中国各行业能源消费碳排放效应的分解研究

邓光耀 ，马 蓉 ，张忠杰

（兰州财经大学a.甘肃经济发展数量分析研究中心；b.统计学院，兰州 730020）

0 引言

为了满足经济发展的需要，中国对各种能源的消费量越来越大，而能源消费会产生大量的二氧化碳，中国已经成为碳排放量大的国家。根据投入和产出关系，各行业生产的产品一方面可以作为其他行业生产所需要的原料，另一方面各行业生产时也需要其他行业生产的产品作为原料，因此在核算最终产品的碳排放量时，应当将生产过程中的间接碳排放和直接碳排放加总，这个总和碳排放量被称为隐含碳排放量。因此，从隐含碳角度，研究中国各行业能源消费碳排放的内部效应、反馈效应和溢出效应，探讨降低中国碳排放量的措施是必要的。

目前，已有文献[1-5]从投入产出角度对中国各行业隐含碳消费和贸易进行了核算。这些文献利用投入产出法计算能源消费碳排放量的步骤如下：首先利用各种能源消费量数据乘以各自的碳排放系数得到各行业碳排放量，然后除以总产出得到直接碳排放系数，并利用直接碳排放系数乘以列昂惕夫逆矩阵从而得到完全碳排放系数，进一步利用完全碳排放系数乘以对应行业最终使用额得到完全碳排放量。

虽然已有的研究对隐含碳消费和贸易等问题进行了研究，但是没有对各行业碳排放效应进行分解，本文借鉴Piaggio等（2015）[6]中方法，将行业碳排放效应分解为内部效应、反馈效应和溢出效应，并利用Ucinet 6软件对碳排放的溢出效应进行社会网络分析。

1 研究方法

1.1 碳排放的效应分解

根据国家统计局最新编制的2012年投入产出表的结构，可得：

其中，X、A、Y、O、C分别为总产出列向量、直接消耗系数矩阵、最终使用列向量、误差项列向量和进口列向量。另外，参考中国投入产出课题组（2007）[7]以及Deng等（2015）[8]，本文定义广义列昂惕夫逆矩阵如下：

其中，fk是第k种能源的碳排放系数（k=1，2，…，m），pik是以实物形式计算的第i个行业对第k种能源的消费量。将各行业直接碳排放系数写成对角矩阵，并同时乘以广义列昂惕夫逆矩阵和对应行业的最终使用列向量，可得到各行业完全碳排放量：

为了便于考察各行业完全碳排放的内部效应、溢出效应以及反馈效应，本文进一步将公式（4）拆分成如下形式：

其中，下标-i表示与行业i对应的其他行业。根据Dietzenbacher（2002）[9]、Piaggio等（2015）［6]，本文将公式（5）的广义列昂惕夫逆矩阵改写成以下形式：

公式（7）两边乘以单位行向量e，可得：

1.2 社会网络分析

根据公式（8）所得到的n个行业碳排放的溢出效应会构成一个n×n阶矩阵（其中对角线上元素0，即自身对自身的溢出效应为0），而采用社会网络分析方法（Social Network Analysis，简称SNA）可以对这种n×n阶矩阵形式的数据进行更好地分析，因此本文采用社会网络分析方法对n个行业碳排放的溢出效应进行分析。

所谓社会网络是指社会行动者以及他们之间关系的集合，本文将各行业能源消费碳排放的溢出效应所构成的网络视为社会网络。根据刘军（2009）[10]，社会网络可进一步分为1-模网络和2-模网络，其中1-模网络考察的是由一个行动者集合内部各个行动者之间的关系构成的网络，而2-模网络考察的是由一类行动者集合与另一类行动者集合之间的关系所构成的网络。1-模网络和2-模网络的区别是2-模网络存在两类行动者集合，而1-模网络只有1个行动者集合，本文利用1-模网络对n个行业碳排放之间的溢出效应进行分析。另外，以上1-模网络和2-模网络均可以利用Ucinet 6软件中的NetDraw模块生成。

2 数据说明

本文中所采用的2012年投入产出表来自于国家统计局，各行业能源消费碳排放量按照公式（3）计算，所需要的能源使用量数据来自于《中国能源统计年鉴》，考虑的能源种类包括煤炭、汽油、煤油、柴油和燃料油，参考IPCC（2006）和钱慕梅（2011）[11]，以上5种能源所对应的CO2排放系数分别为1.776、3.045、3.174、3.150、3.064。另外考虑到2012年投入产出表中的行业与《中国能源统计年鉴》的行业存在差异，本文根据行业分类标准，将对应的行业进行合并，2012年中国投入产出表中的42个行业合并后的行业个数为31个，具体行业名称如表1所示。

表1 合并后的行业名称

3 实证分析

3.1 各行业完全碳排放量

根据公式（4），可得2012年中国各行业完全碳排放量，如表2所示。

表2 2012年中国各行业完全碳排放量 （单位：万吨、%）

从表2可知，2012年各行业完全碳排放量存在较大的差异，其中电力、热力的生产和供应业（25）的完全碳排放量最大，占比为42.81%，这是因为煤炭、汽油、煤油、柴油和燃料油等能源是电力和热力行业生产所必需，因此完全碳排放量最大。其次是石油、炼焦和核燃料加工业（11）、金属冶炼和压延加工业（14），分别占10.20%和9.89%。

3.2 各行业碳排放效应分解

根据公式（8），可得各行业碳排放效应的分解情况，如表3所示。

表3 2012年各行业碳排放效应的分解 （单位：万吨）

从表3可知：（1）一般情况下，各行业碳排放的溢出效应最大，内部效应次之，反馈效应最小。由于各行业的生产存在关联，一个行业能源消费所引起的碳排放，很大程度上不是自身生产所引起的，而是为其他行业生产提供原料所引起的。例外情况如下：煤炭采选业的内部效应大于溢出效应。（2）由于2012年中国投入产出表中金属制品、机械和设备修理服务业（24）的最终使用等于0，因此按照公式（8）计算得到的该行业碳排放内部效应、反馈效应和溢出效应均为0。（3）从合计来看，也是溢出效应最大，内部效应次之，反馈效应最小，并且在忽略舍入误差的情况下，内部效应、反馈效应和溢出效应三项之和与表1中31个行业完全碳排放量之和（725341.05万吨）相等，这说明本文中的碳排放效应分解是完全分解，不存在残差项。（4）从内部效应来看，碳排放量较多的行业有电力、热力的生产和供应业（27657.13万吨）、交通运输、仓储和邮政业（17124.83万吨）、其他行业（9032.15万吨）。（5）从反馈效应来看，碳排放量较多的行业有电力、热力的生产和供应业（865.52万吨）、交通运输、仓储和邮政业（474.80万吨）、其他行业（443.00万吨）。（6）从溢出效应来看，碳排放量较多的行业有建筑业（206239.50万吨）、其他行业（84140.72万吨）、交通运输设备业（42784.53万吨）。

3.3 溢出效应的细分

对每一个行业来说，根据公式（8）计算得到的溢出效应实际上是31×1阶向量（将自身对自身的溢出效应视为0），因此本文对溢出效应进一步细分，如表4所示（以农业、交通运输设备业和建筑业为例）。

从表4可知：（1）农业对电力、热力的生产和供应业、石油、炼焦和核燃料加工业、化工业的溢出效应较大，分别为6937.84万吨、2077.44万吨、1678.86万吨。（2）交通运输设备业对电力、热力的生产和供应业、金属冶炼和压延加工业、石油、炼焦和核燃料加工业的溢出效应较大，分别为19181.82万吨、7852.17万吨、3907.74万吨。（3）建筑业对电力、热力的生产和供应业、非金属矿物制品业、石油、炼焦和核燃料加工业，分别为85500.49万吨、33729.12万吨、18007.90万吨。

表4 农业、建筑业和交通运输设备业的溢出效应 （单位：万吨）

本文采用社会网络分析方法对31个行业碳排放的溢出效应所构成的31×31阶矩阵（其中对角线上元素0，即自身对自身的溢出效应为0）做进一步分析，采用Ucinet 6软件所生成的1-模网络如图1和图2所示。

图1 31个行业碳排放溢出效应所构成的1-模网络（数据0-1化之前）

图2 31个行业碳排放溢出效应所构成的1-模网络（数据0-1化之后）

图1所生成的1-模网络反映的31个行业碳排放之间的溢出效应实际数值，线条越粗表明溢出效应越大，另外标注的数字为对应的行业，箭头方向表明的某个行业对另一个行业存在溢出效应。图2输入的数据是0-1值，本文以碳排放溢出效应的平均值664.97万吨为截断点，大于664.97万吨记为1，小于则记为0，箭头方向代表的是碳排放溢出效应的方向，例如行业6（食品和烟草业）存在对行业1（农业）的碳排放溢出（图2中行业6到行业1的箭头穿过行业10）。由于数据0-1化之后1-模网络中碳排放溢出效应小于664.97万吨的记为0，因此图2中左边存在部分行业无连线的情况，其中行业3（石油和天然气开采业）、行业4（金属矿采选业）、行业22（其他制造产品业）、行业23（废品废料业）、行业24（金属制品、机械和设备修理服务业）这5个行业对其他任意一个行业的碳排放溢出效应均小于664.97万吨，其他任意一个行业对以上5个行业也不存在大于664.97万吨的碳排放溢出。另外，根据箭头的数量和方向可以知道，行业28（建筑业）对其他行业的碳排放溢出效应较大，其他行业对行业2（煤炭采选业）、行业11（石油、炼焦和核燃料加工业）、行业12（化工业）、行业25（电力、热力的生产和供应业）和行业29（交通运输、仓储和邮政业）存在较大的碳排放溢出效应。

4 结论与启示

本文基于隐含碳视角，利用2012年中国投入产出表和能源消耗相关数据，对各行业能源消费碳排放量进行了系统核算，并将碳排放效应分解为内部效应、反馈效应和溢出效应。结果显示：（1）2012年各行业完全碳排放量存在较大差异，其中电力、热力的生产和供应业的完全碳排放量最大，其次是石油、炼焦和核燃料加工业、金属冶炼和压延加工业。（2）一般情况下，各行业碳排放的溢出效应最大，内部效应次之，反馈效应最小。内部效应和反馈效应碳排放量最大的行业均是电力、热力的生产和供应业，溢出效应碳排放量最大的行业是建筑业。（3）社会网络分析的结果表明：石油和天然气开采行业、金属矿采选行业、其他制造产品行业、废品废料行业、金属制品机械和设备修理服务行业这5个行业对其他任意一个行业的碳排放溢出效应均小于664.97万吨，其他任意一个行业对以上5个行业也不存在大于664.97万吨的碳排放溢出。另外，根据1-模网络中箭头的数量和方向可以知道，建筑业对其他行业的碳排放溢出效应较大，其他行业对煤炭采选行业、石油炼焦和核燃料加工行业、化工行业、电力热力的生产和供应行业、交通运输仓储和邮政行业存在较大的碳排放溢出效应。

根据以上结论，可得到以下启示：（1）由于各行业碳排放量的差异较大，因此需要降低碳排放量较大的行业，例如电力、热力的生产和供应业等行业的碳排放量是节能减排必经之路。（2）由于各行业碳排放量并不仅仅是满足自身生产所引起的，对其他行业的溢出效应碳排放量很大，因此不能满足于只降低某个行业的碳排放量，不降低关联行业的碳排放量。