基于地区间能源-碳排放-经济投入占用产出模型的经济结构调整.pdf

第３０卷第５期管理评论Ｖｏｌ．３０，Ｎｏ．５２０１８年５月ＭａｎａｇｅｍｅｎｔＲｅｖｉｅｗＭａｙ，２０１８基于地区间能源－碳排放－经济投入占用产出模型的经济结构调整付雪１，５ＭｉｃｈａｅｌＬ．Ｌａｈｒ２张亚雄３孟渤４（１．南昌大学经济管理学院，南昌３３００３１；２．ＥＪＢＳｃｈｏｏｌｏｆＰｌａｎｎｉｎｇ＆ＰｕｂｌｉｃＰｏｌｉｃｙ，ＲｕｔｇｅｒｓＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＮｅｗＢｒｕｎｓｗｉｃｋ，ＮＪ０８９０１；３．国家信息中心，北京１０００４５；４．亚洲经济研究所，千叶２６１－８５４５；５．南昌大学中国中部经济社会发展研究中心）摘要鉴于中国２０３０年碳强度比较２００５年下降６０％约束条件以及ＧＤＰ增长目标，本文认为地区间的产业转移有助于中国实现这一目标，并提出一个多区域多夫曼－萨缪尔森－索罗模型。它不同于前人国家能源的优化投入产出模型，自编制能源－碳排放－经济地区间投入产出表，以全国为一个系统，反映各地区隐含于产品和服务的碳排放，然后应用线性规划方法给出经济增长最大化和碳减排双目标下各地区分产业碳排放指标以及结构调整规划。当设定供给和需求平衡和能源使用变化的实际条件约束，模型结果表明应该削减能源消耗并将重工业转移出中国地区。当ＧＤＰ年增长６ 􀆰 ５％时，总碳排放量与２０１０年水平相比上升１ 􀆰 ６％，单位ＧＤＰ的二氧化碳排放量年度下降４ 􀆰 ４％。东部（０􀆰 ６％）碳排放份额下降，中部地区和北部沿海的碳排放份额将上升（１％和０􀆰 ２％）。欠发达地区高碳排放的金属压延业和金属加工制造业产出比例下降迅速。在中部和北部沿海地区下降０ 􀆰 ９％，在西北和西南地区下降０ 􀆰 ８％，因低碳排放的服务业的房地产业、金融和其他服务业的产出比例上升被抵消，在东部、南部沿海和京津分别增长５􀆰 ８％，５ 􀆰 ３％和５ 􀆰 １％。中国经济下行造成产业结构调整压力加深。能源结构趋向清洁化将减轻中国整体重工业和中部地区能源工业的碳减排压力，减排关键是对落后地区提高技术转移和合作。关键词地区间投入产出模型；碳排放；产业结构调整收稿日期２０１６－１０－１２基金项目国家自然科学基金重点项目（７１３３３０１０）；江西省自然科学基金（数学类）（２０１５１ＢＡＢ２０１０２４）；国家重点研发计划（２０１６ＹＦＡ０６０２８００）；国家自然科学基金面上项目（７１５７３１５０；７１５７３０６２）；国家社科基金课题（１０ＣＪＬ０３３）；国家社科基金重点项目（１０ｚｄ＆０３２）；江西省教育科学规划课题（１５ＺＤ３ＬＹＢ００５）；２０１５年文教类高端外国专家项目（ＧＤＷ２０１５７２００３０５）；江西省教育厅普通本科高校中青年教师发展计划访问学者专项资金项目资助（２０１６１０９）。作者简介付雪，南昌大学经济管理学院副教授，中国中部经济社会发展研究中心特聘研究员，博士；ＭｉｃｈａｅｌＬ．Ｌａｈｒ，ＥＪＢＳｃｈｏｏｌｏｆＰｌａｎｎｉｎｇ＆ＰｕｂｌｉｃＰｏｌｉｃｙ，ＲｕｔｇｅｒｓＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ教授，博士；张亚雄，国家信息中心研究员，博士；孟渤，亚洲经济研究所高级研究员，博士。引言中国政府承诺２０３０年每单位国内生产总值所排放的二氧化碳（碳强度）比２００５年的碳强度下降６０％－６５％，２０２０年非化石能源占一次能源消费的比重达到１５％左右［１］。不影响经济增长情况下优化产业结构和经济环境协调的可持续发展是一个十分重要的议题。中国是一个由各省市通过区域间产业链条关联的经济系统，地区间的各个产业和能源产业之间关联必须考虑，研究不同地区分行业经济结构调整和碳减排机制。多夫曼－萨缪尔森－索罗首次提出经济结构分析需要投入产出技术作为约束条件［２］。夏炎等和王会娟等首先设计一个能源经济系统，结合国家水平的投入产出表和线性规划，以能源消费减少为目标，在生产条件和２０８管理评论第３０卷能源约束下研究中国实现 “ 十一五 ” 规划的节能目标的工业结构调整潜力［３，４］。前人以最优化技术和能源节约为单一目标而且在生产约束、碳排放约束下的产业结构调整问题，不是以国民经济福利最大化目标发展函数。在中国经济增长率下降的情况下，发展是人们生活水平提高和福利增长的最关键因素，虽然排放和污染问题日益严峻，但是从发达国家发展模式看，快速增长并不是注定带来高污染。协调两者平衡实现可持续增长是发展新模式的核心。将国家碳目标分解到各个地区的行业水平上是较少涉及的，这里还强调国家福利提高和稳定发展仍然是发展中国家的首要前提。（１）中国未来经济发展减缓，将国家水平能耗最小化目标的优化模型［３，４］，改进为碳排放约束下的ＧＤＰ最大化目标的结构优化模型，协调国家福利最大化和碳排放约束关系，而不仅简单地认为发展和环境保护互相冲突；（２）中国提出以碳强度下降作为国家减排目标，以代数运算的结论是认为在中国经济高速增长的情况下承诺碳排放绝对量目标将会引起更大碳减排压力［５］。也没有在前人的投入产出模型考虑碳强度目标对中国结构调整的影响。（３）中国政府强烈地关注如何将国家碳减排目标分解到各地区的各个行业。前人优化投入产出模型预设合理的农业、制造业和服务业的ＧＤＰ份额［３，４］。本文分解国家碳约束指标至各个地区的每个工业碳指标。（４）中国强调新能源开发，可减少碳减排目标下的工业结构调整压力。将检验能源结构变化的敏感性，应分品种能源核算各地区不同产业的产品含能及对应的不同碳排放系数，考虑国家可再生能源占一次能源比例的变化对不同地区各产业结构调整和碳排放指标的影响。（５）目前地区碳减排战略是将高能源强度产业从沿京津地区和东部沿海地区的转移到中部和西部地区。是否孤立的政策能够真正的有利于相关发达地区的碳减排地区间能源－碳排放－经济投入占用产出表表１（部门分类见表２）以全国作为整体，以矩阵形式反映各个地区、各个产业间的投入与产出的数量关系，扩展矩阵是各个地区所消耗的能源、排放的二氧化碳以及占用的资产部分。将一个国家的各个地区各个产业与碳排放通过投入占用产出系数、碳排放系数联系起来，这种数量联系体现了各个地区的产业结构特点，以及内嵌于商品和服务的能源消耗所产生碳排放与地区产业结构的关联。由于碳排放主要来自于能源消耗，不同品种的能源所排放的二氧化碳不同，而且不同行业所消耗的能源品种不同。可以计算分行业碳排放强度（单位国内生产总值二氧化碳排放量），建立优化模型，测算各地区分行业减排潜力。表１地区间能源－碳排放－经济投入占用产出表产出投入／资产中间需求地区１地区ｍ能源产业非能源产业能源产业非能源产业最终需求最终消费资本形成出口存货总产出中间投入地区１能源产业非能源产业地区ｍ能源产业非能源产业能源使用能源消费总能源消费碳排放总碳排放进口１１ＸＥＥ１１ＸＥＮ１ｒＸＥＥ１ｒＸＥＮｌｒｆＥ１ｅｅｘ１ｋｅ１ｘｅ１１ＸＮＥ１１ＸＮＮ１ｒＸＮＥ１ｒＸＮＮｌｒｆＮ１ｒｆＮｋ１ｅｎｘ１ｋｎ１ｘｎｒ１ＸＥＥｒ１ＸＥＮｒｒＸＥＥｒｒＸＥＮｒｒｆＥｒｅｅｘｒｋｅｒｘｅｒ１ＸＮＥｒ１ＸＮＮｒｒＸＮＥｒｒＸＮＮｒｒｆＮｒｒｆＮｋｒｅｎｘｒｋｎｒｘｎ１ＸｕＥＥ１ＸｕＥＮｒＸｕＥＥｒＸｕＥＮｒｆＥｕｘｕｅ１ＸｃＥＥ１ＸｃＥＮｒＸｃＥＥｒＸｃＥＮｒｆＥｃｘｃｅ１ｅｅｕ１ｅｎｕｒｅｅｕｒｅｎｕｅｆｕｅｔｕ１ＸａＥＥ１ＸａＥＮｒＸａＥＥｒＸａＥＮｒｆＥａｘａｅ１ｃｅ１ｃｎｒｃｅｒｃｎｃｆｃｔ１ｍｅ１ｍｎｒｍｅｒｍｎ初始投入１ｖｅ１ｖｎｒｖｅｒｖｎ资产自然资源固定资本人力资本总投入１ｘｅ１ｘｎｒｘｅｒｘｎ第５期付雪，等基于地区间能源－碳排放－经济投入占用产出模型的经济结构调整２０９图１不同地区分行业产出份额和碳排放份额表２能源－碳排放－经济投入产出表的部门简化分类表产业和部门产业和部门１．农林牧渔业１１．交通设备制造业２．采选业１２．电子、通讯设备制造业３．食品和烟草加工业１３．其他制造业４．纺织、服装业１４．电力、热力和水生产和供应业５．木材家具加工业１５．建筑业６．文化教育和体育用品业１６．交通、储备和信息业７．化学和医药制造业１７．房地产、金融和其他服务业８．建筑材料和非金属材料业１８．城镇居民９．金属压延业和金属加工制造业１９．农村居民１０．普通机械设备制造业２０．总计注能源产业（２），（７），（１４）；非能源产业（１），（３），（４），（５），（６），（８），（９），（１０），（１２），（１３），（１４），（１５），（１６），（１７）。不同地区各行业的产出份额及其碳排放份额各不相同（见图１）。农业和服务业ＧＤＰ份额最大、碳排放份额最小，其中其他服务业的ＧＤＰ份额在２２ 􀆰 ４％－４７ 􀆰 ４％区间，碳排放份额在１􀆰 １％－７􀆰 ６％区间。能源产业，如电力、热力和水的生产和供应业碳排放份额最高，在３６􀆰 ６％－５４􀆰 ８％区间，而ＧＤＰ份额只有３％－５％。其中，西北地区的碳排放份额高达５４ 􀆰 ８％，而ＧＤＰ份额只有５％。重工业有相对较大碳排放份额，较低的ＧＤＰ份额。在北部沿海地区，金属加工及压延业有高碳排放份额（２９􀆰 １％）和低ＧＤＰ份额（６ 􀆰 ７％）。在南部沿海地区，非金属产品有高碳排放份额（２１􀆰 ２％）和低产出份额（２ 􀆰 ５％）。不同地区实施不同程度的产业结构调整，以此改变产业二氧化碳排放量，可以在实现二氧化碳减排的国家目标的同时，不会使得中国的总ＧＤＰ下降。将通过地区间能源－碳排放－经济投入占用产出模型研究不同地区分行业经济结构调整策略和二氧化碳减排机制。利用该模型，结合最优化技术，我们得出八个地区１７个产业的结构调整方案以及二氧化碳减排潜力。地区分行业经济结构调整１、产业结构定义产业结构调整将会导致国民经济结构的变化，这将引起生产所需的二氧化碳数量的变化。一个合理研究方法将各种投入（包括能源投入）与不同地区的各产业生产和消费联系起来。每个产业的生产对应于一定数量的二氧化碳排放，这与每个产业产出所需的化石燃料组合对应。因此，我们称碳排放系数是二氧化碳排放与总产出之间的比率。一般来说，我们的模型应该从有着高碳排放系数的产业生产转到低排放系数的产业生２１０管理评论第３０卷产。这样，一国的碳排放将减少。给出了一个模型能够使ＧＤＰ最优化的同时减少二氧化碳排放。通过地区生产结构调整而达到碳排放目标的潜在能力。负号表示ＧＤＰ比例的减少，正号表示增加。如果产业的ＧＤＰ比例增加，则所有产业有能力扩张生产规模并且提升它的生产率以使它的贡献增长。地区ｌ的产业结构调整潜在能力如下 Δ ｌｓｊ＝ｌｓｊ（ｔ）－ｌｓｊ（０）（１）ｌｓｊ＝ｌｖｃｊｌｘｊ／ｌｖｃｌｘ代表产业ｊ的ＧＤＰ（ｌｖｃｊｌｘｊ）占地区ｌ的总ＧＤＰ（ｌｖｃｌｘ）的比例，ｌｖｃ和ｌｘ是地区ｌ的增加值系数和部门产出。ｌｓｊ（ｔ）和ｌｓｊ（０）分别代表产业ｊ的最优化结构和初始产业结构。地区ｌ的碳排放的减少比例是 Δ ｌｃｊ／ｌｃｊ（０）＝（ｌｃｊ（ｔ）－ｌｃｊ（０））／ｌｃｊ（０）（２）ｌｃｊ（０）和ｌｃｊ（ｔ）是该地区优化前后排放的二氧化碳总量。２、优化投入产出模型模型仅限于化石燃料燃烧所排放的二氧化碳。优化模型如下ｏｂｊｅｃｔｍａｘｐ ′ （Ｉ－ＬＲＡ）ｌｘ（３􀆰 １）ｓ．ｔ．ＬＲＡｌｘ＋ｙ＋ｌｅｘ ≤ ｌｘ（Ｉ）需求平衡方程ｌｉ ′ ｌｘ＋ｃｙ ≤ ϕ ｃｔ（０）（ＩＩ）碳排放减少约束ｌｖｌｘ ≥ φ ｇｄｐ（０）（ＩＩＩ）经济增长约束ｌｘｌ ≤ ｌｘ ≤ ｌｘｕ（ＩＶ）产出上下界ｌｅｌｘ ≤ ｌｅｘ ≤ ｌｅｕｘ（Ｖ）出口上下界 ì î í ï ï ï ï ï ï ï ï （３􀆰 ２）（３􀆰 ３）（３􀆰 ４）（３􀆰 ５）（３􀆰 ６）φ 是ＧＤＰ的年增长率， ϕ 是碳排放的年增长率。ＬＲＡ表示地区间投入产出表的直接需求矩阵，ｌｘ是产出向量，ｙ是国家需求向量，ｐ ′ 是解释未来价格变化的各地区产业价格指数。ｌｅｘ是地区出口向量，ｌｉ ′ ｃ是地区ｌ的各行业碳排放系数向量，ｃｙ是各地区居民碳排放向量，ｃｔ（０）是地区初始总碳排放向量，ｌｖ是地区ｓ的增加值系数，上标ｌ和ｕ表示上界和下界，ｇｄｐ（０）是ＧＤＰ的初始禀赋，如果ｐ ′ 是目标年度地区产出价格指数，则ｐ ′ （Ｉ－ＬＲＡ）ｌｘ是名义ＧＤＰ。而ｌｖｌｘ是不变价的产出ＧＤＰ（基年是２００７）。所有约束方程的价值变量以不变价表示。目标函数（３ 􀆰 １）是ＧＤＰ最大化，即总产出减各地区中间使用，５个约束方程包括（３􀆰 ２）需求平衡条件，通过生产技术基本决定了直接和间接的能源消费和碳排放，净实际碳排放减少目标（３ 􀆰 ３）给出总碳排放量约束，目标（３􀆰 ４）给出ＧＤＰ最小值，（３􀆰 ５）是产出和出口上下界。既然碳强度减少被看作最终目标，（３􀆰 ３）和（３ 􀆰 ４）互相影响，其互相作用方式见表３所设定的各种情景。在模型中，主要起作用的是碳排放约束（３ 􀆰 ３），因为ＧＤＰ最大化是自动满足的，所以（３ 􀆰 ４）可以看成是一个冗余的约束方程。Ｒｏｓｅ等设定中国个人消费以７５％为下界和以１２５％为上界，这可满足人类基本需求［６］。考虑到中国的巨额投资，参考过去各个地区投入产出表中每个产业增长率，估计部门的产出和出口不会超出３５％和低于５％。出口约束使中国介于 “ 小国 ” 模型（出口量不会也不能影响世界价格）和 “ 大国 ” 模型（出口水平被限制并且能够影响世界价格）。在竞争型地区间投入产出表，进口在行上反映而不是列上反映，不像经典投入产出表中的净出口，被认为是需求平衡条件。模型计算中国最优的产业结果。它以基年作为初始结构。在第一种情景下，模型给出产业结构如何安排可以实现下年度碳排放强度最少减少４ 􀆰 ００％，这相当于当ＧＤＰ增加９％的情况下年碳排放数量增加４ 􀆰 ００％。这里ＬＲＡ，ｌｉ ′ ｃ，ｌｖ是由基年的中国地区间能源－碳排放－经济投入产出表（见表１）。碳排放是基于能源最终需求。内生变量是地区分行业产量ｌｘ和出口ｌｅｘ。外生变量是最终需求ｙ（包括居民消费和资本形成），总碳排放量的上限 ϕ ｃｔ（０），居民碳排放ｃｙ，ＧＤＰ总量下限 φ ｇｄｐ（０），地区产出ｌｘｕ和出口ｌｅｕｘ上界。所有变量是根据国民经济核算历史数据作出的。模型结果导致角解。既然居民消费和资本形成给定，求解的结果是使得出口最大化。这也反映了中国现实的ＧＤＰ最大化政策是基于出口导向战略做出的。这与发达国家趋向于居民最终消费的政策目标不同。为了防止角解，应该将中国的福利反映为总国内最终需求（包括居民政府消费和投资）最大化，这也类似于内生给定产出列向量，而不是本模型的出口内生化［７］。第５期付雪，等基于地区间能源－碳排放－经济投入占用产出模型的经济结构调整２１１表３碳排放强度指标和每年排放二氧化碳（％）情景１、２情景３、４情景５能源结构不变能源结构不变能源结构改变 Δ ｉｔｃ φ ϕ Δ ｉｔｃ φ ϕ Δ ｉｔｃ φ ϕ －４ 􀆰 ２６ 􀆰 ５１ 􀆰 ６９４ 􀆰 ４－３ 􀆰 ６９５ 􀆰 １９（不同技术水平）５ 􀆰 １（不同技术水平）－４ 􀆰 ２９４ 􀆰 ４－－注地区ｌ碳排放强度变化率 Δ ｌｉｔｃ，ＧＤＰ增长率 φ ，碳排放变化率 ϕ 。３、碳排放量越束表３表明高水平和低水平的两个碳排放强度降低情景，每个情景检查两个不同的经济增长率，由此得到四个不同的碳排放量的变化水平。广泛使用碳强度（ｉｔｃ）是碳排放量比经济增长的标准化指标，每单位ＧＤＰ的二氧化碳排放量（ｃｔ），即ｉｔｃ＝ｃｔ／ｙｔ。２５年间中国碳强度减少目标如下表示 ① Δ ｉｔｃ（２５）＝－ｃｔ（２０３０）／ｇｄｐ（２０３０）－ｃｔ（２００５）／ｇｄｐ（２００５）ｃ（２００５）／ｇｄｐ（２００５）１００％ ∈ （６０％，６５％）因此，在２００５至２０３０年间碳强度减少年度目标是从－４􀆰 ２％到－３􀆰 ６％ ② 。假设两个ＧＤＰ增长率水平，根据低增长率（６􀆰 ５％）和高增长率（９％），我们由此可以估计减少碳强度的碳排放变化量。在第４、５种情况下，考虑不同技术水平，或者考虑能源结构变化，即至２０２０年非化石能源占一次能源比例达到１５％。碳减排的产业结构调整模型应用于中国２０１０年地区间能源－碳排放－经济投入产出表以确定为实现碳减排目标的产业结构调整方案，本表是根椐中国２０１０和２００７年地区间投入产出表和历年中国能源统计年鉴自编的［８－１２］。产业结构调整潜力和碳减排分配方案是基于四个碳强度下降的情节分析做出的。前两个情景是分别假设高低两个经济增长率对应于两个不同碳排放量变化水平。根据所用化石燃料有不同的碳强度。为了比较上述不同的情景，第三个至第五情景考虑同样经济增长率下，不同强度的碳减排目标下产业结构调整方案，当提高非化石能源占一次能源比例所引起能源结构变化时，应该实施的产业结构调整潜力和碳减排分配方案。１、深度碳强度约束产业结构调整潜力和碳排放变化深度碳强度约束产业结构优化调整方案以及优化后的产业结构在表４中显示。在给定的技术水平下，中国２０１１年的总碳排放量与２０１０年水平相比上升１ 􀆰 ６％，也就是当ＧＤＰ年增长６􀆰 ５％时，单位ＧＤＰ的二氧化碳排放量年度下降４􀆰 ２％。调整后，发达的东部（－０􀆰 ６％）、南部沿海（－０􀆰 ３％）以及能源大省集中的西北（－０ 􀆰 ３％）碳排放份额下降，东北和京津持平，欠发达的农业地区和资源集中的中部地区和北部沿海的碳排放份额将上升（１％和０􀆰 ２％）。出现在平衡增长下的产业趋同现象。对多数地区的多数低碳密集行业来说，其产出以相似的增长率上升。产业趋同有着历史渊源，在求全计划体系下建立的工业系统，历经家电、汽车和钢铁、信息材料和医药等高新技术三次重复建设高潮后，再到当前各地区以房地产、金融、能源为核心的产业体系等，是因为市场失灵和政府失灵、地区利益共同体的利益驱动、市场需求与供应因素等多因素相互作用和影响的结果。除了所有地区的农业和现代服务业可以提高其碳排放量２５％，所有地区的大部分行业的二氧化碳排放都应减少３ 􀆰 ７％，京津、东部沿海大部分行业减少－３ 􀆰 ７％。东北、中部和西南的交通设备业的二氧化碳排放提高２５％。因此，碳减排的关键因素是减少关键的重工业和能源工业的二氧化碳排放。高碳排放的能源和重工业的产出比例下降。金属压延业和金属加工制造业下降迅速。欠发达地区在中部和北部沿海地区下降０􀆰 ９％，在西北和西南地区下降０ 􀆰 ８％，在东北地区下降０ 􀆰 ７％。这种下降将因其他工业，特别是低碳排放的服务业和高技术产业的产出比例上升被抵消。对大多数地区，房地产业、金融和其他服务业的产出比例增长最大。它在东部、南部沿海和京津分别增长５􀆰 ８％，５􀆰 ３％和５􀆰 １％。 ① ② 中国的碳强度（每单位ＧＤＰ排放的二氧化碳）目标是２０３０年碳排放减少到２００５年的６０％－６５％，２０２０年非化石能源占