深圳市制造業(yè)碳減排路徑研究

馬曉明 胡貝蒂 粟輝 計軍平

摘要：深圳市制造業(yè)碳排放約占當(dāng)前深圳市排放總量的三分之一，制造業(yè)的減排對于全市實現(xiàn)碳排放峰值至關(guān)重要。文章以深圳市制造業(yè)500家企業(yè)調(diào)研數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，篩選出57項可實施的節(jié)能減排技術(shù)，分析這些技術(shù)2030年可能的減排潛力和成本。結(jié)果表明，2030年57項技術(shù)的碳減排潛力約為2 891.3萬噸CO2，其對應(yīng)投資額為582.6億元?？刂乒芾砑夹g(shù)、注塑技術(shù)及溫控技術(shù)三類技術(shù)占潛力的三分之二。最后采用最優(yōu)化數(shù)學(xué)方法進行建模，探究了深圳市制造業(yè)碳減排的最優(yōu)路徑。

關(guān)鍵詞：制造業(yè)；減排潛力；最優(yōu)減排路徑

為積極應(yīng)對氣候變化，我國政府先后提出了一系列碳減排目標和措施。2009年11月，國務(wù)院常務(wù)會議決定到2020年單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降40%～45%。2014年11月，中國政府在中美氣候變化聯(lián)合聲明中宣布，計劃于2030年左右達到碳排放峰值且將努力早日達峰。為將低碳發(fā)展的理念落到實處，深圳市在一系列重要文件中對相關(guān)目標要求做了部署?！渡钲谑袊窠?jīng)濟和社會發(fā)展第十二個五年規(guī)劃綱要》明確提出，“十二五”期間單位GDP二氧化碳排放量下降21%。2015年9月，深圳市政府在《中美氣候領(lǐng)導(dǎo)宣言》中宣布，力爭于2022年達到碳排放峰值。

制造業(yè)既是深圳的工業(yè)支柱，也是深圳碳排放的重要來源。2013年，深圳規(guī)模以上工業(yè)產(chǎn)值為2.31萬億元人民幣，其中制造業(yè)產(chǎn)值占比為94.4%。深圳市2013年社會總能耗為6 206萬噸標準煤，單位GDP能耗為0.428噸標準煤/萬元（2010年可比價）。其中，制造業(yè)能耗約占總能耗的三分之一，故研究深圳市制造業(yè)節(jié)能減排潛力及成本對深圳市實現(xiàn)碳排放峰值目標具有重要意義。

目前對于節(jié)能減排技術(shù)的減排潛力的研究則多集中于發(fā)電行業(yè)、水泥行業(yè)、鋼鐵行業(yè)等子行業(yè)，在研究制造業(yè)減排潛力時多以結(jié)構(gòu)減排為主。本文將以深圳市制造業(yè)為研究對象，分析制造業(yè)節(jié)能減排技術(shù)的減排潛力和投資成本，并探索深圳市制造業(yè)節(jié)能減排路徑。

一、 深圳市制造業(yè)碳排放現(xiàn)狀與節(jié)能減排技術(shù)

1. 深圳市制造業(yè)碳排放現(xiàn)狀。根據(jù)《省級溫室氣體清單編制指南（試行）》（發(fā)改辦氣候〔2011〕1041號）以及《深圳市統(tǒng)計年鑒2011》計算，2010年深圳市制造業(yè)碳排放總量為3 102.8萬tCO2。其中，通信設(shè)備、計算機及其他電子設(shè)備制造業(yè)（以下簡稱“通信電子行業(yè)”）、電氣機械及器材制造業(yè)（以下簡稱“電氣機械業(yè)”）和塑料制品業(yè)的碳排放占比較大，三者合計超過制造業(yè)排放總量的50%（見表1）。各行業(yè)的間接排放（因使用電力而引起的碳排放）占制造業(yè)總排放的76%以上，化石能源直接排放占比較少。由于上述三個行業(yè)約占制造業(yè)2010年增加值總量的70%，因此本研究對通信電子行業(yè)、電氣機械業(yè)、塑料制品業(yè)進行了專門的調(diào)研，以便摸清主要行業(yè)的用能和碳排放設(shè)施。

本研究對深圳市500家制造業(yè)企業(yè)進行了調(diào)研，掌握了這些企業(yè)2010年主要耗能設(shè)施、用能結(jié)構(gòu)、節(jié)能減排工作以及近期的減排計劃等信息。調(diào)研樣本企業(yè)的碳排放量分別占通信電子行業(yè)、電氣機械業(yè)和塑料制品業(yè)排放量的9.5%、9.6%和17.0%。由于調(diào)研結(jié)果表明，電力間接碳排放約占這三個行業(yè)碳排放量的90%，各行業(yè)的主要耗電設(shè)施中生產(chǎn)設(shè)施占60%以上，照明設(shè)施和溫控設(shè)施也占一定的比例，故對這三類設(shè)施的節(jié)能改造是深圳市制造業(yè)企業(yè)碳減排工作的重點。生產(chǎn)設(shè)施因為子行業(yè)工藝流程的不同，生產(chǎn)設(shè)施差異較大，且各企業(yè)采用的設(shè)備型號也不盡相同，對于這類特殊設(shè)施的減排主要以企業(yè)自主更換設(shè)備和生產(chǎn)線為主，本研究只對部分通用生產(chǎn)設(shè)施（如注塑機、各類機床等）的技術(shù)改造進行研究。

2. 深圳市制造業(yè)主要節(jié)能減排技術(shù)。由于傳統(tǒng)高耗能行業(yè)（如鋼鐵行業(yè)、建材行業(yè)和化工行業(yè)等）占深圳碳排放總量的比重較小，而通信電子行業(yè)、電氣機械業(yè)、塑料制品業(yè)等行業(yè)的排放占一半以上，故本文主要篩選出這三個行業(yè)的節(jié)能減排技術(shù)57項。這57項技術(shù)主要來源于兩個渠道。一是《國家重點節(jié)能低碳推廣目錄》、《國家重點行業(yè)清潔生產(chǎn)技術(shù)導(dǎo)向目錄》、《工業(yè)領(lǐng)域節(jié)能減排電子信息應(yīng)用技術(shù)導(dǎo)向目錄》及《國家重點推廣的電機節(jié)能先進技術(shù)目錄》等國家部委發(fā)布的減排技術(shù)目錄。

二、 深圳市制造業(yè)碳減排路徑研究

1. 研究方法。在進行區(qū)域行業(yè)節(jié)能減排潛力分析時，會面臨幾十種或更多節(jié)能減排技術(shù)的選擇。本文利用搜集的技術(shù)數(shù)據(jù)和企業(yè)信息，計算技術(shù)的最大減排潛力和投資額，在此基礎(chǔ)上采用最優(yōu)化的方法對節(jié)能減排技術(shù)進行優(yōu)化求解，探究深圳市制造業(yè)節(jié)能減排的最優(yōu)路徑。

（1）節(jié)能減排技術(shù)的減排潛力和投資額的計算方法。在某一特定年份，假設(shè)某項技術(shù)在其對應(yīng)的設(shè)施基礎(chǔ)上達到最大推廣程度時，較基準情景（即技術(shù)推廣水平維持2010年水平的情景）減少的二氧化碳排放量。節(jié)能減排技術(shù)的減排潛力計算公式如式1所示。

式1中，ei為第i 項技術(shù)在全部待改造設(shè)施上的最大減排量，eei為第i 項技術(shù)對應(yīng)的待改造設(shè)施的碳排放量，ai 為采用第 項技術(shù)時的減排率或節(jié)能率，常用百分數(shù)表示，表示采用某技術(shù)進行改造時較基準情景能夠獲得的節(jié)能或減排比例。設(shè)施的碳排放量的計算如式2所示，fuelij為第i 項技術(shù)對應(yīng)的待改造設(shè)施消耗的第j 種能源量，yj為第j 種能源的碳排放因子。依據(jù)2020年和2030年的制造業(yè)的發(fā)展情況分別計算2020年和2030年各項技術(shù)的最大減排潛力。

對應(yīng)的投資額以各項技術(shù)典型項目規(guī)模的投資額為基礎(chǔ)，擴大到目標年的設(shè)備規(guī)模即得目標年份深圳市制造業(yè)各項技術(shù)的投資額ci。

（2）最優(yōu)化節(jié)能減排路徑模型的建立。根據(jù)技術(shù)對應(yīng)設(shè)施的不同將所有技術(shù)分為溫控技術(shù)、照明技術(shù)、通用機械技術(shù)、控制管理技術(shù)、注塑機技術(shù)、數(shù)控機床技術(shù)、燃燒加熱技術(shù)、鍋爐技術(shù)、運輸技術(shù)、專用技術(shù)等10類技術(shù)，研究將以這十類技術(shù)為研究對象，假定各類技術(shù)推廣率一致，構(gòu)建最優(yōu)化線性規(guī)劃模型。研究將各類技術(shù)在未來生產(chǎn)過程中進行改造的推廣率作為決策變量，以達到一定的減排潛力為主要約束條件，并以約束條件下能夠達到的最小投資額為目標函數(shù)進行建模，以此得到各類技術(shù)選擇的最優(yōu)化辦法，見式3。

式中，Ek代表第k類技術(shù)的最大減排潛力值，Ck代表第k類技術(shù)的達到最大減排時對應(yīng)的投資額，Xk代表第k類技術(shù)的推廣率。

2. 數(shù)據(jù)來源與參數(shù)設(shè)定。本研究采用企業(yè)調(diào)研和資料收集的方法搜集研究所需數(shù)據(jù)。深圳市節(jié)能減排技術(shù)投資額、維護成本、減排率或節(jié)能率、節(jié)能收益、產(chǎn)值收益、節(jié)省原料收益、技術(shù)設(shè)備的使用年限等信息主要來自《國家重點節(jié)能低碳推廣目錄》等資料信息，各項技術(shù)當(dāng)年推廣程度、對應(yīng)待改造設(shè)備的能耗和碳排放量數(shù)據(jù)則來源于深圳市制造業(yè)的調(diào)研數(shù)據(jù)。

文中所用能源碳排放因子根據(jù)公式：碳排放因子=平均低位發(fā)熱量×單位熱值含碳量×碳氧化率×106×44/12進行計算，平均低位發(fā)熱量來源于《中國能源統(tǒng)計年鑒2010》，單位熱值含碳量和碳氧化率分別來源于《省級溫室氣體清單編制指南》表1.5和表1.7。電力排放因子依據(jù)深圳2010年耗電情況實算，取0.627 5tCO2/MWh。

《深圳市國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十二個五年規(guī)劃綱要》明確提出“十二五”期間單位GDP二氧化碳排放量下降21%的目標。本研究假設(shè)“十三五”時期深圳市制造業(yè)單位增加值碳排放下降目標仍為21%，并假設(shè)在2021年～2025年和2026年～2030年間制造業(yè)增加值碳排放量下降目標均為20%，此情景下，2020年深圳市制造業(yè)單位增加值碳排放量較2010年下降37.6%，2030年深圳市制造業(yè)單位增加值碳排放量較2010年下降60.1%。結(jié)合對深圳市經(jīng)濟和能源的預(yù)測，可以得出目標情景下深圳市制造業(yè)2020年和2030年的碳排放量分別為3 415萬噸CO2和3 289萬噸CO2。

3. 數(shù)據(jù)結(jié)果分析。

（1）節(jié)能減排技術(shù)2020年和2030年最大減排潛力及投資額。經(jīng)計算，2020年深圳市制造業(yè)57項節(jié)能減排技術(shù)的最大減排潛力2 267.3萬噸CO2，其對應(yīng)投資額為459.7億元；2030年深圳市制造業(yè)57項節(jié)能減排技術(shù)的最大減排潛力共計2 891.3萬噸CO2，其對應(yīng)投資額為582.6億元。依據(jù)各項技術(shù)對應(yīng)的設(shè)施將各項技術(shù)進行劃分，各類技術(shù)的最大減排潛力和投資額如表2所示。

控制管理類技術(shù)的減排潛力最大，占總減排潛力的30%；注塑機技術(shù)、溫控技術(shù)和通用機械技術(shù)的2030年最大減排潛力其次，分半占總減排潛力的17%、16%和16%；燃燒加熱技術(shù)的減排潛力、專用技術(shù)、照明設(shè)施、鍋爐技術(shù)、數(shù)控機床技術(shù)和運輸技術(shù)的減排潛力占比相對較小。

（2）深圳市制造業(yè)最優(yōu)減排路徑。利用Matlab軟件進行最優(yōu)化求解，解得各類節(jié)能減排技術(shù)在減排量目標約束下，達到投資成本最小的最優(yōu)解，分別解得2020年和2030年各類節(jié)能減排技術(shù)的最優(yōu)推廣率如圖3所示。2020年將注塑機技術(shù)、鍋爐技術(shù)、燃燒加熱技術(shù)、專用技術(shù)、數(shù)控機床技術(shù)、照明技術(shù)等六項技術(shù)推廣至100%，并將控制管理技術(shù)推廣到12.6%時，即可達到2020年深圳市制造業(yè)碳減排目標，且此時投資成本最小。此時，上述節(jié)能減排技術(shù)2020年的碳減排量為941.3萬噸CO2，對應(yīng)投資額為145.7億元。2030年需將注塑機技術(shù)、鍋爐技術(shù)、燃燒加熱技術(shù)、專用技術(shù)、數(shù)控機床技術(shù)、照明技術(shù)和控制管理技術(shù)等七項技術(shù)推廣至100%，并將通用機械技術(shù)推廣到52.5%時，即可達到2030年深圳市制造業(yè)碳減排目標，且此時投資成本最小。此時，上述節(jié)能減排技術(shù)2020年的碳減排量為2 207.1萬噸CO2，對應(yīng)投資額為400.5億元。

三、 結(jié)論與建議

本研究從深圳市制造業(yè)企業(yè)入手，選取了能夠落實到具體企業(yè)的重點節(jié)能減排技術(shù)為企業(yè)碳減排提供參考，從技術(shù)的角度分析深圳市制造業(yè)的碳減排潛力。研究給出的節(jié)能減排技術(shù)在未來的發(fā)展中將有巨大的碳減排潛力，累計得出所選57項節(jié)能減排技術(shù)2030年最大減排潛力將達2 891.3萬噸二氧化碳。從制造業(yè)節(jié)能減排技術(shù)的單位減排成本來看，許多節(jié)能減排技術(shù)不但能減少企業(yè)碳排放量，同時還能給企業(yè)帶來一定的經(jīng)濟效益。

深圳市制造業(yè)企業(yè)可結(jié)合企業(yè)自身設(shè)備特點篩選節(jié)能減排技術(shù)手段，并結(jié)合技術(shù)所需成本和單位減排成本等因素考慮節(jié)能減排技術(shù)的確定，以實現(xiàn)企業(yè)自身的碳減排。由深圳市制造業(yè)碳減排優(yōu)化路徑來看，制造業(yè)企業(yè)可優(yōu)先選擇注塑機技術(shù)、鍋爐技術(shù)、燃燒加熱技術(shù)、專用技術(shù)、數(shù)控機床技術(shù)、照明技術(shù)等，此類技術(shù)一般減排量相對大，投資成本相對較低，適合企業(yè)在資金不充裕的情況下使用較少的資金進行碳減排。此外，企業(yè)在采用既有節(jié)能減排技術(shù)進行改造的同時，還可以自發(fā)探索新的節(jié)能減排技術(shù)，并予以推廣。

在企業(yè)自愿減排的同時，政府也應(yīng)當(dāng)采取相關(guān)政策手段，促進各生產(chǎn)單位積極自主的減排。深圳市碳排放權(quán)交易市場已于2013年6月18日啟動，對深圳市部分制造業(yè)企業(yè)和大型公共建筑碳排放進行約束，這即是政府的一項重大舉措。政府在推廣節(jié)能減排技術(shù)手段中也可以通過企業(yè)座談交流或者政策發(fā)文的形式，促進企業(yè)學(xué)習(xí)相關(guān)節(jié)能減排技術(shù)手段，強化節(jié)能減排意識。同時，政府還可以采取一定的激勵政策，對于深圳市制造業(yè)優(yōu)化路徑中需要優(yōu)先推廣的節(jié)能減排技術(shù)，政府應(yīng)予以宣傳和激勵，并對于企業(yè)自愿減排取得良好效果的給與獎勵；對于某些成本投入較大的技術(shù)手段，如控制管理技術(shù)，這類技術(shù)一般需要的前期投資較大，在企業(yè)中不容易較快推廣，政府需要給與一定的補貼，促進企業(yè)順利的完成節(jié)能減排技術(shù)改造。

參考文獻：

[1] 深圳市統(tǒng)計局.深圳統(tǒng)計年鑒2014[M].北京：中國統(tǒng)計年鑒，2015.

[2] 張穎，王燦，王克，等.基于LEAP的中國電力行業(yè)CO2排放情景分析[J].清華大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2007，47（3）：365-368.

[3] 王克，王燦，呂學(xué)都等.基于LEAP 的中國鋼鐵行業(yè)CO2減排潛力分析[J].清華大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版， 2007，46（12）：1982-1986.

[4] 林玲，張艾莉，王虹.北京制造業(yè)結(jié)構(gòu)節(jié)能減排潛力分析[J].數(shù)據(jù)，2013，（12）： 92-95.

[5] 趙陽.山東省制造業(yè)節(jié)能減排潛力及實現(xiàn)路徑[D].濟南：山東財經(jīng)大學(xué)學(xué)位論文，2013.

[6] 葉斌.基于資源優(yōu)化配置的我國電力行業(yè)碳減排成本研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)位論文，2013.

重點項目：深圳市環(huán)境科研項目（項目號：4403012012000227）。

作者簡介：馬曉明（1962-），男，漢族，黑龍江省齊齊哈爾市人，北京大學(xué)深圳研究生院教授、博士生導(dǎo)師，研究方向為環(huán)境金融及環(huán)境管理；胡貝蒂（1991-），女，湖北省孝感市人，北京大學(xué)深圳研究生院環(huán)境與能源學(xué)院碩士生，研究方向為環(huán)境管理、環(huán)境金融、碳交易；粟輝（1992-），男，漢族，廣西壯族自治區(qū)桂林市人，北京大學(xué)深圳研究生院環(huán)境與能源學(xué)院碩士生，研究方向為環(huán)境管理、環(huán)境政策、環(huán)境金融；計軍平（1983-），男，漢族，江蘇省蘇州市人，北京大學(xué)深圳研究生院博士后，研究方向為應(yīng)對氣候變化政策。

收稿日期：2016-08-16。