雙碳目標(biāo)下天津制造業(yè)碳排放雙控與能源脫鉤研究

孫振清 張 昊 戴陳彥

一、引言

改革開放以來，我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速增長，同時(shí)也伴隨著能耗和碳排放量的急劇上升，成為世界上最大的碳排放國家。面對中國自身的發(fā)展要求以及國際社會(huì)中的減排壓力，習(xí)近平主席在第七十五屆聯(lián)合國大會(huì)一般性辯論上向世界提出了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(shí)現(xiàn)碳中和的莊嚴(yán)承諾。實(shí)體經(jīng)濟(jì)是立身之本，制造業(yè)的發(fā)展水平?jīng)Q定著一個(gè)國家在國際分工中的競爭力。在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展模式下，中國成為世界總量最大的制造國，但“大而不強(qiáng)”的特點(diǎn)促使中國制造業(yè)必須走綠色可持續(xù)的高質(zhì)量發(fā)展道路，既要突出綠色發(fā)展思想，又要體現(xiàn)綠色發(fā)展理念。因此，在“雙碳”目標(biāo)的約束下，制造業(yè)的減碳規(guī)劃成為重中之重，協(xié)調(diào)制造業(yè)的能耗與減排目標(biāo)，理清制造業(yè)排放的驅(qū)動(dòng)因素，推動(dòng)制造業(yè)走經(jīng)濟(jì)與環(huán)境雙贏的高質(zhì)量發(fā)展模式成為當(dāng)下的重要研究。2021年中央經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議指出要?jiǎng)?chuàng)造條件盡早實(shí)現(xiàn)能耗“雙控”向碳排放總量和強(qiáng)度“雙控”轉(zhuǎn)變。在化石能源占據(jù)絕對主導(dǎo)的制造業(yè)能源體系中，能耗水平與碳排放直接掛鉤，但隨著清潔能源的發(fā)展，能耗雙控的考核需作出適當(dāng)調(diào)整，因此對制造業(yè)各細(xì)分行業(yè)中能耗與碳排放之間的脫鉤研究對未來考核調(diào)整具有一定指導(dǎo)作用。此外，制造業(yè)細(xì)分行業(yè)多，不同地區(qū)以及不同行業(yè)的能耗種類以及用量存在差異，因此不同行業(yè)間面臨的減排壓力也各有不同。東部地區(qū)作為中國主要經(jīng)濟(jì)發(fā)展及制造業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)，應(yīng)率先制定制造業(yè)減碳方案。天津市作為全國先進(jìn)制造研發(fā)基地，制造業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展研究對我國制造業(yè)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展具有重要指導(dǎo)意義?；诖耍疚闹饕槍μ旖蚴兄圃鞓I(yè)在能源轉(zhuǎn)型和技術(shù)進(jìn)步的政策下能耗與碳排放之間的脫鉤情況及其驅(qū)動(dòng)因素等問題開展研究，探尋天津市制造業(yè)實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)的綠色高質(zhì)量發(fā)展路徑。

二、文獻(xiàn)綜述

在“30—60”目標(biāo)提出之后，學(xué)術(shù)界圍繞中國碳排放峰值預(yù)測進(jìn)行了大量研究，大多數(shù)研究都已論證中國可在2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰[1]。習(xí)近平總書記在十九屆中央政治局第二十九次集體學(xué)習(xí)時(shí)強(qiáng)調(diào)各級黨委及政府要拿出碳達(dá)峰、碳中和的時(shí)間表、路線圖和施工圖。各地政府制定碳中和路線圖首當(dāng)其沖的就是保證長期引領(lǐng)我國經(jīng)濟(jì)增長同時(shí)排放占比最高的工業(yè)達(dá)峰。當(dāng)前中國已進(jìn)入工業(yè)高級化階段，預(yù)計(jì)制造業(yè)的排放量將首先達(dá)到峰值，否則全國范圍內(nèi)將不會(huì)達(dá)到排放量峰值。工業(yè)達(dá)峰是地區(qū)碳達(dá)峰的重要前提，而作為工業(yè)重中之重的制造業(yè)達(dá)峰又是工業(yè)達(dá)峰的前提。制造業(yè)對中國碳排放的貢獻(xiàn)最大，減少制造業(yè)子行業(yè)的排放對實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)具有重要意義。在“雙碳”目標(biāo)下，針對工業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級重組為高精尖制造業(yè)帶來了發(fā)展機(jī)遇，同時(shí)降低傳統(tǒng)制造業(yè)的能耗與碳排放成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)的雙贏舉措。制造業(yè)部門因其復(fù)雜性和多樣性增加了中國在2030年前實(shí)現(xiàn)排放峰值目標(biāo)的復(fù)雜性和不確定性。因此，將焦點(diǎn)縮小到單個(gè)或少數(shù)幾個(gè)部門不足以代表不同部門之間存在顯著差異的制造業(yè)排放?；诖?，多部門視角可以為制造業(yè)潛在的峰值排放路徑提供新的見解，且已有文獻(xiàn)尚未對制造業(yè)各部門間未來排放量進(jìn)行比較分析，也沒有將“雙碳”目標(biāo)規(guī)劃轉(zhuǎn)化為部門層面。關(guān)于制造業(yè)的達(dá)峰路徑的研究大致分為兩類。一類是對歷史排放趨勢進(jìn)行分解研究，例如邵帥等[2]使用廣義迪氏指數(shù)對制造業(yè)碳排放驅(qū)動(dòng)因素進(jìn)行分解，得到投資規(guī)模是制造業(yè)碳排放增長的主要因素。另一類是對未來排放趨勢進(jìn)行預(yù)測，例如Fang等[3]采用蒙特卡羅模擬方法檢驗(yàn)了八個(gè)行業(yè)的環(huán)境庫茲涅茨曲線假設(shè)，深入地了解中國制造業(yè)的潛在峰值路徑。但對實(shí)現(xiàn)碳中和而言，中國碳達(dá)峰的最佳時(shí)間還存在爭議，有學(xué)者認(rèn)為2030年達(dá)峰是以經(jīng)濟(jì)降速作為代價(jià)的。

在平衡經(jīng)濟(jì)發(fā)展與碳排放的問題上，經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織（OECD）最先提出了“脫鉤”的概念。自此之后，脫鉤理論被廣泛應(yīng)用在多個(gè)領(lǐng)域，作為主流趨勢的對數(shù)平均迪氏分解法（LMDI）也得到了學(xué)術(shù)界的認(rèn)可。根據(jù)現(xiàn)有文獻(xiàn)，大多是將脫鉤模型以及分解分析結(jié)合起來對整個(gè)國家以及省市的碳排放進(jìn)行分析?，F(xiàn)有研究結(jié)論已基本達(dá)成共識，即產(chǎn)業(yè)活動(dòng)規(guī)模是導(dǎo)致碳排放增加的主要因素[4]。在2021年中央經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議中提出新增可再生能源和原料用能不納入能耗總量控制，這是我國為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)對考核目標(biāo)作出的重大改變。因此，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展與碳排放脫鉤的影響因素達(dá)成共識后，控制目標(biāo)的改變讓能源消費(fèi)和碳排放脫鉤的研究繼續(xù)深入。隨著研究的深入，基于Kaya恒等式分解法中因素之間相互依賴的問題也導(dǎo)致了學(xué)者們出現(xiàn)了不同的結(jié)論[2]。Vaninsky等[5]提出的廣義迪氏指數(shù)分解法（GDIM）將因素分解為絕對值指數(shù)和相對值指數(shù)彌補(bǔ)了因素間相互依賴的不足?？萍紕?chuàng)新是國家發(fā)展的戰(zhàn)略支撐，在能源消費(fèi)與碳排放之間的脫鉤上，節(jié)能減排的技術(shù)進(jìn)步是未來碳減排的重要驅(qū)動(dòng)力。然而，現(xiàn)有分解模型對技術(shù)進(jìn)步因素的考慮存在欠缺[6]。同時(shí)現(xiàn)有文獻(xiàn)大多對驅(qū)動(dòng)因素進(jìn)行分析，對脫鉤關(guān)系的定量分析影響尚未完善，也很少有學(xué)者對特定部門進(jìn)行深入研究，存在研究對象不具體等問題。

在化石能源所引起的一系列環(huán)境問題上，政府逐步推出了能源轉(zhuǎn)型的指導(dǎo)方針，導(dǎo)致對替代能源需求和由此產(chǎn)生的溫室氣體排放量預(yù)測的研究顯著增加。目前，已經(jīng)有一系列的方法被用于預(yù)測能源和碳排放的未來趨勢和制定政策等問題。這些方法可以分為“自上而下”和“自下而上”兩種模型。自上而下的模型更關(guān)注宏觀因素，例如Basanta K等[7]利用可計(jì)算的一般均衡（CGE）模型評估煤炭消耗和新興能源技術(shù)的技術(shù)進(jìn)步，以實(shí)現(xiàn)到2030年印度以非化石燃料為基礎(chǔ)的能源實(shí)現(xiàn)約40%的發(fā)電量。張希良等[8]基于中國—全球能源模型（C-GEM）對能源轉(zhuǎn)型路徑的特征指標(biāo)進(jìn)行了不確定性分析，然而，這些模型不能詳細(xì)解釋特定技術(shù)方面。自下而上模型則可以通過特定的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)參數(shù)對能源的使用、供應(yīng)及轉(zhuǎn)換進(jìn)行建模。例如Tsai等[9]基于綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化模型（MARKAL）模型，模擬臺(tái)灣地區(qū)到2050年的各種減碳目標(biāo)和低碳發(fā)展情景下，采用技術(shù)和稅收措施相結(jié)合的效果。Karen等[10]基于長期能源替代規(guī)劃系統(tǒng)（LEAP）模型對拉丁美洲特大城市的工業(yè)排放進(jìn)行估算以及對擬實(shí)施的方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析。由于LEAP模型在替代預(yù)測、政策設(shè)置以及動(dòng)態(tài)定量方面的優(yōu)勢，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)情景分析和能源流程圖的開發(fā)，已被廣泛應(yīng)用于國家及省市[11，12]的工業(yè)[2]、電力[13]、交通[14]等領(lǐng)域的能源需求和碳排放預(yù)測中。

基于現(xiàn)有文獻(xiàn)，目前研究重點(diǎn)正在從需求側(cè)轉(zhuǎn)為供給側(cè)，從能源利用效率轉(zhuǎn)變?yōu)槟茉唇Y(jié)構(gòu)升級等問題，但基于城市層面的重點(diǎn)行業(yè)研究較少。天津市作為北方重要制造業(yè)中心城市，突出城市制造業(yè)立市特色，制定有針對性的制造業(yè)碳中和路徑規(guī)劃，可以為其他城市提供低碳戰(zhàn)略規(guī)劃經(jīng)驗(yàn)并為京津冀協(xié)同發(fā)展帶來社會(huì)環(huán)境效益。綜上所述，本文以天津市制造業(yè)為研究對象，依據(jù)天津市城市定位及國家標(biāo)準(zhǔn)將制造業(yè)歸類為五個(gè)重點(diǎn)行業(yè)。基于改進(jìn)的GDIM方法與Tapio模型結(jié)合，分析天津市制造業(yè)及細(xì)分行業(yè)的驅(qū)動(dòng)因素及脫鉤關(guān)系，最后基于LEAP模型預(yù)測各細(xì)分行業(yè)的脫鉤情況及減排潛力，明確未來各行業(yè)的具體減排路徑，提出科學(xué)的政策建議。

三、模型構(gòu)建與變量選取

（一）制造業(yè)行業(yè)分類

天津市碳排放達(dá)峰時(shí)間取決于一次能源活動(dòng)的碳排放達(dá)峰，而能源碳排放達(dá)峰又取決于以消耗化石能源為主的制造業(yè)。目前天津市已提出碳達(dá)峰目標(biāo)且力爭提前實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，但各行業(yè)達(dá)峰時(shí)間以及峰值暫時(shí)沒有明確規(guī)劃，因此本文針對天津市制造業(yè)各細(xì)分行業(yè)減排的責(zé)任分配及路徑進(jìn)行研究。

“十三五”期間，天津市以產(chǎn)業(yè)鏈作為核心，調(diào)結(jié)構(gòu)、促轉(zhuǎn)型，制造業(yè)立市的成效開始顯現(xiàn)?！短旖蚴兄圃鞓I(yè)高質(zhì)量發(fā)展“十四五”規(guī)劃》明確提出要堅(jiān)持制造業(yè)立市，全面增強(qiáng)全國先進(jìn)制造研發(fā)基地的核心競爭力，加快構(gòu)建“1+3+4”現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)業(yè)體系①。因此，天津市制造業(yè)分為五個(gè)細(xì)分行業(yè)，分別是高技術(shù)產(chǎn)業(yè)、裝備制造業(yè)、消費(fèi)品加工業(yè)、石油化工業(yè)、鋼鐵冶金業(yè)（見表1）。

表1 天津市制造業(yè)細(xì)分行業(yè)分類明細(xì)

（二）理論模型與變量選取

1.LEAP模型

LEAP模型由斯德哥爾摩環(huán)境研究所開發(fā)，是一種廣泛用于能源政策分析和氣候變化緩解評估開發(fā)的基于情景的綜合建模軟件。對于模型的構(gòu)建，必須考慮到基準(zhǔn)年份和未來年份，能耗和碳排放的預(yù)測則是根據(jù)主要活動(dòng)的增長率確定。本文主要考慮基準(zhǔn)年內(nèi)的生產(chǎn)活動(dòng)、能耗類型以及排放因子，以2020年為基期，以2021—2060年為預(yù)測期，碳減排潛力預(yù)測為情景之間對比，得到不同減排情景下的碳減排潛力。

情景分析法由于可預(yù)測未來能源及碳排放的某些趨勢而得到廣泛應(yīng)用。同時(shí)由于可以反映出新能源的發(fā)展趨勢并與傳統(tǒng)分析形成對比，更有利于以能源結(jié)構(gòu)升級為出發(fā)點(diǎn)的經(jīng)濟(jì)—社會(huì)—環(huán)境的政策制定。因此，本文采用情景分析法對天津市制造業(yè)能源結(jié)構(gòu)及碳排放趨勢進(jìn)行模擬預(yù)測，考察不同情況下能耗情況及碳中和路徑的變化。

基于有關(guān)文獻(xiàn)整理及相關(guān)政策，本文建立四個(gè)情景（基準(zhǔn)、能源效率提升、能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化）以便于選擇各行業(yè)合適的減排路徑。情景設(shè)定中參考了《中國制造2025》（見表 2）。

表2 天津市制造業(yè)未來發(fā)展情景參數(shù)

2.GDIM模型

根據(jù)GDIM模型，構(gòu)建天津市制造業(yè)碳排放及其影響因素表達(dá)式如下：

其中，C代表碳排放；G為工業(yè)增加值，代表產(chǎn)出規(guī)模；E代表能源消耗規(guī)模；RD代表創(chuàng)新投入規(guī)模。EC=C/E表示能源消費(fèi)碳強(qiáng)度，CG=C/G表示產(chǎn)出碳強(qiáng)度，CR=C/RD表示創(chuàng)新碳強(qiáng)度，EG=E/G表示能源強(qiáng)度，GR=G/RD表示創(chuàng)新投入效率。將上式進(jìn)行轉(zhuǎn)換為式4—8：

函數(shù)C（X）表示因子X對碳排放影響程度，由此建立雅可比矩陣，由上式中的影響因素組成：

在碳排放的基礎(chǔ)上，碳排放差可表示為各因素貢獻(xiàn)之和：

3.Tapio脫鉤模型

工業(yè)化時(shí)期，天津的經(jīng)濟(jì)發(fā)展以消耗大量能源為代價(jià)，經(jīng)濟(jì)增長與能耗增加掛鉤，而能耗增加又與碳排放量增加掛鉤，對比發(fā)達(dá)國家后工業(yè)化城市，天津經(jīng)濟(jì)增長仍與能源掛鉤。盡快實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與能耗、碳排放脫鉤，是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。Tapio模型已被廣泛應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)與能耗之間的脫鉤關(guān)系，將彈性概念引入脫鉤研究，提供一個(gè)合理的脫鉤狀態(tài)。本文借助Tapio模型將天津市制造業(yè)各細(xì)分行業(yè)之間的經(jīng)濟(jì)、能耗與碳排放的脫鉤指數(shù)進(jìn)行計(jì)算，公式如下：

式中：ΔCi表示第i年碳排放量與基準(zhǔn)年的差值，ΔEi表示第i年能耗量與基準(zhǔn)年的差值，ΔGi表示第i年工業(yè)增加值與基準(zhǔn)年的差值。脫鉤狀態(tài)可劃分為弱脫鉤等八種類型（見表 3）。

表3 Tapio脫鉤指數(shù)狀態(tài)及范圍

（三）數(shù)據(jù)來源

為計(jì)算天津市制造業(yè)整體及各細(xì)分行業(yè)的碳排放量，本文采用各行業(yè)終端能源消費(fèi)量來計(jì)算碳排放量。各化石能源折標(biāo)系數(shù)及碳排放因子均使用《IPCC國家溫室氣體清單指南2019》，碳排放因子根據(jù)天津市實(shí)際消耗能源種類計(jì)算，電力排放因子取自不同年份華北電網(wǎng)平均排放因子。其他數(shù)據(jù)均來自《天津統(tǒng)計(jì)年鑒》《中國統(tǒng)計(jì)年鑒》《中國能源統(tǒng)計(jì)年鑒》及《中國工業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒》。

四、實(shí)證分析

（一）天津市制造業(yè)碳排放特征

2020年天津市制造業(yè)碳排放主要集中在鋼鐵冶煉和石油化工行業(yè)，能源消耗主要依靠煤炭和焦炭，占比分別為16%和35%。天津市制造業(yè)2010—2020年碳排放總量增長-438萬噸，增長率為-5%。2016年前后產(chǎn)生了明顯縮量，究其原因可能是天津市經(jīng)濟(jì)擠水分以及藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)計(jì)劃，關(guān)停高耗能、重污染企業(yè)使環(huán)境得到保護(hù)（見圖1）。

圖1 天津市制造業(yè)碳排放總量與強(qiáng)度

在細(xì)分的五個(gè)行業(yè)中，10年間只有裝備制造業(yè)和鋼鐵冶金業(yè)碳排放量正向增長，能耗方面高技術(shù)產(chǎn)業(yè)呈倍數(shù)增長，但碳排放量卻呈下降狀態(tài)，說明高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的能源結(jié)構(gòu)在逐漸優(yōu)化（見圖2）。隨著天津市大力發(fā)展制造業(yè)的政策出臺(tái)，各產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對各種原材料的需求不斷上升，特別是天津市傳統(tǒng)優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)化工、鋼鐵等，根據(jù)原材料耗能不納入能源消費(fèi)的相關(guān)政策，一部分碳排放會(huì)減少，這為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)長遠(yuǎn)發(fā)展增加一定的空間。

圖2 天津市制造業(yè)細(xì)分行業(yè)碳排放量

（二）天津市制造業(yè)碳排放累計(jì)貢獻(xiàn)分解結(jié)果分析

從天津市整體制造業(yè)看，2010—2020年期間，科技創(chuàng)新規(guī)模是影響制造業(yè)碳排放的主要因素，碳排放貢獻(xiàn)度最高，將近產(chǎn)出規(guī)模的一倍。由圖3可知，這三個(gè)絕對量因素導(dǎo)致了碳排放量的增加，尤其是在2010—2015年期間，這表明科技創(chuàng)新碳強(qiáng)度是抑制碳排放的主要因素。

圖3 制造業(yè)碳排放累計(jì)貢獻(xiàn)

圖4—8顯示了天津市制造業(yè)五個(gè)細(xì)分行業(yè)的碳排放變化及其累計(jì)貢獻(xiàn)度分解。由圖可知，在碳排放各種分解因素的綜合作用下，科技創(chuàng)新投入規(guī)模累計(jì)貢獻(xiàn)最高。從各細(xì)分行業(yè)累計(jì)碳排放貢獻(xiàn)圖可得出，創(chuàng)新投入規(guī)模是首要因素，除了裝備制造業(yè)的能耗規(guī)模排放貢獻(xiàn)在第二位，其余行業(yè)碳排放貢獻(xiàn)均是產(chǎn)出規(guī)模在能耗規(guī)模之上。

圖4 高技術(shù)產(chǎn)業(yè)碳排放累計(jì)貢獻(xiàn)

圖5 裝備制造業(yè)碳排放累計(jì)貢獻(xiàn)

圖6 消費(fèi)品加工業(yè)碳排放累計(jì)貢獻(xiàn)

圖7 石油化工業(yè)碳排放累計(jì)貢獻(xiàn)

圖8 鋼鐵冶金業(yè)碳排放累計(jì)貢獻(xiàn)

在細(xì)分行業(yè)碳排放分解的相對因素中，導(dǎo)致碳排放下降的主要因素是創(chuàng)新投入強(qiáng)度、產(chǎn)出強(qiáng)度以及創(chuàng)新投入效率。在2010—2020年期間，創(chuàng)新投入碳強(qiáng)度在制造業(yè)減排方面發(fā)揮了穩(wěn)定的作用。具體而言，創(chuàng)新投入碳強(qiáng)度在石油化工業(yè)的減排作用相對其他行業(yè)更為突出，鋼鐵冶金業(yè)在近五年沒有達(dá)到減排作用，是因?yàn)槠髽I(yè)為實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰將科研資金用于加速擴(kuò)充產(chǎn)能而導(dǎo)致的。2010—2015年期間，裝備制造業(yè)碳排放增幅最為顯著，科技創(chuàng)新投入碳強(qiáng)度和能耗碳強(qiáng)度是抑制碳排放的主要因素。能耗強(qiáng)度對各行業(yè)碳減排影響較弱。究其原因，是制造業(yè)消耗能源結(jié)構(gòu)依賴化石能源、清潔能源占比較低，能源結(jié)構(gòu)沒有得到有效改善，導(dǎo)致其效應(yīng)較弱。

2016—2020年期間，石油化工業(yè)減排最明顯。與2010—2015年間相比，高技術(shù)產(chǎn)業(yè)和石油化工業(yè)的能源結(jié)構(gòu)效應(yīng)和能源強(qiáng)度效應(yīng)對碳減排作用分別上升了，表明技術(shù)進(jìn)步帶來的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和能源結(jié)構(gòu)調(diào)整起到顯著作用。在此期間，各項(xiàng)政策的出臺(tái)以及重點(diǎn)行業(yè)耗能技術(shù)的改進(jìn)使得碳排放增速下降。

相比之下，“十三五”期間，天津正處于工業(yè)化后期，針對高排放行業(yè)的城區(qū)采取多種措施和政策促進(jìn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型減少碳排放，導(dǎo)致碳排放增長急劇下降，可以得出在2010—2020年間，絕對因素是導(dǎo)致碳排放增加的主要因素。不同時(shí)期的碳排放增長率導(dǎo)致高技術(shù)產(chǎn)業(yè)和鋼鐵冶金業(yè)與其他行業(yè)要制定的減排路徑不盡相同?？傮w而言，科技創(chuàng)新投入碳強(qiáng)度和能源消耗碳強(qiáng)度的抑制作用不斷增強(qiáng)，導(dǎo)致高技術(shù)產(chǎn)業(yè)和消費(fèi)品加工業(yè)碳排放呈下降趨勢，但能耗強(qiáng)度的抑制作用仍然不足，尤其是在石油化工業(yè)。因此，科技創(chuàng)新應(yīng)用于能源利用技術(shù)以及提升能耗強(qiáng)度的抑制作用是促進(jìn)天津市制造業(yè)低碳減排的重要路徑。

（三）天津市制造業(yè)能源消費(fèi)與碳排放脫鉤分析

2010—2015年間，天津市制造業(yè)碳排放與經(jīng)濟(jì)之間總體表現(xiàn)為弱脫鉤，其中2011—2013年為弱脫鉤，2014—2015年為強(qiáng)脫鉤，在經(jīng)歷了短期的強(qiáng)脫鉤后，2016年轉(zhuǎn)變?yōu)樗ネ诵悦撱^，2017—2020年天津市制造業(yè)在脫鉤與負(fù)脫鉤之間轉(zhuǎn)變，2015—2020年制造業(yè)總體表現(xiàn)為弱負(fù)脫鉤，說明天津市制造業(yè)經(jīng)濟(jì)減速小于碳排放減速（見表4）。

表4 天津市制造業(yè)脫鉤狀態(tài)

制造業(yè)細(xì)分行業(yè)中，碳排放與除高技術(shù)產(chǎn)業(yè)外的行業(yè)在2010—2015年均表現(xiàn)為弱脫鉤，2016—2020年，除裝備制造業(yè)外，其余四個(gè)細(xì)分行業(yè)均為負(fù)脫鉤，其中高技術(shù)產(chǎn)業(yè)、消費(fèi)品加工業(yè)和鋼鐵冶金業(yè)為弱負(fù)脫鉤，而石油化工業(yè)為強(qiáng)負(fù)脫鉤。2010—2020年天津市制造業(yè)能源與經(jīng)濟(jì)脫鉤狀態(tài)和碳排放與經(jīng)濟(jì)脫鉤狀態(tài)類似，只有2010—2015年裝備制造業(yè)不同，具體表現(xiàn)為擴(kuò)張性負(fù)脫鉤，碳排放增速大于經(jīng)濟(jì)增速。

表5 天津市制造業(yè)細(xì)分行業(yè)碳排放與能源脫鉤狀態(tài)

從碳排放與能源脫鉤狀態(tài)來看，細(xì)分行業(yè)均處于脫鉤指數(shù)上升趨勢，即隨著能耗增加，碳排放也隨之增加，甚至個(gè)別年份碳排放增長速度快于能耗增長速度。2010—2015年中高技術(shù)產(chǎn)業(yè)表現(xiàn)為弱脫鉤，其他行業(yè)則表現(xiàn)為衰弱性脫鉤。2016—2020年天津制造業(yè)總體呈現(xiàn)弱負(fù)脫鉤，細(xì)分行業(yè)中高技術(shù)產(chǎn)業(yè)仍表現(xiàn)為弱脫鉤，裝備制造業(yè)和消費(fèi)品加工業(yè)均由衰弱性脫鉤轉(zhuǎn)變?yōu)樗ネ诵赃B接，以上兩個(gè)子行業(yè)脫鉤指數(shù)分別為0.97和1.04，可見其能源消耗量變化率與碳排放量變化率相差無幾，石油化工業(yè)和鋼鐵冶金業(yè)碳排放則處于平臺(tái)期，但仍有一定的提升空間。總體而言，過去十年間除高技術(shù)產(chǎn)業(yè)處于弱脫鉤以及鋼鐵冶金業(yè)屬于衰退性連接外，其余子行業(yè)均處于衰弱性脫鉤狀態(tài)，未來應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)對鋼鐵冶金業(yè)的能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化和減排技術(shù)創(chuàng)新。

圖9 2010—2020年天津市制造業(yè)細(xì)分行業(yè)脫鉤指數(shù)

未來十年來，天津市清潔能源的發(fā)展將是制造業(yè)碳減排具有較大潛力的路徑。根據(jù)制造業(yè)碳排放因素分解結(jié)果，能耗強(qiáng)度以及能源消費(fèi)碳強(qiáng)度對制造業(yè)減排貢獻(xiàn)較小，主要還是因?yàn)榛茉聪M(fèi)占主導(dǎo)地位。未來的減排路徑中，除了創(chuàng)新投入要應(yīng)用于能源效率提升等技術(shù)外，安全可靠的清潔能源的替代方案也具有較大的減排潛力。由于能源排放系數(shù)相對穩(wěn)定，除電力排放因子因發(fā)電技術(shù)原因存在一定變化外，其余各類能源排放因子幾乎不會(huì)產(chǎn)生較大變動(dòng)。考慮到不同能源單位熱值含碳量不同，在產(chǎn)生同等熱量的情況下，煤炭燃燒排放的二氧化碳比其他能源更多。因此，對于天津市制造業(yè)而言，要實(shí)現(xiàn)碳排放與能源消耗強(qiáng)脫鉤，應(yīng)以提升能效、能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及產(chǎn)業(yè)升級等手段作為政策設(shè)計(jì)導(dǎo)向。通過引進(jìn)技術(shù)促使能源利用效率提高，增加天然氣等清潔能源的比重，逐步優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)以及引導(dǎo)企業(yè)綠色轉(zhuǎn)型并積極引入高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。

（四）碳排放預(yù)測及脫鉤情況分析

區(qū)域生產(chǎn)生活方式直接決定能源需求總量和結(jié)構(gòu)。根據(jù)對碳排放驅(qū)動(dòng)因素進(jìn)行分解，能源結(jié)構(gòu)、能源強(qiáng)度、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、科技創(chuàng)新都對制造業(yè)碳排放產(chǎn)生影響。對以天津市制造業(yè)能耗總量、工業(yè)增加值以及科技創(chuàng)新為驅(qū)動(dòng)因素，對天津市制造業(yè)碳排放進(jìn)行預(yù)測。在基準(zhǔn)情景下設(shè)置能效提升情景、能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化情景以及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級情景進(jìn)行對比，探尋天津市制造業(yè)細(xì)分行業(yè)合理的減排路徑，實(shí)現(xiàn)制造業(yè)的能耗與碳排放脫鉤。

在基準(zhǔn)情景下，能耗量及碳排放量增長較快，預(yù)計(jì)2036年達(dá)到10.12億噸，進(jìn)入達(dá)峰狀態(tài)。在提升用能效率（EFF）情境下，采用更新生產(chǎn)設(shè)備將單位國內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP），能耗降低的方法，預(yù)計(jì)2030年碳排放量達(dá)到7.5億噸，較基準(zhǔn)情景降幅14%。在能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化（ENE）和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級（IND）情境下，2030年總排放量分別為7.8億噸和7.1億噸，較基準(zhǔn)情景下降率為11%和18%（見圖10）。

圖10 天津市制造業(yè)碳排放預(yù)測

根據(jù)四種情景預(yù)測，天津市制造業(yè)能耗在2030年前都在穩(wěn)步上升，其中基準(zhǔn)情景增速最快，預(yù)計(jì)能源消費(fèi)量將從2020年的2168萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤提高到2030年的2776萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤。相比于基準(zhǔn)情景，2050年EFF、ENE和IND能源消費(fèi)分別下降33%、8%和32%。除基準(zhǔn)情景外，其他情景能耗均穩(wěn)定上升到2030年。能效提升和產(chǎn)業(yè)升級均能更好地實(shí)現(xiàn)天津市制造業(yè)穩(wěn)步降低能源消費(fèi)量，具有更大的減緩潛力和更低的節(jié)能成本。

圖12 EFF情景碳排放預(yù)測

圖13 ENE情景碳排放預(yù)測

圖14 IND情景碳排放預(yù)測

圖11 —14可看出，四種情境下各細(xì)分行業(yè)均出現(xiàn)先增后降的排放趨勢，且基本有明顯拐點(diǎn)。相比于基準(zhǔn)情景，其他三種情景對各細(xì)分行業(yè)碳減排更具顯著作用，但三種情景對各細(xì)分行業(yè)的碳達(dá)峰時(shí)間也存在差異。高技術(shù)產(chǎn)業(yè)在能效優(yōu)化情景于2023年達(dá)峰，且已經(jīng)具備下降趨勢。裝備制造業(yè)和消費(fèi)品加工業(yè)除在基準(zhǔn)情景中以外，均于2025年前達(dá)峰。石油化工業(yè)和鋼鐵冶金業(yè)在能效提升情景中減排最快，可于2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰?；鶞?zhǔn)情景在現(xiàn)有政策下不能支撐天津市制造業(yè)實(shí)現(xiàn)達(dá)峰目標(biāo)，在能效優(yōu)化情景中，通過科技創(chuàng)新手段，促使排放大戶鋼鐵冶金業(yè)減排效果顯著，制造業(yè)整體可于2025年達(dá)峰。在能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級情景中，裝備制造業(yè)具有更大的減排潛力，其余行業(yè)減排曲線相差較為平緩。結(jié)合驅(qū)動(dòng)因素和情景，采用LEAP模型預(yù)測未來能耗和碳排放，計(jì)算脫鉤狀態(tài)（見表6）。

圖11 基準(zhǔn)情景碳排放預(yù)測

表6 天津市制造業(yè)細(xì)分行業(yè)不同情景脫鉤狀態(tài)預(yù)測

在基準(zhǔn)情景下，能耗強(qiáng)度調(diào)整緩慢，預(yù)計(jì)2030年制造業(yè)總體排放8.8億噸，不能實(shí)現(xiàn)達(dá)峰目標(biāo)。在能效提升情境下，單位工業(yè)增加值能耗大幅降低，2023年開始進(jìn)入平臺(tái)期，在無重大技術(shù)突破前提下，2025年碳排放總量開始緩慢下降。能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級情景分別于2026年和2024年進(jìn)入平臺(tái)期。

在基準(zhǔn)情境下，除鋼鐵冶金業(yè)整體表現(xiàn)為衰弱性脫鉤外，其余細(xì)分行業(yè)均為弱脫鉤。但2030年前裝備制造業(yè)和消費(fèi)品加工業(yè)還處于衰退性連接狀態(tài)。在能效提升情景下，石油化工和鋼鐵冶金業(yè)為弱脫鉤，其他行業(yè)均達(dá)到強(qiáng)脫鉤狀態(tài)，且高技術(shù)產(chǎn)業(yè)和裝備制造業(yè)2035年左右就已達(dá)到強(qiáng)脫鉤狀態(tài)。在能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化情境下，所有行業(yè)均達(dá)到強(qiáng)脫鉤狀態(tài)。在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化情境下，石油化工業(yè)和鋼鐵冶金業(yè)沒有達(dá)到強(qiáng)脫鉤狀態(tài)。預(yù)計(jì)2040年后，天津市制造業(yè)整體碳排放和能源脫鉤效應(yīng)明顯，源于顯著的能效提升和能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化效果，使碳排放得到有效控制。

五、結(jié)論及建議

實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰目標(biāo)是天津市制造業(yè)實(shí)現(xiàn)碳中和的必要前提，峰值越小，越能提前實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)。相比于中國2030年碳達(dá)峰的目標(biāo)，天津市應(yīng)力爭提前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰目標(biāo)，為全國制造業(yè)城市提供可資借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

（一）結(jié)論

基于此，從天津市制造業(yè)角度進(jìn)行分析，充分考慮到不同細(xì)分行業(yè)之間的異質(zhì)性，對碳排放驅(qū)動(dòng)因素進(jìn)行擴(kuò)展分解，設(shè)置四個(gè)情景對能耗及碳排放作出預(yù)測，通過預(yù)測結(jié)果對不同行業(yè)間能耗與碳排放脫鉤問題深入分析，為天津市制造業(yè)實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)提供方案，得出如下結(jié)論：

1.基于天津市制造業(yè)碳排放驅(qū)動(dòng)因素分解結(jié)果，創(chuàng)新投入規(guī)模和產(chǎn)出規(guī)模是制造業(yè)及細(xì)分行業(yè)碳排放增加的主要因素。創(chuàng)新投入碳強(qiáng)度和產(chǎn)出碳強(qiáng)度是決定碳排放下降的主要因素。創(chuàng)新投入效率對制造業(yè)碳排放具有促降作用，能源消費(fèi)碳強(qiáng)度等因素促降作用較小。通過對減排主要因素進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)，如果創(chuàng)新投入帶動(dòng)了產(chǎn)出規(guī)模提升而沒有改變能源利用效率，勢必會(huì)導(dǎo)致碳排放增長，且與能耗沒有脫鉤趨勢。因此，目前科技投入用途以及能源替代方案對天津市制造業(yè)具有較大的減排潛力。

2.除基準(zhǔn)情景外，天津市制造業(yè)均能于2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，其中以科技創(chuàng)新為重點(diǎn)驅(qū)動(dòng)力的能效提升情景最先達(dá)到峰值，裝備制造業(yè)在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級情景中減排最多，其余行業(yè)均在能效提升情景具有較大減排潛力。在碳排放與能耗脫鉤的預(yù)測中，EFF情景和ENE情景促使三個(gè)行業(yè)達(dá)到強(qiáng)脫鉤狀態(tài)，IND情景讓兩個(gè)行業(yè)達(dá)到強(qiáng)脫鉤狀態(tài)。整體上看，天津市制造業(yè)在安全清潔新能源大量替代的前提下實(shí)現(xiàn)碳排放與能源脫鉤，以科技創(chuàng)新為驅(qū)動(dòng)，提升能效的路徑將成為制造業(yè)未來綠色轉(zhuǎn)型的主要途徑。

3.不同時(shí)期制造業(yè)與細(xì)分行業(yè)的脫鉤狀態(tài)存在不同程度的差異。天津市制造業(yè)近十年能耗與碳排放脫鉤指數(shù)呈上升狀態(tài)，屬于衰弱性連接狀態(tài)，但經(jīng)濟(jì)與能耗、碳排放脫鉤狀態(tài)有較好的發(fā)展趨勢。從五個(gè)細(xì)分行業(yè)在2015—2020年間碳排放與能耗脫鉤狀態(tài)表現(xiàn)來看，近十年間只有高技術(shù)產(chǎn)業(yè)達(dá)到弱脫鉤狀態(tài)，應(yīng)加強(qiáng)裝備制造業(yè)和消費(fèi)品加工業(yè)的創(chuàng)新投入，推動(dòng)能源技術(shù)變革。

（二）建議

綜合以上研究，促進(jìn)制造業(yè)及細(xì)分行業(yè)的節(jié)能減排和綠色發(fā)展，應(yīng)在如下三方面下功夫。

1.科技創(chuàng)新碳強(qiáng)度是推動(dòng)天津市制造業(yè)碳減排的主要因素。政府可將減排效果作為考核指標(biāo)實(shí)施差別稅收，倒逼石化、鋼鐵等行業(yè)優(yōu)化產(chǎn)能；大力研發(fā)回收利用技術(shù)，減少生產(chǎn)端投入，提升回收利用能效；確?？蒲匈Y金用于節(jié)能減排技術(shù)，而非單純擴(kuò)大產(chǎn)能；構(gòu)建“雙循環(huán)”新發(fā)展機(jī)遇，以供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革為主線，鼓勵(lì)天津市制造業(yè)企業(yè)加強(qiáng)技術(shù)攻關(guān)，加大綠色貸款支持力度，通過創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)制造業(yè)企業(yè)價(jià)值鏈向高端邁進(jìn)，對清潔技術(shù)研發(fā)使用企業(yè)給予大力度稅收優(yōu)惠。在提升能效、能源技術(shù)利用的同時(shí)，促進(jìn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化、智能化、低碳化轉(zhuǎn)型，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)碳排放與能源脫鉤。

2.高技術(shù)產(chǎn)業(yè)、裝備制造業(yè)和消費(fèi)品加工業(yè)應(yīng)加強(qiáng)能源效率的提升。政府應(yīng)出臺(tái)適合產(chǎn)業(yè)層面的新政策措施，大力推動(dòng)高耗能領(lǐng)域的低碳技術(shù)創(chuàng)新，如設(shè)立重點(diǎn)企業(yè)檔案，利用綠色轉(zhuǎn)型基金助力企業(yè)技術(shù)研發(fā)，引導(dǎo)企業(yè)應(yīng)用零碳能源技術(shù)和零碳工藝，以天津自貿(mào)區(qū)和經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)為重點(diǎn)，在原有優(yōu)勢的基礎(chǔ)上增加新的比較優(yōu)勢。推動(dòng)節(jié)能管理源頭化，嚴(yán)格落實(shí)固定資產(chǎn)投資項(xiàng)目節(jié)能審查制度。同時(shí)研究示范可靠的化石能源替代方案，引導(dǎo)企業(yè)提升碳生產(chǎn)率，加大能源脫碳化步伐。探索建立跨部門聯(lián)動(dòng)機(jī)制，綜合運(yùn)用行政處罰、信用監(jiān)管、綠色電價(jià)等手段，增強(qiáng)節(jié)能監(jiān)察約束力，引導(dǎo)企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)零碳化以及消費(fèi)者觀念低碳化。在提升企業(yè)工藝能效的同時(shí)，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)探索可再生能源轉(zhuǎn)型路徑，尋求碳捕獲利用與封存（CCUS）技術(shù)部署合作，加快實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)的技術(shù)支撐。

3.石化及鋼鐵產(chǎn)業(yè)通過產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移和產(chǎn)能置換，在能源變革基礎(chǔ)上逐步淘汰多余產(chǎn)能。嚴(yán)格控制煤炭在能耗中的占比，加大清潔能源替代比例，降低高碳原料比例，構(gòu)建清潔能源體系。推動(dòng)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化、智能化、零碳化轉(zhuǎn)型，加大能耗和碳排放監(jiān)測與考核力度，以提升鋼材附加值和回收利用水平，推行鋼鐵短流程技術(shù)，挖掘降碳途徑。遠(yuǎn)期目標(biāo)開展富氫或純氫冶煉技術(shù)應(yīng)用，推動(dòng)石化與鋼鐵融合的高效生產(chǎn)體系。重點(diǎn)控制新增高耗能低水平項(xiàng)目，全面梳理石化、鋼鐵等行業(yè)的企業(yè)碳排放清單管理，能效水平較低的企業(yè)按有關(guān)規(guī)定停工整改，將存量高耗能項(xiàng)目納入在線監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，力爭將重點(diǎn)監(jiān)測企業(yè)能源利用效率提升到標(biāo)桿水平。在制造業(yè)產(chǎn)業(yè)集群展開重點(diǎn)低碳改造，實(shí)施高效循環(huán)的低碳清潔化項(xiàng)目，鼓勵(lì)濱海新區(qū)國家級生態(tài)產(chǎn)業(yè)園發(fā)展，全面提升天津市制造業(yè)綠色高質(zhì)量發(fā)展水平。

注釋：

①智能科技產(chǎn)業(yè)+生物醫(yī)藥、新能源、新材料三大新興產(chǎn)業(yè)+裝備制造、汽車、石油化工、航空航天四大優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)。