《基于三部门划分的能源碳排放总量目标地区分解》-经济学论文，人口资源与环境论文-论文范文参考-科学狗论文网

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基于三部门划分的能源碳排放总量目标地区分解

范文

卞勇曾雪兰

摘要中国是世界上最大的温室气体排放国，在《巴黎协定》确立2℃控温目标后，面临越来越严峻的减排压力，碳排放总量控制亟待开展。由于中国各省在经济水平、产业结构、资源禀赋等方面均存在较大差异，如何将国家碳排放总量控制目标合理分解至各省，对实现碳减排目标具有重要的意义。本文在目前碳排放目标地区分解研究和实践成果的基础上，谋求建立基于发电、产业、生活三部门划分的碳排放总量核算和目标分解方法。该方法体系首先确定国家各部门碳排放总量控制目标，其次计算当前省级部门碳排放和包含权利、责任、能力三个维度的指标体系得分，最后通过目标分解模型并根据各省在部门中的排放比例对部门碳排放总量按指标得分进行分解。在此基础上，应用该方法对“十三五”排放目标进行实证研究。结果表明，部门碳排放目标分解具有明显的地区差异性，非化石能源供应比例或电力净输出比例较大地区的发电部门总量增幅较大，产业结构相对合理或经济增长相对较快地区的产业部门总量增幅较大，终端能源结构较优或人口增长较快地区的生活部门总量增幅较大。通过本研究结果和现行省级碳强度下降目标比较、调整分解模型参数等分析，发现本研究的分解结果为发达地区分配更多排放空间，当收紧国家总量目标或降低现状排放比例对分解过程的重要程度，具有高碳特征的省份总量增幅压减甚至负增长越来越明显。该分解方法有助于地区准确了解各部门排放情况并制定有针对性的碳减排政策，促进地区的可持续均衡发展，可为国家碳排放总量控制和目标分解工作提供技术支撑。

关键词碳排放目标;总量控制;地区分解;三部门

中图分类号 F062.2 ? 文献标识码 A ? 文章编号 1002-2104（2019）10-0106-09 ? DOI：10.12062/cpre.20190631

气候变化是当前世界各国在可持续发展领域面临的重大挑战，《巴黎协定》确立了本世纪末控制全球气温升高相比工业革命前不超过2℃的极具雄心的目标。中国作为排放大国，在减排上责无旁贷，已提出到2020年单位GDP碳排放比2005年下降40%～45%，到2030年碳排放达峰并且单位GDP碳排放比2005年下降60%～65%，减排目标不断加强。然而，中国区域发展特征存在显著分异，而且产生碳排放的各部门在不同地区也呈现不同特征，如何合理分解省域减排任务是落实国家减排目标的关键。目前已有较多学者从不同角度开展减排目标地区分解的研究，国家也在“十二五”和“十三五”期间对全国目标进行省级分解和考核。本文在碳排放目标分解研究和实践成果的基础上，将地区划分为发电、产业、生活等碳排放特征和减排措施相异的三个部门，探索基于部门特征的地区碳排放总量目标分解方法，并对“十三五”减排目标进行实证研究，旨在提高分解方案的合理性和可持续性，为未来将要开展的国家碳总量控制和目标分解工作提供技术支撑，为地区制定针对各部门的减排措施提供指引。

1 研究综述

在研究碳排放目标地区分解相关文献中，学者们研究的分解对象主要有强度目标和总量目标。由于中国尚处于经济较快发展的阶段，约束力较弱的单位GDP碳排放（碳强度）目标是当前主要的碳排放控制指标。强度目标分解即把国家碳强度下降目标分解到各省、直辖市、自治区（以下统称为省）[1-6]，但各省目标和全国目标衔接存在较大不确定性。碳排放总量目标则具有较强约束力，有学者根据2020年国家碳强度目标和经济预期增速设定碳排放总量[7-11]，或根据2030年国家碳强度和峰值目标设定排放总量并分解到各省[12-14]。

分解准则是各地区之间减排目标相对强弱的决定因素，不同学者遵从的分解准则有所差异。效率性和公平性是碳排放目标分解的两大基本原则[7，9，11，15-17]。其中，效率性要求边际减排成本低的地区承担更多减排责任，公平性要求历史排放总量或现状排放强度大的地区承担更多减排任务，从而为发展落后、排放较少的地区留有足够的排放空间。更具体的分配标准可分为减排能力、减排潜力、减排责任等几类[10，18-20]。其中，减排能力指为减排付出成本的能力，减排潜力指可以产生减排效果的空间，减排责任指依靠高排放优先发展的地区需要承担更多的减排义务，和公平性要求类似。

此外，学者们也采用了不同的分析模型。指标体系方法通过选取和基本原则、分配标准相对应的指标，计算各地区的减排目标相对强弱[2，6，20-21];数据包絡分析（DEA）方法主要以能源、人力资源、资本为输入变量，以GDP和碳排放为输出变量，求解最优分配方案，是广泛应用于以效率性为主要原则的分解方法[12，22-24];有学者引入基尼系数方法衡量分解方案的公平性[11，21，25]，还有的应用可计算一般均衡（CGE）模型评估分解方案对地区经济发展的影响[3，26]。

在实践层面，“十二五”和“十三五”期间，中国对内地各省开展碳强度目标分解和考核工作，以此促进2020年碳强度目标的顺利完成[27-28]。分解方案中，沿海发达省份的下降目标较高，相对落后和能源结构高碳的省份下降目标较低。值得注意的是，碳排放核算边界以终端使用为准，跨省传送的电力对应的碳排放核算到电力消费的省份，相应排放因子取决于当年各自区域电网的发电结构。考核为每年进行，评估各省年度目标和累计目标完成情况。在省级强度目标分解的基础上，大部分省已把“十三五”下降目标进一步分解至下级行政区，确保目标的落实。

纵观目前碳排放目标地区分解的研究和实践成果，尚有某些待完善的空间。一是各省域碳排放组成特征差异巨大，目前的目标分解很少考虑部门的碳排放特点，面向地区整体的分解方案难以指导各地区制定有针对性的减排措施。二是公平性原则或减排责任分配标准，类似于国家间分配的“历史排放多则减排责任大”原则，但省份之间并没有绝对的利益区分，人口和产业也可以自由迁移到更宜居或生产更高效的地方，而历史或现状排放较大的省份同时也是人口持续流入和产业高速发展的地区，因此“排放多则责任大”的分解原则可能导致对部分地区可持续发展的制约。此外，分解和考核的工作实践中，由电力调入和调出产生的地区碳排放量转移，需要由国家统一核定电网排放因子才能确定，不利于地方政府准确预测指标完成情况而主动、及时出台调整措施。本文提出的总量分解方案将围绕以上问题进行优化研究。

2 研究方法

2.1 部门划分和排放核算

参考欧盟三部门法[29]，根据中国能源平衡表的分部门统计特点，把各地区碳排放来源分为相对独立的三个部门：发电、产业和生活。发电部门包括所有专门生产电力并用于上网的火电、核电和其他可再生能源电源，其生产的电力主要提供产业和生活部门消费，但该过程碳排放属于发电部门，且电力产生于本地则其碳排放也归属本地。发电部门碳排放来源于能源平衡表中“火力发电”所投入的煤合计、焦炭、油品合计、天然气、液化天然气等化石燃料燃烧过程。火力发电是中国碳排放的主要来源之一，对发电部门碳排放的核算和目标分解，有助于鼓励各地发电结构低碳化和发电效率提升。

产业部门包括所有产生GDP的第一产业、第二产业和第三产业，其碳排放主要包括能源平衡表中各产业终端消耗、除电力外的加工转换净投入以及损失量中的煤合计、油品合计、天然气、液化天然气燃烧产生的碳排放。特别地，炼焦和焦炭利用过程具有普遍的分离特点，因此地区产业部门碳排放还应加上焦炭净调入（包括净进口）量燃烧产生的碳排放，可分离炼焦和焦炭利用产生的碳排放。对产业部门碳排放的核算和目标分解，对各地有三方面的促进意义：一是以天然气和可再生能源利用、电气化为主的终端能源结构调整，二是以提高能效和淘汰落后产能为主的能耗提升，三是产业结构调整和行业优化。

生活部门即城乡居民生活，其碳排放为能源平衡表中上述5种化石能源生活终端消费所产生的碳排放。对生活部门碳排放的核算和目标分解，有助于为各地区提高生活质量预留足够的排放空间。因为在当前中国居民整体生活水平不高的情况下，对美好生活的追求仍将在一定程度上驱动碳排放上升，此外还有助于鼓励居民形成低碳生活方式。

综上，三部门的碳排放核算范围划分明确，所需能源利用数据均来源于本地能源平衡表。对于产业和生活部门，除焦炭外的其他二次能源消费情况已基本包含在煤合计或油品合计中，不再重复计算。化石燃料碳排放按公式（1）计算：

Cs=Es×LCVs×EFs×44/12

（1）

其中，Cs为化石燃料s的二氧化碳排放，Es为实物使用量，LCVs是低位发热量，EFs为碳排放系数。低位发热量来源于《中国能源统计年鉴2017》，碳排放系数来源于《IPCC国家温室气体清单指南》，煤合计和油品合计分别采用无烟煤和原油的系数。根据以上方法计算各省2013—2016年分部门碳排放总量。由于数据可得性等原因，本研究只纳入30个省级行政单元，研究范围不包括西藏及港澳台地区。

2.2 部门排放控制总量

根据中国2015年各省碳排放总和106.92亿t、“十三五”GDP预期年均增长率6.5%和碳强度下降幅度18%的要求，预测2020年全国碳排放总量控制目标为120.12亿t。表1为全国2013—2016年各部门碳排放占比变化，发电部门在这几年内相对稳定，生活部门占比小但持续上升。按此趋势，假设到2020年发电部门排放占比仍为35.5%，生活部门占比上升至5.5%，则可推算各部门2020年碳排放控制总量Ck（k=1，2，3分别代表发电、产业、生活部门）及“十三五”期间增长幅度，如表1所示。

2.3 分解原则和模型

本研究基于各部门关于碳排放的权利、责任和能力三个准则，通过分解指标体系分配地区碳排放总量配额，具体指标及其指示意义见表2。各准则中，“权利”指未来本地区发展或为其他地区提供电力所需要的排放空间，“责任”指能源或产业结构高碳、能效低而应承担的更多的减排任务，“能力”指投入减排成本的实力。

部门指标得分计算按以下步骤进行。一是对原始指标作标准化转换，即原始值减去均值后除以标准差。二是正向转换，其中责任和能力指标属于逆向指标，值越小应得配额越多，取负值;权利指标为正向指标，值越小应得配额越少，符号不变。三是非负平移转换。考虑到正态分布距离均值2倍标准差范围内的概率约为95%，可认为和均值相差大于2倍标准差的值为异常值，因此对所有指标加2后，大于4或小于0的分别取值为4和0，则所有指标的取值范围均为[0，4]，避免极差过大对分解结果产生明显影响。四是各部门平移转换后的指标值总和即为部门指标总得分。部门指标得分计算公式如下：

Zij=2±（Vij-Vij）/D（Vij）（i，1≤j≤30）

（2）

Pij=0，Zij∈（-∞，0）

Zij，Zij∈[0，4]

4，Zij∈（4，+∞）

（3）

Pkj=∑i∈kPij，

（4）

其中，i代表指標，j代表省份，Vij为原始指标，运算符±表示正向指标取加号、逆向指标取减号;Pij和Pkj分别表示j省份i指标的得分和k部门指标总得分。

2020年各省碳排放总量目标分解按部门进行，总体思路为：全国总量的某一比例按2015年该省在全国的排放占比来分配，剩余部分在2015年排放占比的基础上根据指标得分调节。各省部门碳排放总量分解模型为：

Ckj=Ck×n×fkj+Ck（1-n）fkjPkjmk

（5）

其中，n为2020年总量中按2015年排放占比直接分配的比例，称为现状重要性系数;fkj为2015年j省份在k部门中的排放占比;mk为调整系数，根据部门各省分配量和全国总量计算得到，各部门mk分别为0.178、0.127和0.172。

3 结果与讨论

3.1 部门碳排放现状

由图1可知，2016年各省碳排放部门贡献量有巨大的差异。从总量看，东部沿海经济大省和化石能源资源总量较大的省份排放总量较大，而经济总量较小和各直辖市排放总量较小。在发电部门，由于目前火力发电以煤炭为主，煤炭资源较丰富的山西、内蒙古、山东、新疆发电碳排放总量较大;电力需求量较大的江苏、广东也有较大的碳排放量。在产业部门，碳排放量也和能源禀赋有较密切的关系，煤、油、气资源丰富的地区具备更好的能源加工工业发展条件，因而排放量也相对较大。生活部门碳排放和人口总量有较强联系，但在各省的比例均较低。

将各省的发电、产业、生活部门碳排放分别除以总发电量、GDP和常住人口数，得到各省的单位发电量碳排放、单位GDP产业碳排放和人均生活碳排放，定义为部门单位排放水平。该值分别除以全国单位排放水平，定义为各部门的相对排放水平，如图2所示。发电部门相对排放水平主要和发电结构有关，煤炭资源丰富地区的相对排放水平普遍高于全国平均水平，而水电、核电比例较高的省份低于全国平均水平。产业部门相对排放水平在各省间有显著分异，北部化石能源资源丰富省份和西部经济发展水平相对落后省份的相对排放水平较高，与能源结构和能源密集型行业比重有关。生活部门相对排放水平的影响因素则较复杂，和经济发展水平、城镇化水平以及气候条件等均有联系。

3.2 碳排放总量目标分解结果

表3列出了各部门2015年现状排放比例、分解指标得分，以及公式（5）中n取0.8的2020年分解目标比2015年部门和地区总量增幅计算结果。现状重要性系数n取0.8，即2020年全国80%的总量按2015年各省占全国排放占比分配、20%的总量在2015年现状比例基础上按分解指标得分调节。主要考虑到技术发展和结构优化所产生的碳减排效应是逐渐呈现的，短期内分配给各省的碳排放总量控制目标应在较大程度上基于当前该省占全国的排放比例，n不宜过小，否则部分省2020年目标和2015年现状相比变化太大而难以实现;同时n不宜过大，否则分解指标得分发挥的作用不明显。

在发电部门，内蒙古和东北三省排放总量增幅低于10%，主要原因是火力发电标准煤耗较高，并且煤炭发电占比较高;上海煤炭发电占比较高，同时净调入电力比例较高，因而总量增幅也较低;其余总量增幅低于全国的省份也具有和以上省份相似的特征。与此相反，湖北、广西、四川、云南总量增幅高于20%，其煤炭发电占比较低，以及火力发电标准煤耗较低或净调出电力比例较大。总体上，资源禀赋和发电部门排放总量增幅有较强相关性，中西部地区水力资源、风资源和光资源较丰富的地区，非化石能源电力比例较高，且电力输出比例较大，因此总量增幅较大;反之，煤炭资源丰富的北方省份煤电比例较高，并可能由于煤电发展较早而拥有更多早期发电效率较低的机组，发电煤耗相对较高，因此总量增幅较低。发电部門排放总量分配方案，可促进火力发电标准煤耗较高和煤炭发电占比较高的地区加快电源低碳化转变，并为电力输出比例较高的地区预留更多排放空间。

在产业部门，除京津外的华北和东北地区以及宁夏、新疆的排放总量增幅最小，尤其是山西呈现负增长。其中，华北和东北省份由于煤炭终端消费比例较高或2013—2016年GDP累计增幅较小，宁夏和新疆则主要由于单位工业增加值能耗较高。京津沪三个直辖市尽管能源效率和能源结构均较好，但由于人均一般预算收入水平高而需要承担更多减排责任，因而总量增幅不大。福建、广东、重庆、江西、海南等省份，在GDP增长率、煤炭消费比例和单位工业增加值能耗等几个指标上呈现较优的水平，因此总量增幅最大。总体上，产业结构和产业部门排放总量增幅有较密切的关系，东北、华北、西北地区的重化工业比例相对较高，能源强度较高，能源结构高碳，并在新常态下经济增速放缓更加明显，因此总量增幅较小;大部分南方省份则由于产业结构相对合理和经济增长相对较快而拥有更大的总量增幅。产业部门的排放总量分配方案在当前经济发展新旧动能转换、供给侧结构性改革的背景下，有利于促进各地区加快产业结构转型和均衡发展、优化终端能源利用结构和提高能效。

在生活部门，总量增幅较低的地区中，东北三省由于2013—2016年常住人口下降，河北、山西、贵州、甘肃等省煤炭消费占比较高，北京和上海人均可支配收入较高而承担较多减排任务;总量增幅较高的地区中，广西、海南、重庆、天津和广东终端煤炭消费比例较低且人口增长率相对较高，尽管后两者因人均可支配收入较高而应承担更多减排责任。总体上，生活部门中代表权利、责任、能力的指标对总量增幅的整体影响比较均衡，各省增幅的变异系数（标准差和均值之比）远小于发电部门和产业部门（三部门增幅变异系数分别为0.34、0.41、0.16）。生活部门的排放总量分配方案，有助于兼顾促进各地区生活能源结构低碳化、保障生活碳排放增长空间、鼓励发达地区率先形成低碳生活模式三方面。

各省三部门排放总量增幅中，除京津外的华北和东北地区最小，较大的集中在南方省份。将三部门排放总量增幅按照各省“十三五”GDP增长目标（区间目标取下限）换算为强度下降目标，并和国家下达的“十三五”碳强度下降官方目标比较，如图3所示。总体上，按本研究的方法计算的碳强度下降目标，大部分省份比官方目标更高;而北京、上海、江苏、浙江、广东等三大都市圈所在省份，以及能源结构较优的西部经济大省四川，其强度目标均比官方目标有所下降或基本持平，意味着在经济和人口不断向优势地区集聚的趋势下，该结果为发达地区分配更多的排放空间。

3.3 不同参数选取对结果的影响

以上根据全国“十三五”GDP年均增速、碳强度下降目标的计算，结果是碳排放目标比2015年增长12.3%。固定n为0.8并调整碳强度下降目标，使2020年总量增幅分别定为5%、0%和-2%，得到各省排放总量控制系列目标，如图4所示。在全国总量增长12.3%的目标下，各省均有较充裕的排放增长空间;当全国增幅目标为5%，华北和东北等传统重工业密集的省份排放增长空间很小甚至负增长;当全国增幅目标为0%，新疆、宁夏、山东等高碳部门较密集的省份和天津、上海两个直辖市的目标也变为负增长或持平;当全国增幅目标为-2%，尚有增长空间的省份主要集中在南方。为实现《巴黎协定》的承诺目标，“十三五”后中国的碳排放控制目标将变得越来越严格，在总量增长目标收紧的情况下，华北和东北省份应率先开展排放减量管理。

固定3.2节中的全国总量增幅目标，对分解模型中的现状重要性系数n调整为不同值，考察各省的总量增幅目标变异系数的变化情况，如图5所示。当n=1时，各省部门排放总量目标均按2015年比例增加而增幅相同，变异系数为0，地区排放总增幅只因部门排放贡献比例不同而有很小的差异。当n逐渐变小，指标得分差异对各省部门排放和地区总排放目标的影响不断增加，省域间的增幅分化越来越明显。其中，生活部门排放增幅变异系数最小，表明各省的生活部门分解指标得分差异较小，生活消费对碳排放增长的刚性需求较强;相反地，产业部门排放增幅变异系数最大，随着n的变小越来越多省份产业部门增幅将变为负值，且高碳特征明显的省份排放目标加快收紧。在运用此方法的实际工作中，应进一步研究各部门合适的n值，在促进目标合理分配和避免目标分化严重之间、在增幅变异系数减排和发展之间取得平衡，尤其是对于排放贡献最大和与经济发展关系最密切的产业部门。

4 结论

本研究建立了一种基于发电、产业、生活三部门划分的碳排放总量地区分解方法，在确定未来分部门碳排放总量增长控制目标的情况下，按照由代表权利、责任、能力的指标组成的分解指标体系计算得分，在各省现状排放占比的基础上根据得分值分解部门碳排放总量目标。对“十三五”时期的实证研究结果表明，部门排放贡献量、相对排放水平和分解指标得分在省份间均存在较大差异;发电部门总量增幅较大的省份主要为非化石能源供应比例较高或电力净输出比例较大的地区，产业部门总量增幅较大的省份主要为产业结构相对合理或经济增长相对较快的地区，生活部门总量增幅较大的省份主要为终端能源结构低碳或人口增长较快的地区;将各省排放总量目标转换为强度目标并和官方目标对比，本研究的分解方案为发达地区分配更多的排放空间。当全国排放总量收紧，华北和东北省份应率先进入排放减量管理阶段;当分解模型中现状权重下降，各省增幅目标的分化越来越明显，其中产业部门的增幅差异最大。

与当前碳排放目标分解的研究和实践成果相比，本研究的分解方法具有如下特点。一是将地区碳排放分为排放特征和减排措施相异的三个部门，分部门计算总量和分解目标，有助于地区了解不同部门排放特点和制定有针对性的减排措施;二是从权利、责任、能力三个维度出发，在各省的排放增长需求、结构和效率优化潜力及应承担责任、碳减排成本支付能力之间寻求公平和效率兼顾的分解方案，促进地区的可持续均衡发展和资源优化配置;三是碳排放核算只涵盖地区范围内的能源数据，有助于地区准确掌握自身目标完成情况，及时调整政策，提高地区减排工作的自主性，也让进一步把总量目标分解至下一级行政区具有较强的可操作性。

在国际减排压力和新常态下发展转型动力不断增加的形势下，中国已具备开展碳排放总量控制和目标分解的条件。本研究的分解方法为国家碳排放总量管理提供技术参考的同时，应配套相应的排放管理政策，如建立地区碳排放预警预测机制、地区间碳减排财政专项转移支付机制和地区间排放配额转让机制等，保障国家总量控制目标的实现和排放目标分解及考核的实施。

（编辑：刘照胜）

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Study on energyderived carbon emission quantity target regional allocation?based on threesector division

BIAN Yong1，2 ZENG Xuelan1，2

（1.Guangdong Research Center for Climate Change， Sun Yatsen University， Guangzhou Guangdong 510006， China;

2.School of Intelligent Systems Engineering， Sun Yatsen University， Guangzhou Guangdong 510006， China）

Abstract As China is the largest greenhouse gases emitter in the world and faces increasing pressure on emission reduction after the 2℃ goal was settled in Paris Agreement， carbon emission total quantity controlling is essential in the near future. Since Chinas provinces are different in economic level， industrial structure， resource endowment， etc.， it is of significant meaning in achieving national reduction mission to allocate carbon emission quantity target properly to all provinces. Based on the existing research and practice in carbon emission target allocation， this paper aims to establish a total quantity allocation method from the perspective of three sectors， i.e. power， industry， and living. This methodology firstly determines the national total quantity controlling targets by sectors， then calculates sectoral scores of an index system with three dimensions involving right， responsibility， and capacity， and lastly allocates the sectoral emission quantities to provinces via an allocating model according to the current proportions of each province by sector and the sectoral scores. This method is then applied to investigate the emission targets of the 13thfiveyearplan period. Results show that sectoral carbon emission allowances among provinces are regionally different. Provinces with high shares of nonfossil fuel supply or exporting electricity are sufficient in growing quotas in power sector; provinces with relatively healthy industrial structures or higher economic growth rates are sufficient in growing quotas in industry sector; provinces with better energy structures of end use or higher population growth rates are sufficient in growing quotas in living sector. When comparing the results and the provincial carbon intensity targets in current policy， as well as adjusting the parameters of the allocating model， we can find that our results allocate more sufficient quotas for developed areas; when the national quantity target is more stringent or the current proportions impact more weakly on the allocation process， provinces with high carbon characteristics will be lowered in emission allowance growth， or even be required to reduce emission. This method will be helpful for provinces to precisely monitor and make policies and adjusting measures to reduce sectoral carbon emissions， promote regionally sustainable and balanced development， and provide technical support to the implementation of national carbon emission quantity control and allocation.

Key words carbon emission target; total quantity control; regional allocation; three sectors

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