中国省域碳锁定空间溢出效应及影响因素分析——基于空间面板模型的实证检验

孙丽文，赵 鹏，李少帅，杜 娟

（河北工业大学经济管理学院，天津 300401）

改革开放40年来，我国经济在实现高速增长的同时，带来了一个不容忽视的问题：经济增长过度依赖于碳基能源，以致形成路径依赖，使得能源消费结构转型变得极为困难。党的十九大再次强调，建设生态文明是中华民族永续发展的千年大计，必须树立绿水青山就是金山银山的理念，坚持节约资源和保护环境的基本国策。而碳基能源的消费是引致环境污染的重要推手，解决其所导致的气候变暖、雾霾天气频发等问题已经成为我国生态文明建设的当务之急。因此，加快能源消费结构转变，摆脱对于传统碳基能源依赖的碳锁定状态，实现碳解锁,才能从根本上顺应我国的发展理念。

1 文献综述

碳锁定是发展中国家在工业化进程中由“技术—制度”综合导致的路径依赖[1-3]，其形成经历市场化、制度化和社会嵌入等阶段[4]。实现碳解锁，需要找出其具体成因所在。国内外学者从不同视角研究了碳锁定的形成，其中一些学者研究了区域碳锁定的形成，如蔡海亚等[5]研究了中国各地区碳锁定的时空演变和影响机理；也有学者研究了产业碳锁定的形成，如梁中[6]通过研究发达国家向发展中国家“碳输出”的现象，论证了产业碳锁定形成经历动力凝聚、路径依赖和锁定形成等过程;此外，还有学者研究了某些具体部门碳锁定的形成，如Antje等[7]研究了公路运输行业的碳锁定形成机制，Vazquez等[8]探究了巴西电力部门的碳锁定成因。

目前学界对于碳锁定形成影响因素的定性分析较多，量化研究较少。现有的影响因素量化研究从研究方法上来看大致可分为三类。第一类是基于投入产出模型的空间计量方法，如徐盈之等[9]运用该方法对影响碳锁定程度的关键因素做了较为细致的分析，但由于需要使用非连续的投入产出表，只能进行跨期研究，其研究结果存在一定的滞后性和非连续性；第二类通过构建要素关系模型研究因素间的相互作用，如Gerard等[10]将DNSS模型和定向技术变革模型相结合，研究了化石能源节约技术与发展可再生能源动机对碳锁定的影响；第三类是通过一些评估方法来研究细分部门的碳锁定，探究哪些部门易陷入碳锁定状态，如Erickson等[11]综合考虑设备寿命、碳排放的规模增加量、低碳替代品后续融资障碍以及增强高碳技术运用的“技术-制度”体制，评估了电力、建筑、工业和运输业等高耗能部门的碳锁定速度、强度和规模，该方法虽较为全面的分析了导致碳锁定的重要因素，但忽略了部门间在地理空间上的依赖性和异质性问题。

综合上述分析，本文运用空间计量分析方法对碳锁定程度的影响因素进行实证考察，与以往研究不同的是：本文借助碳压力指数定义碳锁定系数，测度2007—2016年中国30个省区市的碳锁定程度，解决运用投入产出方法测度结果的非连续性和滞后性问题；通过构建考虑空间依赖性和空间异质性的空间面板模型，较为全面的考察在空间固定、时间固定以及时空固定效应下影响碳锁定程度的关键因素。本文还对权重矩阵做出修正，提出在纳入地理距离空间影响的同时也反应碳锁定辐射效应的地理碳锁定距离权重矩阵；在模型结果稳健性方面，运用一阶差分GMM和替换权重矩阵的方法对碳锁定的影响因素进行重新估计，不但解决模型存在的内生性问题，同时也可很好的验证空间计量模型估计的稳健程度。本文旨在通过以上研究，甄别导致碳锁定程度减缓与加深的因素，进而为我国碳解锁政策的合理制定提供较为详实的依据。

2 碳锁定形成机理

从宏观层面来看，促使碳锁定形成的主体主要有3个，企业、政府部门及相关团体和消费者。

企业方面，碳基技术成熟，成本低、效率高和风险小，因此企业会进一步推动碳基技术发展，解锁技术较为稚嫩，不利于其技术扩散，从而使得碳基技术处于主导地位，进而形成技术锁定。例如，目前国内煤炭开采后超过75%的使用方式还是一次性燃烧，这种方式不但利用效率低，还会产生大量废气污染，导致碳排放的增加。这些客观原因使得高耗能企业被该项技术锁定，转型为其他技术出现困难，进而形成技术锁定的局面。

政府部门及相关团体方面，随着以碳基技术为核心的技术在市场上起主导作用，为了维持市场秩序、提高效率和降低成本，一部分掌握了较高话语权的大企业联合起来制定出一系列有利于自身发展的行业标准和规则。这些标准虽然在一定程度上规范了市场，但也限制了解锁技术企业的发展。例如，在新能源汽车行业初期，特斯拉汽车经常遭遇传统企业的围追堵截，对特斯拉发展新能源汽车造成阻碍。此外，政府部门会根据市场需求，制定相应符合最多数企业利益的法律、法规，形成了政府部门和相关团体推动碳基技术市场规则体系健全，使得碳基技术相关利益组织更加强大的局面，进而形成制度锁定。

消费者方面，存在消费结构难以改变、消费习惯难以改变等阻碍解锁技术发展的因素。消费者是能源消费的终端，是碳基技术的最终受益方，消费结构、消费方式以及消费环境受现实状况约束较大。例如，在农村，沼气作为一种新型能源，一直得不到充分利用，并不是沼气适用性差，而是在沼气应用过程中，存在诸多阻碍因素。首先，沼气的产出需要适时将沼气材料添加至沼气池内，沼气材料失效后，需将其从池内取出，由于这类技术的不成熟，给消费者带来诸多不便，造成消费结构和消费习惯难以改变；其次，技术系统的逐渐形成和完善会提高碳基技术的转换成本[12]，使用沼气需要改变家庭电路系统，需要消费者在没有看到既得利益情况下，先行投入资金，这也降低了消费者的积极性。以上因素通过影响消费者的选择，进而形成消费者层面的锁定。

如图1所示,技术锁定、制度锁定和消费锁定共同导致了碳锁定，而三者之间又相互强化，进一步加深碳锁定程度。碳锁定在三者的作用下，程度不断增强，最终形成低碳技术难以替代碳基技术的局面。

图1 碳锁定形成机理

3 碳锁定系数模型构建

碳基技术在运用过程中，会产生碳排放，生态系统自身有碳汇功能，当碳排放量大于碳汇量时就会出现碳超载，本文参考卢俊宇等[13]对于碳压力的定义。定义如下碳锁定系数模型：

对于碳排放量的计算，由于CO2的排放量占能源消耗排放量约90%，并且考虑到研究目标和数据可得性，本文主要以消耗的化石能源所产生的CO2为测算对象，采用目前国际上比较通用的IPCC（2006）能源碳排放系数，区域碳排放即为区域各类能源消费总量与其对应的碳排放系数的乘积。其中各种能源的消费量取自《中国能源统计年鉴（2008—2017》中分地区分品种能源消费量数据，共包括9项化石能源及一项特殊消耗电力，具体的计算如下：

表1 各种能源的碳排放系数

碳汇是指生物体从大气中吸收或固定CO2的过程。碳汇量的测算基于卢俊宇等[13]的研究，认为在典型陆地生态系统中，土地碳汇量主要来自于植物光合作用所固定的碳。根据谢鸿宇等[14]对IPCC报告中生态系统循环的分析，森林和草地产生了主要的碳汇，二者合计约占93%。森林和草地对碳的吸收分配比例为82.72∶17.28，即可以看作1t碳中0.877t由森林吸收，0.173t由草地吸收。虽然农作物也可通过光合作用固定碳，但其从生长到收割完成了从固定碳到排放碳的完整碳循环，因而不考虑其吸收的CO2。因此，区域碳汇计算方法如下：

（5）式中，CA代表不同的土地利用方式的碳吸收量，单位为万t；和分别为区域内森林和草地的面积，单位为hm2；和分别为森林和草地的碳净积累量，此处采用谢鸿宇等[14]的研究结果，分别为3.810t/hm2和0.949t/hm2。相关土地利用情况来自《中国统计年鉴（2008—2017）》，由于西藏、台湾、香港和澳门等地区数据缺失，因此计算时不包含这些地区。

4 碳锁定影响因素的模型设定与变量数据说明

4.1 模型设定

由于碳锁定存在空间依赖性和空间异质性，因此，一个地区碳锁定程度的加深与减缓往往会受到其周边地区经济发展的影响。与传统OLS回归模型不同的是，空间计量模型考虑了样本的空间依赖性与空间异质性问题，使得估计结果更加准确。基于此，本文设定如下基准回归模型：

一般而言，固定效应模型适用于样本成员包含研究总体全部的情形，而随机效应模型适用于样本成员包含研究总体的一部分或要根据样本推测总体的情形[15]。本文选取了2007—2016年30个地区（剔除西藏）的数据，其样本数据包含研究总体的全部个体成员，更适合使用固定效应模型。基于此，本文分别考虑空间固定效应、时间固定效应和时空固定效应3种情形下变量对碳锁定程度的影响。空间固定效应模型解决不随时间而变，但随空间而异的遗漏变量问题；时间固定效应模型解决不随空间而变、但随时间而异的遗漏变量问题；空间时间双向固定效应模型既考虑了空间固定效应，又考虑了时间固定效应。3种模型设定如下：

空间权重矩阵主要分为地理邻接型、地理距离型和经济距离型。在地理邻接矩阵中，对于相互连接的样本，权重矩阵设定为1，否则为0。地理距离型计算方式为表示地区球面距离。经济距离型计算方式为其中，表示i地区观测时间内人均GDP的均值。本文假定空间权重矩阵元素， 该权重矩阵能够更为具体的表征地区间碳锁定的空间相关性。不同于以往对于碳锁定的研究，考虑到单单使用地理距离型权重矩阵或者经济距离型权重矩阵不能更为准确的刻画地区间碳锁定的空间关系。因此设定地理碳锁定距离空间权重矩阵，此权重矩阵全面考虑了地理距离空间影响和碳锁定的辐射效应。

4.2 变量说明与数据来源

本文以碳锁定程度为被解释变量，综合考虑前人对于碳排放、环境污染、能源消费结构等与碳锁定程度相关性较高的研究，选取以下6个指标作为解释变量，来探究碳锁定形成的关键影响因素。

5 实证检验和结果分析

5.1 空间相关性检验

本文空间计量模型估计的基本思路是，首先利用Moran'sI 指数检验因变量（被解释变量）是否具有空间自相关性，根据检验结果来确定是否使用空间计量的方法。本文采用GeoDa软件计算的Moran'sI 指数来测度2007—2016年中国省域碳锁定的全局空间自相关性。其计算公式为：

图2 2007—2016年碳锁定程度Moran'sI

5.2 估计结果分析

首先利用Hausman检验面板数据是否适合使用固定效应模型，得出的检验结果拒绝了使用随机效应的原假设，故使用固定效应模型合理。由于碳锁定具有空间溢出效应，直接使用OLS回归估计，会导致有偏或无效，因此本文采用空间面板数据的LM检验和稳健LM检验，并根据其统计量的显著性确定是否可以拒绝使用非空间模型。本文通过对数据进行估计，得到SAR模型和SEM模型估计结果，并对估计结果进行LM检验和稳健LM检验，得到、稳健、、稳健结果，根据显著性考虑采用SAR模型或者SEM模型。本文结合3种固定效应对估计结果进行解释，并加入混合模型（无空间或时间固定效应）作为对比。

采用MATLAB软件进行计量分析，如表2，通过LM检验，从SAR模型和SEM模型的空间固定、时间固定以及时空固定的估计结果来看，和稳健的均通过了5%的显著性检验，表明SEM模型优于SAR模型，因此选择SEM固定效应模型来探究碳锁定的影响因素更为合理。从3种固定效应模型来看（模型6、7、8），空间误差项系

表2 3种固定效应下的估计结果

（1）城镇化率。模型（6）、（8）在1%的水平上显著，城镇化率对碳锁定程度具有正向影响。这表明城镇化率在一定程度上推动了碳锁定程度的加深。其原因在于我国大力推行新型城镇化建设，虽然以适用、经济、绿色和美观为指导方针，但并没有达到相应的效果，城镇化造成了诸如道路交通拥堵、车辆数目增加引致能耗增加等问题。因此需要优化城市空间结构和管理格局，将生态文明理念全面融入城市发展、构建绿色生产方式、生活方式和消费方式。

（2）地区建设。3种固定效应都在1%的水平上显著。近年来我国的城市基础设施建设、房屋建设正在如火如荼的进行中，所用的水泥量也同样居高不下，其产生的CO2加剧了碳锁定程度。因此，相关部门应该重点关注水泥行业的碳排放量，加大水泥生产技术创新的扶持力度，以低能耗、高产量和少污染为目标，打造水泥生产流程绿色化的新引擎。

（3）交通运输。估计结果显示，交通运输是碳锁定最为重要的驱动因素，3种固定效应下，均在1%的水平上显著。因此需要加快新能源汽车的普及，构建高效的公共交通运输体系，并且也需要相关部门在未来交通基础设施项目的规划方式上做出重大改变。

（4）创新能力。如模型（6）、（8）的估计结果，技术创新对碳锁定程度具有正向影响。实际上，这表明技术创新在实际生产过程中是存在偏向的，根据其偏向不同，技术可分为生产技术和低碳技术，前者会影响要素生产率，后者会影响碳排放[21]。根据本文的估计结果可知，要素投入更多的被用于促进生产技术进步，对于低碳技术的支持力度不足，使得创新能力不能减缓我国碳锁定程度的加深。另外，一些财政补贴和税收优惠等政府政策对低碳技术创新的推动很可能带动相关低碳产品的销售和使用，最终反过来造成碳排放的增加[22]。

（5）环境规制。3种固定效应下，环境规制对碳锁定程度的影响均显著为正。主要是由于以下原因：一方面是由于企业以利益最大化为目标，如果增加碳排放带来的利益大于减少碳排放带来的损失，企业则会选择前者，即企业倾向于选择扩大生产规模来弥补环境违法成本；另一方面是环境规制可能存在内生性问题，有待检验。

（6）对外开放。模型（7）的估计结果显示，对外开放在一定程度上会导致碳锁定程度的加深。通常认为，碳锁定程度会随着对外开放水平的不断提高而降低，这是因为对外开放可以通过引进先进技术以及先进管理经验来促进本国生产效率的提升，但这与本文的实证结果相矛盾，追其根源，可能是中国多数地区在对外开放过程中没有最大限度地发挥学习效应，进入这些地区的产业多以高耗能、高污染和高排放为主，这在一定程度上加深了我国的碳锁定程度。因此，地方政府应该提高的准入门槛，在考核对当地经济发展的贡献时加入的“绿色”程度因素，发挥在减排方面的技术优势和外溢效应，使成为推动经济绿色高质量发展的有效动力[23]。

5.3 内生性与稳健性检验

即使并无直接证据表明邻近地区环境规制与本地区碳锁定存在双向因果效应，但测量误差仍可能导致环境规制的内生性问题。因此，本文增加扩展性检验，采用广义矩估计（GMM）方法解决环境规制的内生性问题，并采用Sargan检验和AR(2)检验对工具变量选择和模型运用是否合理进行检验。

如表3，Sargan检验接受了没有过度使用工具变量的原假设，AR（2）检验结果表明并不存在二阶序列相关性，故认为GMM模型估计结果稳健。观察模型（9）、（10）解释变量的表现，城镇化率、地区建设和交通运输的系数仍然显著为正，对外开放仍然在一定程度上促进碳锁定程度的加深，但创新能力在加入环境规制的滞后效应后，其系数符号由正变为负，呈现显著降低碳锁定程度的结果，这说明环境规制具有滞后性，前期的环境规制能够促进本期创新能力对碳锁定的缓解。对比模型（9）、（10），环境规制的系数符号发生了改变，这表明考虑内生性问题后，环境规制能够有效缓解碳锁定程度的进一步加深。对比表3地理距离权重矩阵与表2地理碳锁定距离权重矩阵的估计结果，显著性相近，系数符号相同，这表明表2估计结果稳健。

表3 内生性与稳健性检验

6 结论与建议

以上分析表明，城镇化、地区建设和交通运输是导致我国碳锁定程度不断加深的重要因素。在时间固定效应模型下，对外开放对碳锁定程度表现出正向作用，但影响程度较小，创新能力和环境规制都能在一定程度上缓解碳锁定程度的加深。基于以上的结论，提出以下政策建议：

首先，应该提高对于碳解锁的政策供给。控制碳排放源的碳排放量并不能从根本上解决问题，应该转变经济发展方式，加大环境规制力度，通过市场环境规制手段促进能源消费结构和产业结构的绿色升级。一方面需要加大对于违规企业的惩罚力度，另一方面引导企业通过增加绿色技术研发、提高资源利用效率从而增强其自身效益。此外，应出台相应法律法规，加大对于高碳锁定行业的管控力度，积极建立并加紧完善碳交易市场运作机制，推进碳税、资源税等环境税的政策出台，从源头实现碳解锁。

其次，建立区域间的联合治理体系。碳锁定是导致环境污染的“罪魁祸首”，区域内各地方政府首先应该在整体利益上达成共识，打破行政壁垒，促进制度资源更充分的流动。在地方政府考核体系中加入邻近地方政府的资源环境质量指标，形成区域利益共同体，使联合治理体系成为促进地区实现碳解锁的内生动力。建立区域间的碳锁定程度监控平台，增加预警机制，控制碳锁定程度在合理范围内波动。

最后，加强碳解锁技术创新的政策引导。解决资源耗竭和环境污染对中国可持续发展的制约，尤其是雾霾大面积爆发等环境问题，需要政府为碳解锁技术创新部门提供开发清洁能源的政策支持，逐步增加对于攻克风电、太阳能、水电、地热和生物质燃料等可再生能源与非化石能源技术难关的政策供给，营造良好的政策环境，引导绿色、无碳的社会能源消费观念，逐步摆脱对碳基技术的依赖，最终实现碳解锁。