选择、设计与管理的,注入其中的二氧化碳的99%都可封存1000年以上。
把二氧化碳注入油田或气田用以驱油或驱气可以提高采收率(CO2-EOR或CO2-EGR技术),使用EOR技术可提高30%~60%的石油产量。在CO2-EOR项目中,50-67%二氧化碳气体会随着原油采出并将其分离、压缩后循环注入油藏以降低成本;在CO2-EGR技术实施过程中还要考虑储层盖层完整性、二氧化碳纯度、注入时间、注入速率等因素。
将二氧化碳注入煤层,封存的同时,也可有效的替换甲烷,提高煤层气采收率(CO2-ECBM技术)。常规的减压法开采煤层采收率仅为50%,而将二氧化碳注入煤层,甲烷采收率可达到90%,同时二氧化碳被吸附以达到封存目的。
二氧化碳注入深部含盐水层,溶解在水中,部分与矿物质缓慢发生反应,形成碳酸盐,达到永久封存目的。咸水层一般在地下深处,富含不适合农业或饮用的咸水,这类地质结构较为常见,同时拥有巨大的封存潜力。不过与油气田相比,目前人们对这类地质结构的认识还较为有限。
也有研究提出玄武岩、油气富集的页岩、盐洞和废弃矿井等也存在适合二氧化碳储存的场所。
海洋封存
海洋封存是指将二氧化碳通过轮船或管道运输到深海海底进行封存。海洋封存二氧化碳潜力巨大,同时也对海洋环境造成负面的影响,海洋封存二氧化碳使海水表面二氧化碳浓度增加,改变了海洋的化学特征,造成了表层海洋酸化等,此外,封存在海底的二氧化碳也有可能会逃逸到大气当中。因此,二氧化碳海洋封存需要关注渗漏可能造成沉积环境的改变及局部海洋酸化的风险。
矿石碳化
矿石碳化是利用碱性和碱土氧化物,如氧化镁(MgO)和氧化钙(CaO)将二氧化碳固化,这些氧化物与二氧化碳反应后生成碳酸镁(MgCO3)和碳酸钙(CaCO3),达到永久封存目的。如天然形成的含硅酸盐矿物质,蛇形岩,在世界各地分布众多,将燃煤产生的二氧化碳萃取物注入岩石,会生成稳定的碳酸盐。
5前景
全球应对气候变暖和环境改变的举措正如火如荼的进行着:2009年,全球发电设备巨头阿尔斯通和全球化工业领先企业陶氏化学公司合建的碳捕集试验电厂成功运行;英国RWE npower投资的Aberthaw电厂2010年投入使用;欧盟第六框架计划的中国-欧盟二氧化碳捕集与封存合作项目,旨在提供技术指导,并于2010年之前在中国设计一座燃煤电厂,进行二氧化碳捕集与封存;澳大利亚温室气体技术合作研究中心(CO2CRC)的Otway项目,将通过天然气井向地下岩层灌注10万吨二氧化碳;北达科塔大学能源与环境中心负责管理的平原CO2减排合作伙伴方,将在加拿大阿尔伯塔和威利斯盆地进行二氧化碳封存,将二氧化碳灌注到一个主要的咸水层结构等等。
二十一世纪为天然气世纪,世界能源发展总趋势是向低碳化以至无碳化方向发展。二氧化碳捕集与封存势必是应对全球气候变化的决定性方案之一。
参考文献:
[1] Bert Metz,Ogunlade Davidson,et al. IPCC Special Report on Carbon Dioxide Capture and Storage[M]. UK:Cambridge University Press,2005.
[2] " UNEP CCS-guide Can carbon dioxide storage help cut greenhouse emissions"? 2006.4
[3] "NETL 2007 Carbon Sequestration Atlas",2007
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