能源结构、绿色科技创新对碳减排的影响机制研究

摘 要：当前，我国面临碳排放基数较大、能源消耗主要依靠煤炭的严峻形势，碳减排的压力较重。研究表明，能源结构调整与技术创新是推进碳减排的有效途径，但现有研究缺乏能源结构、绿色科技创新以及碳减排三者之间的定量研究。本文拟构建包括4个准则层、13个指标层在内的指标体系，借助计量分析实证检验能源结构、绿色科技创新对碳减排的影响。研究发现，能源结构优化、绿色科技创新对碳排放均有抑制作用，且绿色科技创新在能源结构对碳排放的影响过程中起部分中介作用。

关键词：能源结构；绿色科技创新；碳减排；中介效应；碳排放

中图分类号：F206 文献标识码：A 文章编号：2096-0298（2024）08（b）--05

二氧化碳等温室气体排放所引起的全球气候变暖、冰川融化，使碳减排成为全球共识。为此，我国在第七十五届联合国大会上提出“3060” “双碳”战略目标。如何有效推进双碳战略实施，党的二十大报告指出“加快能源结构优化调整，坚持先立后破，逐步向‘双控’制度转变”[1]。能源结构向清洁低碳发展、向多元化方向转变，此外《科技支撑碳达峰碳中和实施方案（2022—2030年）》将科技创新与能源结构优化视为碳减排进程中同等重要的因素[2]。《联合国气候变化框架公约》的执行秘书帕特里夏·埃斯皮诺萨指出“在碳减排进程中，中国能源结构的转变将会让中国乃至全球获益，有利于全球的可持续发展之路”[3]；韩正（2022）强调“促进‘双碳’工作迈向新台阶”[4]；张恩迪（2022）认为“我国在实现‘双碳’战略的进程中，需要以科技创新促进能源技术优化升级，进而以合作交流的方式促进全球能源结构的转型”[5]。

目前，我国面临“3060”“双碳”战略目标倒逼碳减排的压力，转变能源消费结构、走绿色低碳发展之路是碳减排的基础，科技创新支撑是碳减排的技术基石，两者之间的相互促进机制是碳减排的作用路径。现有研究中，定性研究居多，揭示能源结构、科技与碳排放三者之间关系的定量研究偏少。为此，本文拟在前期文献分析的基础上，提出研究假设，用碳排放分析等实证方式揭示三者之间的内在逻辑与定量关系，为进一步推进节能降碳提供决策支撑。

1 研究假设

1.1 能源结构优化对碳排放的直接影响

传统能源消耗是导致碳排放增长的主要原因。在全世界减排降碳的大趋势下，转变能源消费结构，提升清洁能源消耗占比是实现碳减排的主要途径。林秋萍（2023）认为能源结构的优化会直接抑制碳排放强度的增长[6]；邢大伟、邱恩（2022）认为能源结构调整对碳排放具有抑制作用[7]；蔡立亚等（2023）认为能源转型是实现中长期碳中和目标的关键，对于我国而言，重要的是推动能源的低碳化转型[8]。

党的十八大以来，我国高度重视能源结构的调整与优化。我国能源生产与消费正在向绿色低碳清洁方向优化，但目前仍以化石能源为主，如2022年化石能源生产占比81.4%，消费占比82.6%，化石能源的高占比仍对碳排放影响巨大，而清洁能源碳排放显著低于化石能源。

基于此，本文提出研究假设H1：能源结构优化能促进碳减排。

1.2 绿色科技创新对碳排放的直接影响

绿色科技创新是实现“3060”“双碳”战略目标的基础和关键，也是促进经济高质量发展的途径，绿色技术作为清洁型的技术，能够有效减少碳排放。许可、张亚峰（2021）认为绿色科技创新能够减缓环境污染、强化环境治理，对环境改善产生正效益[9]；朱诚义（2023）研究认为绿色技术创新的提高有利于碳排放的减少，要重视绿色技术在碳减排过程中所起的重要性作用[10]；金培振等（2014）认为技术进步会促进工业领域的碳排放强度向低端收敛的进程，且重工业领域的能源效率提升将会是未来减排节能工作的着力点与切入点[11]；刘娟等（2023）认为可再生能源技术创新对于碳排放具有显著抑制作用[12]。

绿色科技创新是我国科技自主创新的重要组成部分，其通过技术应用实现节能降碳，从根本上减少碳排放，加快实现碳达峰进程。目前，我国已经通过节能减排技术、零碳技术、负碳技术的创新与应用，对减碳、降碳带来相应的效果。

基于此，本文提出研究假设H2：绿色科技创新对碳减排具有促进作用。

1.3 绿色科技创新在能源结构和碳排放中的作用

绿色科技创新通过革新生产工艺、生产流程等，有利于推动传统工业、能源、建筑等行业绿色低碳转型。沈世铭等（2023）认为绿色科技创新能促进能源结构的优化，改变过去依赖能源消耗的经济发展方式[13]；刘佳、李煜轩（2023）认为绿色创新在旅游产业结构调整对旅游业碳排放的影响中起部分中介作用[14]；成琼文、杨玉婷（2023）实证得出绿色技术创新在降低碳排放量和碳排放强度中分别发挥了12.38%和5.51%的中介效应作用[15]。

从实践应用角度看，绿色科技创新技术对我国“双碳”战略的实施带来巨大的推动作用，其碳减排技术、新能源发电技术已在我国得到广泛应用，带来了显著的碳减排效果，成为碳减排的技术中坚力量。此外，碳减排技术广泛应用于高排放的钢铁等行业，通过采取节能降碳技术，为其他行业树立了标杆效应。

从实际应用效果看，工信部数据显示，2021—2022年累计推广工业节能技术159项。截至2022年底，钢铁、电解铝等单位产品综合能耗较2012年降低了9%以上，均处于世界领先水平[16]。单位能耗的降低从源头上减少了碳排放。

基于此，本文提出研究假设H3：绿色科技创新在能源结构对碳排放的影响中起中介作用。

2 中国碳排放情况

2.1 中国碳排放量变化趋势

1997—2022年我国二氧化碳排放量整体呈波动上升之势，年均增长率为5.64%，从1997年的30.26亿吨上涨至2022年的119.24亿吨，自2011年起我国成为世界第一大能源消费国。工业化、城镇化、私人汽车是碳排放增长的主要影响因素。对此，2012年党的十八大将生态文明建设放在更加突出的位置；2020年提出“3060”“双碳”战略。

2.2 碳排放量的异质性分析

本文采用自然间断点分级法，对我国30个省（市、自治区）的碳排放量进行空间异质性分析（不包含西藏、香港、澳门特别和台湾省碳排放数据），其碳排放量呈现如下特征：

第一，总体来看，我国北部省份的碳排放量高于南部省份，东部地区的碳排放量高于西部地区；第二，高碳排放地区不断向东北方向迁移，且高值区域逐年递增；第三，新疆维吾尔自治区的碳排放量呈现明显的递增趋势；第四，西南方向的碳排放等级呈现先递增后收缩之势。

3 实证分析

3.1 指标体系构建与权重占比

3.1.1 指标体系构建与数据来源

在碳排放维度中，选取碳排放强度、森林覆盖率、造林总面积、受灾森林面积作为指标层指标，其中碳排放强度用CO2排放量与国内生产总值的比重进行衡量，植物可通过光合作用将碳封存在植物体中，全球约25%的碳排放是由森林、草原和牧场等捕集的，森林火灾的发生又会将捕捉的碳量释放到空气中，因此在考量碳排放时，将森林覆盖率、造林总面积、受灾森林面积作为指标层指标。

（1）在能源结构维度，选取原煤占一次能源生产总量的比重、煤炭占能源消耗总量的比重作为指标层指标。此外，在人类可持续发展进程以及“3060”双碳目标任务下，加快清洁能源的利用、开发将是未来的研究重点，加之目前我国火电装机容量占有较大比重，因此将火电发电装机容量、水电发电装机容量、风电发电装机容量以及太阳能发电装机容量均作为指标层指标进行衡量。

（2）在绿色科技创新维度，借鉴许可、张亚峰（2021）[17]，贾军、张伟（2014） [18]，姜风雷等（2023）[19]的研究，本文采用发明专利授权数、实用新型专利授权数作为衡量指标。

能源加工转化效率指的是在一定时期内，能源经过加工、转换之后所产出的产品总量与投入的能源数量之间的比率，本文将之作为控制变量。各维度准则层与指标层指标如表1所示。

本文的数据来源于中国统计年鉴、中国碳核算数据库、国际能源署以及各省、市的统计年鉴。采用线性插值法对能源加工转换效率的缺失值进行补充。

3.1.2 指标层体系权重分析

采用熵权法计算指标层指标的权重，借助线性加权法计算准则层的综合得分，各指标的权重如表1所示。在碳排放维度中，碳排放强度指标的权重占比较高，且森林覆盖率和造林总面积指标的权重之和大于碳排放强度和受灾森林面积的指标权重之和，森林固碳的能力在提高，对实现“3060”目标任务持续做出正能量。在能源结构维度，原煤占一次能源生产总量的比重、煤炭占能源消耗总量的比重、火电装机容量指标的权重之和达57.59%，表明目前我国的能源结构仍较依赖于高碳排放行业，清洁能源开发潜力不够，且太阳能发电装机容量在2009年仅有3万千瓦，因此用清洁能源逐步替代传统化石能源的目标任务严峻且必要。在绿色科技创新维度，实用新型专利授权数权重略高于发明专利授权数，且实用新型专利授权数的平均值远大于发明专利，与我国整体的知识产权发展趋势也是相符的。

3.2 基准回归分析

在“3060”“双碳”战略目标任务下，转变能源消费结构，提升清洁能源消耗占比，加快科技的自立自强，加快对绿色低碳技术领域的开发、应用和推广是碳减排进程中的关键一环。表2显示了能源结构、绿色科技创新与碳排放之间的关系。从模型1可得，能源结构的回归系数在1%的水平下显著为正，表明目前的能源结构在碳减排进程中还处于不利的局面，对化石能源高度依赖的能源模式将是碳减排路径中存在的威胁与挑战，而能源结构的优化将会对碳排放产生抑制作用，假设H1成立；从模型2可得，绿色科技创新的回归系数在10%的显著性水平下为负，表明绿色科技创新的提升会抑制碳排放的增加，在碳减排的进程中持续注能，假设H2成立。从模型3可得，能源加工转化效率也会对碳排放产生抑制作用，促进碳排放的负增长。

3.3 中介效应检验

绿色科技创新在能源结构与碳排放之间的作用检验如表3所示。在模型4中，能源结构与碳排放的回归系数显著，表明总效应成立；在模型5中，能源结构与绿色科技创新的回归系数显著，表明绿色科技创新的提升有利于能源结构的优化转型，科技创新有利于为传统化石能源的低碳转型提供技术支持；在模型6中，能源结构和绿色科技创新的回归系数均显著，表明绿色科技创新在能源结构对碳排放的影响过程中起着部分中介的作用，假设H3成立。

3.4 稳健性检验

本文采用动态模拟法（对自变量或因变量滞后一期）、扩大样本期、改变指标等方法，对能源结构、绿色科技创新与碳排放之间的关系进行实证分析，分析结果除系数有轻微变动以外，正负号与原结果均相同且通过显著性检验，表明原结果的稳健性，即能源结构优化、绿色科技创新对碳减排均有显著的促进作用，且绿色科技创新在能源结构对碳排放的影响过程中起到部分中介的作用。

4 结论与建议

4.1 研究结论

4.1.1 缺乏“碳减排、能源结构、科技创新”三者关系的定量化研究

现有文献对“碳减排、能源结构、科技创新”的研究分为“双碳”战略路径选择、能源结构优化、低碳发展、减排路径与模型实证四个角度；且上述研究多以定性研究为主，定量研究多局限于研究单个变量之间的关系，较为欠缺对三者之间内在关系与逻辑的定量化研究。

4.1.2 碳排放压力可通过减排技术加以积极应对

从当前到碳达峰时期，我国的碳减排面临较大压力。在此期间，要通过能源结构调整与绿色创新技术应用，有针对性地加大北方地区能源生产与消费的结构调整步伐，有序减少煤炭在能源生产与消费中的占比，加强碳减排技术与新能源发电技术推广，应用信息化技术加快能源互联网建设，推进能源生产与消费多能互补。

4.1.3 能源结构优化、绿色科技创新对碳排放均具有抑制作用

本文在提出研究假设的基础上，对能源结构、绿色科技创新与碳减排之间的作用进行实证检验，研究表明能源结构优化、绿色科技创新对碳排放均具有抑制作用，且绿色科技创新在能源结构对碳排放的影响过程中起部分中介作用。

4.2 对策与建议

4.2.1 改变传统能源生产与模式

第一，改变能源生产模式，一是推进煤炭清洁化利用，稳步降低煤炭在能源生产中占比，协调好能源转型与能源兜底的关系；二是大力推进低碳清洁能源发展，增加清洁能源在能源生产中的占比，在保障安全的前提下，适度发展核电；三是充分利用天然气清洁能源与调峰能源属性，保持天然气在能源生产中的合理地位，实现碳达峰前对煤炭退出产能有序接替，同时与风险、光伏、水电等新能源实现融合发展。第二，改变能源消费模式，一是推行终端用能电气化，在居民生活、办公建筑、制造业、交通等重点领域推进以电为主的用能方式，减少终端能源消费；二是建立多能互补，相互调剂的智能化能源供求调剂模式，通过储能、市场化交易等方式，快速调节市场供需缺口，促进能源资源的优化配置。

4.2.2 提升绿色科技创新水平

一是总结碳减排技术应用示范项目经验，进一步加大碳减排技术在全国不同区域、不同行业的推广力度，让碳减排技术应用到更多的区域与领域，产生更强的碳减排效果；二是进一步优化新能源发电技术，加强对风能、光能转化为电能的效率研究；三是加强对氢能、储能、碳捕集封存、碳汇技术的研究，加快技术商业化步伐，重点加强清洁能源制氢，化学储能，森林、盐穴碳汇等前沿技术研究，并适时推进商业化步伐，持续降低成本，最终实现广泛应用，形成绿色科技创新增量。

4.2.3 完善碳市场建设

一是从制度建设上做好碳市场发展的顶层设计，在全国碳达峰碳中和实施行动计划基础上，根据降碳、减碳目标，建立全国统一的碳排放核算与统计体系，让碳排放管理做到有法可依。二是建立体现碳排放权稀缺性的市场化交易机制，在现有的碳市场交易试点基础上，逐渐减少碳排放配额，尽可能推动更多的行业、企业进入碳市场交易，培育市场化交易主体，通过市场化交易反映碳排放权的稀缺性，将碳排放引发的外部性成本内部化，通过碳价合理反映碳排放权的价值。三是丰富交易方式与交易品种，在交易方式上，可以通过多个交易平台交易碳排放相关产品，如环境交易所期货交易所，在交易品种的开发上，可在现有基础上，开发碳排放远期、期货、掉期等品种，实现碳排放交易方式多样化，产品多元化。

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