中国工业结构调整的碳排放效应预测——基于动态多目标优化模型-牛鸿蕾.pdf
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1、中国工业结构调整的碳排放效应预测中国工业结构调整的碳排放效应预测基于动态多目标优化模型牛鸿蕾(徐州工程学院管理学院,江苏徐州221008)摘要:文章根据低碳经济发展目标对工业行业进行重新归类,并基于动态多目标优化模型,预测未来5年中国工业结构调整的碳排放效应,力图为相关政策的制定提供理论参考。研究结果表明:通过工业结构调整来协调“降碳、增长与就业”之间的关系,在一定程度上发挥降碳效应;第1、类工业行业短期内可大幅缩减其所占比重,但长期来看,其降碳效果有限,节能技术的开发、创新和应用才是关键所在;非金属矿物制品业、化学原料及化学制品制造业都属于高碳行业,但两者的发展分别对经济增长和扩大就业有突出
2、的贡献,因而适度的规模扩张仍是其短期内的必然选择;此外,第、类工业行业在节能减排方面的优势不再那么凸显,其扩张趋势会逐渐放缓。关键词:工业结构;碳排放;产业结构;低碳经济中图分类号:F0629 文献标识码:A 文章编号:1004292x(2016)1l如017-05Carbon Emi辎ion Em娥删c6蚰0f五nd吣tdm S优tor Str嗽tu托Adj璐tll圳nt in ChinaBasedn地Dyn粕lic Mlll6-oM剃w oI岫血州蚰ModdNIUHg-Iei(蜘lof M柚ag如艟nt,XIIzhou h娟tu钯of Te曲nolo野,A蜘ct: According to
3、lle go丑ls of 10wc ar!bon economy development, 出e industry segmens are recl豁s进edAnd b鹊ed鲫t|ledyn砌ic muhi objective optimization model, it predicts tle c成n emission e珏色ct of industrial sector stmcture adjustIIIent in China intlle next矗ve years in order to pmVide tle tleoretical reference for esablishi
4、ng the捌ated础iciesThe r:esearch re蛐lts show tll8t tIeindustrial res咖cturing can coordinate tlle relationship锄ong c ar_bon emission reduction, econ响ic glDwth锄d employmem gmwtl,which also plays c幽n reduction e艉ct to s伽e ext明te proportions 0f Industrial Sector I蛐dshould be cut dowrI si印击c明ny intle short
5、 te册, but in tlle long te册its e雎ct on c幽n elIlission reduction is limited, 锄d tlle innovati叩柚d application of eneEg)rsaving technology are very keyNonmetaic mineral product manuf如turing industry,锄d chemical raw material and pmduct m彻ufacturing industry botl are higllcarbon but tlleir deVelopmenthas
6、been mal【ing signific粕t contribution to economic gro叭h粕d job eIllargement, so for tIle two industries, modemte scale exp加sion is one inevitable choice in tIle short mnBesides, tlIe adv柚tages ofIndustrial sectoraIldin tlle r;espects of energ)r consenration aIld emissireduction are becoming less pmmin
7、ent tll锄befb南,粕dtIleir expanding tIend should be gmdually slowedKey woHb: Industry sector stllJcture; Carbon emission; Industrial stmcture;Low catbon economy一、引言根据国家统计局发布的数据,2014年中国能源消耗总量达到362亿吨标准煤,碳排放量约90亿吨,占全球总量的29,节能减排的形势异常严峻。早在1991年,GrossmanKmegel】曾指出经济增长影响环境的三种可能渠道,即规模效应、技术效应与结构效应。为考察这种结构效应,Deb
8、ab曲Talukdar等(2001)冈、Jo卜genson(2007)吼分别基于发展中国家的面板数据就产业结构调整收稿日期:201606一17基金项目:住房和城乡建设部科学技术项目(2014一R4-015);江苏省高校哲学社会科学基金指导项目(2015sJD473);江苏省建设系统科技项目(2014ZD45);江苏省“青蓝工程”资助项目;江苏省高校优秀中青年教师和校长境外研修计划资助项目。作者简介:牛鸿蕾(198l一),女,江苏徐州人,博士,副教授,主要从事低碳经济与产业结构研究。17万方数据技术经济与管理研究 2016年第11期对碳排放的影响进行统计分析。根据该领域主流的实证分析方法,国内学
9、者的研究可归为以下几类:第一,基于I队T方程及其变形式的方法。肖慧敏(4J、谭飞燕和张雯【嘟采用省域面板数据,根据该模型的不同扩展形式,实证分析我国产业结构调整与碳排放量变化之间的关系。第二,基于投入产出表的结构分解分析法。张友国|q、薛勇和郭菊娥等【7】、黄敏和刘剑锋阎等结合投入产出表,利用结构分解分析法研究碳排放的影响因素。第三,指数分解分析法。陈诗一19l等利用Ang&choiIlq提出的对数均值Divisia指数分解法,郭朝先采用I朋D1分解法分别预测产业结构变动对碳排放的影响。此外,任建兰等利用I朋一D1分解模型与LEAP模型对黄河三角洲高效生态经济区工业碳排放影响因素进行分析及情景
10、设置预测。第四,其他方法。陈永国等提出产业结构与碳排放强度演进的“开口P型曲线”假说,张伟、王韶华【lI运用通径分析明确了三次产业比例的相互关系及其与碳强度的关系;朱永彬、王铮构建分部门跨期优化模型,对消费偏好导向下产业结构的优化方向及碳排放趋势进行模拟测度;李科f12l运用动态面板平滑转换模型分析中国各省份的产业结构对环境库兹涅茨曲线(EKc)的影响。大多数研究认为:多数行业在能源消耗与碳排放强度方面存在较大的差异性,产业结构的调整及优化升级会对碳排放量产生稳定的影响,工业产值规模的变动空间有限,其内部结构的优化升级对于低碳经济的发展会起到关键性作用。然而,以往针对工业结构调整对碳排放影响的
11、实证研究并不多,且大都专注于两者之间关联性的分析,忽略工业结构调整会涉及到低碳经济系统的诸多方面,而仅从节能减排角度出发进行的结构调整,很可能打破已经达到的综合经济平衡状态。为此,文章提出一个以动态投入产出平衡方程为主要约束条件、以一组社会经济发展目标为目标函数的多目标优化模型,并基于此预测未来几年中国工业结构调整的碳排放效应。与以往不同,本研究不仅根据多个目标对工业细分行业进行归类,还通过构建动态投入产出模型来测度工业结构调整的碳排放效应,把经济发展的现在和将来联系起来,保证预测结果更加符合经济运行状态。二、工业行业的分类与碳排放的估算俭010年中国投入产出延长表是我国迄今为止最新、最详细的
12、投入产出表,故被文章作为行业分类的重要依据,该表将工业部门划分为47个行业门类,而抛11年中国统计年勘将工业部门细分为42个行业,两种数据来源的统计口径略有差别。为了方便相关指标值的计算,先对行业类别进行初步的整理,归纳为31种,如表l所示。这些行业的发展特征与历程、生产工艺、技术水平等都不尽相同,在能源消耗、温室气体排放、吸纳就业、促进经济增长等诸多方面也存在较大差异;从降碳、促增长、增就业三个经济发展目标出发,可对众多工业行业进一步的归类,缩减行业的种类数,有利于更加简明、扼要、准确、清晰的阐述工业结构演变及其对碳排放的影响效应。根据20lo年中国投入产出表延长表与(Qoll年中国统计年鉴
13、,分别计算各行业万元总产出二氧化碳排放量(指18表1基于多目标的工业行业分类行业行业类型(共8类) 工业行业(共31种)数目第1类工业行业 煤炭开采和洗选业、石油扣天然气开采业、造纸及印刷高碳排放一高增加 5值率一高就业工业 业、电力、热力的生产和供应业、燃气生产和供应业第类工业行业高碳排放一高增加 非金属矿物制品业 l值率一低就业工业第类工业行业高碳排放一低增加 化学原料及化学制品制造业 l值率一高就业工业第类工业行业 石油加工、炼焦及核燃料加工业、黑色金属冶炼及压延高碳排放一低增加 加工业、有色金属冶炼及压延加工业 3值率玳就业工业第V类工业行业 食品及酒精饮料制造业、木材加工及木、竹、藤
14、、棕制低碳排放低增加 品及家具制造业、金属制品业 3值率一低兢业工业第类工业行业 皮革、毛皮、羽毛(绒)厦其制品业、文教体育用品制低碳排放低增加 造业、橡胶、塑料制品业、交通运输设备制造业、电气 6机械及器材制造业、通信设备、计算机厦其他电子设备值率一高就业工业 制造业第类工业行业 黑色金属矿采选业、非金属矿及其他矿采选业、烟草制低破排放一高增加 品业、医药、化学纤维制造业及其他化学制品业、工艺 5值率一低就业工业 品、废品废料回收加工业及其他制造业第类工业行业 有色金属矿采选业、纺织业、纺织服装、鞋、帽制造低碳排放一高增加 业、通用设备制造业、专用设备制造业、仪器仪表及文 7值率一高就业工业
15、 化、办公用机械制造业、水的生产和供应业当年价的2010年行业总能耗二氧化碳排放量与总产出之比,用u来表示,单位:吨,万元)、各行业增加值率(指2010年的行业增加值与总产出之比,用”来表示),万元总产出从业人员数(指当年价的2010年行业城镇单位年末从业人数与总产出之比,用叫来表示,单位:人历元)、分别以这三个指标值为坐标轴,绘制所有工业行业的三维分布图。根据各个指标值的中位数,粗略判定高低区域的分界值:u:01、”=02和tl,=0005,据此做出三个互相垂直的平面,将 n n15空间划分为 nn38个区域, 15如图l所示。Il。川s显然,代表 1不同行业的 “);:各点不均匀 ”“的分
16、散于不同区域,且每个区域都有点的落入,图1工业行业分布的三雏空间图这些行业被分为八类,具体结果见表l。此外。本研究针对人类生产活动中消耗石化能源所产生的二氧化碳排放量,IPCC(2007y”提到石化燃料燃烧所产生碳排放量的三种估算方法。文章选择其中的第一种方法,即根据能源消耗数量以及缺省排放因子来估算二氧化碳排放量,虽其准确性不足但简单易行、适用性强。需要说明的是:碳排放估算针对的是8种石化能源:原煤、焦炭、原油、汽油、煤油、柴油、燃料油、天然气;某种能源的缺省碳排放因子乘以平均低位发热量可得该能源的碳排放系数,即单位能耗对应的碳排放万方数据中国工业结构调整的碳排放效应预测量;碳排放量应等于能
17、源消耗量乘以碳排放系数。三、模型构建1目标函数工业发展及工业结构的调整应尽可能与低碳经济发展相适应,不应加剧就业形势的严峻性,而且,工业产量的过快或过缓增长都是不利的,工业结构的优化要有利于国家经济安全、社会稳定、低碳环保及与其他产业发展相适应。因此,文章从经济总量、碳排放量、就业总量、各产业之间的综合平衡四个方面来设计目标函数。由于时间维度上的最优化问题的一个特点是其准则函数是加性可分的,那么,这里动态优化模型的四个目标函数都选择相应的累计值。(1)经济增长目标国际上,通常用GDP来衡量国民收入,以规划期内GDP累计值最大作为首个目标函数,表示为:m娃嬲D降乞eVA啊O)】 (1)式中,f=
18、1,2,K,e=【l,l,lr为单位列向量。由表l可知,能够将生产部门归为9类行业,其中,工业生产部门包括8类行业(即第1、V、类工业行业),其余所有的非工业行业都纳入到第类行业中,按照这种划分,xO)代表在第t期各类行业总产出列向量,。,x躺,x脚】7,肛9,因此,A=)。表示第t期的直接消耗系数矩阵也应为按照新的行业分类转化后的形式。(2)碳排放控制目标在低碳发展模式下,工业结构调整的基本目标是控制或降低碳的排放量,可用以下目标函数来表示,如下:IIIin粥肚乞蚴xG) (2)式中,C为第期各类行业碳排放强度构成的行向量【c。(I),G,c伽,Go)-堡堕翌暨犁譬羹荐釜錾髻甓翼葬饕等,表示
19、第1期第n类行业单位总产出的总能耗碳排放量。(3)充分就业目标当前与工业发展密切相关、亟待解决的社会问题之一就是劳动力就业,第三个目标函数是规划期内就业总量的累计值最大化,表达式如下:m娃7砰=乞(I)斌0) (3)上式中,为第期各类行业劳动力系数的行向量陋。(t),z,。,厶=表示第t期第n类行业单位总产出的城镇期末的从业人数。(4)综合经济平衡目标综合经济平衡是低碳经济系统良性发展的基础,要求各行业协调发展,尽可能的降低失衡程度,其目标函数表示为:置min加y=艺e7【d国圳)】 (4)仁l式中,悱【文-,d+2,d。蝴7,d埘=耻一-,蚴),正脚】r分别表示第t期各类行业动态投入产出平衡
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