中国建筑业碳强度变动及其驱动因素研究

2020-06-15 03:44:02邱安琪
关键词:归因建筑业贡献

刘 笑, 朱 玥, 邱安琪

(1.淮阴师范学院 经济与管理学院, 江苏 淮安 223300; 2.南京航空航天大学 能源软科学研究中心, 江苏 南京 211106)

一、引言

目前,中国正处于工业化和城市化进程的加速阶段,对建筑和公共基础设施的需求量持续增加,建筑业发挥的作用日益重要,同时也意味着其未来的能源需求量更大。据统计,2000—2015年,建筑业能源消费量从2 143万吨标准煤增长到7 696万吨标准煤,年均增速高达10%[1]。能源消费的高速增长导致相应的碳排放量不断攀升,对环境的影响日趋严重。在严峻的污染排放形势下,研究建筑业的低碳发展问题具有重要的现实意义。

在能源环境研究领域,分解分析方法作为有效识别内在动因的工具,使用越来越广泛。在众多分解分析方法中,指数分解法(IDA)基于良好的数据获取性和易于使用等优点,得到了最为广泛的应用。在建筑能源环境研究中,祁神军和张云波从经济产出、产业规模、能源强度和能源结构四个方面分解了建筑业碳排放的变动趋势,发现规模产业能源强度和能源结构强度的下降是减排的关键[2];Lu等采用改进的指数分解法,对建筑业碳排放驱动因素进行分解,研究发现自动化水平和单位面积产出的提高,是碳排放增长的主要原因,能源强度和能源结构为主要抑制因素[3]。

在指数分解框架下,多数学者将碳强度的变动分解为结构效应、强度效应和排放系数效应,研究结果普遍表明,能源强度的降低是碳强度下降的最大推动力。同时,单个产业能源强度的变化通常被直接视为技术变动的结果,但是,少有学者进一步探究能源强度变化的潜在动因。为了深入解释能源强度的变化,Wang将Shephard距离函数纳入分解框架,提出了生产分解方法(PDA),不仅为能源强度的变动赋予了一定的经济意义,也使驱动因素识别更加全面。但随着研究的深入,有学者发现PDA方法依然存在缺陷,即在结构效应的识别测度方面,可能会产生与实际相悖的结论[4]。为充分发挥IDA和PDA的优势,部分学者尝试将两者进行系统结合,构造一个综合的分解框架。其中,Lin和Du在研究中国能源强度的变化时,基于PDA理论扩展了IDA,该做法不仅克服了PDA在结构效应识别上的缺陷,也为能源强度变化提供了合理的经济学解释[5]。

对碳强度的演化趋势进行分解分析有利于把握过去不同因素对碳强度变动的影响,而归因分析方法可以量化各个组成个体对分解因素影响效应的贡献,便于从空间或细类的视角把握驱动因素的作用机理,有利于节能减排责任的分担。在经验研究方面,赵涛等对2000—2012年天津市工业部门碳强度变动的驱动因素效应进行了归因分析,发现高耗能行业是各因素效应的主要贡献者[6];Wang等以台湾工业部门碳强度为研究对象,对其2007—2013年的动态演变进行了驱动因素归因分析,结果发现能源强度为主要促降因素,化学材料、电气电子机械和基础金属工业三个子行业主导了能源强度效应的影响[7];王开和傅利平在探讨京津冀地区碳强度变化的驱动因素时,量化了4大行业对各因素影响效应的贡献,发现工业部门是能源强度和产业结构效应的主要贡献者[8]。

目前针对碳强度变动的驱动因素的研究大多基于单一分解方法进行分解分析,因素效应识别往往不够全面。同时,对建筑业碳强度的研究也多限于因素分解层面,缺乏对空间维度上效应贡献特征的探讨,研究结果缺少针对性指向,政策指导具有一定的局限性。鉴于此,本文基于2000—2015年建筑业相关数据,首先运用PDA—IDA方法对建筑业碳强度进行分解,并对内地30个省(自治区、直辖市)的驱动因素影响效应进行归因分析,以期掌握各因素影响效应的空间分布特征,引导节能减排政策的针对性制定。

二、研究方法

(一)PDA—IDA模型

1.碳强度分解恒等式

首先,基于Kaya恒等式的基本思想,对建筑业碳强度进行分解,如式(1)所示:

=ECIt×EIt×YPt

(1)

式中,CIt为t时期的建筑业碳强度;C(i,t)表示t时期地区i的建筑业碳排放量;E(i,t)代表t时期地区i的建筑业能源消费量;Y(i,t)为t时期地区i的建筑业产值;Yt为t时期建筑业总产值;ECIt代表能源碳强度;EIt表示能源强度;YPt为产出格局。

建筑业能源强度(EI)反应能源投入建造过程的产出效率,在传统指数分解中往往被直接视为技术效果。但对于发展中国家,尤其是中国,转变经济增长模式是个长期过程,面临诸多不确定性,能源强度变化很难单纯以技术变动来解释。因此,本文采用PDA方法对能源强度作进一步分解。但在传统PDA模型的构造上,多数学者均使用了混合距离函数,这有可能会出现线性规划无解的问题。而全局基准技术由所有时期的全部数据进行构造,能够对单一的生产力变化进行度量,同时满足拱形要求,并且不受线性规划不可行性的影响[9]。因此,本文以传统PDA为基础,并结合全局基准技术,将能源强度进行分解,分解恒等式如式(2)所示:

(2)

Dci,t(Xi,t,Yi,t,Ci,t)

(3)

Dgi,t(Xi,t,Yi,t,Ci,t)

(4)

={(Xi,t,Yi,t,Ci,t)∶Xi,t能生产(Yi,t,Ci,t)}

(5)

(6)

(7)

(8)

λk≥0,k=1,…,K;t=1,…T.

结合式(1)和式(2),可得建筑业碳强度的综合分解恒等式,如式(9)所示:

(9)

2.指数分解框架

常用的IDA方法包括算数平均迪式分解法(AMDI)和对数平均迪式分解法(LMDI)。而LMDI方法更具适用性和易用性,并且理论基础坚实,能可靠处理零值和负值问题,因而应用更为广泛。因此,本文采用LMDI方法,基于式(9)对建筑业碳强度进行乘法形式分解,如式(10):

(10)

式中,Dt-1,t表示[t-1,t]时期建筑业的碳强度变动;DECI、DPEI、DTE、DTP和DYP分别表示能源碳强度、潜在能源强度、技术效率、技术进步和产出格局对建筑业碳强度变动的影响。

(二)归因分析模型

为进一步探讨各因素影响效应的空间贡献特征,本文采用归因分析方法量化内地30个省(自治区、直辖市)对各因素影响效应的贡献。同时,考虑到中国五年发展规划对环境影响的周期性特征,本文以2000年为基期,以“五年规划”期为周期,分阶段进行量化。以能源碳强度为例,给出各省市对能源碳强度效应的贡献值表达式,如式(11)和式(12),其余分解因素可依此类推。

(11)

ri,t-1,t=

(12)

三、实证分析与讨论

(一)数据来源

考虑到数据的有效性和完整性,本文研究样本选取2000—2015年建筑业整体数据,各变量数据由中国内地30个省(自治区、直辖市)的建筑业相应数据加总得到。相关数据分别来自2001—2016年《中国建筑业统计年鉴》和《中国能源统计年鉴》。由于建筑业资本构成复杂,无法获得各省建筑业固定资产的折旧率等信息,不能用资本存量来度量建筑业资本投入[10],因此本文以建筑业总资产作为资本投入要素。产值和资本等价值量指标按GDP平减指数统一折算为2000年不变价格。碳排放量采用碳排放系数法估算,如式(13)所示:

(13)

式中,i=1,2,3,…,30,分别代表中国内地除西藏外的30个省(自治区、直辖市);j=1,2,3,…,13,分别代表原煤、焦炭等13种直接消耗能源。基于数据的最大可靠性,本文考虑的能源包括建筑业消费的各种煤炭、石油制品、热力和电力等十五种细类能源。C表示能源碳排放总量;e代表化石能源的终端消费量;ca为燃料的平均低位发热量;fc表示燃料能源的碳含量;cof为碳氧化率;44/12表示CO2分子量与C原子量的比值;el和hp分别表示电力和热力的消费量;elf和hpf分别为电力和热力的二氧化碳排放系数,分别由生产电力和热力的所产生二氧化碳量除以电力和热力的总产出量得到。

(二)建筑业碳强度的历史演变趋势

图1 2000—2015年中国建筑业碳强度演变趋势

为揭示建筑业碳强度的历史演变趋势及区域差异性,本文将中国内地30个省(自治区、直辖市)划分为东部、中部和西部三个区域(1)东部地区包括北京、天津、河北、辽宁、上海、江苏、浙江、福建、山东、广东、海南;中部地区包括山西、吉林、黑龙江、安徽、江西、河南、湖北、湖南;西部地区包括内蒙古、广西、重庆、四川、贵州、云南、陕西、甘肃、青海、宁夏、新疆。,并计算各个区域及全国整体的建筑业碳强度,结果如图1所示。可以看出,2000年以来,中国建筑业碳强度整体呈现出波动下降的趋势,年均降幅为5.09%。从区域层面来看,东部地区建筑业碳强度在各年普遍最低,其次为中部地区,西部地区则最高,这很大程度上由区域技术经济发展的不平衡性所导致。从走势上看,2000—2009年建筑业碳强度下降较快,其中中部和西部地区下降幅度最大,这主要得益于西部大开发战略和中部崛起战略全面实施,对可持续发展提出了更高的要求,加速了建筑业的低碳发展;2009—2010年建筑业碳强度出现小幅度回升,这主要归因于国际油价的波动及金融危机下国家宏观调控政策的影响[11];2011年后,国内经济发展形式好转,同时房地产业投资热度的提升也激发了建筑业的发展潜力,建筑业产值增速加快,但其碳强度下降速度并没有出现较快增长。

(三)建筑业碳强度的因素分解分析

为有效识别建筑业碳强度动态演变的驱动因素,基于式(10)将建筑业碳强度的变动分解为产出格局、技术进步、技术效率、潜在能源强度和能源碳强度等五大因素效应,分解结果如表1所示。

从表1中可知,潜在能源强度的下降是建筑业碳强度降低的最大诱因,累计效应达-40.2%,其次为技术进步效应和能源碳强度效应,影响效应分别为-14.2%和-10.3%。产出格局的整体影响较小,但在研究期间以负向影响为主,这说明在中央政府的扶持下,地区发展差距在逐步缩小,但建筑业产出份额并没有发生较大变动,其影响较为有限。技术效率的累计影响效应为3.7%,且各年呈波动变化,说明建筑业技术效率并未得到持续提升,这与冯博和王雪青的研究结果基本一致。

潜在能源强度表示在规模报酬不变的情况下,以单位产出值的潜在能源投入来表征生产过程的投入产出特征,反映了经济意义上能源生产活动的整体效率。当前中国建筑业发展仍存在较为明显的要素驱动特征,各省份能源利用效率普遍较低且差异明显,可调整的空间较大,因此潜在能源强度的大幅度下降,致使建筑业碳强度迅速降低。从趋势上看,潜在能源强度的促降效应在三个“五年规划”期呈阶段性降低的趋势,而技术进步的减排效果越来越明显,并在2010—2014年表现出连续的促降作用。

表1 中国建筑业碳强度分解结果

从以上分析可知,建筑业碳强度的变动主要来自潜在能源强度、技术进步和能源碳强度三个关键驱动因素的共同作用,但对于不同的省份,其建筑业所处发展阶段不同,减排的主要动力也可能存在较大差异,在整体减排问题上发挥的作用也会有很大区别。因此,有必要进一步进行归因分析,探讨不同省份对各因素影响效应的贡献程度,以利于有针对性地引导减排的方向。

(四)归因分析

基于2000—2015年中国建筑业碳强度的LMDI乘法形式分解结果,根据式(11)和式(12),以2000年为基期,量化三个“五年规划”阶段各省(自治区、直辖市)对三个关键因素影响效应的贡献。归因分析计算结果如表2所示。

1.潜在能源强度效应归因分析

结合表1可知,潜在能源强度是中国建筑业碳强度下降的最大驱动因素。从表2中可以看出,除江苏和浙江等少数省份外,其他省份潜在能源强度的变化均对建筑业碳强度的下降起到了重要推动作用,尤其是河北、山西、湖北和陕西等省份,其负向贡献值分居前四,分别达到了-7.4%、-6.2%、-4.7%和-3.4%。这反映出绝大多数省份建筑业发展较为粗放,潜在能源强度的下降空间较大。而江苏、浙江等少数省份对潜在能源强度的整体效应贡献接近于0,说明这些省份的潜在能源强度处于相对较低的水平,单位建筑业产值的节能潜力较为有限。

各省(自治区、直辖市)对潜在能源强度效应的负值贡献在“十五”期间普遍较大,尤其是山西、河北、湖北和河南等,其共同贡献达-15.24%,说明中部崛起战略的全面实施,有效促进了建筑业资源配置效率的提升;“十一五”之后,各省份的负值贡献普遍降低,至“十二五”时期,仅湖北和河北等少数省份具有明显负值贡献。可见,多数省份建筑业潜在能源强度的下降空间都在缩小,说明整体上中国建筑业的发展模式正从粗放式向集约式逐渐转变,潜在能源强度下降的节能减排潜力也随之减小。同时,由于区域发展的不平衡性,西部地区省份的建筑业潜在能源强度仍处于相对较高的水平,未来减排潜力依然较大。

潜在能源强度反应了潜在能源投入的生产效率,受资源配置效率、要素替代作用等的影响。Liu和Lin指出,劳动力、资本和能源之间的替代作用对建筑业能源强度变化具有重要影响[12]。同时,有研究发现,建筑业自2005年以来进入劳动力有限供给阶段,劳动力的稀缺可能会强化能源对劳动力的替代效应[13]。

因此,未来采取有效措施,推动资本要素替代能源,将成为重要的减排方向。

表2 潜在能源强度、技术进步和能源碳强度效应的归因结果(基年:2000)

2.技术进步效应归因分析

从表2中可知,2000—2015年,浙江、河北、山东、北京、上海和江苏等东部地区省份主导了技术进步对建筑业碳强度的影响,累计效应贡献达-9.6%。东部地区作为中国的发达区域,对建筑技术发展的重视程度较高,其技术进步速度相对较快,因而有效发挥了技术进步的节能减排潜力。而中西部地区属于“技术跟进者”,技术进步速度相对较慢,这与中西部地区资源依赖型、粗放型的发展方式有关,要充分发挥技术进步的节能减排潜力还需要进一步努力。

技术进步的减排效果于“十一五”时期开始凸显,除贵州、云南等少数省份外,绝大多数省份的效应贡献为负值。其中,河北、浙江和上海等东部地区省份为主导者,累计贡献达-4.9%。至“十二五”时期,对技术进步效应产生负值贡献的省份达到27个,累计效应贡献为-8.3%,其中江苏和浙江的负值贡献最大,分别达-1.9%和-1.2%。

建筑业的技术进步情况,在很大程度上影响着我国经济增长方式的转变及未来国民经济的低碳发展。按照目前的发展趋势,技术进步有可能成为未来各省建筑业碳强度下降的主要推动力。国家应根据不同省份的差异化发展程度,做好责任分配,充分发挥技术强省的带头作用,同时督促部分技术发展较慢的省份做好技术跟进,共同致力于建筑业的低碳转型。

3.能源碳强度效应归因分析

能源碳强度主要体现了能源结构的合理性。由表2可以看出,2000—2015年,多数省份的建筑业能源结构都得到了低碳化调整,推动了建筑业碳强度的下降,其中负向贡献超过1%的省份有广东、内蒙古、江苏、浙江和福建。从区域层面上看,东部地区对能源碳强度效应的贡献主要集中在“十五”时期,期间累计效应贡献达-5.35%,江苏和浙江是最大的贡献省份;中部地区建筑业能源结构调整幅度较小,未表现出明显的促降效果,累计效应贡献仅-1.06%;西部地区贡献排名第二,其效应贡献的最大值出现在“十一五”时期,从-80.7%下降到73.4%,缩小幅度较为明显,同时开始将天然气应用到建筑业的发展当中,因而其贡献相对于其他西部地区省份更大。

在现有碳基能源为主的能源消费模式下,能源碳强度的规制难度相对较大,要扩大减排空间,需加强政策的实施力度。《能源发展战略行动计划(2014—2020年)》提出,到2020年,一次能源消费结构中非化石能源占比达到15%,煤炭消费比重控制在62%以内,同时天然气比重达到10%以上。要达到以上整体目标,建筑业必须加速推进能源结构调整。

四、结论及建议

建筑业作为国民经济发展的基础和主导产业,应率先为实现中国经济的低碳发展付诸必要努力。能否针对性制定合理的节能减排政策,关键在于能否有效识别碳强度下降的关键驱动力。本文首先采用PDA-IDA方法对2000—2015年建筑业碳强度的变动进行驱动因素分解,并进一步运用归因分析方法量化了内地30个省市对三个关键驱动因素影响效应的贡献,得出以下结论:

2000—2015年,中国建筑业碳强度呈波动下降趋势,年均降幅达5.09%,且具有明显区域差异性。潜在能源强度是建筑业碳强度下降的主导因素,其次为技术进步和能源碳强度因素,而产出格局和技术效率的影响相对较小,减排潜力仍需进一步挖掘。

潜在能源强度在2000—2015年对建筑业碳强度的促降作用呈阶段性降低的趋势,累计为-40.2%。其影响效应主要依靠河北、山西、湖北和陕西等省份潜在能源强度的下降。东部地区能源利用效率相对较高,潜在能源强度下降空间不足,但中西部地区依然存在较大的减排空间。政府应采取措施加速推进建筑行业专业化分工,强化中西部地区的工程建设标准体系,提高要素配置效率,将能源节约和环境保护贯穿到工程建设的各个环节。

技术进步对建筑业碳强度下降的促进作用呈阶段性增强的趋势,至“十二五”时期达到-8.8%。其主要贡献省份以浙江、河北、山东、北京、上海和江苏等东部地区省份为主。因此,国家应鼓励技术发展较快的东部地区省份进一步寻求技术创新,推动技术进步,具体可通过提供免税或优惠贷款的方式来鼓励对技术创新与推广的投资,同时需加强发达地区与落后地区建筑业企业的技术交流合作,做到拉高标杆,补齐短板。

能源碳强度也是推动建筑业碳强度下降的重要因素,累计效应为-10.3%,且多数省份效应贡献为负值,说明整体上建筑业能源结构有所优化,但仍存在较大的减排空间。政府应进一步鼓励、推进建筑业能源结构优化,限制中西部地区对高碳能源的使用,同时加强对新能源发展的支持力度,推广新能源在建筑业企业中的应用。

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