隨著全球二氧化碳排放的日益嚴峻,越來越多的學者開始研究在工業(yè)化過程中緩解由資源能源利用帶來的溫室氣體排放問題。FriedlB.,Get-nerM•[7]則通過以奧地利1960~1999年期間的數據為對象,對經濟發(fā)展和二氧化碳之間的關系進行了研究,研究結果確定了國內生產總值和1m3(即N型)二氧化碳排放量之間的關系;在現有研究文獻中,Kaya確定了經濟、社會同溫室氣體排放之間的關系,而后國內眾多的學者均以此為基礎開展研究。王鋒,吳麗華和楊超[8]運用對數平均Divisia指數分解法研究了中國經濟發(fā)展中二氧化碳排放量增長的驅動因素。賈俊松[9]采用遞階偏最小二乘方法,采集了1952~2006年我國大陸區(qū)的社會、經濟、人口及自然環(huán)境等方面共36個指標的數據進行了研究。結果表明:我國碳排放重要的宏觀驅動因素來自于人類生活和生產等活動強度均較大的領域及人口數量與經濟發(fā)展水平,不重要的宏觀驅動因素則來自幾乎無法反映人類活動強度的領域。Angetal[10],Liuetal[11]和陳詩一[6]采用結構分解法(SDA)與對數均值迪式指數分解法研究了碳排放量的度量;國內學者對我國鋼鐵工業(yè)碳排放問題的研究,主要包括鋼鐵工業(yè)的發(fā)展模式和影響因素。何楓[12]等運用數據包絡分析方法選取我國鋼鐵上市公司2005~2008年的數據進行研究,分析了企業(yè)效率提升后對碳排放的影響。鄧杰敏[13]研究了全球24個主要鋼鐵生產國鋼產量與碳排放量統(tǒng)計數據,研究表明:(1)二者間呈現較高的相關性,且相關系數也存在著明顯的差異。(2)發(fā)展中國家目前存在的高排放、高能耗的粗放型生產方式是造成高度碳排放的重要原因。王威威,高知靈和李國翠等[14]研究了鐵鋼比、能源結構、能源效率、鋼產量等造成我國鋼鐵行業(yè)二氧化碳排放總量大的主要原因。張敬,張蕓和張樹深等[15]在詳細分析我國鋼鐵工業(yè)生產工藝流程、二氧化碳產生機理及碳排放影響因素的基礎上,構建了涉及工序能耗、燃料組成、技術特征以及資源效率4個子系統(tǒng)構成的鋼鐵行業(yè)二氧化碳排放影響因素綜合評價指標體系,分析了我國鋼鐵工業(yè)二氧化碳的減排潛力,為管理者制定碳減排措施提供重要的理論依據。

與現有研究文獻相比,本文的創(chuàng)新與研究特色體現在以下幾個方面:(1)對鋼鐵工業(yè)產品和能源剛性需求的考慮。在現有文獻中大多沒有考慮到我國鋼鐵工業(yè)能源和產品需求剛性特征,這兩個因素可以說對我國鋼鐵工業(yè)碳排放和制定減排策略尤為重要。(2)方法創(chuàng)新。本文采用鋼鐵工業(yè)的五大工序的能源消耗和產出數據,根據各種能源的碳排放因子,來計算各工序的碳排放數據,計算結果更為準確。(3)確立了鋼鐵工業(yè)碳排放與其影響因素之間的關系。本文依據日本學者YoichiKaya提出的Kaya[16]恒等式將鋼鐵工業(yè)的碳排放量分解為各因素之和,確立了每一個影響因素與碳排放量之間的關系。

模型和數據

1模型與數據

鋼鐵工業(yè)二氧化碳排放總量的數據來源于二氧化碳信息分析中心和中國能源統(tǒng)計年鑒,其他數據均來源中國鋼鐵統(tǒng)計年鑒、中國統(tǒng)計年鑒以及國泰安數據庫,樣本區(qū)間為1981~2010年,采用的計量分析軟件為Eviews7•0。根據前文的評述,結合日本學者YoichiKaya提出的Kaya恒等式和林伯強、劉希穎的研究將鋼鐵工業(yè)的碳排放分解為4個主要影響要素:CP(工業(yè)增加值碳強度)、EP(能源消耗強度)、GE(能源消耗經濟效益強度)和PE(鋼鐵消耗量),以解釋鋼鐵工業(yè)的經濟活動與碳排放之間的關系。其中,CO代表鋼鐵工業(yè)二氧化碳排放量,EC代表鋼鐵工業(yè)的能源消耗量,GP代表鋼鐵工業(yè)的增加值,PR代表鋼鐵消耗量,CP=CO/GP表示工業(yè)增加值碳強度,EP=EC/PR表示能源消耗強度,GE=GP/EC表示能源消耗經濟效益強度(具體如表1所示)。本文針對我國工業(yè)化的特征,利用協(xié)整方法分析我國鋼鐵工業(yè)碳排放與各個影響因素之間的長期均衡關系。通過建立我國鋼鐵工業(yè)二氧化碳排放量與產業(yè)增加值強度(CP)、能源消耗強度(EP)、能源消耗經濟效益強度(EP)和鋼鐵消耗量(PR)之間的協(xié)整方程來探究這4種因素與鋼鐵工業(yè)二氧化碳排放之間的長期均衡關系:CO=f(CP,EP,GE,PR)(2)其中,本文對二氧化碳排放量的計算做詳細說明,二氧化碳排放量為生產鋼鐵產品過程中的直接排放量和間接排放量之和,在生產鋼鐵過程中燃料消耗直接排放的二氧化碳和工藝過程中排放的二氧化碳稱為直接排放。將因耗外購電力、外購焦炭、進口鋼鐵而導致的二氧化碳排放稱為間接排放。其直接排放的計算方法與參數設定參照林伯強[8]和涂正革[17]的設定方法,燃煤、焦炭和天然氣燃燒的碳排放分別等于其能源消費量、能源轉化率和二氧化碳排放系數三者的乘積之和。

2模型求解

在時間序列的數據研究中,我們會經常遇到本身是非平穩(wěn)的經濟變量。但是,它們的線性組合確有可能是平穩(wěn)序列。這種平穩(wěn)的線性組合被稱為協(xié)整方程,且可被解釋為變量之間的長期穩(wěn)定的均衡關系[18]。對于多個變量之間的協(xié)整關系檢驗通常采用的是Johansen協(xié)整檢驗方法,它是一種以VAR模型為基礎的檢驗回歸系數方法。其P階的VAR模型具體形式如下:Yt=A1Yt-1+A2Yt-2+……+ApYp-1+BXt+εt(4)其中,Yt是k維的非平穩(wěn)的I(1)向量,Xt是d維的確定性的外生變量。(1)在進行協(xié)整檢驗之前,必須對每一個變量進行平穩(wěn)性檢驗,只有在得出序列為平穩(wěn)性序列之后,才能對其進行協(xié)整檢驗分析。本文在綜合考慮前人研究的基礎上采用ADF(AugmentedDickey-Fuller)檢驗和PP(Phillips-Perron)檢驗兩種檢驗方法。通過Eviews7•0得出所有變量均在5%的顯著水平下達到二階平穩(wěn)(結果如表3所示),滿足建立協(xié)整方程的必要條件。(2)本文采用Johansen協(xié)整檢驗方法,依據Eviews7•0的檢驗結果,在5%的水平下,提取一個協(xié)整方程如下(括號內為標準差)如式(5)所示:根據式(5)可以看出,所有變量系數均符合其經濟意義,且在5%的置信水平下通過t統(tǒng)計量檢驗,R2為0•997189說明模型的整體擬合度較高。另外,也可以看出在1981~2010年間,我國鋼鐵工業(yè)的碳排放量與工業(yè)增加值碳強度、能源消耗強度、能源消耗經濟效益強度和鋼鐵消耗量有著穩(wěn)定的均衡關系。并且從影響度的大小來看,對鋼鐵工業(yè)的碳排放影響最為顯著的是工業(yè)增加值碳強度和能源消耗強度,其次為能源經濟效益強度和鋼鐵消耗量。其中,工業(yè)增加值碳強度、能源消耗強度和鋼鐵消耗量每增加1個百分點分別會帶動鋼鐵工業(yè)的碳排放同向變動0•686個百分點、0•251個百分點和0•173個百分點,而能源消耗經濟效益強度增加1百分點會帶動鋼鐵工業(yè)的碳排放反向變動0•242個百分點。可見,未來政策調整的重點應該在于降低鋼鐵工業(yè)增加值碳強度和提高能源消耗經濟效益強度這兩個影響指標。并且根據式(5)降低工業(yè)增加值碳強度能夠為我國鋼鐵工業(yè)碳減排帶來顯著的效果。

鋼鐵工業(yè)碳排放的影響因素分析

1鋼鐵工業(yè)二氧化碳排放量:現狀及原因

我國鋼鐵工業(yè)一直以來作為我國高能耗、高排放產業(yè)之一,其每年的能源消耗量約占我國能源消費總量的15%,占工業(yè)能源消費總量的23%左右,如1981~2010年間其能源消費總量從6496萬噸標煤增長到61982•12萬噸標煤,增長了8•54倍多,年均能源消耗量為1900萬噸左右。相應的隨著能源消耗量的增長,鋼鐵工業(yè)的碳排放也在大幅度的增長。據本文計算顯示,我國鋼鐵工業(yè)二氧化碳排放量從1981年的15915•2萬噸增長到2010年的151856•19萬噸,年均增長率為8•35%。對此,本文認為有以下幾種原因:(1)近幾年以來,我國經濟的高速增長,特別是2003~2005年我國GDP增長率都在10%以上,高速的經濟增長帶動了我國鋼鐵工業(yè)的快速發(fā)展,我國鋼鐵消耗量從2000年的14742•14萬噸增加到2010年的81270•31萬噸,增長了4•51倍。由上文鋼鐵消耗量與碳排放的關系可知,鋼鐵消耗量的增加導致了碳排放的快速增長;(2)我國正處于工業(yè)化發(fā)展的后期和城市化進程中,對鋼鐵產品需求量也逐步的加大。由此同理可知,工業(yè)化和城市化進程中的碳排放量也將逐漸加大;(3)目前我國鋼鐵工業(yè)的生產方式還是粗放型的生產方式,在鋼鐵工業(yè)中還沒有大規(guī)模采用降低二氧化碳的技術。因此,在我國鋼鐵工業(yè)粗放型增長階段中,碳排放必然也呈現快速的增長趨勢。從不同發(fā)展階段來看,1981~1994年我國鋼鐵工業(yè)二氧化碳排放量增長了0•86倍,年均增長率為4•92%;1995~2010年我國鋼鐵工業(yè)二氧化碳排放量增長了4•01倍,年均增長率為11•13%,比1981~1999年階段年均增長率高6•21個百分點。可見,鋼鐵工業(yè)規(guī)模的擴大對鋼鐵工業(yè)碳排放增幅的貢獻逐步增大。從不同工序來看,煉鐵工序是鋼鐵生產中能耗最大的工序,其單位產品能耗約占整個鋼鐵過程的70%。2005年重點鋼鐵企業(yè)中煉鐵工序單位產品的碳排放量為936•81千克/噸,分別是焦化工序和燒結工序的3•16倍和7•07倍。2009年隨著對節(jié)能減排的重視,重點鋼鐵企業(yè)煉鐵工序的單位產品碳排放量有所下降為830•78千克/噸,分別是焦化工序和燒結工序的3•52倍和7•39倍。但從不同工序來說,煉鐵工序碳排放分別與焦化工序碳排放、燒結工序碳排放相比有所提高。

2工業(yè)增加值碳強度與碳排放

(1)按照1978年價格計算,我國鋼鐵工業(yè)增加值從1981年的91•07億元,增長到2010年的3068•16億元,年均增長率為14•91%。根據涂正革[17]的研究,在其他條件不變的情況下,因產業(yè)增加值的逐年擴大導致其碳排放量的增加稱為碳排放的理論增長規(guī)模。1981~2010年我國鋼鐵工業(yè)增加值的年均增長率約為15%,相應地,鋼鐵工業(yè)碳排放的年均增長率理論上應該為10•29%。這也就是說,如果不考慮其他因素,按照目前我國鋼鐵工業(yè)增加值的增長速度,其碳排放量理論上年均增長速度為10•29%。(2)分階段來看,1981~1994年我國鋼鐵工業(yè)增加值年均增長率為13•9%,理論上帶動二氧化碳年均增量為1517•58萬噸;1995~2010年間我國鋼鐵工業(yè)增加值的年均增長率為15•72%,理論上帶動我國鋼鐵工業(yè)二氧化碳排放年均增長量為1715•64萬噸,比1981~1994年間的年均增長量多了198•06萬噸。可見,鋼鐵工業(yè)增加值的擴大對其碳排放量增幅的貢獻逐步增大。但是,根據我國鋼鐵工業(yè)的實際發(fā)展現狀,目前我國鋼鐵工業(yè)的過剩產能將超過2億噸,按照每噸鋼材產能投資5000元計算,中國鋼鐵工業(yè)的投資浪費已達1萬億元之多,特別是近幾年我國鋼鐵工業(yè)的噸鋼利潤只有同期國外企業(yè)的1/3~1/5[19]。因此,未來從降低我國鋼鐵工業(yè)增加值這一途徑來降低其碳減排的空間和潛力不大。但是,若在維持我國鋼鐵工業(yè)增加值增長率的前提下降低其碳排放量(如提高技術水平),仍有較大的潛力。

3能源消耗強度、能源消耗經濟效益強度與減排能力

能源消耗強度和能源消耗經濟效益強度利用的高低反映能源利用效率水平,能源消耗強度的降低和能源消耗經濟效益強度的提升代表著我國鋼鐵工業(yè)技術水平的提高。我國鋼鐵工業(yè)能源消耗強度和能源消耗經濟效益強度分別從1981年的2•16噸標煤和140•19元下降和上升到2010年的0•76噸標煤和495•01元,下降了和上升了64•81%、253•1%。而鋼鐵工業(yè)能源消耗強度的下降和能源消耗經濟效益強度的提升與我國鋼鐵工業(yè)節(jié)能減排技術的推廣應用密不可分。因此,節(jié)能減排技術的提高是我國鋼鐵工業(yè)能源消耗強度下降和能源消耗經濟效益強度提升的主要影響因素。我國鋼鐵工業(yè)能源消耗強度和能源消耗經濟效益強度自1981~2010年有了較大幅度的下降和提升,1981年分別為2•16噸標煤和140•19元,2010年分別下降和上升為0•76噸標煤和495•01元,年均下降率和上升率分別為3•1%和5•83%。根據式(5)理論上能源消耗強度和能源消耗經濟效益強度的下降導致碳排放的年均下降率分別為0•53%和1•41%。分階段分析,1981~1994年間,我國鋼鐵工業(yè)能源消耗強度和能源消耗經濟效益強度年均下降率和上升率分別為4•26%和8•44%,而能源消耗強度下降和能源消耗經濟效益強度上升導致碳排放的年均下降率分別為0•73%和2•04%。1995~2010年我國鋼鐵工業(yè)能源消耗強度和能源消耗經濟效益強度年均下降率和上升率分別為2•15%和3•71%,從而導致鋼鐵工業(yè)碳排放年均下降率分別為0•37%和0•89%。而在我國鋼鐵工業(yè)碳排放下降的拉動因素中,節(jié)能減排技術拉動占居著重要因素,如:近幾年來,我國鋼鐵工業(yè)采用的轉爐負能煉鋼技術可使噸鋼產品節(jié)能23•6kg標煤,減少煙塵排放量10mg/m3;電爐優(yōu)化供電技術可節(jié)約用電10~30千瓦時/噸,電爐煉鋼生產效率提高5%左右。按照目前我國所處的經濟發(fā)展階段,能源消耗強度不可能無限的下降。根據涂正革的研究,我國目前的能源消耗強度仍然處于一個很高的水平。2006年中國單位GDP能耗為世界平均水平的3倍,巴西的3倍,美國的4•5倍,日本的9倍,在全球30個主要國家和地區(qū)的排名中倒數第4。因此,提高技術水平降低能源消耗強度,作為我國鋼鐵工業(yè)實現低碳排放的主要途徑,仍有較大的空間。

4鋼材消耗量與減排空間

鋼鐵工業(yè)是我國國民經濟發(fā)展的重要產業(yè)。改革開放以來,我國經濟高速發(fā)展,經濟規(guī)模迅猛擴大,帶動著我國消費結構的升級和基礎設施投資的加大以及城市化進程的加快,這也是我國工業(yè)化發(fā)展的必經階段,也是我國工業(yè)化和城市化的快速發(fā)展時期。因此,這段時期對我國鋼材產量的需求也呈現快速的增長態(tài)勢,據有關資料統(tǒng)計,1981~2010年由于我國工業(yè)化和城市化所帶動的鋼材消耗量增長了26•07倍,并導致二氧化碳排放增長了33985•25萬噸。分階段來看,1981~1994年間我國鋼材消耗量年均增長率為11•08%,帶動碳排放的年均增長率為2•77%;1995~2010年我國鋼材消耗量年均增長率為13•82%,帶動碳排放年均增長率為3•46%。然而,根據我國目前的經濟發(fā)展概況,吳文東[20]利用組合模型對我國鋼材需求量的結果進行了預測,結果表明我國鋼材需求量在2020年將達到6•6億噸左右,并在5~10年內將保持這一水平。何維達[21]也預測了我國鋼鐵工業(yè)未來3年的國內市場需求增長率分別為38•96%,40•82%和45•32%。這主要是因為國內需求的拉動、國內制造業(yè)和建筑業(yè)的迅速發(fā)展、機電產業(yè)以及房地產業(yè)、交通運輸業(yè)等等都為我國鋼材需求量提供了廣闊的市場。因此,未來我國鋼材消耗量也必將隨之增長。可見,未來提高我國鋼材生產的技術水平,降低鋼材消耗強度,是當前我國鋼鐵工業(yè)碳減排的重要任務。

主要結論與政策含義

1主要結論

通過以上分析,可以得到幾個基本結論:(1)我國國民經濟已經進入工業(yè)化的快速發(fā)展階段,城市化、房地產等產業(yè)的快速發(fā)展,拉動鋼材消耗迅猛增長,而隨之的能源消耗需求也與日俱增,碳排放量迅猛增長,這是我國面臨的巨大的挑戰(zhàn)之一;(2)我國公布了到2020年單位國內生產總值二氧化碳排放比2005年下降40%~45%的減排目標,這一目標對鋼鐵企業(yè)乃至整個鋼鐵工業(yè)將產生巨大且深遠的影響,這是我國面臨的巨大挑戰(zhàn)之二。以此為背景,本文通過考察1981~2010年我國鋼鐵工業(yè)碳排放的趨勢和特征,采用Jo-hansen協(xié)整檢驗方法研究了二氧化碳排放量和工業(yè)增加值碳強度、能源消耗強度、能源消耗經濟效益強度和鋼鐵消耗量4個主要影響因素之間的關系。結果表明:從影響度的大小來看,對鋼鐵工業(yè)的碳排放影響最為顯著的是工業(yè)增加值碳強度和能源消耗強度,其次為能源經濟效益強度和鋼鐵消耗量。其中,工業(yè)增加值碳強度、能源消耗強度和鋼鐵消耗量每增加1個百分點分別會帶動鋼鐵工業(yè)的碳排放同向變動0•686個百分點、0•251個百分點和0•173個百分點,而能源消耗經濟效益強度增加1百分點會帶動鋼鐵工業(yè)的碳排放反向變動0•242個百分點。

2政策建議

(1)適度降低我國鋼鐵工業(yè)的增長速度,轉變其增長方式,是我國鋼鐵工業(yè)碳減排的重大戰(zhàn)略選擇。根據前文的研究,可以說我國鋼鐵工業(yè)高速增長是碳排放量增長的最大影響因素。1981~2010年我國鋼鐵工業(yè)的增長規(guī)模為2977•09億元,導致鋼鐵工業(yè)碳排放理論上增長37•28億噸。平均而言,鋼鐵工業(yè)增加值每增長一個百分點,碳排放量增長25•58萬噸。因此,在保證我國鋼鐵工業(yè)增加值增長的前提下,適度的縮小其發(fā)展規(guī)模,實現粗放型的增長方式向技術推動型方式的轉變是降低其碳排放的首要戰(zhàn)略選擇。

(2)開發(fā)清潔能源技術,增加清潔能源的比例結構,是減少我國鋼鐵工業(yè)碳排放的重要途徑。目前,我國鋼鐵工業(yè)以煤為主的能源消費結構導致能源消耗碳強度一直居高不下是我國鋼鐵工業(yè)碳減排的主要障礙。1981~2010年我國鋼鐵工業(yè)的平均能源消耗強度為1•25,這也就是說我國鋼鐵工業(yè)能源消耗1噸標煤,釋放出的二氧化碳為1•25噸。總體來看,我國鋼鐵能源消耗強度呈現下降趨勢,但是相對于大量的碳排量來說能源消耗強度的下降所帶動的碳排放下降量非常的微弱。與此同時,我們也應該看到鋼鐵工業(yè)能源消耗強度的下降主要是依靠鋼鐵工業(yè)能源消耗結構調整的結果。

(3)通過技術創(chuàng)新或引進國外先進的節(jié)能技術,提高能源消耗經濟效益強度,是我國鋼鐵工業(yè)減少碳排放的重要渠道,也是我國鋼鐵工業(yè)碳減排的核心動力。

改革開放以來,我國鋼鐵工業(yè)通過技術創(chuàng)新推動鋼鐵工業(yè)能源消耗經濟效益強度的大幅度提高。以1978年的價格為不變價格進行計算,1981年每噸標煤所產生的經濟效益為140•19元,到了2010年上升到了495•01元,能源消耗的經濟效益強度增長了2•53倍。相應的能源消耗經濟效益強度的下降導致的二氧化碳排放量理論上減少了15942•6萬噸。平均來看,能源消耗經濟效益強度每增長1個百分點,理論上碳排放將減少38•58萬噸。但從目前來看,我國鋼鐵工業(yè)的技術水平與國外還有很大的差距。因此,提高我國鋼鐵工業(yè)的技術水平、能源利用效率和能源消耗的經濟效益,仍有很大的空間和潛力。（本文作者：何維達、張凱 單位：北京科技大學）