基于耗散結(jié)構(gòu)視角的產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)低碳化熵變因素分解

沈　輝，路正南

(江蘇大學(xué) 管理學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212013)

基于耗散結(jié)構(gòu)視角的產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)低碳化熵變因素分解

沈輝，路正南

(江蘇大學(xué) 管理學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212013)

文章利用2003—2013年中國(guó)工業(yè)部門(mén)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和LMDI分解技術(shù)，對(duì)產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)碳排放強(qiáng)度熵變因素進(jìn)行分解，研究發(fā)現(xiàn)：我國(guó)產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)碳排放強(qiáng)度下降的主要驅(qū)動(dòng)因素是技術(shù)進(jìn)步，其次是產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，能源結(jié)構(gòu)效應(yīng)最弱，即產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)“技術(shù)熵”的作用強(qiáng)于“結(jié)構(gòu)熵”。

產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)；低碳化；耗散結(jié)構(gòu)；熵變模型

0　引言

碳排放問(wèn)題既關(guān)系到環(huán)境保護(hù)又關(guān)系到能源節(jié)約，減少碳排放是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的內(nèi)在要求，也已成為全球共識(shí)。作為發(fā)展中大國(guó)，中國(guó)目前碳排放總量已位居世界第二，其中工業(yè)碳排放占到90%以上。為了實(shí)現(xiàn)“2020年單位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%～45%”的承諾，以及保持經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，降低單位GDP的碳排放強(qiáng)度就成為我國(guó)一個(gè)重要的戰(zhàn)略性選擇，因此，以我國(guó)產(chǎn)業(yè)部門(mén)為研究對(duì)象分析影響碳排放強(qiáng)度變化的主要因素，成為政府部門(mén)科學(xué)制定產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃和碳減排政策的首要前提。

從系統(tǒng)論的角度看，產(chǎn)業(yè)是由相關(guān)企業(yè)或經(jīng)濟(jì)元按照生產(chǎn)聯(lián)系進(jìn)行分工合作所組成的一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)部成員以各種產(chǎn)品（或服務(wù)）的生產(chǎn)為主線，構(gòu)筑了相互作用的產(chǎn)業(yè)鏈網(wǎng)組織，并通過(guò)與外界的資源交換（包括物質(zhì)交換、信息交換等）保證系統(tǒng)的運(yùn)行。也就是說(shuō)，產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)通過(guò)與外界進(jìn)行物質(zhì)能量交換來(lái)維持生產(chǎn)活動(dòng)，具有典型耗散結(jié)構(gòu)開(kāi)放性、不平衡性、存在漲落的基本特征，而在耗散結(jié)構(gòu)研究中，通常用“熵（Entropy）”這一概念來(lái)表示系統(tǒng)狀態(tài)，恰好與因素分解中的結(jié)構(gòu)特征需求相契合，以此為基礎(chǔ)可以進(jìn)行我國(guó)產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)碳排放強(qiáng)度熵變的理論分析。因此，本文從耗散結(jié)構(gòu)視角分析產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)低碳化熵變的驅(qū)動(dòng)因素，對(duì)貢獻(xiàn)率進(jìn)行量化，旨在通過(guò)對(duì)中國(guó)產(chǎn)業(yè)部門(mén)碳排放強(qiáng)度的影響因素進(jìn)行分解，明晰我國(guó)產(chǎn)業(yè)部門(mén)碳排放強(qiáng)度變化規(guī)律，探索中國(guó)特色的低碳發(fā)展之路。

1　理論基礎(chǔ)與模型構(gòu)建

1.1理論基礎(chǔ)

熵變理論中“熵”的概念是由德國(guó)物理學(xué)家Clausius首先提出的，在自然科學(xué)中主要用來(lái)描述系統(tǒng)的有序程度?！办亍弊鳛橐粋€(gè)表示系統(tǒng)狀態(tài)的概念，其蘊(yùn)含的基本思想是：當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)部各要素之間發(fā)生相互作用，或者由于外部環(huán)境的干擾達(dá)到一定程度時(shí)，系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)熵值變化現(xiàn)象。

根據(jù)碳排放強(qiáng)度的定義，可以用“CI=C/GDP”來(lái)表示，其中CI表示碳排放強(qiáng)度，C表示碳排放量，GDP表示經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出。類(lèi)似于耗散結(jié)構(gòu)中能量傳導(dǎo)過(guò)程的“dS=dQ/T”，產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)的熵變過(guò)程可以表示成“dCI=dC/GDP”，所以用熵變理論分析產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)低碳化問(wèn)題是合適的?！办亍钡母拍钍购纳⒔Y(jié)構(gòu)的表述更加科學(xué)和客觀，但是目前熵變理論在社會(huì)科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用還需進(jìn)一步擴(kuò)展和深化，一些文獻(xiàn)只是完成了根據(jù)理論來(lái)構(gòu)建和驗(yàn)證數(shù)理模型的工作，并沒(méi)有說(shuō)明或比較系統(tǒng)熵變過(guò)程中各變量的影響及貢獻(xiàn)。為此，本文通過(guò)計(jì)算我國(guó)產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)碳排放強(qiáng)度熵變因素的貢獻(xiàn)率大小，既彌補(bǔ)了現(xiàn)有理論研究的不足，也為實(shí)現(xiàn)我國(guó)產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)的低碳發(fā)展目標(biāo)指明了有效途徑。

1.2產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)碳排放強(qiáng)度熵變模型構(gòu)建

碳排放強(qiáng)度（CI）是指一段時(shí)間內(nèi)的碳排放量與國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值（以下簡(jiǎn)稱(chēng)GDP）的比值，表達(dá)式為：

式中，Cij為第i產(chǎn)業(yè)第j種能源的碳排放量；Eij為第i產(chǎn)業(yè)第j種能源消費(fèi)量；Rij為第i產(chǎn)業(yè)第j種能源的碳排放系數(shù)；ESij為第i產(chǎn)業(yè)第j種能源消費(fèi)比重，即能源結(jié)構(gòu)；EIi為第i產(chǎn)業(yè)的能源強(qiáng)度；ISi為第i產(chǎn)業(yè)增加值占GDP的比重，即產(chǎn)業(yè)機(jī)構(gòu)。

盡管理論上只要保證經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)速度高于碳排放增長(zhǎng)速度就可實(shí)現(xiàn)碳排放強(qiáng)度的下降，但是這并不意味著隨著經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，降低碳排放強(qiáng)度的目標(biāo)就能自發(fā)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)上述表達(dá)式，我國(guó)產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)低碳化的影響因素包括碳排放因子、能源結(jié)構(gòu)（ES）、能源強(qiáng)度（EI）和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)（IS）。由于各類(lèi)能源的碳排放系數(shù)變化非常小，本文未將碳排放因子納入后續(xù)分析范圍。

如前文所述，產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)是不斷變化和發(fā)展的，具有不確定性（王正明等，2012）；從耗散結(jié)構(gòu)理論來(lái)分析，這種不確定性可以用“熵”來(lái)描述。產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)碳排放強(qiáng)度熵變模型可表示為：

其中，CI0為某產(chǎn)業(yè)部門(mén)初始時(shí)刻的碳排放強(qiáng)度，CIT為該產(chǎn)業(yè)部門(mén)T期的碳排放強(qiáng)度。

2　研究設(shè)計(jì)

2.1研究方法

指數(shù)分解是研究事物變化特征及其變化機(jī)理的方法之一，主要包括：Laspeyres指數(shù)分解與Divisia指數(shù)分解等。本文將運(yùn)用LMDI分解技術(shù)對(duì)影響系統(tǒng)碳排放強(qiáng)度熵變的因素進(jìn)行分析。設(shè)指標(biāo)權(quán)重ωi=(CIT-CI0)／(lnCIT-lnCI0)，則產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)碳排放強(qiáng)度的熵變模型變化為：

本文將產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)低碳化的熵變因素分解為“結(jié)構(gòu)熵”和“技術(shù)熵”兩個(gè)方面。依據(jù)上文分析，用“ΔES+ΔIS”來(lái)表示“結(jié)構(gòu)熵”；由于技術(shù)進(jìn)步是中國(guó)能源強(qiáng)度下降的主要推動(dòng)力（林伯強(qiáng)和杜克銳，2014），現(xiàn)有文獻(xiàn)大多把能源強(qiáng)度（利用效率）作為技術(shù)進(jìn)步的代理變量（例如涂正革，2012），因此本文用ΔEI來(lái)表示“技術(shù)熵”。

2.2數(shù)據(jù)來(lái)源

我國(guó)對(duì)工業(yè)行業(yè)的統(tǒng)計(jì)制度較為完善，故本文選擇我國(guó)工業(yè)部門(mén)中28個(gè)行業(yè)的數(shù)據(jù)，所使用的數(shù)據(jù)來(lái)源于歷年《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》、《中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒》和《中國(guó)工業(yè)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)年鑒》。在此對(duì)數(shù)據(jù)選取和處理過(guò)程做如下說(shuō)明：（1）將國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值、工業(yè)增加值等指標(biāo)折算到2003年的價(jià)格水平；（2）為避免重復(fù)計(jì)算，能源消費(fèi)中一次能源只統(tǒng)計(jì)煤炭、石油和天然氣三大類(lèi)化石能源。

3　產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)碳排放強(qiáng)度熵變因素解析

3.1測(cè)算結(jié)果與比較分析

我國(guó)在2003—2013年間的產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)碳排放強(qiáng)度熵變因素分解結(jié)果如表1所示。分解結(jié)果顯示，技術(shù)進(jìn)步的平均貢獻(xiàn)率為96.518%，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的平均貢獻(xiàn)率為3.721%，能源結(jié)構(gòu)的平均貢獻(xiàn)率為-0.238%。由此看出，技術(shù)進(jìn)步對(duì)產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)碳排放強(qiáng)度的影響最大，其次是產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，能源結(jié)構(gòu)的貢獻(xiàn)最小且為負(fù)值。這表明技術(shù)熵在促進(jìn)我國(guó)產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)低碳化發(fā)展過(guò)程中起到了主要作用，而結(jié)構(gòu)熵尚未發(fā)揮應(yīng)有作用，尤其是目前的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)優(yōu)化對(duì)降低產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)碳排放強(qiáng)度具有較大潛力。

表1　2003—2013年中國(guó)產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)低碳化熵變因素分解?。▎挝唬?）

縱向來(lái)看，無(wú)論是技術(shù)熵還是結(jié)構(gòu)熵，貢獻(xiàn)率均有升有降，但技術(shù)進(jìn)步始終起著絕對(duì)的主要作用，相對(duì)而言，結(jié)構(gòu)熵中的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)因素與能源結(jié)構(gòu)因素對(duì)我國(guó)產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)的碳排放強(qiáng)度的影響較小，且都存在貢獻(xiàn)率為負(fù)的情況?？赡苁怯捎谖覈?guó)產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)中主要耗能行業(yè)的投入產(chǎn)出變化較小，工業(yè)部門(mén)以煤炭為主的能源消費(fèi)狀態(tài)也沒(méi)有得到明顯改善，對(duì)新能源技術(shù)的開(kāi)發(fā)和商業(yè)化應(yīng)用較為緩慢，所以結(jié)構(gòu)調(diào)整對(duì)產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)低碳化發(fā)展的貢獻(xiàn)較小。

3.2分行業(yè)解析

上文從縱向角度做了分析，接下來(lái)將從產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)的28個(gè)部門(mén)進(jìn)行分行業(yè)的橫向分析，對(duì)產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)碳排放強(qiáng)度熵變的行業(yè)差異進(jìn)行解析，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2所示。從技術(shù)熵對(duì)各行業(yè)的貢獻(xiàn)及差異來(lái)看，黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè)對(duì)技術(shù)進(jìn)步的依賴(lài)性最高，平均貢獻(xiàn)率達(dá)到27.51%，此外，技術(shù)進(jìn)步對(duì)非金屬礦物制品業(yè)的影響也較大（24.55%）。

從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)熵來(lái)看，石油加工、煉焦及核燃料加工業(yè)受產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化的影響非常大，平均貢獻(xiàn)率達(dá)到101.87%，其次為化學(xué)原料及化學(xué)制品制造業(yè)（31.00%）和化學(xué)纖維制造業(yè)（11.26%）。不過(guò)，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)熵對(duì)一些部門(mén)的碳排放強(qiáng)度貢獻(xiàn)率為負(fù)值，表明產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)熵對(duì)這些行業(yè)碳排放強(qiáng)度的下降產(chǎn)生了消極影響，其中黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)熵貢獻(xiàn)率為-65.20%，受到的負(fù)面影響最大，其次是交通運(yùn)輸設(shè)備制造業(yè)和通用設(shè)備制造業(yè)，其平均貢獻(xiàn)率分別為-6.70%和-4.81%。

從能源結(jié)構(gòu)熵來(lái)看，黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè)能源結(jié)構(gòu)熵的貢獻(xiàn)率最高，為30.62%，其次是非金屬礦物制品業(yè)（21.55%）。有意思的是，雖然上文對(duì)產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)的整體分析結(jié)果表明能源結(jié)構(gòu)的貢獻(xiàn)率最低，但是由表2的結(jié)果可以看出，能源結(jié)構(gòu)熵在各行業(yè)均起到了積極的作用。并且，其作用程度與技術(shù)熵的作用程度基本保持一致，也就是說(shuō)，當(dāng)技術(shù)熵對(duì)某個(gè)行業(yè)碳排放強(qiáng)度的下降起到較大影響時(shí)，能源結(jié)構(gòu)熵所起的作用往往也較大。

表2　分行業(yè)的產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)碳排放強(qiáng)度熵變因素解析

4　結(jié)論與政策建議

4.1結(jié)論

基于耗散結(jié)構(gòu)視角探究我國(guó)產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)碳排放強(qiáng)度熵變因素，建立了由“技術(shù)熵”和“結(jié)構(gòu)熵”構(gòu)成的產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)低碳化熵變模型，結(jié)合我國(guó)2003—2013年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，并運(yùn)用LMDI分解技術(shù)對(duì)技術(shù)熵和結(jié)構(gòu)熵的影響效應(yīng)進(jìn)行測(cè)度和解析，識(shí)別關(guān)鍵影響因素以及行業(yè)差異。研究結(jié)果表明：

（1）技術(shù)熵是我國(guó)產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)碳排放強(qiáng)度的下降主要驅(qū)動(dòng)因素，技術(shù)進(jìn)步的年平均貢獻(xiàn)率達(dá)到96.518%，其中黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè)和非金屬礦物制品業(yè)所受影響最大。

（2）產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)熵對(duì)碳排放強(qiáng)度的下降也能起到一定的促進(jìn)作用，只是影響程度相對(duì)較低，年平均貢獻(xiàn)率為3.721%。并且，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)熵對(duì)不同行業(yè)的影響存在很大差異：對(duì)石油加工、煉焦及核燃料加工業(yè)的正向影響最大，年平均貢獻(xiàn)率達(dá)到101.87%；對(duì)黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè)起到的抑制作用最大，年平均貢獻(xiàn)率為-65.20%。

（3）能源結(jié)構(gòu)熵對(duì)產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)碳排放強(qiáng)度熵變所起的作用十分有限，年平均貢獻(xiàn)率僅為-0.238%，其作用主要體現(xiàn)在黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè)、非金屬礦物制品業(yè)、化學(xué)原料及化學(xué)制品制造業(yè)和石油加工、煉焦及核燃料加工業(yè)。

4.2政策建議

（1）加快低碳技術(shù)創(chuàng)新，重點(diǎn)針對(duì)碳排放較高的行業(yè)進(jìn)行技術(shù)開(kāi)發(fā)。一是，加強(qiáng)跟發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)交流與合作，引進(jìn)國(guó)際上先進(jìn)的節(jié)能減排技術(shù)；二是，鼓勵(lì)和引導(dǎo)企業(yè)、科研院所通過(guò)產(chǎn)學(xué)研等方式加強(qiáng)自主研發(fā)力度，政府除了提供必要的財(cái)政支持，還要發(fā)揮服務(wù)職能推動(dòng)科技成果的轉(zhuǎn)化以及知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)；三是，對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行升級(jí)和改造，提高能源利用效率。

（2）優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，扶持高新技術(shù)低碳產(chǎn)業(yè)。首先，大力發(fā)展現(xiàn)代服務(wù)業(yè)和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，逐步扭轉(zhuǎn)目前經(jīng)濟(jì)發(fā)展重工業(yè)化的局面；其次，在工業(yè)部門(mén)內(nèi)部支持低能耗部門(mén)的發(fā)展，控制高碳產(chǎn)業(yè)特別是“重化工業(yè)”的比重，調(diào)整產(chǎn)業(yè)鏈向低碳化轉(zhuǎn)型；最后，淘汰落后產(chǎn)業(yè)，對(duì)設(shè)備落后、無(wú)法達(dá)到環(huán)保要求的企業(yè)進(jìn)行清理和整頓，堅(jiān)決摒棄粗放式發(fā)展的老路。

（3）調(diào)整能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，大力發(fā)展清潔能源。短期內(nèi)我國(guó)很難改變以煤炭為主的能源消費(fèi)格局，因此需要逐步調(diào)整目前能源結(jié)構(gòu)過(guò)分依賴(lài)煤炭的局面，利用可再生能源來(lái)替代化石能源，這樣既可以緩解化石能源壓力，也能降低碳排放強(qiáng)度。為此，政府在調(diào)整能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)當(dāng)因地制宜地發(fā)展清潔能源，例如，在農(nóng)村建立沼氣工程，在東南沿海地區(qū)發(fā)展核電，在中西部地區(qū)發(fā)展太陽(yáng)能。另一方面，政府還應(yīng)當(dāng)建立相關(guān)的制度對(duì)發(fā)展和利用可再生能源的企業(yè)進(jìn)行補(bǔ)貼。

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（責(zé)任編輯/易永生）

F425

A

1002-6487（2016）21-0054-03

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（71173094）

沈輝（1979—），男，山東德州人，博士研究生，研究方向：可持續(xù)發(fā)展的能源戰(zhàn)略。路正南（1960—），男，江蘇武進(jìn)人，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向：可持續(xù)發(fā)展的能源戰(zhàn)略。