長三角工業(yè)碳排放效率的空間演變及碳達(dá)峰路徑研究

劉 影，王建民，賈大任

（安徽理工大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，安徽 淮南 232001）

0 引言

荷蘭環(huán)境評估局的資料顯示中國如今是頭號碳排放國，隨著我國工業(yè)行業(yè)的快速發(fā)展，許多環(huán)境問題也出現(xiàn)了，就二氧化碳排放量來看，我國是世界上碳排放量最多的國家之一,從產(chǎn)業(yè)的角度來看，最大的碳排放部門是工業(yè)行業(yè)。作為我國“一帶一路”與長江經(jīng)濟(jì)帶的重要交匯地帶——長江三角洲城市群（以下簡稱長三角城市群）在國家現(xiàn)代化建設(shè)大局和全方位開放格局中具有舉足輕重的戰(zhàn)略地位。2019年我國工業(yè)行業(yè)能源消費(fèi)總量占據(jù)全國能源消費(fèi)總量的66.2%，2020年長三角地區(qū)能源消費(fèi)總量83129.98萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，占全國能源消費(fèi)量的16.7%，為了更早的實現(xiàn)習(xí)近平總書記承諾的雙碳目標(biāo)，區(qū)域碳達(dá)峰行動是實現(xiàn)雙碳目標(biāo)的前提和重要途徑。2020年9月國家主席習(xí)近平同志向全世界承諾了雙碳目標(biāo)，隨后多次在國際重要場合下發(fā)表講話、重大政策文件下達(dá)，政策上為實現(xiàn)雙碳目標(biāo)提出了戰(zhàn)略目標(biāo)、推動煤炭清潔、發(fā)展新能源、單位能耗降低目標(biāo)等等要求，各省市以及自治區(qū)已發(fā)布落實碳達(dá)峰、碳中和的行動方案。政策上已經(jīng)提供了減排方向，那么具體如何實現(xiàn)碳排放量的降低，需要進(jìn)一步具體的實施方案，細(xì)分到各個產(chǎn)業(yè)以及行業(yè)如何在日常生產(chǎn)活動中降低碳排放量是當(dāng)前亟待解決的問題。在“碳達(dá)峰”目標(biāo)背景下，選取中國三大經(jīng)濟(jì)圈之一——長三角城市群和最大的碳排放行業(yè)——工業(yè)行業(yè)為研究對象，分析當(dāng)前工業(yè)行業(yè)的碳排放效率現(xiàn)狀，把二氧化碳排放作為非期望產(chǎn)出，使用超效率SBM（slacks-based measure）模型計算各城市的碳排放效率，結(jié)合ArcGIS空間分析碳排放效率的時空演變、脫鉤指數(shù)判斷城市碳達(dá)峰等方法，探索如何進(jìn)行區(qū)域碳達(dá)峰行動具有現(xiàn)實意義。

1 文獻(xiàn)綜述

當(dāng)前學(xué)者們對于碳排放效率的研究多主要表現(xiàn)在研究角度與方法的不同。研究角度上，主要圍繞國家和地區(qū)層面的研究，如吳昊玥等、田云等、孟軍等從國家及地區(qū)出發(fā)進(jìn)行了農(nóng)業(yè)行業(yè)的碳排放效率的探究；也有學(xué)者對工業(yè)行業(yè)的碳排放效率的研究，如王惠測算我國30個省份工業(yè)碳排放效率，結(jié)果表明出口貿(mào)易可以改善本地區(qū)工業(yè)碳排放效率，藺雪芹發(fā)現(xiàn)京津冀地區(qū)不同的工業(yè)行業(yè)碳排放效率呈現(xiàn)空間差異；還有張廣泰等人研究發(fā)現(xiàn)我國建筑業(yè)碳排放效率經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程度具有一致性。研究方法上，Zhang Caiqing、張慧采用隨機(jī)前沿模型測算了區(qū)域碳排放效率，祁神軍、陳鋼采用的是計算效率最常用的數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法。傳統(tǒng)的DEA（Dataenvelopment analysis）方法適合多投入多產(chǎn)出的情況，但是未能夠把二氧化碳排放作為非期望產(chǎn)出考慮進(jìn)去，后有學(xué)者王建民等人采用了super-SBM測算長三角地區(qū)的工業(yè)綠色發(fā)展效率，郗永勤采用了非期望產(chǎn)出的超效率SBM模型測算我國工業(yè)行業(yè)碳排放效率，準(zhǔn)確性大大提高。近年來部分學(xué)者著眼于研究長三角碳排放效率特征及影響因素，對長三角低碳發(fā)展有現(xiàn)實意義；葉懿安從工業(yè)行業(yè)的角度研究了長三角工業(yè)碳排放與經(jīng)濟(jì)增長的關(guān)系，但是還未有研究長三角工業(yè)行業(yè)的碳排放效率，在實現(xiàn)碳達(dá)峰前的最后一個五年計劃中，必須堅定的走綠色發(fā)展道路，各地區(qū)、產(chǎn)業(yè)、行業(yè)應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)橫向協(xié)作，高質(zhì)量實現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和。

查閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)：碳排放效率的研究多在國家和地區(qū)層面，對于長三角城市群的研究較少，且碳排放效率多與經(jīng)濟(jì)發(fā)展結(jié)合的較多，研究其空間演變情況以及城市碳達(dá)峰的文章寥寥無幾。基于此，本文選擇長三角城市群工業(yè)行業(yè)為研究對象，考慮二氧化碳排放作為非期望產(chǎn)出，使用超效率SBM模型計算長三角城市群的碳排放效率、ArcGIS空間分析近12年的空間演變情況、結(jié)合脫鉤指數(shù)判斷城市碳達(dá)峰，最后根據(jù)計算結(jié)果為更好更快的進(jìn)行區(qū)域碳達(dá)峰行動提供建議。

2 研究方法和數(shù)據(jù)來源

2.1 工業(yè)碳排放效率測算模型

傳統(tǒng)的DEA模型在評價決策單元的效率時存在高估效率且忽略了松弛性的缺點(diǎn)，在考慮了非期望產(chǎn)出時該模型就不再適用，Tone K提出的考慮松弛變量的SBM模型又不能對效率值為1的決策單元進(jìn)行排序，為此Tone K又提出了超效率SBM模型就可以很好地解決以上問題，因此使用SBM模型建立長三角城市群二氧化碳排放效率測算模型時，設(shè)定超效率、非導(dǎo)向和規(guī)模報酬可變，把碳排放作為非期望產(chǎn)出，得到更加準(zhǔn)確的碳排放效率。具體構(gòu)建的非期望產(chǎn)出超效率SBM模型如下：

2.2 脫鉤系數(shù)法

Topic脫鉤系數(shù)法常被用來評價能源消費(fèi)與經(jīng)濟(jì)增長之間的脫鉤關(guān)系，相較于OECD脫鉤指數(shù)法，Topic脫鉤系數(shù)法可以很好的觀察個體年份的脫鉤情況且對于脫鉤狀態(tài)的劃分更加詳細(xì)，避免了OECD脫鉤指數(shù)法中對于基期年份選擇的不穩(wěn)定性。研究二氧化碳與經(jīng)濟(jì)增長的脫鉤狀態(tài)可以更好地了解當(dāng)?shù)氐亩趸寂欧徘闆r，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)升級轉(zhuǎn)型和高質(zhì)量發(fā)展。脫鉤系數(shù)的計算公式為：

根據(jù)脫鉤系數(shù)的不同劃分為8種狀態(tài)，由于長三角城市群2009～2020年的GDP逐年增加，因此不存在衰退性連接、衰退性脫鉤、強(qiáng)負(fù)脫鉤和弱負(fù)脫鉤，脫鉤狀態(tài)表如表1所示：

表1 Topic脫鉤狀態(tài)表

2.3 數(shù)據(jù)來源和指標(biāo)選取

研究期為2009～2020年，長三角在上海、浙江、江蘇和安徽范圍內(nèi)，以長三角27個中心城市為研究對象，包括上海市，浙江省杭州、寧波、溫州、湖州、嘉興、紹興、金華、舟山、臺州，江蘇省南京、無錫、常州、蘇州、南通、揚(yáng)州、鎮(zhèn)江、鹽城、泰州，安徽省合肥、蕪湖、馬鞍山、銅陵、安慶、滁州、池州、宣城，面積占據(jù)整個長三角區(qū)域的62.8%。數(shù)據(jù)來源于2010～2021年《中國能源統(tǒng)計年鑒》《中國工業(yè)統(tǒng)計年鑒》及各市統(tǒng)計年鑒。

指標(biāo)選取上，通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)并結(jié)合文章的研究目的，在選擇投入指標(biāo)上，把規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)能源消費(fèi)量（單位：萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤）、規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)從業(yè)人員（單位：人）和規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)固定資產(chǎn)投入（單位：萬億元）作為投入指標(biāo)，部分年鑒中缺失的數(shù)據(jù)采用均值法或線性插值法來補(bǔ)齊；產(chǎn)出指標(biāo)上，把工業(yè)總產(chǎn)值作為期望產(chǎn)出，二氧化碳排放量作為非期望產(chǎn)出。本文借鑒等人測算二氧化碳的方法，結(jié)合《2006年IPCC指南》的規(guī)定，計算方法如下：

式（3）中C是各市二氧化碳排放量，E是各市各種能源消費(fèi)量，由于原油的實物量在部分年鑒中為0，所以選擇了原煤、焦炭、天然氣、汽油、煤油、柴油和燃料油的實物量來計算能源消費(fèi)量。NVC、CEF、COF分別是平均低發(fā)熱量、單位熱值含碳量、和碳氧化率。

2.4 城市碳達(dá)峰判斷方法

世界資源研究所（WRI）對于城市碳達(dá)峰是這樣判斷的：觀察該城市的二氧化碳排放量在近五年或更久遠(yuǎn)的時間內(nèi)（排除自然和經(jīng)濟(jì)因素）達(dá)到峰值。因此本文結(jié)合WRI提出的城市碳達(dá)峰標(biāo)準(zhǔn)和脫鉤指數(shù)法并且參考其他學(xué)者的研究方法，當(dāng)某城市的工業(yè)二氧化碳排放量在近五年（或更久時間內(nèi)）出現(xiàn)峰值并有下降趨勢或者某城市的工業(yè)二氧化碳排放總量呈現(xiàn)不穩(wěn)定但是不會超過近五年的最大值，并且該城市的二氧化碳排放與經(jīng)濟(jì)的關(guān)系為強(qiáng)脫鉤或弱脫鉤時就認(rèn)為該城市的工業(yè)行業(yè)達(dá)到碳達(dá)峰。

3 實證分析

3.1 長三角城市群二氧化碳排放效率

使用MAXDEA Ultra8.0對我國長三角地區(qū)27個中心城市2009～2020年的工業(yè)碳排放效率進(jìn)行測算，如表2所示。

表2 2009～2020年長三角城市群工業(yè)碳排放效率表

由表2的工業(yè)碳排放效率可以看出，在2009～2020年期間長三角城市群工業(yè)碳排放效率整體上呈現(xiàn)先下降后上升再下降上升的趨勢，部分年份區(qū)域的波動較為穩(wěn)定，如鎮(zhèn)江市、揚(yáng)州市、鹽城市等，整體上還是不穩(wěn)定狀態(tài)。整個長三角的年均工業(yè)碳排放效率為0.43，說明長三角城市群的工業(yè)碳排放效率較低，低于我國整個工業(yè)行業(yè)的碳排放效率。拉低了平均碳排放效率的城市主要是安徽和江蘇的部分城市，因為一些城市的發(fā)展較為落后，工業(yè)企業(yè)的創(chuàng)新能力不及大城市，能源的利用率低，排放的污染物不能得到很好的處理，造成了大量的碳排放。年均效率值較高的城市有上海、蘇州、杭州、南京、寧波等城市，波動較小且有逐年呈現(xiàn)上升的趨勢，這些城市的技術(shù)創(chuàng)新能力較高、能耗低、污染少。

總體來看，長三角城市群工業(yè)碳排放效率呈現(xiàn)的區(qū)域差異性，碳排放效率值最高的城市與碳排放效率最低的城市年均差值為1.19，差值較大，說明長三角城市群還有很大的碳減排潛力，為實現(xiàn)長三角區(qū)域碳達(dá)峰還需要做出很大的努力。

3.2 長三角城市群工業(yè)二氧化碳排放效率的空間演變

借助Arcgis空間分析軟件，選取2009年、2013年、2017年、2020年進(jìn)行分析，繪制碳排放效率的變化情況，如圖1所示。

圖1 2009、2013、2017和2020年長三角城市群工業(yè)碳排放效率圖

2009年長三角工業(yè)碳排放效率較高的城市主要分布在浙江省的杭州市、金華市、紹興市、臺州市以及上海市和江蘇的南京市，大部分城市的碳排放效率較低，是因為1997年的亞洲金融危機(jī)，出口需求大幅降低，影響了長三角地區(qū)外向型經(jīng)濟(jì)，同時由于影響的滯后性導(dǎo)致2009年后的幾年，整體碳排放效率都較低。到2013年，政策帶動下，中國進(jìn)入經(jīng)濟(jì)新常態(tài)，為拉動經(jīng)濟(jì)增長，刺激內(nèi)需，大部分長三角城市的工業(yè)碳排放降低，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需要消耗大量的化石能源導(dǎo)致大量的二氧化碳排放，整體的碳排放效率降低，與其他學(xué)者研究較為一致，到2017年，工業(yè)碳排放效率整體上升，尤其是杭州、合肥、寧波等城市，到2020年整體的工業(yè)碳排放效率又再上升，高值區(qū)仍主要以直轄市和發(fā)展較好的城市為主，如上海、蘇州、杭州等。在疫情影響下，各項社會活動和工業(yè)生產(chǎn)減少，能源需求量下降，碳排放量也大幅下降，工業(yè)行業(yè)處于低碳模式，隨著國內(nèi)疫情下降，各個行業(yè)恢復(fù)生產(chǎn)，碳排放量逐步上升，短暫的碳排放降低并不是常態(tài)，節(jié)能減排依然任重而道遠(yuǎn)。上海市的工業(yè)碳排放效率一直處于前沿面，因為上海市的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)合理，經(jīng)濟(jì)發(fā)展穩(wěn)定，技術(shù)創(chuàng)新力強(qiáng)，碳排放效率高。總的來說，長三角整體上碳排放效率空間差異雖有降低，但有改進(jìn)的空間，縮小城市間的碳排放效率差異可作為當(dāng)前節(jié)能減排的重點(diǎn)。

3.3 長三角城市群工業(yè)碳排放特征分析

基于2016～2020年長三角城市群規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)二氧化碳排放量的計算以及判斷碳達(dá)峰的方法，分析長三角城市群工業(yè)企業(yè)CO排放量的特征，得到長三角城市群工業(yè)CO排放情況，如圖2所示。

圖2 長三角城市群工業(yè)CO2排放量圖

觀察圖2，近五年CO排放量整體呈逐年下降的有臺州、泰州和銅陵，逐年上升的城市有揚(yáng)州、紹興、舟山；蘇州、南京的變化趨勢較相似，都是先增后降再增的變化狀況；蘇州的CO排放量從2016年的13 754.6萬噸再上升到2020年的14 154.65萬噸，南京的CO排放量為7 268.4～7 349.7萬噸，碳排放量在2018年出現(xiàn)降低，比2017年降低了2.5%，總的來看CO排量變化趨勢較??；還有一些城市CO排放量先上升后下降，有良好的碳達(dá)峰前景，如鎮(zhèn)江、寧波、池州、安慶等，寧波的CO排放量為7 332.17～7 712.85萬噸，2017年的增幅為4.1%，2019年的降幅為6%，發(fā)展趨勢較好；上海、合肥、蕪湖呈現(xiàn)先降后增的趨勢，杭州呈逐年降低趨勢，其CO排放量為2 737.03～3 164.62萬噸，2017年的降幅較大，比2016年降低了13%。

從近五年的工業(yè)CO排放量看，2020年長三角城市群工業(yè)CO排放總量為8.3億噸，比2019年降低了約12.6%，其中江蘇省、浙江省、上海市、安徽省工業(yè)企業(yè)CO排放量分別達(dá)到47 018.06、25 947.80、8 947.03、13 516.09萬噸。從城市的角度看，蘇州、上海、寧波、南京的城市工業(yè)CO排放量較高，年均超過7 000萬噸，尤其是蘇州市近十年的工業(yè)CO排放量年均超過了1.3億噸，這與蘇州市是中國工業(yè)強(qiáng)市的實際相吻合。

3.4 長三角城市群碳達(dá)峰分析

根據(jù)式（2）計算長三角27個中心城市2016～2020年CO排放與經(jīng)濟(jì)增長的脫鉤系數(shù)，取五年的均值作為該市的脫鉤指數(shù)，如表3所示：

表3 長三角城市碳排放與經(jīng)濟(jì)增長脫鉤狀態(tài)表

由表3可知，目前長三角城市群的碳排放和經(jīng)濟(jì)增長之間的關(guān)系多為脫鉤狀態(tài)，像杭州、上海、南通發(fā)展較好的城市已經(jīng)達(dá)到了強(qiáng)脫鉤，碳排放和經(jīng)濟(jì)增長之間達(dá)到比較好的狀態(tài)，上海的強(qiáng)脫鉤指數(shù)達(dá)到了-0.24，發(fā)展態(tài)勢良好。這說明國家節(jié)能減排政策與十三五規(guī)劃中要求提高非化石能源占比的要求有了成效。臺州、池州和安慶的狀態(tài)是擴(kuò)張性連接，說明碳排放的速度大于經(jīng)濟(jì)增長的速度，急需擺脫高耗能的現(xiàn)狀。最小的弱脫鉤指數(shù)為0.22，最大為0.79，總的來說結(jié)果與其他學(xué)者研究較為一致,長三角城市群經(jīng)濟(jì)質(zhì)量較好，為實現(xiàn)區(qū)域碳達(dá)峰提供良好的基礎(chǔ)。

結(jié)合2.4節(jié)判斷城市碳達(dá)峰，杭州、鹽城、無錫、溫州、嘉興、湖州、滁州、銅陵經(jīng)濟(jì)增長與碳排放的關(guān)系是強(qiáng)脫鉤或弱脫鉤，且近五年的的碳排放量雖有波動，但不超過近五年的最大值，因此可以初步定為碳達(dá)峰狀態(tài)；結(jié)合圖2碳排放情況可以得到：杭州、滁州市的碳達(dá)峰時間為2016年、鹽城、無錫、溫州、嘉興、湖州的碳達(dá)峰時間為2018年、銅陵市的碳達(dá)峰時間為2017年；上海、南通和宣城雖達(dá)到強(qiáng)脫鉤狀態(tài)，但是過去五年的碳排放量仍有上升的趨勢，因此目前來看未達(dá)峰；南京、常州、蘇州、合肥等市雖然是弱脫鉤狀態(tài)，但是碳排放量還在增加，因此判斷為未達(dá)峰。鎮(zhèn)江、泰州、寧波和金華四市碳排放與經(jīng)濟(jì)增長的關(guān)系是擴(kuò)張性負(fù)脫鉤，經(jīng)濟(jì)增度小于碳排放增速，暫未實現(xiàn)碳達(dá)峰。實際上是否達(dá)峰，需要繼續(xù)觀察未來三至五年的碳排放量，本文僅做初步判斷。整體來看長三角27個中心城市大部分城市都未達(dá)峰，測算結(jié)果與其他學(xué)者較為一致，像上海市、南京市、蕪湖市、常州市等已經(jīng)制定了碳達(dá)峰計劃，并且提出了明確的碳達(dá)峰年份，各地加快制定碳達(dá)峰方案，實現(xiàn)碳達(dá)峰指日可待。

4 結(jié)論與建議

對長三角城市群工業(yè)碳排放效率的測算及城市碳達(dá)峰的判定得出以下結(jié)論：長三角城市群整體工業(yè)碳排放效率低，區(qū)域差異性雖逐年降低但仍較為明顯，發(fā)展較好的城市碳排放與經(jīng)濟(jì)增長的關(guān)系已達(dá)到了強(qiáng)脫鉤，但碳排放量仍有上升趨勢。需結(jié)合城市差異制定不同的碳達(dá)峰計劃。

基于以上研究結(jié)果，給出以下幾點(diǎn)建議：

（1）因地制宜實施環(huán)境規(guī)制力度。環(huán)境規(guī)制可以約束企業(yè)的行為，引導(dǎo)企業(yè)進(jìn)行污染治理，有利于碳排放效率的提升。重點(diǎn)監(jiān)控碳排放量高且排放效率低下的工業(yè)行業(yè)，對于非必要或可替代性強(qiáng)的的行業(yè)可以取消，從而根本上減少碳排放量。

（2）降低城市間的碳排放效率差異，有效提高碳排放效率。提高工業(yè)企業(yè)綠色創(chuàng)新能力，加大工業(yè)環(huán)保技術(shù)的投入。依靠科技加快節(jié)能減排技術(shù)的開發(fā)和推廣，對傳統(tǒng)高耗能的企業(yè)進(jìn)行升級轉(zhuǎn)型，使每個工業(yè)企業(yè)都能使用低碳環(huán)保的生產(chǎn)技術(shù)，使用低碳排放和可循環(huán)利用的生產(chǎn)原料，降低工業(yè)行業(yè)的碳排放量。

（3）鼓勵跨區(qū)域的技術(shù)合作。已實碳達(dá)峰的城市帶動未達(dá)峰的城市，定期進(jìn)行城市間的合作交流，引進(jìn)科技人才組建研發(fā)團(tuán)隊、多元化發(fā)展，交換技術(shù)與管理辦法，促進(jìn)城市功能互補(bǔ)，實現(xiàn)長三角城市間的互利共贏。對于還未出現(xiàn)碳排放高峰的城市要加快步伐，嚴(yán)格控制CO的排放量，盡早實現(xiàn)城市碳達(dá)峰，竭力完成長三角區(qū)域碳達(dá)峰，為實現(xiàn)國家的雙碳目標(biāo)奠定基礎(chǔ)。

（1）http://tech.sina.com.cn/d/2007-06-22/11441577947.shtml。

（2）數(shù)據(jù)來源于2020-2021年《中國統(tǒng)計年鑒》。

（3）2020年9月22日，習(xí)近平主席在第七十五屆聯(lián)合國大會一般性辯論上鄭重宣布“中國將提高國家自主貢獻(xiàn)力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達(dá)到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和”。