我国产业结构与碳排放强度的演进关系——基于“开口P型曲线”的解释

陈永国，褚尚军，聂 锐

（1.中国矿业大学 管理学院，江苏 徐州 221116；2.河北经贸大学 经济研究所，河北 石家庄 050061；3.河北经贸大学 资产处，河北 石家庄 050061）

一、引言

大气中由于人类活动造成的二氧化碳浓度上升已危及人类的生存条件和发展质量，促进二者脱钩发展已成为政府和学术界关注的焦点。由于不同国家的发展阶段不同，因而如何实现脱钩的政策着力点不同。许多已实现工业化的发达国家碳排放量的70%来源于消费领域，其政策的重点在于推动消费低碳化。而对处于工业化中期阶段的中国，由于碳排放量的70%来源于生产领域，因而通过制定有效政策调整产业结构，实现生产领域的低碳化发展是统筹应对气候变化与转变经济发展方式的重要选择（于刃刚，2011）。

为了实现这一重要选择，我国将降低碳排放强度（单位GDP的二氧化碳排放量）作为约束性指标，已纳入国民经济和社会发展的“十二五”规划并制定了相应的统计、监测、考核办法。实际上，通过调整产业结构促进节能减排进而降低碳排放强度，不仅仅体现在“十二五”规划中，我国其他法律和政策也有明确要求：法律方面，修订后的《中华人民共和国节约能源法》和《中华人民共和国循环经济促进法》都要求调整产业结构、促进产业升级；政策方面，国务院发布的《关于抑制部分行业产能过剩和重复建设 引导产业健康发展若干意见的通知》《关于进一步加强淘汰落后产能工作的通知》《节能减排综合性工作方案》《“十二五”控制温室气体排放工作方案》《关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》等对产业结构调整的目标和如何调整都有明确要求。

我国是否达到了通过调整产业结构降低碳排放强度的政策目标？学术界对此并没有一致性的结论。孙敬水（2011）、陈诗一（2011）等认为，虽然产业结构变动对降低碳排放强度的作用较小，但还是有贡献的；与此相反，朱勤等人（2009）、黄芳等人（2012）的估算结果则为整体上是负贡献。以上这些估算忽略了产业结构与碳排放强度的演进关系，在估算工业碳排放量时没有考虑非化石能源的二氧化碳排放量。本文在探讨二者关系的基础上，综合估算了各行业的碳排放量并讨论了产业结构调整对降低碳排放强度起何种性质的贡献。

本文剩余部分安排如下：工业革命以来，产业结构与碳排放都分别演进，二者之间有没有关系？是何种关系？为什么会形成这种关系？这种关系稳定吗？第二部分的理论假说对二者关系给出了机理分析，并且用已实现工业化国家的事实初步验证了这种假说的可靠性。第三部分提供了估算结构变动对降低碳排放强度起何种贡献的方法，并针对我国的具体情况，对估算数据的来源、时期和方法进行了说明。第四部分分析了估算结果并说明了政策含义。

二、理论假说

迄今为止，从能源和经济的视角看人类发展，二者既是总量扩大也是结构变化过程，伴随此过程的是碳排放量的不断扩大。引起人为碳排放量变化的最重要原因是经济发展，尤其是工业革命引起电力、钢铁等高耗能产业迅速发展后，由于煤炭、石油等化石能源大量使用导致了碳排放量快速扩大。扩大过程在各个国家都一样，不一样的是经历的时间长短不同，这显示了不同国家产业结构调整的力度不同，该不同直接导致了碳排放强度出现差异。总体上，在以化石能源为主的经济发展过程中，产业结构与碳排放强度的关系可以从产业结构理论和工业化理论两个视角来归纳和解释，二者的关系是一种“开口P型曲线”的关系（见图1）。

图1 产业结构与碳排放强度的“开口P型曲线”

（一）产业结构理论为建立“开口P型曲线”模拟了曲线形态

产业结构理论告诉我们，经济发展的过程是一系列相互关联的经济结构的变化过程，产业结构的调整一般是从“一三二型”向“二三一”，最后形成“三二一”型产业结构的过程。产业结构的这种变化会对资源、生态环境造成影响（Crossman G.和Krueger A.1995；Faye Duchin，1998）。

Thijs ten Raa（2004）、项俊波（2009）都关注了经济结构变化对生态环境造成的影响。从这些研究结果可以看出：产业结构变化对碳排放强度变化的贡献是渐进式的，短期贡献比较稳定。这是由经济发展的惯性造成产业结构要发生显著性变化需要较长时间的规律所决定。这种长期性给企图在较短时间内利用调整产业结构来降低碳排放强度的政策提出了挑战。

（二）工业化理论为建立“开口P型曲线”提供了机制说明

从工业化理论视角看，产业结构变动对碳排放强度产生影响的机制在于：各产业的碳生产率和经济增长速度存在系统差别，当产业结构发生变化时，二氧化碳会在各产业间流动，这种流动自然会引起碳排放强度的变化。在工业化初、中期，大量化石能源被粗放利用，二氧化碳的排放速度快于GDP的增长速度，碳排放强度随之上升；而当工业化进入中、后期后，以能源密集型为主的重化工业向装备制造、信息产业等技术密集型产业和服务业升级，再加上政府对保护环境的管制措施越来越多、力度越来越大，能源结构不断优化、利用方式不断干净化，经济增速快于碳排放增速，从而不断降低碳排放强度；进入后工业化社会，在技术进步、人们环保要求不断提高的条件下，碳排放强度将基本稳定在一个较低水平。

（三）“开口P型曲线”假说

结合产业结构理论和工业化理论，如果以工业占GDP比重代表产业结构，那么产业结构和碳排放强度的变动趋势可能是：工业化初、中期，随着工业所占比重上升，碳排放强度随之上升；工业化中、后期，尽管工业在产业结构中仍占主导地位但所占比重开始降低，因而碳排放强度开始降低；到后工业化社会，工业所占比重降低到一定程度后，碳排放强度从降低也向基本稳定转变。对于这种变化趋势，沿袭研究经济增长与环境变化用图形表示的传统（如倒U曲线、U型曲线或N型曲线等），我们把产业结构与碳排放强度的变化用“开口P型曲线”来表示。曲线之所以是开口的，是由工业在GDP中所占比重降低到一定程度就不再降低决定的。

（四）已实现工业化国家演进事实的经验支持

“开口P型曲线假说”可以用历史经验数据来验证 。MichaelGrubb，Benito Müller 和 Lucy Butler（2002）研究发现，已实现工业化的国家，如美国和英国，以人口数量计算的碳排放强度（人均碳排放强度）几乎与50年前相同，但其工业所占比重呈下降趋势：美国2007年为20.9%、1947年为37.7%，60年下降了16.8个百分点；英国2008年为23.6%、1957年约为48%，51年下降了24.4个百分点。另外，张志强、曾静静、曲建升（2011）采用多国数据的研究结论也表明，主要工业化发达国家第二产业占GDP比重与碳排放强度之间存在正相关关系。因此，已实现工业化国家碳排放强度与工业结构的变动事实与“开口P型曲线”的变动趋势基本一致。

三、估算方法与数据说明

“开口P型曲线”反映了产业结构变动对降低碳排放强度的贡献过程。参考Pender（2003）的研究思路，如果这种贡献有利于降低碳排放强度，我们称之为产业结构变动对降低碳排放强度起的是结构红利（Structural Bonus）贡献；反之，则称为结构负担（Structural Burden）贡献。

（一）估算方法

估算产业结构变动对碳排放强度变化是起何种贡献，这需要在碳排放强度变化中分解出产业结构所起的作用，因此我们采用分解的思路来研究估算方法。

碳排放强度的分解就是将碳排放强度分解为几个影响因素，并根据不同的方法确定贡献水平。主要有两类分解方法：结构分解法（Structural Decomposition Analysis，SDA）和指数分解法（Index Decomposition Analysis，IDA）。相比较前者需要利用消耗系数矩阵对各影响因素进行分析来说，后者更适合进行时间序列以及较少影响因素的分析（唐建荣，2011）。由于本文所估算时期较短（两个“五年规划”）且专门研究的是产业结构对碳排放强度变化的贡献，因而采用指数分解法。

指数分解法的原理就是将要探讨的主体分解成若干个因子的乘积，从统计方法本身来说，这种分解有无穷多个，但考虑到研究目的、资料的可获得性等现实问题，一般得出的分解形式是有限的。20世纪70年代末以来，研究能源和环境问题的研究者主要采用Laspeyres和Divisia分解法。Ang B.W.（2004）从理论基础、适应范围、应用和结果表述的方便性等方面对指数分解法的测算方法经过比较后认为，Divisia分解法尤其是对数平均迪氏指数法（Logarithmic Mean Divisia Index Method，LMDI）是一种较优的指数分解法。因此本文采用这一方法对碳排放强度进行分解。

根据碳排放强度的含义，可以将其进一步进行分解：

（1）式中，CI（carbon dioxide emissions intensity）表示二氧化碳排放强度；i表示产业部门；CE（carbon dioxide emissions）表示二氧化碳排放量，Si表示i产业的产值比重；Ii表示i行业的碳排放效率。

由公式（1）我们可以将报告期与基期的碳排放强度的差异分解为公式（2）：

（2）式中，ACstr为产业结构变动对碳排放强度变动的绝对贡献（Absolute contribution），ACint为行业效率变动对碳排放强度变动的绝对贡献。

对于公式（2）采用LMDI法则，则会有公式（3）和公式（4）：

（3）、（4）式中，

结合公式（3）和公式（2），我们可得公式（6）和公式（7）：

我们称RCstr为产业结构变动对碳排放强度变动的相对贡献（Relative contribution），RCint为行业效率变动对碳排放强度变动的相对贡献。

由于碳排放强度不是正指标，因此，（1）当ΔCItot≥0，说明应对气候变化和经济发展方式转型的政策缺乏成效，环境继续被恶化；（2）当 ΔCItot＜0 时，说明应对气候变化的政策起到了作用，经济发展方式向集约化转变。

估算中，我们更多关注的是第2种情况。在第2种情况下（ΔCItot＜0）：

（1）如果 ACstr＜0 且 RCstr＞0，我们称产业结构变动对降低碳排放强度起的是结构红利贡献；（2）如果ACstr≥0且RCstr≤0，我们称产业结构变动对降低碳排放强度起的是结构负担贡献。

（二）估算时期

我国已将“降低碳排放强度”作为约束性指标列入“十二五”规划目标。约束性指标是政府对非市场化领域中必须由其履行职责的一种量化考核指标。从我国出台约束性指标的时间看，“九五”以前，我国对资源环境的考核是方向性的、倡导性的，缺乏硬约束，如“九五”计划提出要“加强环境、生态保护，合理开发利用资源。”“十一五”规划中首次将涉及经济社会发展的22个主要指标分为预期性指标和约束性指标两类。但从本质上看，我国“十五”计划明确提出“2010年的能源强度要比2005年下降20%”也可看作是约束性指标，再加上碳排放强度和能源强度之间存在长期均衡关系（赵爱文、李东，2012），因此我们估算的起点从“十五”开始算起。在估算过程中重视分年度变动的同时，更重视每个“五年”规划期间的变动情况，这样有利于评价政策的执行效力。

（三）数据说明

1.数据来源

《中国能源统计年鉴》公布了可以估算二氧化碳排放量的三个平衡表：中国能源平衡表（实物量）、中国能源平衡表（标准量）和综合能源平衡表，前两个表都是五大类（煤、油、气、电和其他）30种能源。对于计算碳排放量来说，标准量的数值是将实物量表中的数据乘以折成标准煤系数而得，由于各种能源折成标准煤系数比较稳定，因而对估算二氧化碳排放量的影响较小。而综合能源平衡表中的数据是折成标准煤的累计数，由于各种能源的二氧化碳排放系数不同，在折算成二氧化碳排放量时会有较大差距。比如以煤炭为参照，在提供同样热值的前提下，煤炭的二氧化碳排放量要比石油高28%，比天然气高69%左右，因而同样的能源消耗累计数，有可能因为能源结构不同而对估算结果造成较大误差，所以在估算时未采用该表的数据。在实物量和标准量表中，由于标准量表中除电力的数据需要重新折算外，其他数据在估算二氧化碳排放量时更方便，因此本文选取中国能源平衡表（标准量）的数据。

2.二氧化碳排放量的估算

准确估算一个国家二氧化碳排放量是一个令学术界棘手的难题（Jay Greg，2011）。我们在估算时不仅和雷厉等人（2011）一样考虑了燃烧化石能源所导致的二氧化碳排放量，以及在此基础上和Lan-CuiLiu等人（2007）一样考虑了电力的排放。此外，我们在估算工业的二氧化碳排放量时还考虑了工业中水泥行业的非化石能源产生的二氧化碳排放量。

3.各种化石能源的二氧化碳排放系数

目前在估算二氧化碳排放量时，有些研究成果是用折成标准煤的各种化石能源数据乘以碳排放系数（王海宁等，2011；张丽峰，2011）。从研究目标出发，估算时应该乘以二氧化碳排放系数。二氧化碳排放系数等于碳排放系数乘以二氧化碳分子量与碳原子量之间的换算系数（3.67）。由于都乘了3.67，尽管不会对分析二氧化碳排放结构时产生影响，但会对总量指标和强度指标产生影响，更重要的是，采用碳排放系数偏离了研究碳排放问题的本质。研究碳排放问题的本质是二氧化碳等温室气体排放与全球气候变化之间存在直接关系，而气候变化导致的洪水、干旱、海平面上升和热浪等极端天气对人类的生存条件和发展质量可能造成严重威胁，因而研究该问题的目的是以经济手段为提高人类发展质量提供决策依据。而碳与应对气候变化没有直接关系，因而我们应该乘以二氧化碳排放系数。

由于各国在能源品位和利用技术水平等方面有差异，实践中折成标准煤的各种能源的二氧化碳排放系数有所不同。考虑到国情和对各种测算结果的兼顾性，本文取我国电子工业协会、国家科委气候变化项目和国家发改委能源研究所提供数据的平均值，即煤炭、石油、天然气的二氧化碳排放系数分别为2.661 5、2.010 52和 1.518 8。

4.电力中火电所占比重

中国能源平衡表（标准量）中电力已折为标准煤。从发电结构看，电力可分为火电和清洁能源电力，由于清洁能源电力的碳排放系数为0，因而只需计算电力消费中火电所占比重部分的二氧化碳排放量，其比重等于“1-（清洁能源的发电量/总的发电量）”。

5.水泥的非能源利用二氧化碳排放系数

普通硅酸盐水泥熟料含氧化钙65%左右，根据化学反应方程式：CaCO3=CaO+CO2，每生成1吨CaO同时生成0.7857吨二氧化碳，所以每生产1吨水泥熟料生成0.510 7吨二氧化碳（何宏涛等，2005）。

6.各行业增加值的不变价折算系数

我国在公布按不变价计算的国内增加值时每隔若干年便调整一次基期，2000—2010年调整了2次，即2000—2005年是按2000年价格计算，2006—2010年是按2005年价格计算。为了可比，本文将各行业的增加值都调整到按2000年价格计算的增加值。即第i行业增加值的不变价折算系数是按2000年价格计算的第i产业2005年的不变价增加值与按2005年当年价计算的第i产业的增加值之比来计算的。

四、估算结果和政策含义

（一）估算结果

1.我国正处于产业结构与碳排放强度“开口P型曲线”的拐弯阶段

2001—2010年，我国生产领域的碳排放强度经历了一个倒“U”的变动过程，最高值（2.723 3）出现在“十五”末的2004年，最低值（2.105 8）出现在“十一五”末的2010年，平均值为2.359 1，整体呈现下降趋势。同一期间，按2000年不变价计算的工业所占比重略有下降，最大比重（42.55%）出现在2006年，最小比重（40.35%）出现在2000年，平均比重为42.36%。综合来看，我国正处于“开口P型曲线”（图1）的短虚线阶段。

从表1可知，拐弯阶段的基本特征是增加值与碳排放量的总量高度相关但增速有明显差异。在两个“五年规划”期间，从总量相关性来看，我国生产领域行业汇总的二氧化碳排放量与增加值之间的关系高度相关，相关系数在0.97以上。分行业来看，即使是农业的相关系数，也从0.40提高到0.99。从增速来看，二者的增长速度发生了明显变化，“十五”期间生产领域行业汇总的二氧化碳排放量增速快于增加值的增速，二者的弹性系数为1.26，到了“十一五”时期，二氧化碳排放量的增速明显低于增加值的增速，二者的弹性系数迅速下降到0.54，2001—2010年二者的弹性系数为0.79。分行业来看，与“十五”相比，“十一五”各个行业走的是“共同趋势但有区别”的低碳化发展道路：“共同趋势”是所有行业“十一五”的弹性系数都小于“十五”的弹性系数，“有区别”是指各行业低碳化程度不同。农业和交通业在2000—2010年期间的二氧化碳弹性系数大于1，属于经济增长一个百分点，但二氧化碳排放量的增速都高于1个百分点的粗放发展模式。

表1 二氧化碳排放与增加值的相关系数与弹性系数

2.产业结构仅有个别年份对碳排放强度起结构红利贡献，整体上是结构负担贡献

表2表明，我国碳排放强度在“十五”期间上升了0.197 6，“十一五”期间下降了 0.394 2，2001—2010 年下降了0.294 9。从产业结构变动对碳排放强度的贡献看，两个“五年规划”期间，仅有“十一五”的2007—2008、2008—2009年两个年度的产业结构对降低碳排放强度起结构红利贡献，绝对贡献分别为-0.004 3和-0.012 6，相对贡献分别为4.9%和29.14%，其他年度的贡献都是结构负担贡献。因此，碳排放强度下降的主要原因是由行业效率的提升引起的，2001—2010年的行业效率的绝对贡献为-0.396 0，相对贡献为134.35%。

表2 产业结构和行业效率对碳排放强度的贡献

（二）政策含义

1.新增碳排放总量的考核指标和相应管理办法

碳排放强度的变动受碳排放总量和经济增长总量共同的影响。既然我国将“碳排放强度”作为约束性指标，那么当经济增长与降低碳排放强度的目标不可兼得时，应当以控制碳排放量为首要选择。

但实践中，“十五”以来，除个别年份外，我国产业结构变动对降低碳排放强度整体上起的是结构负担贡献，两个“五年规划”期间（2001—2010年）的绝对贡献为0.101，相对贡献为-34.25%。“十一五”末为了突击完成节能降耗目标，多个地方采取了拉闸限电的极端措施，2011年整体上没有完成降低碳排放强度的目标。

出现这种与政策初衷不一致的结果，表面原因是各部门或地方政府的唯增长冲动，即当保护资源环境（约束性指标）与“保增长”或“稳增长”（预期性指标）发生冲突、不可兼顾时，各部门往往将“发展是第一要务”理解为“增长是硬道理”，从而舍“资源保护”取“经济增长”。根本原因在于政府制定约束性指标时，没有建立保障该目标实现的有效约束机制和管理办法。从发展来看，“十二五”时期经济面临各种掣肘因素的影响，为了“保增长”，有些部门或地方政府有可能会上马一些投资见效快的高碳产业。因此，一方面，中央政府要制定“碳排放总量控制”的考核指标，当与经济增长不可兼得时，要首先考核该指标的实现程度；另一方面，政府审批部门应对不利于产业结构升级的高碳产业坚决从严控制，不能为了促进经济增长而像以前一样继续恶化环境质量。

2.大力发展现代服务业

2001—2010年期间，五大行业汇总增加值占全部GDP的比重为76.12%，但其碳排放量占终端排放总量的86.33%，即五大行业在碳排放量中所占比重要大于其对经济增长的贡献，是一种“低增长、高排放”的高碳发展模式。这说明除了五大行业之外的行业的增加值对总的GDP的贡献要高于其在碳排放量中所占比重，应大力扶持这些“高增长、低排放”产业的发展。从行业统计口径看，这些产业集中在第三产业，主要是传统服务业（商业和交通业）之外的现代服务业。现代服务业对调整产业结构和降低碳排放强度有直接和间接两个作用。从直接作用看，现代服务业经济发展速度快、能源消耗小的特点将起直接作用；从间接作用看，现代服务业尤其是其中的节能服务业能够促进其他行业减少碳排放。

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