碳中和目標(biāo)下我國(guó)綠色水電碳減排效率評(píng)價(jià)

沈心怡，馬 駿,2,3，盧玉欽

(1.河海大學(xué)商學(xué)院，江蘇 南京 211100； 2.江蘇省水資源與可持續(xù)發(fā)展研究中心，江蘇 南京 211100；3.沿海開發(fā)與保護(hù)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210098； 4.福建省永泰縣水利局，福建 福州 350700)

經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展離不開能源支撐。我國(guó)從改革開放以來(lái)，能源行業(yè)成長(zhǎng)迅猛，在能源生產(chǎn)和消費(fèi)上已躍居全球首位。但由于能源結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期以煤為主且油氣對(duì)外依存度較高，使我國(guó)成為世界碳排放大國(guó)。在世界碳中和的目標(biāo)下，習(xí)近平總書記在第75屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)上表示：中國(guó)力爭(zhēng)于2030年前完成碳達(dá)峰，在2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)，要以能源綠色低碳發(fā)展為關(guān)鍵，推動(dòng)可再生能源從能源綠色低碳轉(zhuǎn)型的生力軍成長(zhǎng)為碳達(dá)峰、碳中和的主力軍，加快構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系。電力行業(yè)是實(shí)現(xiàn)我國(guó)能源轉(zhuǎn)型的主戰(zhàn)場(chǎng)，水電又以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)成為能源轉(zhuǎn)型的主要力量。

目前，已有不少學(xué)者對(duì)碳達(dá)峰、碳中和的實(shí)施路徑進(jìn)行了深入研究。王慧敏等[1]認(rèn)為水電行業(yè)是推進(jìn)雙碳目標(biāo)的“加速鍵”，應(yīng)承擔(dān)起推進(jìn)能源綠色可持續(xù)發(fā)展的重任。程春田[2]認(rèn)為水電能源可靠、技術(shù)成熟，一直是中國(guó)乃至世界的第二大電源。在現(xiàn)在和未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，只有水電是我國(guó)實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)最可靠的選擇。

也有學(xué)者對(duì)生態(tài)效率進(jìn)行了研究。田澤等[3]聚焦長(zhǎng)江流域水電能源效率評(píng)價(jià)及提升的問(wèn)題，運(yùn)用DEA方法對(duì)各地區(qū)的水電能源效率進(jìn)行評(píng)價(jià)研究，提出以水資源作為剛性約束，建立綠色水電認(rèn)證機(jī)制。張?jiān)茖幍萚4]運(yùn)用DEA-Malmquist模型測(cè)算了2010—2017年農(nóng)業(yè)用水效率和全要素生產(chǎn)率指數(shù)，得出規(guī)模效率和純技術(shù)效率下降，限制了全要素生產(chǎn)率的增長(zhǎng)。馬駿等[5]以長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶107座城市為研究對(duì)象,采用超效率SBM方法對(duì)2005—2016年城市生態(tài)效率時(shí)空演變特征進(jìn)行評(píng)價(jià),結(jié)果表明城市生態(tài)效率總體呈波動(dòng)上升趨勢(shì),且流域間差距逐步縮減,部分區(qū)域空間集聚態(tài)勢(shì)加強(qiáng)。章恒全等[6]通過(guò)含非期望產(chǎn)出的DEA-SBM模型測(cè)度工業(yè)水資源綠色效率，研究發(fā)現(xiàn)浙江省工業(yè)水資源綠色效率的提高在一定程度上依賴于對(duì)外開放水平的提升，而受制于環(huán)境規(guī)制。陳曉雪等[7]對(duì)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶11省(市)綠色發(fā)展水平進(jìn)行測(cè)度并用聚類分析法對(duì)綠色發(fā)展水平較高地區(qū)、較好地區(qū)以及一般地區(qū)進(jìn)行分類。

針對(duì)區(qū)域差異，彭杜云[8]用泰爾指數(shù)對(duì)全國(guó)、八大社會(huì)經(jīng)濟(jì)區(qū)和省市3個(gè)層面的工業(yè)水資源綠色效率時(shí)空差異特征進(jìn)行根源分析，得出工業(yè)水資源綠色效率大體呈現(xiàn)沿海高于內(nèi)陸、東部高于西部分布。章恒全等[9]利用泰爾指數(shù)分析省際綠色水資源利用效率的空間分布差異，結(jié)果表明綠色水資源利用效率地區(qū)間差異遠(yuǎn)高于地區(qū)內(nèi)部差異，且東部對(duì)綠色水資源利用效率貢獻(xiàn)率最大。鮑輝[10]運(yùn)用具有可分解性質(zhì)的泰爾指數(shù)對(duì)四大區(qū)經(jīng)濟(jì)差異進(jìn)行分析研究,認(rèn)為各大區(qū)內(nèi)部差異不容忽視, 應(yīng)采取措施降低經(jīng)濟(jì)差異,著力降低組內(nèi)經(jīng)濟(jì)差異。

綜合相關(guān)文獻(xiàn)，學(xué)者們運(yùn)用DEA、SBM方法對(duì)水資源利用效率進(jìn)行了研究，并通過(guò)聚類分析、泰爾指數(shù)分析等方法深入探索地區(qū)差異性，但是對(duì)水電效率的研究范圍較小，缺少覆蓋全國(guó)范圍的研究，且在水電綠色發(fā)展領(lǐng)域的成果仍較欠缺。本文采用我國(guó)30個(gè)省級(jí)行政區(qū)2010—2019年的面板數(shù)據(jù)，利用超效率SBM模型對(duì)各地綠色水電碳減排效率進(jìn)行測(cè)算，通過(guò)系統(tǒng)聚類方法進(jìn)行分類，據(jù)此判斷東、中、西部綠色水電碳減排成果的差異情況，并運(yùn)用泰爾指數(shù)解釋碳減排效率空間分布差異的原因，通過(guò)Malmquist指數(shù)對(duì)綠色水電碳減排成果進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析。

1 研究方法與指標(biāo)數(shù)據(jù)

1.1 超效率SBM模型

數(shù)據(jù)包絡(luò)分析(DEA)是Charnes等[11]提出用來(lái)評(píng)價(jià)一組多投入、多產(chǎn)出的決策單元間相對(duì)效率的方法。數(shù)據(jù)包絡(luò)分析有CCR和BCC兩種基本模型，但都沒(méi)有考慮要素“松弛”現(xiàn)象。Tone[12-13]分別在2001年和2002年提出SBM模型和超效率SBM模型，后者不僅考慮了松弛變量，還可以對(duì)效率值大于1的決策單元進(jìn)行排序。超效率SBM模型如下：

(1)

式中：θ為效率值；x、y分別為投入和產(chǎn)出的要素；m、n分別為投入指標(biāo)和產(chǎn)出指標(biāo)的個(gè)數(shù)；k為時(shí)期；i、r分別為投入和產(chǎn)出的決策單元；s為松弛量。

1.2 泰爾指數(shù)

泰爾指數(shù)是用來(lái)衡量地區(qū)間不平等度的一個(gè)指標(biāo),引入泰爾指數(shù)，可以進(jìn)一步描述綠色水電發(fā)展效率的區(qū)域差異。泰爾指數(shù)計(jì)算公式如下：

(2)

(3)

(4)

1.3 Malmquist 指數(shù)模型

Malmquist指數(shù)是用于測(cè)度研究時(shí)期內(nèi)生產(chǎn)率隨時(shí)間序列的變化趨勢(shì)，模型如下:

(5)

式中：M為Malmquist指數(shù)；D為距離函數(shù)；t為時(shí)期；p為投入量；q為產(chǎn)出量。若M>1，說(shuō)明全要素生產(chǎn)率提高，反之下降。

1.4 評(píng)價(jià)指標(biāo)與數(shù)據(jù)來(lái)源

為了探究我國(guó)各省級(jí)行政區(qū)綠色水電碳減排效率及其差異性，選取全國(guó)30個(gè)省級(jí)行政區(qū)2010—2019年的面板數(shù)據(jù)(上海市因位于長(zhǎng)江入海口，地勢(shì)平坦，地域面積小，不具備水電發(fā)展的基礎(chǔ)條件，歷年水電裝機(jī)容量及水力發(fā)電量為零，難以進(jìn)行效率測(cè)算，故不納入統(tǒng)計(jì))。投入指標(biāo)包括：水電裝機(jī)容量、行業(yè)固定資產(chǎn)投資、行業(yè)就業(yè)人數(shù)；產(chǎn)出指標(biāo)包括：水力發(fā)電量、CO2減排量[14]。其中，水電裝機(jī)容量和水力發(fā)電量數(shù)據(jù)來(lái)源于前瞻數(shù)據(jù)庫(kù)，選取各省級(jí)行政區(qū)統(tǒng)計(jì)年鑒中的電力、熱力、燃?xì)饧八a(chǎn)和供應(yīng)業(yè)就業(yè)人數(shù)和固定資產(chǎn)投資。水電的發(fā)展對(duì)碳排放量的減少具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，是加快生產(chǎn)方式綠色化轉(zhuǎn)型，盡早實(shí)現(xiàn)碳中和的重要途徑，因此CO2減排量是最直接的衡量指標(biāo)。根據(jù)國(guó)家發(fā)改委提供的數(shù)據(jù)，火電廠平均1 kW·h供電煤耗由2000年的392 g標(biāo)準(zhǔn)煤降到360 g標(biāo)準(zhǔn)煤。查找各種能源平均地位發(fā)熱量及折標(biāo)準(zhǔn)煤參考系數(shù)，得到原煤平均低位發(fā)熱量為20 908 kJ/kg,折標(biāo)準(zhǔn)煤系數(shù)為每千克0.714 3 kg標(biāo)準(zhǔn)煤，CO2排放系數(shù)為94 600 kg/TJ。

投入產(chǎn)出指標(biāo)的描述性統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 投入產(chǎn)出指標(biāo)描述性統(tǒng)計(jì)

2 實(shí)證分析

2.1 綠色水電碳減排效率測(cè)度

用MaxDEA 7 Basic軟件，選擇超效率SBM模型規(guī)模報(bào)酬不變，產(chǎn)出導(dǎo)向?qū)θ珖?guó)30個(gè)省級(jí)行政區(qū)2010—2019年的綠色水電碳減排效率進(jìn)行測(cè)度，再用SPSS軟件對(duì)結(jié)果采用組間聯(lián)接法進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析。結(jié)果顯示，樣本共分為4類。①第一類:云南省、青海省。這2個(gè)省的效率均值都大于1，即在同等投入下，這2個(gè)省實(shí)現(xiàn)了最大產(chǎn)出，屬于DEA有效狀態(tài)，是綠色水電碳減排工程的重點(diǎn)區(qū)域。②第二類：中部湖北省、西部甘肅省、四川省。這3個(gè)省的效率均值與第一梯隊(duì)的效率均值非常接近，都是發(fā)展綠色水電的優(yōu)勢(shì)地區(qū)，湖北、甘肅、四川3省都擁有超大規(guī)模的水電站，推動(dòng)了綠色水電的持續(xù)開發(fā)。③第三類包括廣西、福建、陜西、貴州、湖南、重慶、新疆、西藏、江西、河南、寧夏、廣東這12個(gè)省級(jí)行政區(qū)，除福建、廣東外仍集中于中西部地區(qū)。④第四類:除以上省級(jí)行政區(qū)之外的其余13個(gè)均排在第四梯隊(duì)，包含東部除福建、廣東之外的所有省級(jí)行政區(qū)。從分類結(jié)果可以得出，我國(guó)綠色水電碳減排效率西部最高，中部次之，東部最低。中國(guó)的地形自西向東由高到低呈階梯狀下降，近80%的落差集中在西部地區(qū)，且西部地區(qū)幅員遼闊，水電站的大規(guī)模建設(shè)提高了水力發(fā)電量，取代了部分煤炭發(fā)電，減少了CO2排放量。中部作為東、西部地區(qū)的過(guò)渡地帶，地勢(shì)落差雖不如西部大，但相較于東部，其自然地理環(huán)境還是屬于多山多水，地域遼闊，適合水電設(shè)施的建設(shè)。東部地區(qū)整體靠海，地勢(shì)平坦且城市占地面積廣，水電站建設(shè)條件不足，建設(shè)規(guī)模小，弱勢(shì)明顯。由此可見(jiàn)，我國(guó)在水電發(fā)展綠色化、低碳化轉(zhuǎn)型方面存在地區(qū)發(fā)展不平衡的問(wèn)題。

2.2 綠色水電碳減排效率空間差異分析

采用泰爾指數(shù)分析綠色水電碳減排效率的區(qū)域間、區(qū)域內(nèi)差距，結(jié)果見(jiàn)表2。我國(guó)綠色水電碳減排效率的總體差距基本保持穩(wěn)定，2010年差距最大，為0.366，2013年差距最小，僅0.181。東部、中部、西部之間綠色水電碳減排效率的差異對(duì)總體差距的貢獻(xiàn)率約為39.36%，但近年來(lái)區(qū)域間的差距有擴(kuò)大趨勢(shì)。區(qū)域內(nèi)部的差距一直是造成我國(guó)綠色水電碳減排總體差距的主要原因，2010—2019年的區(qū)域內(nèi)部差距貢獻(xiàn)率均值為60.64%。從3個(gè)區(qū)域的差距貢獻(xiàn)率來(lái)看，東部地區(qū)內(nèi)部差距最大，占52.10%，西部地區(qū)內(nèi)部差距最小，僅為17.79%，東部區(qū)域內(nèi)部發(fā)展存在高度的不均衡問(wèn)題，西部地區(qū)作為發(fā)展水電的優(yōu)勢(shì)區(qū)域，各省發(fā)展趨向均衡?？梢?jiàn)我國(guó)在關(guān)注區(qū)域發(fā)展不平衡的同時(shí)，還應(yīng)高度重視區(qū)域內(nèi)部的協(xié)調(diào)發(fā)展。

2.3 綠色水電碳減排效率Malmquist指數(shù)分析

為了進(jìn)一步分析效率的變化趨勢(shì)，運(yùn)用DEAP2.1軟件根據(jù)2010—2019年的面板數(shù)據(jù)，選擇Malmquist模型用產(chǎn)出導(dǎo)向、規(guī)模報(bào)酬不變來(lái)分析30個(gè)省級(jí)行政區(qū)水電碳減排效率的動(dòng)態(tài)變化及其各驅(qū)動(dòng)因素分解，進(jìn)一步分析其變化的原因。測(cè)算結(jié)果如表3所示。

2010—2019年全國(guó)各省綠色水電碳減排的全要素生產(chǎn)率年均提升1%，2011年全要素生產(chǎn)率相比上年下降了14%，降幅最明顯，2013年效率上升最快，提升了38%，近兩年效率不斷上升。綜合技術(shù)效率最高為1.32，最低為0.88，平均值為1.00，整體平穩(wěn)，說(shuō)明在過(guò)去10年我國(guó)綠色水電的碳減排效率保持穩(wěn)定。從各驅(qū)動(dòng)因素的分解來(lái)看，2011年以來(lái)純技術(shù)效率都接近1，且技術(shù)進(jìn)步指數(shù)除2011年、2016年和2017年略低于1外，其余都大于1，說(shuō)明我國(guó)在該領(lǐng)域技術(shù)水平的提高，是效率提升的主要?jiǎng)恿ΑＲ?guī)模效率略有所下降，這在一定程度上對(duì)綠色水電碳減排的推廣有所制約。全要素生產(chǎn)率的提升依賴于綜合技術(shù)效率和技術(shù)進(jìn)步的共同推動(dòng)，所以在取得技術(shù)進(jìn)步和設(shè)備升級(jí)的同時(shí)，還要兼顧該領(lǐng)域的制度完善和管理創(chuàng)新等。

表2 全國(guó)綠色水電碳減排效率泰爾指數(shù)分解

表3 全國(guó)各省市綠色水電碳減排效率Malmquist指數(shù)及其分解

3 穩(wěn)定性檢驗(yàn)

為了確保研究結(jié)論的穩(wěn)定，本文進(jìn)行了以下穩(wěn)定性檢驗(yàn):第一，擴(kuò)大樣本范圍，選取了2005—2019年各省級(jí)行政區(qū)的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)證研究;第二，采用單位裝機(jī)量碳減排率進(jìn)行區(qū)域?qū)Ρ?。檢驗(yàn)結(jié)果為：2005—2019年我國(guó)東部、中部、西部的效率均值分別為0.284、0.488和0.825；2010—2019年?yáng)|部、中部、西部的單位裝機(jī)量碳減排率分別為15 962 Mt/萬(wàn)kW、25 879 Mt/萬(wàn)kW和36 729 Mt/萬(wàn)kW。上述檢驗(yàn)結(jié)果均不改變本文的研究結(jié)論。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

a. 從效率均值的地區(qū)分類來(lái)看，我國(guó)西部綠色水電碳減排效果顯著，有利于打造綠色能源綜合生產(chǎn)儲(chǔ)備基地，構(gòu)建新型能源體系。中部地區(qū)得益于其大規(guī)模水電站，在綠色水電碳減排效率上處于中間地位。東部地區(qū)地勢(shì)平坦，城市占地多等，在水電發(fā)展上存在明顯弱勢(shì)，制約了碳減排效率值的提升。當(dāng)前我國(guó)通過(guò)綠色水電推進(jìn)碳減排的這項(xiàng)工程雖然在穩(wěn)步前進(jìn)，但存在較大的區(qū)域差異，在綠色水電碳減排領(lǐng)域存在地區(qū)發(fā)展不平衡的問(wèn)題。

b. 從區(qū)域差距的貢獻(xiàn)度來(lái)看，區(qū)域內(nèi)部差距是形成我國(guó)綠色水電碳減排效率總體差距的主要原因，東部地區(qū)的內(nèi)部差距對(duì)總體差距的貢獻(xiàn)率最大，中部次之，西部最小，區(qū)域內(nèi)部發(fā)展差異嚴(yán)重影響了全國(guó)范圍的均衡協(xié)調(diào)發(fā)展。東部各省水電裝機(jī)量水平等參差不齊，廣東省2019年水電裝機(jī)量近1600萬(wàn)kW，而上海為0，這導(dǎo)致綠色水電碳減排效率差距拉大。西部地區(qū)地多人少，落差大，各省裝機(jī)量排名全國(guó)前列，獨(dú)具發(fā)展水電的優(yōu)越條件。

c. 從Malmquist指數(shù)及分解來(lái)看，全要素生產(chǎn)率有所提升，綜合技術(shù)效率穩(wěn)中有升，純技術(shù)效率和技術(shù)進(jìn)步指數(shù)表現(xiàn)良好，技術(shù)水平的提高推動(dòng)了綠色水電的持續(xù)發(fā)展，說(shuō)明大力發(fā)展科學(xué)技術(shù)是助力我國(guó)早日實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的重要手段，但同時(shí)也應(yīng)高度重視規(guī)模效率對(duì)綠色水電碳減排效率的推廣作用。

4.2 建議

a. 堅(jiān)持協(xié)調(diào)統(tǒng)籌規(guī)劃，合理布局各地水電開發(fā)。加快西南地區(qū)水電基地建設(shè)，以青海、云南為重心，結(jié)合受端市場(chǎng)和外送通道建設(shè)，積極推進(jìn)大型水電基地開發(fā)。建設(shè)雅魯藏布江下游水電基地，推進(jìn)藏東南“西電東送”接續(xù)基地建設(shè)。西北地區(qū)適應(yīng)能源轉(zhuǎn)型發(fā)展需要，建設(shè)新疆清潔能源基地，優(yōu)化開發(fā)黃河上游水電基地，開展黃河梯級(jí)電站大型儲(chǔ)能項(xiàng)目研究。東中部地區(qū)優(yōu)化開發(fā)剩余水能資源，充分科學(xué)技術(shù)，提高水電轉(zhuǎn)化效率。

b. 大力推進(jìn)互補(bǔ)合作，實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)部協(xié)同發(fā)展。明確區(qū)域內(nèi)各省市的優(yōu)勢(shì)與差距，東部地區(qū)應(yīng)積極建設(shè)碳交易市場(chǎng)，抓好煤炭消費(fèi)減量等量替代；中部地區(qū)吉林、黑龍江等聯(lián)合加快“煤改氣”“煤改電”“煤改生物質(zhì)”等項(xiàng)目的實(shí)施，嚴(yán)控能源消費(fèi)總量；西部地區(qū)加強(qiáng)謀劃國(guó)家清潔可再生能源利用示范區(qū)等，充分利用規(guī)模優(yōu)勢(shì)，提高水電的輸出效率。我國(guó)東、中、西部各省市之間聯(lián)合調(diào)度，做到集中控制、協(xié)同發(fā)展。

c. 精準(zhǔn)培養(yǎng)專業(yè)人才，擴(kuò)大綠色水電建設(shè)規(guī)模。全國(guó)各省都要大力培育一批擁有過(guò)硬的專業(yè)本領(lǐng)、豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、創(chuàng)新的科技思維的人才。加強(qiáng)對(duì)外交流，深化多方合作，促進(jìn)水電相關(guān)企業(yè)綜合實(shí)力的提升。加快推廣綠色水電，擴(kuò)大綠色水電的建設(shè)規(guī)模，立足產(chǎn)業(yè)規(guī)模優(yōu)勢(shì)、配套優(yōu)勢(shì)鞏固提水電領(lǐng)域的全產(chǎn)業(yè)鏈競(jìng)爭(zhēng)力，推動(dòng)清潔能源高效輸出，助力我國(guó)碳中和宏偉目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。