“双碳”目标下淮安工业碳排放核算及减排潜力研究

刘 笑, 朱 玥, 邱安琪

(淮阴师范学院 商学院, 江苏 淮安 223001)

引言

中国将提高国家自主贡献力度,二氧化碳排放力争2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和(即“双碳”目标)。这是习近平主席在第75届联合国大会上向世界做出的承诺,体现了中国推动构建人类命运共同体的责任与担当,也意味着中国经济结构和能源结构将发生一场历史性变革,经济增长与碳排放的深度脱钩已经刻不容缓。绿色发展已成为新时代的标签,它不仅关系人民福祉,更代表着城市的发展方向[1]。这对经济结构重化占比60%以上、化石能源占比80%以上的江苏而言,无疑是空前的巨大挑战。

作为苏北迅速崛起的典型城市,淮安生态本底优势独特,是江淮生态经济区中心城市,也是生态秀色、人文古色、幸福悦色绝佳之地,建设“美丽江苏”的淮安样板大有可为。淮安“十四五”时期的发展定位是“绿色高地、枢纽新城”。打造绿色高地,即把良好生态环境作为淮安转型跨越发展的宝贵资本,以绿色发展提升并彰显生态优势,大力推动生态经济化、经济生态化,积极构建并完善现代绿色产业体系,努力使淮安成为生态优良、宜居宜业的绿色高地[2]。工业是城市经济发展的引擎,淮安始终把工业高质量发展作为产业强市的根本和关键。因此,淮安实现绿色发展的核心在于最大限度地实现工业经济发展与碳排放脱钩。

如何能够通过严控化石能源、倒逼产业升级、加快绿色转型、开启低碳发展新赛道,实现工业部门低碳约束下的高质量发展,迫切需要淮安在确保实现“双碳”目标的探索实践中,走出一条非同一般的新路子。因此,工业从业人员与政策制定者需要对目前淮安工业(包括整体及各个工业企业)的碳排放现状和碳减排能力有一个明确的把握。尤其是对一些关键性问题,涉及淮安工业部门当前的减排基础,需要得到精确的评估。例如,淮安工业部门碳排放水平及碳强度变化趋势如何?当前淮安工业部门碳减排的整体水平如何?各减排主体(主要是不同区域)的碳减排相对发展水平如何?区域间碳减排的变化趋势是一致的还是存在明显差异?区域间工业部门/企业在碳减排过程中是相互协调还是存在冲突?是均衡的还是存在明显的非均衡性?特别是在淮安工业发展过程中,企业的市场结构对整体碳减排潜力有影响吗?又在多大程度上影响了整体的碳减排水平?研究这些问题,对把握淮安工业整体碳减排情况和制定应对策略,具有重要的理论价值和现实意义。

聚焦上述问题,对工业部门碳排放发展水平相关问题的研究近年来不断涌现。这些研究对工业部门碳减排目标的实现路径进行了有益的探索,但亦存在三个方面的局限:首先,对于淮安工业部门碳排放量精确核算的研究相对较少,现有相关研究的核算结果也存在较大的差异,有必要对核算方法进行综合比较,进而选择更合适的方法。其次,现有的工业碳排放相关研究更多侧重于利用各类分解手段或计量经济学方法,对工业碳排放总量或绩效的驱动因素进行分析,少有对工业部门碳减排水平进行的衡量和测度。再次,大部分研究都集中于工业部门整体的碳排放测度及分析,缺乏对工业企业区域间碳减排的比较研究。

为了弥补现有研究的不足,本文在综合权衡数据的可获得性、核算成本及核算精确度的前提下,选择排放因子法测度淮安工业部门历年的二氧化碳排放量等相关指标。在此基础上,构建碳减排成熟度指数并以淮安规模以上工业企业为切入点,从区域和整体两个层面对淮安工业部门碳减排水平进行综合评价,并提出相应的政策建议。

一、淮安工业碳减排潜力测度建模

对一个部门或者区域碳排放进行综合评价的目的是识别被评价对象的减排潜力,这就要求首先对减排主体的发展水平和协调水平进行衡量。事实上,无论是对发展度还是对协调度进行描述和度量,都要求设计一个多维度和多指标的评价体系。现有的评价指标体系主要包括数据包络分析(Data Envelopment Analysis,DEA)、层次分析法(Analytic Hierarchy Process,AHP)和多元统计分析(Multivariate Statistical Analysis,MSA)等,但这些方法一般都存在变量共线性问题、权重结构主观性较大、数据要求高或者计算复杂等方面的局限[3]。灰色系统理论的核心思想是利用“小样本、贫信息”对“部分未知信息”进行研究,可以很好地克服上述研究方法的局限性[4]。本文参考王文举和李峰的研究思路[5],通过构建碳排放成熟度指数来对碳排放态势进行整体评价。工业部门碳排放成熟度评价主要通过对其发展度指数、协调度指数和协调发展度指数的衡量来实现。具体概念界定如下:

从工业企业层面来看,“发展度”是对各工业企业碳减排的发展水平最终效果的度量,实际上是一种工业企业“减排能力”的体现;“协调度”是对各工业企业碳减排过程中能源强度和能源结构之间的相关性的度量,实际上是一种工业企业减排技术和能源结构之间“协调能力”的体现;综合“协调度”和“发展度”形成的“协调发展度”是对各区域间各工业部门生产过程中碳减排发展水平和协调水平之间的综合度量。从工业部门整体层面来看,工业碳减排“发展度”是指对各工业企业碳减排发展水平的平均值的度量;“协调度”是指对工业部门/企业间碳减排均衡水平的度量;“协调发展度”强调区域工业部门整体碳减排发展水平和协调水平之间的和谐性,即对整体发展态势的度量。

(一)碳排放发展度指数构建

(1)

这样,式(1)中ξi(k)即表示第k年第i个区域碳减排的相对发展指数,该取值分布在0—1之间,ξi(k)的数值越大,表明该区域碳减排相对发展水平越高。

在定义了单个区域工业企业减排发展度的基础上,淮安工业部门m个区域工业企业整体碳减排发展度指数可以表示为式(2)的形式:

(2)

(二)碳排放协调度指标构建

在定义工业部门碳减排发展度的基础上,还需要进一步探讨工业部门整体及工业企业之间的碳减排协调度问题。此处的协调主要是指能源强度(能源使用技术)与能源结构(碳排放系数)之间的协调问题,探讨碳减排协调度问题是为了反映工业部门在生产规模不断扩张的过程中,配套的碳减排技术是否匹配[6]。

(3)

其中,参数ρ为分辨系数(同上,本文将其设置为0.5)。可见,δi(k)为第k年第i个地区碳排放系数的相对发展指数,也即反映能源结构的相对发展度,取值在0—1之间,δi(k)的数值越大,表明碳排放系数相对发展水平越高,也即能源结构越绿色。

同样,对于前面假设的m个地区工业企业,设z为工业企业在研究期间的能源强度,那么第i个地区工业企业能源强度比较序列zi组成的集合为:zi={zi(1),zi(2),…,zi(n)},最优参考序列z0组成的集合为:z0={z0(1),z0(2),…,z0(n)}。

(4)

同样,ρ为分辨系数(取值0.5)。φi(k)即为第k年第i个地区能源强度的相对发展指数,取值在0—1之间,数值越大,表明能源使用技术的相对发展水平越高。

基于上述各地区工业企业能源结构发展度与能源强度发展度的测度,参考王怡的研究思路[7],淮安各地区工业企业碳减排相对协调度指数可采取二者的几何平均法计算,即将δi(k)和φi(k)进行几何平均,由此可得出第i地区工业企业在第k年的碳减排相对协调度指数,计算公式如式(5)所示:

(5)

上述公式中,0≤Ti(k)≤1,Ti(k)的值越大,表示第k年第i个地区工业企业碳减排相对协同(能源使用技术与能源结构)水平越高;反之,Ti(k)的值越小,表示第k年第i个地区工业企业的碳减排趋同水平越低。

不同于碳减排整体发展度指数,工业部门碳减排整体协调度指数所要测度的是区域间碳减排的协同水平,因而在对淮安工业部门碳减排整体协调度指数进行实际测算的时候,无法通过对区域间相对协调度指数进行简单算术平均计算获得。本研究参考陈晓东等人的研究思路[8],通过构建对应的距离协调度模型来进行测度。从方法本质上来看,距离协调度模型是通过测算现实与理想状态的欧式距离与切比雪夫距离之间的比率关系,来反映经济系统中不同主体间的协调水平[9]。基于前述假设,第k年淮安各地区工业企业碳排放实际值与最优值的欧式距离测度公式可以表示为式(6):

(6)

所以,淮安工业部门碳减排整体协调度指数测度公式如下:

(7)

(三)碳排放协调发展度指标构建

由于各工业企业的碳减排相对发展度指数和相对协调度指数会存在不一致的情况,从而可能会出现工业企业在较低发展水平下出现了较高的相对协调性问题[8]。换言之,对于工业部门来说,依据相对协调度指数来反映工业部门整体的协调发展的情况时,可能会存在一定的片面性。因此,有必要构建工业部门碳减排相对协调发展度指数,对工业部门碳减排进行全面客观的分析。第k年第i地区工业企业的碳减排相对协调发展度指数可以通过下面的计算方法获得:

(8)

另外,在同一研究区间内,工业部门碳减排整体发展水平和整体协调水平也可能会出现不一致的情况[5]。这样,利用碳减排整体发展度或碳减排整体协调度等单一的维度来反映淮安工业部门碳减排整体成熟度,往往也会存在一定的片面性。基于此,类似各工业企业的碳减排相对协调发展度,还需要进一步构建淮安工业部门碳减排整体协调发展度指数。第k年淮安工业部门的碳减排相对协调发展度指数可以通过下面的计算方法获得:

(9)

为了对淮安工业部门各工业企业及整体碳减排成熟度水平进行更好的描述,本文借鉴陈佳贵等人的思路[10],结合淮安工业部门的实际情况,将上述指标所表示的成熟度水平划分为2个阶段:

碳减排相对协调发展度指数值小于等于0.5的表示低水平阶段,进一步细分,指数值小于等于0.2的表示非常低水平阶段(用FD表示);指数值大于0.2小于等于0.5为较低水平阶段(用JD表示)。碳减排相对协调发展度指数值大于0.5小于等于1的表示高水平阶段,进一步细分,指数值大于0.5小于等于0.7为较高水平阶段(用JG表示);大于0.7小于等于1的表示非常高水平阶段(用FG表示)。

总体来看,上述概念界定,不仅明确了发展度、协调度和协调发展度的内涵,而且对各区域工业企业和淮安工业部门整体这两个层面进行了区分,从而弥补了常见的碳排放量等单一指标在碳减排描述中的局限。

二、数据来源与说明

考虑到新冠疫情期间,工业生产相关的各项指标存在异常[11],本研究选择2017—2019年淮安工业部门规模以上工业企业作为研究对象。为了深入研究淮安碳排放的区域差异性,将淮安分为10个区域(分别为市直属、淮安区、淮阴区、清江浦区、洪泽区、涟水县、盱眙县、金湖县、工业园区、开发区),分别讨论。

本研究利用能源消耗量进行碳排放的核算,收集不同区域工业企业的能源消费清单,进而利用碳排放系数进行精确核算。具体来说,本文的能源消费种类主要包括原煤、洗精煤、焦炭、其他焦化产品、焦炉煤气、高炉煤气、转炉煤气、天然气、液化天然气、原油、汽油、煤油、柴油、燃料油、液化石油气、其他石油制品、热力,以及电力。利用折标系数,将不同类型的能源折算成标准煤;利用碳排放系数,测度不同类型能源的碳排放量,并进行加总得到碳排放总量。具体结果如表1所示。

表1 淮安各区域工业企业2017—2019年能源消费、碳排放与利润收入比较

三、淮安工业碳减排成熟度实证结果

研究淮安工业部门碳减排成熟度可以将各个工业企业作为切入点,进而实现对区域和整体两个层面的阐述。在区域层面,使用“相对发展度”对区域碳排放量的排放水平进行测度,用以比较淮安各区域碳减排最终成效情况;使用“相对协调度”对区域间碳排放的协调水平进行测度,用以比较淮安各区域碳减排现状的协调情况;使用“相对协调发展度”对区域碳减排相对发展水平和相对协调水平之间的和谐发展程度进行测度,用以比较淮安各区域碳减排的发展水平和协调水平的综合平衡情况。

在整体层面,使用“整体发展度”对工业企业碳减排的平均发展水平进行测度,用以比较不同年份淮安工业部门碳减排整体成效情况;使用“整体协调度”对工业企业碳减排发展水平的协调程度进行测度,用以比较不同年份淮安工业部门碳减排的整体协调情况;使用“整体协调发展度”对工业部门碳减排整体发展水平和协调水平之间的和谐发展程度进行测度,用以比较淮安工业部门碳减排的整体发展水平和协调水平的综合平衡情况。

具体来看,对于工业部门各区域而言,因其所处的发展阶段、区位条件和管理体制等诸多因素的不同[12],会导致工业部门各区域碳减排发展水平和协调水平存在显著差异。表2为根据研究方法中介绍的公式计算所得的2017—2019年间淮安工业部门各区域工业企业碳减排相对发展度指数。

表2 淮安各区域工业企业2017—2019年碳排放相对发展度指数

从时间序列来看,淮安大部分区域的碳排放发展度呈下降趋势,其中洪泽区最为明显,从2017年的0.738 7下降到2019年最低的0.333 3。这反映了以洪泽区为代表的工业企业在发展过程中,生产活动对能源消费的需求更加密集,并且考虑到工业能源消费偏煤,因此工业企业在未来生产过程中要不断提升新能源的比例,从源头降低碳排放,提升碳排放发展度。从不同类型区域来说,清江浦区的碳排放发展度最高,涟水、金湖、盱眙碳排放发展度仅次于清江浦区工业企业,而市直属地区的碳排放发展度最低。一方面,这表明以清江浦区为代表的工业企业的运营模式更有利于通过推动节能减排技术发展来促进碳强度降低[6],从而更快地推动碳减排发展度指数提升;另一方面,也表明在减排发展度存在差别的前提下,淮安工业部门各区域的减排条件和减排能力参差不齐,有必要从不同区域实际出发考察碳减排协调的问题。

表3是各区域碳排放相对协调度指数,主要反映的是能源结构(碳排放系数)和能源技术(能源强度)的协调问题。从时间序列来看,大部分区域工业企业的协调度存在下降的趋势,这说明在工业企业生产过程中,反映工业部门能源使用水平的能源技术改善未能有效跟进,这与学界相关代表性研究结论相吻合[13]。因此,工业部门需要尤为注重节能减排技术的提升。整体来看,工业园区的碳排放协调度指数相对最高,其中2017年协调水平最高,而洪泽区的碳排放协调度相对最低。这反映了工业园区工业企业在规模扩张的过程中需要注重碳减排技术的提升,而洪泽等区域则更需要引起关注。

表3 淮安各区域工业企业2017—2019年碳排放相对协调度指数

对于各区域来说,碳排放发展度和碳排放协调度两方面综合的结果是,工业部门各工业企业2017—2019年间碳减排协调发展度水平均处在高水平阶段(如表4所示),表明研究期间淮安各区域工业企业的碳减排协调发展水平的动力机制不同。

表4 淮安各区域工业企业2017—2019年协调发展度指数

表5为根据前述公式计算所得的2017—2019年淮安工业部门碳减排整体成熟度3个指标的变化情况。

表5 淮安工业部门2017—2019年碳减排整体成熟度指数

从表5可以看出,整体发展度指数相较于整体协调度指数和整体发展协调度指数有明显的优势。相对于淮安工业碳减排整体发展度指数,2017—2019年淮安工业碳减排整体协调度指数增幅明显。无论是基于整体还是基于不同区域,截至2019年,淮安工业碳减排整体发展度已进入非常高水平阶段(大于0.7);至于淮安工业碳减排整体发展协调度相对较低,这主要是受整体协调度低的影响。上述数据也说明,淮安工业企业碳减排的整体协调度还有待于进一步提升,对于工业部门不同区域,要进一步加强交流合作[14],尤其是协调度相对较低的工业企业,需要加强与工业园区、开发区等区域工业企业的合作交流。

四、结论与建议

本研究在综合权衡数据的可获得性、核算成本,以及核算的精确度等内容的基础上,选择了合适的方法来核算淮安工业部门历年的二氧化碳排放量等相关指标,接着以淮安代表性工业企业为切入点,从区域和整体两个层面对淮安工业部门碳减排水平和减排潜力进行了综合评价。与现有研究相比,本研究的主要贡献体现在如下两个方面:其一,更为全面、精确地估算了淮安工业部门及区域工业企业的碳排放量,分析了淮安工业部门碳排放变动的现状;其二,在此基础上提出了工业部门碳减排成熟度的概念,并运用灰色关联度分析方法,构建了发展度指数、协调度指数和协调发展度指数等3个成熟度测度指数,对不同区域工业企业碳减排成熟度及淮安工业部门整体碳减排成熟度进行了综合测度和评价。

研究表明:淮安要确保实现2030年前碳达峰与2060年前碳中和的目标,工业部门要敢为人先,把减碳技术创新与体制机制创新作为根本动力,切实走出一条工业部门依靠低碳绿色转型、推动高质量发展的新路子,努力打造现代化建设的新样板,为全省乃至全国高质量发展大局贡献更多智慧和力量。实践中,要聚焦“双碳”目标的重点和关键,聚力绿色低碳转型的战略目标,着力推进长期的工业低碳转型路径探索。具体可以从如下三个方面展开:

首先,加强区域协同,着力推进工业部门低碳发展科学规划引领行动。制定低碳科学规划是实现碳达峰的首要前提。深入贯彻习近平提出的“四个革命、一个合作”的能源发展战略思想,统筹协调化石能源与可再生能源、能源需求与减排成本、碳达峰与碳中和的三大关系,高标准制定工业部门未来十年碳减排规划,前瞻布局和完善可再生能源、绿色产业、低碳生活等三方面行动计划,有序引领和有力推动碳达峰目标如期实现。一是要加强可再生能源规划引领。坚持清洁低碳、安全高效、成本可控的原则,科学谋划“十四五”可再生能源发展规划,积极协调省内外两个能源市场,争取利用西电东送水电资源,优化可再生能源格局,提升淮安工业部门可再生能源利用的比重。二是要加强绿色发展规划引领。扎实推进江苏省政府推进绿色产业发展决策部署,完善未来10年化石能源机组零增长目标,推动淮安开展能源领域技术革命。在此基础上,通过对标最先进产业能耗定额标准,积极布局碳捕捉及碳封存产业等手段,提升碳达峰的速度和质量[15]。

其次,强化技术革新,着力推进工业产业绿色低碳化升级行动。推进工业产业绿色低碳转型是实现淮安工业“双碳”目标的治本之策。加快工业低碳技术推广应用,着力在金湖、洪泽、工业园区的钢铁、有色金属、化工、电子信息等重点区域和重点企业开展节能降碳改造,打造绿色低碳示范工厂。此外,需要通过大力发展高新技术企业,加快推进深度脱碳等战略性技术的应用和扩散。具体来看,要以清江浦区为代表性区域,坚持通过数字化推进低碳化,实施“互联网+智能制造”示范工程,减少化石能源消耗。

再次,强化能源替代,着力推进工业能源结构低碳转型行动。推进能源结构低碳转型是淮安工业部门实现“双碳”目标的必由之路。确立化石能源零增长目标,整合各方面创新资源,调动新能源企业的积极性和创造性,大力发展和使用可再生能源[13]。一是将碳排放量作为刚性约束,强化煤电(气电)行业审批及清退机制。确立煤电机组零增长目标,加强对现有煤电(气电)发电机组的在线监测,将碳排放强度、节能减排技术水平作为重点监管指标。二是实施清洁能源替代工程,大力发展光伏、风电、氢能等新能源。坚持规模化发展和分散式应用并举,加快推进风电技术进步,建立风电全产业链体系,打造“千万千瓦级风电基地”。坚持集散并举、以散为主,加强光伏组件新技术创新,推动光伏产业集聚发展和提档升级。