中國工業(yè)二氧化硫排放變化指標分解研究

石廣明,王金南,畢 軍,周 全 (.南京大學環(huán)境學院,污染控制與資源化研究國家重點實驗室,江蘇 南京 0093；.中國環(huán)境規(guī)劃院,環(huán)境規(guī)劃與政策模擬重點實驗室,北京 000)

中國工業(yè)二氧化硫排放變化指標分解研究

石廣明1,2,王金南2*,畢 軍1,周 全2(1.南京大學環(huán)境學院,污染控制與資源化研究國家重點實驗室,江蘇 南京 210093；2.中國環(huán)境規(guī)劃院,環(huán)境規(guī)劃與政策模擬重點實驗室,北京 100012)

基于生產(chǎn)理論框架,應用基于Shephard輸出距離函數(shù)的方法,將我國SO2排放變化指標分解為技術效率影響、技術變化影響、輸入增加影響、輸出結構影響等 5項指標,并對中國 28個地區(qū) 2000～2006年 SO2排放變化面板數(shù)據(jù)進行了實證分析.結果表明:引起我國2000～2006年SO2排放增加的主要因素是工業(yè)能源消耗、資本投入及產(chǎn)出結構變化,技術變化則在一定程度上減少了工業(yè)SO2排放.“十五”期間國家工業(yè)SO2排放控制政策,對工業(yè)SO2排放控制技術進步及技術效率的提高有明顯的促進作用.在區(qū)域?qū)用嫔?東、中、西3個地區(qū)的技術變化都促進了工業(yè)SO2的減排,其中東部地區(qū)由于技術變化所導致的SO2減排較為明顯.

Shephard距離函數(shù)；數(shù)據(jù)包絡分析(DEA)；SO2；指標分解

為了觀察不同因素對污染物排放量造成的影響,許多學者利用分解分析方法對污染物排放變化影響因素進行了研究.常用的污染物排放分解分析方法主要分為2類:一類是指標分解分析法[1-6];另一類是結構分解分析法[7-9].指標分解分析法主要是通過計算與污染物排放相關的指標進行分解分析;而結構分解分析法主要是依靠投入產(chǎn)出模型對指標進行分解研究.兩者的主要區(qū)別在于[10]:指標分解分析法主要使用總體數(shù)據(jù),而結構分解分析法使用投入產(chǎn)出表進行分析;結構分解分析法能夠區(qū)分出一系列的技術、經(jīng)濟影響,而指標分解分析法則不能;結構分解分析法能夠考察間接需求的影響,指標分解分析法則不能.

除以上2類分解分析方法以外,近年來,國外學者提出了基于生產(chǎn)理論的指標分解方法,該方法與前2類分解方法相比,具有所需數(shù)據(jù)少,能夠進行動態(tài)分析等優(yōu)點,因此近年來得到了廣泛應用.以往基于距離函數(shù)分解方法的應用主要關注于企業(yè)SO2、NOx排放變化與宏觀層面CO2排放變化影響因素分析[11-13].國內(nèi)目前尚未出現(xiàn)應用基于生產(chǎn)理論的指標分解方法,對污染物排放變化進行指標分解分析的研究.本研究將基于生產(chǎn)理論框架的距離函數(shù)指標分解方法,應用于宏觀層面,對我國不同地區(qū)2000～2006年工業(yè)SO2排放量變化進行分解分析,考察不同因素對SO2排放變化的影響,以期提出相應的政策建議.

1 研究方法

在生產(chǎn)的背景下,任意一時期 t的技術可以描述為如下的集合:

(1)零結合性,即在不產(chǎn)生“無用產(chǎn)出”的情況下無法生產(chǎn)出“有用產(chǎn)出”.

(2)“無用產(chǎn)出”的弱可處置性,即在不減少“有用產(chǎn)出”的情況下,不能減少無用產(chǎn)出的產(chǎn)生.

(3)“有用”產(chǎn)出的強可處置性,即在不減少“無用產(chǎn)出”的情況下,減少“有用產(chǎn)出”是可能的.

滿足以上條件后,在t時期下的Shephard 輸出距離函數(shù)可以表示如下:

式(1)表示t時期下,在保持輸入不變的情況下,最大化“有用產(chǎn)出”和“無用產(chǎn)出”.同時表示“無用產(chǎn)出”從現(xiàn)值擴大到“前沿面”的值.由(1)式可知,,因此,

由于t時期和t+1時期的SO2排放變化,可以表示為:

則將在 t時期下的生產(chǎn)技術作為參照集(如:S(t)),在t及t+1時期下,某一區(qū)域的SO2排放變化可以按照(3)式進行分解[11].

式(3)中:ΔQ為在t及t+1時期下,SO2排放變化指數(shù);式(3)中的4個表達式可以依次解釋為:技術效率對SO2排放的影響(TE),技術進步對SO2排放的影響(TC),輸入增加對 SO2排放的影響(IG),輸出結構變化對SO2排放的影響(OM).TE和TC都是莫氏生產(chǎn)率變化指數(shù)的組成部份,在生產(chǎn)率分析中得到廣泛應用[14].

如果上述4個分解指標的值大于1,表示從t到t+1時期,SO2排放量增加了;如果它們的值等于1,表示從t到t+1時期,SO2排放量沒有變化;如果它們的值小于1,表示從t到t+1時期,SO2排放量下降了.其中由于生產(chǎn)過程中所輸入的物質(zhì)差別,IG這一項指標又可分解為能源輸入變化對SO2排放的影響(IGe)和非能源輸入變化對 SO2排放的影響(IGne).因此,式(3)中IG項又可寫為式(4).式(4)中,xne表示非能源輸入,xe表示能源輸入,通過變化可以將式(4)重新寫為式(5).

聯(lián)合式(5)和式(3)可以將SO2在t及t+1時期下的排放變化寫為式(6).

至此,SO2在t及t+1時期下的排放變化被分解為5項指標.為了計算式(6)中的5項指標,使用數(shù)據(jù)包絡分析(DEA)來計算式(1)中相關Shephard輸出距離函數(shù),按照式(1)中的定義,相關的DEA模型可以寫為式(7)和式(8).

式(7)表示最大化第r個區(qū)域在t時期下使用t時期的技術所產(chǎn)生的距離函數(shù);式(8)表示最大化第r個區(qū)域在t時期下使用t+1時期的技術所產(chǎn)生的距離函數(shù).同樣的方法可以計算出式(3)和式(5)中所剩下的距離函數(shù).

2 實證研究

2.1 數(shù)據(jù)來源

本研究分解分析了我國 28個省、直轄市和自治區(qū)(不含臺灣、香港)2000～2006年工業(yè)排放SO2變化情況.寧夏、海南由于缺少2000～2003年工業(yè)能源消耗數(shù)據(jù)所以沒有進行分析;西藏由于缺少工業(yè)能源消耗數(shù)據(jù)也沒有進行分析.研究選取了工業(yè)勞動力、工業(yè)能源及工業(yè)資本存量作為投入,由于我國沒有對工業(yè)資本存量的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計,因此無法應用工業(yè)資本存量數(shù)據(jù)進行分析.但根據(jù)文獻[15],在折舊率不變的情況下,投資的變化能夠表示資本存量的變化,因此,本研究選用工業(yè)固定資產(chǎn)投資作為投入替代資本存量;另外將工業(yè)增加值和工業(yè)二氧化硫排放分別選作“有用產(chǎn)出”和“無用產(chǎn)出”.研究所選取的工業(yè)能源消耗數(shù)據(jù)來源于中國能源統(tǒng)計年鑒2000～2002、2003～2007中的地區(qū)能源平衡表,采用年鑒中的能源折標系數(shù),將各地區(qū)的工業(yè)能源消耗量分別折算為噸標煤量,工業(yè)勞動力數(shù)據(jù)來源于中國勞動力統(tǒng)計年鑒2001～2007,工業(yè)固定資產(chǎn)投資和工業(yè)增加值數(shù)據(jù)來源于中國統(tǒng)計年鑒2001～2007,工業(yè)二氧化硫排放數(shù)據(jù)來源于中國環(huán)境年鑒2001～2007.以上數(shù)據(jù)中,工業(yè)增加值和工業(yè)固定資產(chǎn)投資數(shù)據(jù)都根據(jù)區(qū)域工業(yè)產(chǎn)品和價格指數(shù)及固定資產(chǎn)投資指數(shù)縮減為2000年的值.表1列出了輸入與輸出數(shù)據(jù)的樣本均值和標準偏差.

2.2 結果與討論

從表2可見,SO2排放變化范圍,從年均下降7.16%(北京)到年均增長34.83%(青海).如果僅從SO2排放變化指標可分解的區(qū)域來看,由于技術效率變化所引起的排放量變化范圍,從年均下降6.42%(黑龍江)到年均增長10.93%(青海);由于技術進步所引起的排放量變化范圍,從年均下降15.22%(廣東)到年均增長4.82%(青海);由于輸入變化所引起的排放量變化范圍,從年均下降4.11%(黑龍江)到年均增長18.53%(廣東);由于非能源輸入變化所引起的排放量變化范圍,從年均下降2.35%(青海)到年均增長7.35%(河南);由于能源輸入變化所引起的排放量變化范圍,從年均下降4.27%(山西)到年均增長15.48%(廣東);由于輸出結構變化所引起的排放量變化范圍,從年均下降 2.08%(山東)到年均增長 23.08%(黑龍江).總體來看,輸入變化所引起的年均排放量變化在4個指標中(TE,TC,IG,OM)中最大,輸入變化中又以能源輸入變化所引起年均排放量變化為主,因此,當前影響我國工業(yè)二氧化硫排放增加的主要因素還是以能源消耗為主,這一結果與文獻[4]所得到的結果相似,對比文獻[3-6]所得到的結果,可以看出,文獻[3]和[4]的分析結果僅能針對某一年的 SO2或污染物排放影響因素進行分解分析,而不具備“動態(tài)”影響因素分解分析的特點.盡管文獻[5]和[6]將時間因素考慮進入分解模型,得到了動態(tài)分解結果,但其分解結果也僅是相互獨立的,在分解過程中并沒有對研究對象進行相互比較優(yōu)化的過程.

表1 輸入與輸出統(tǒng)計信息Table 1 The statistics between inputs and outputs

從技術進步所引起的年均排放量變化可以看出,有17個省(市)依靠技術進步使得年均工業(yè)二氧化硫排放減少了,推斷我國工業(yè)二氧化硫排放減排技術從2000～2006年正在不斷提高.此外,輸出結構變化導致了大多數(shù)地區(qū)的SO2增加.從區(qū)域?qū)用嫔峡?2000～2006年,技術效率和技術進步在對各地區(qū) SO2排放變化影響呈不同表現(xiàn),其中中部地區(qū)由技術效率下降所引起 SO2排放增加比例最小,其次為東部地區(qū);3個地區(qū)的技術進步都促進了工業(yè)SO2的減排,其中東部地區(qū)由于技術進步所引起的SO2減排達8.4%,而中、西部地區(qū)相對較小.此外,除中部地區(qū)工業(yè)SO2排放比例沒有受到能源消耗的影響而增加外,其余兩地區(qū)都出現(xiàn)了不同程度的增長.表 3給出了從2000～2006年,以每 2年一個時期計算的二氧化硫排放變化指標分解結果.

從表 3可見,SO2排放變化除在 2000～2001年和2005～2006年呈現(xiàn)出不同程度的減少外,其余時期都處于增長狀態(tài),特別是 2004～2005,SO2排放增長了29.54%.在2002～2003年,除能源投入變化影響小于平均水平外,其余各項分解指標均大于平均水平.且隨后2個時期SO2排放量持續(xù)增長,在2003～2004年,僅有技術進步引起了SO2排放量減少;且在2004～2005年,技術效率在所有分解時期中唯一發(fā)揮了正面作用.產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因與國家二氧化硫污染控制政策有密切關系,2002年,國家頒布了《燃煤二氧化硫排放污染防治技術政策》和《兩控區(qū)酸雨和二氧化硫污染防治“十五”計劃》;2003年,發(fā)布了《排污費征收使用管理條例》,修訂了《火電廠大氣污染物排放標準》,并由此全面開征了二氧化硫排污費.因此,結合表3的結果來看,“十五”期間國家的SO2減排政策對我國工業(yè)SO2控制技術進步影響較明顯.

表2 2000～2006年中國各地區(qū)幾何平均二氧化硫排放變化指標分解情況Table 2 Decomposition index of SO2 emission changes in different regions of China from 2000～2006

2.3 政策建議

在國家層面上,應轉變“十五”期間,依靠高耗能、高污染產(chǎn)業(yè)拉動經(jīng)濟發(fā)展的模式,調(diào)整產(chǎn)業(yè)結構,降低投入,從而促使SO2排放量降低.從區(qū)域?qū)用鎭砜?對于東部地區(qū),應進一步提高工業(yè)能源利用效率,進而達到減排的 SO2的目的,特別是江蘇、浙江、福建、山東和廣東等省份.對于中、西部地區(qū),應強調(diào)其工業(yè) SO2的控制技術更新.從短期來看,工業(yè) SO2減排仍然需要以提高能源利用效率,減少能源消耗為主,但從長遠來看,減少工業(yè) SO2排放應更多的依靠 技術進步.

表3 2000～2006年二氧化硫排放變化年度幾何平均值Table 3 Geometric means of annual SO2 emission changes from 2000～2006

3 結論

3.1 技術效率、輸入增長和輸出結構變化均導致了2000～2006年中國SO2排放量的增加;在這3因素中輸入增長是導致中國SO2排放增加的主要因素,且能源輸入變化又在輸入變化中占主導.唯一引起SO2排放的減少的因素是技術進步.

3.2 在區(qū)域?qū)用嫔?2000～2006年,東、中、西3個地區(qū)的技術變化都促進了工業(yè) SO2的減排,其中東部地區(qū)由于技術變化引起的 SO2的減排較為明顯,而中、西部地區(qū)則相對較弱.中部地區(qū)工業(yè)SO2排放并沒有受到能源消耗的影響而增加.

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Decomposing Chinese industrial SO2emission change index.

SHI Guang-ming1,2, WANG Jin-Nan2*, BI Jun1, ZHOU Quan2(1.State Key Laboratory of Pollution Control and Resource Reuse, School of the Environment, Nanjing University, Nanjing 210093, China；2.Key Laboratory of Environmental Planning and Policy Simulation, Chinese Academy for Environmental Planning, Beijing 100012, China). China Environmental Science, 2012,32(1)：56～61

This study used a Shephard distance function method, which based on production theoretical framework, to decompose China’s industrial SO2emissions change index in 28 different regions during 2000 and 2006. The SO2emission change index was decomposed to five factors, including technical efficiency change, technical change, inputs growth, and outputs mix. The increasing change of SO2emission was primarily affected by industrial energy consumption, capital investment, and outputs mix change. Technical change was the only reason to cause industrial SO2emission declining. The SO2emission control policies also played an important role in promoting industrial SO2control technical progress and technical efficiency during the 10thfive year plan period. For different areas, the technical progress change in the eastern, central and western China resulted in the reduction of industrial SO2emission, where the technical change index was a dominant contributor to SO2emission abatement.

Shephard distance function；data envelopment analysis；sulfur dioxide；index decomposition

2011-04-08

中國工程院重大咨詢項目

* 責任作者, 研究員, wangjn@caep.org.cn

X32,F205

A

1000-6923(2012)01-0056-06

石廣明(1983-),男,貴州貴陽人,南京大學博士研究生,主要從事環(huán)境政策分析及環(huán)境管理研究.發(fā)表論文5篇.