1 緒論

 

1.1 研究背景與目的

改革開放以來，我國的經(jīng)濟(jì)取得了很大的成就，但是由于我國的經(jīng)濟(jì)增長方式較為粗放，使得經(jīng)濟(jì)在快速發(fā)展的同時(shí)，煤和石油等溫室氣體密集度較高的化石能源總消費(fèi)量以及二氧化碳（CO2）的排放總量都急劇攀升?，F(xiàn)階段中國的能源消費(fèi)和二氧化碳的排放量都在國際上居于前列，甚至已經(jīng)超越美國(BP. Statistical Review of World Energy,2011)。如何解決二氧化碳排放與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的矛盾成為我國走可持續(xù)發(fā)展道路需要解決的主要問題。隨著國際上各個(gè)國家對溫室氣體問題的日益關(guān)注，我國政府也主動(dòng)承擔(dān)減排責(zé)任，自覺設(shè)定減排目標(biāo)，在國內(nèi)相繼推出許多節(jié)能減排措施來促進(jìn)低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。比如，我國政府在“十一五”和“十二五”規(guī)劃中，分別提出能源強(qiáng)度（每單位 GDP 所對應(yīng)的能源消費(fèi)量）下降 20%-16%和污染物排放總量下降 10%-8%的減排目標(biāo)。此外，政府在 2009年提出到 2020 年單位 GDP 的二氧化碳排放量與 2005 年相比要下降 40%-45%的具體減排目標(biāo)。但是，根據(jù)已有的統(tǒng)計(jì)顯示，在“十二五”計(jì)劃的前兩年（2011-2012），整個(gè)國家的能源強(qiáng)度僅分別下降了 2.02%和 3.62%，這與所制定的每年下降約 3.7%的目標(biāo)都還存在著相當(dāng)大的差距，這也表明，目前中國所面臨的節(jié)能減排的壓力仍然較大。但是，繼續(xù)實(shí)施環(huán)境規(guī)制等措施所需要付出的機(jī)會(huì)成本有多大？應(yīng)該采取怎樣的符合實(shí)際的減排措施來達(dá)到減排目的？估算CO2的邊際減排成本有利于為這些問題的解決提供參考。CO2的邊際減排成本是指在一定的生產(chǎn)水平下，減少一單位的碳排放所需要減少的產(chǎn)出量或所要增加的投入量。CO2的邊際減排成本可以直觀的反映出不同經(jīng)濟(jì)體的減排潛力和實(shí)施減排措施的成本，對于政策制定者來說具有重要意義：可以為政府制定碳排放額的分配及對減排企業(yè)進(jìn)行補(bǔ)償提供參考依據(jù)，進(jìn)而促進(jìn)碳排放許可權(quán)交易市場的構(gòu)建，使減排政策能夠更有效地實(shí)施并促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)增長方式的轉(zhuǎn)變及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級，踐行低碳經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。因此，本文將對我國城市 CO2的減排潛力和邊際減排成本進(jìn)行估計(jì)和分析。

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1.2 研究意義

本文運(yùn)用方向性距離函數(shù)對我國 286 個(gè)城市的二氧化碳減排成本進(jìn)行估計(jì)，并對各城市的減排潛力進(jìn)行測算，這一研究具有重要的意義。

 

1.2.1 理論意義

對于城市二氧化碳減排潛力及減排成本的研究符合低碳經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)發(fā)展的要求，低碳城市的研究是低碳經(jīng)濟(jì)研究的重要方向（王璟珉，2011）。低碳城市需要從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)設(shè)施、消費(fèi)結(jié)構(gòu)、政策制度和技術(shù)水平五個(gè)模塊進(jìn)行建設(shè)和調(diào)整。具體來說，低碳城市建設(shè)應(yīng)該從經(jīng)濟(jì)、交通、建筑和環(huán)境等方面入手,構(gòu)建全面可行的低碳城市模式（牛桂敏，2010），比如制定低碳戰(zhàn)略規(guī)劃、優(yōu)化城市的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)、調(diào)整城市的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、創(chuàng)新地方政府的考評制度、創(chuàng)新政策工具等（劉文玲，2010）。通過建設(shè)低碳城市來踐行低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略，提高城市能源利用效率，減少城市溫室氣體的排放，最終實(shí)現(xiàn)城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境友好的雙贏目標(biāo)。

 

1.2.2 實(shí)踐意義

已有的文獻(xiàn)中運(yùn)用方向性距離函數(shù)測算我國的二氧化碳邊際減排成本時(shí)基本上是從省級層面出發(fā)來構(gòu)造生產(chǎn)前沿面，這樣所得出來的結(jié)果可能無法完全反映我國碳減排成本的真實(shí)情況。因?yàn)槲覈赜蜻|闊，各個(gè)地區(qū)和城市由于地理位置、資源稟賦或經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不同，其減排潛力和邊際減排成本都可能會(huì)有很大的差異，甚至在同一個(gè)省份的城市之間也會(huì)存在比較大的差異。更為重要的是，城市里的能源消耗是我國溫室氣體排放的主要源頭，因此，從微觀的城市層面去研究我國目前的二氧化碳減排潛力和邊際減排成本的現(xiàn)狀會(huì)更貼近現(xiàn)實(shí)，更能反映出我國城市真實(shí)的具體情況。對城市減排潛力與減排成本進(jìn)行測算，對我國減排政策的制定也具有一定的參考意義。通過計(jì)算結(jié)果觀察和分析不同城市之間減排潛力和邊際減排成本的差異，有利于為我國制定更符合各個(gè)城市具體情況的碳減排政策提供參考，也可以在一定程度上為我國在各個(gè)城市的碳減排指標(biāo)的分配提供理論支持。

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2 文獻(xiàn)綜述

 

國內(nèi)外很多學(xué)者已經(jīng)對污染物的影子價(jià)格或邊際減排成本進(jìn)行了相關(guān)的研究。比較早的文獻(xiàn)所研究的污染物主要是二氧化硫、氮氧化物等主要造成空氣和水污染的排放物，但是隨著近年來溫室效應(yīng)的不斷加劇，學(xué)術(shù)界對于主要的溫室氣體二氧化碳的關(guān)注度逐漸增加。

 

2.1 邊際減排成本研究方法的演進(jìn)

在已有的文獻(xiàn)中，估算邊際減排成本的模型主要分為兩大類：一類是直接設(shè)定具體的成本函數(shù)形式，然后根據(jù)一階條件直接得到其邊際成本模型或者直接根據(jù)設(shè)定的函數(shù)形式來估計(jì)邊際成本。例如 Zhou 等(2013)設(shè)定中國省級的邊際減排成本和累計(jì)減排量之間滿足二次項(xiàng)的函數(shù)形式，然后通過基本的 OLS 回歸得到相應(yīng)的邊際減排成本。De Cara 等(2011)在估算歐洲農(nóng)業(yè)邊際減排成本時(shí)，通過成本與農(nóng)業(yè)溫室氣體排放和 CO2價(jià)格之間的函數(shù)關(guān)系來設(shè)定總成本函數(shù)，并直接由此推導(dǎo)出相應(yīng)的邊際減排成本函數(shù)。采用類似方法的還有 Dasgupta(2001)對中國水污染減排成本的估算，Hartman 等(1997)對美國空氣污染邊際減排成本的估算等。這類通過設(shè)定具體的函數(shù)形式直接估算邊際減排成本的方法雖然計(jì)算起來比較簡單，但是最大的問題是，一般情況下碳減排的成本數(shù)據(jù)都是沒有辦法直接得到的，所以根據(jù)這種具體成本函數(shù)計(jì)算出的邊際減排成本的可靠性是存在爭議的。隨著環(huán)境問題在世界范圍內(nèi)得到的關(guān)注越來越大，關(guān)于邊際減排成本的研究方法也逐漸向更為切合實(shí)際的方向發(fā)展，方向函數(shù)的提出為邊際減排成本的研究提供了一種新的思路，方向函數(shù)包括 Shepherd 距離函數(shù)和方向距離函數(shù)。Shephard 距離函數(shù)為測算一個(gè)經(jīng)濟(jì)體的效率和生產(chǎn)效率提供了理論基礎(chǔ)。F re 等（1993）首次在 Shepherd 產(chǎn)出距離函數(shù)的基礎(chǔ)上將壞產(chǎn)出引入模型中，并對壞產(chǎn)出的影子價(jià)格進(jìn)行估算。但是 Shepherd 距離函數(shù)只能保證好產(chǎn)出和壞產(chǎn)出的變動(dòng)率相同，但是無法保證好產(chǎn)出增加的同時(shí)壞產(chǎn)出減少，所以在此基礎(chǔ)上 Chung 等（1997）提出了方向性距離函數(shù)，其基本思想是把生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的好產(chǎn)出和壞產(chǎn)出都包含到模型中，不僅考慮好產(chǎn)出的增加，同時(shí)也考慮壞產(chǎn)出的減少，且只有當(dāng)好產(chǎn)出無法繼續(xù)擴(kuò)張，壞產(chǎn)出無法繼續(xù)縮減時(shí)，觀測點(diǎn)才處于效率前沿。由于這種模型具有較大的靈活性，在使用該方法估算邊際成本時(shí)，只需要相應(yīng)的投入和產(chǎn)出數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)是很容易直接得到的，因此使用該模型來估計(jì)影子價(jià)格或邊際減排成本的國內(nèi)外學(xué)者日益增多。

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2.2 方向距離函數(shù)的估計(jì)方法概述

在具體的實(shí)證中，對于方向距離函數(shù)的估計(jì)也主要有兩種方法：參數(shù)和非參數(shù)方法。參數(shù)方法要求根據(jù)需要事先選定合適的函數(shù)形式來估計(jì)方向距離函數(shù)，從而進(jìn)一步計(jì)算邊際減排成本。根據(jù)現(xiàn)有的文獻(xiàn)，使用比較廣泛的兩種函數(shù)形式是超越對數(shù)函數(shù)和二次式函數(shù)，而具體函數(shù)形式的選擇在一定程度上取決于所選擇的模型是方向性距離函數(shù)還是Shepherd 距離函數(shù)。一般來說，如果選擇 Shepherd 距離函數(shù)模型，則超越對數(shù)函數(shù)能夠更好的匹配數(shù)據(jù)；如果使用方向性距離函數(shù)，則選擇二次式函數(shù)則更為合適。Chu 等（2015）利用參數(shù)化的方向距離函數(shù)估計(jì)中國省級的CO2邊際減排成本，在設(shè)定具體的函數(shù)形式時(shí)，其通過各種函數(shù)形式的比較最終選擇用二次項(xiàng)的函數(shù)形式來對模型進(jìn)行估計(jì),并且根據(jù)計(jì)算結(jié)果刻畫出了二氧化碳的邊際減排成本曲線。Park 和 Lim（2009）基于超越對數(shù)形式的距離函數(shù)對韓國火電廠的碳減排成本進(jìn)行了估計(jì)。函數(shù)形式確定后便可根據(jù)線性規(guī)劃（LP）方法或者隨機(jī)前沿分析（SFA）方法估計(jì)所需參數(shù)，進(jìn)而計(jì)算出相應(yīng)的邊際成本，通過實(shí)證分析證實(shí)了火電行業(yè)內(nèi)部企業(yè)之間減排成本異質(zhì)性的存在，從而得出應(yīng)該在市場上推行碳排放權(quán)交易措施的結(jié)論。Marklund 等（2007）基于參數(shù)化的方向距離函數(shù)，選擇二次式函數(shù)形式并利用 LP 方法對歐盟各成員國的邊際碳減排成本進(jìn)行了計(jì)算，通過計(jì)算結(jié)果對歐盟成員國之間的減排協(xié)議形成的驅(qū)動(dòng)因素進(jìn)行了研究，結(jié)論認(rèn)為成本效率和公平性都是促使該協(xié)議達(dá)成的重要因素。Murty 等 (2007)在利用參數(shù)化方向距離函數(shù)計(jì)算印度燃煤火電廠的影子價(jià)格時(shí)，選擇了二次式函數(shù)形式，但使用 SFA 方法進(jìn)行了參數(shù)估計(jì)和影子價(jià)格的計(jì)算。Matsushita（2012）對日本電力行業(yè)的污染物減排效率進(jìn)行測算時(shí)采用了方向距離函數(shù)，并設(shè)定函數(shù)形式為二次式來進(jìn)行估計(jì)，根據(jù)計(jì)算結(jié)果得出在發(fā)電量一定的情況下，征收碳稅或者進(jìn)行碳交易有利于降低該行業(yè)壞產(chǎn)出的排放量。參數(shù)化的方向性函數(shù)在估計(jì)和理解上都有很大的優(yōu)勢，但是也存在一些不足，比如計(jì)算結(jié)果會(huì)因模型選擇的不同而存在差異，因此如何設(shè)定“正確”的函數(shù)形式在實(shí)際操作中是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)，如果所設(shè)定的模型與函數(shù)形式不能完全匹配，那么所得到的估計(jì)結(jié)果就可能產(chǎn)生偏差。

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3 理論基礎(chǔ).....11

3.1 低碳經(jīng)濟(jì)理論 ......11

3.2 外部性理論 ..........11

3.3 環(huán)境庫茲涅茨曲線 .......12

4 研究方法.....14

4.1 基于松弛變量的估計(jì)模型（SBM）......14

4.2 CO2減排潛力 ......15

4.3 基于產(chǎn)出的方向性距離函數(shù) .........15

4.4 邊際減排成本 ......16

4.5 數(shù)據(jù)說明與指標(biāo)選取 ...........17

5 計(jì)算結(jié)果分析.....22

5.1 減排潛力分析 ......22

5.2 邊際減排成本分析 .......26

 

6 影響因素分析

 

根據(jù)上述的結(jié)果分析來看，各個(gè)城市之間的邊際減排成本之間存在很大的差異，因此需要對可能造成這些差異的影響因素進(jìn)行分析和識別。林伯強(qiáng)等（2009）通過對 Kaya 恒等式的分解得出經(jīng)濟(jì)、收入和能源消費(fèi)碳強(qiáng)度對碳排放行為存在顯著影響，魏楚(2014)在研究影響城市碳減排成本時(shí)將城市化水平作為其中的一個(gè)變量，并得出城市化水平與邊際減排成本呈正相關(guān)的結(jié)論。根據(jù)相關(guān)的理論基礎(chǔ)并借鑒以上的相關(guān)研究，本文主要考察以下四個(gè)因素對邊際減排成本的影響：

6.1 能源消費(fèi)碳強(qiáng)度，即單位能源消費(fèi)會(huì)產(chǎn)生的二氧化碳排放量。能源消費(fèi)強(qiáng)度主要受能源結(jié)構(gòu)和能源利用效率的影響，既可以反映能源質(zhì)量，也可以衡量能源利用效率（林伯強(qiáng)，2010）。如果一個(gè)城市能源消費(fèi)碳強(qiáng)度較高，則說明該城市能源結(jié)構(gòu)主要以高污染的能源為主，如煤炭等，清潔能源使用不足；或者表明該城市的能源利用率偏低，因此可以通過改變能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)技術(shù)改革，提高能源利用效率的方法來進(jìn)行減排，要付出的減排成本相對較低。預(yù)期能源消費(fèi)碳強(qiáng)度與邊際減排成本之間關(guān)系為負(fù)。

6.2 人均 GDP。人均 GDP 是影響碳排放量的主要因素之一（林伯強(qiáng)，2010），人均GDP 可以反映出一個(gè)城市所處的發(fā)展階段，一般來說，人均 GDP 高的城市第二產(chǎn)業(yè)比重也較高，減排成本會(huì)相對較低（魏楚，2014）。預(yù)期人均 GDP 與邊際減排成本負(fù)相關(guān)。

6.3 城市化水平。文獻(xiàn)研究表明，城市和農(nóng)村居民的能源消費(fèi)水平存在很大差距，城市居民的人均能源消費(fèi)量高于農(nóng)村居民的約 3.5-4 倍（何曉萍，2009），因此城市居民會(huì)產(chǎn)生更多的碳排放，林美順（2016）研究認(rèn)為，城市化率每上升 1%，會(huì)導(dǎo)致碳排放強(qiáng)度增加 0.247%。但另一方面，相對于農(nóng)村地區(qū)來說，城市的技術(shù)水平也較高，因此能源利用率也要高于農(nóng)村地區(qū)。所以城市化水平對碳排放及減排成本的影響是不確定的（Du，2012）。本文采用各城市非農(nóng)業(yè)人口占城市總?cè)丝诘谋戎貋砗饬俊?br />

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結(jié)論

 

根據(jù)對計(jì)算結(jié)果的分析，本文得出的基本結(jié)論如下：

第一，各個(gè)城市的二氧化碳減排潛力之間存在較大的差距，其中東部地區(qū)的減排潛力相對最小，中西部地區(qū)的減排潛力相對較大，尤其是西部地區(qū)，由于該地區(qū)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展等因素存在著很大的減排空間。從城市層面來看，碳減排潛力在不同收入水平之間的差距也是顯而易見的，高收入水平的城市由于其較高的經(jīng)濟(jì)增長速度以及以第二產(chǎn)業(yè)為主的經(jīng)濟(jì)增長結(jié)構(gòu)導(dǎo)致這些城市的二氧化碳排放量較大，因此承擔(dān)著主要的減排壓力，減排潛力也比較大；相對而言，低收入水平的城市存在的減排潛力也相對較小，所面臨的減排壓力也相對較輕，但是從 2007 年開始減排壓力有從高收入地區(qū)向中低收入地區(qū)轉(zhuǎn)移的趨勢。

第二，各城市的碳邊際減排成本也存在著很大的差異。從三大地區(qū)之間的比較來看，東部地區(qū)的邊際減排成本始終高于全國平均水平，該地區(qū)的邊際減排成本基本上都要高于4000 元/噸，這意味著如果在這些地區(qū)繼續(xù)進(jìn)行減排的話，將要付出較高的經(jīng)濟(jì)成本。中部地區(qū)和西部地區(qū)的減排成本相對較低，尤其是中部地區(qū)，除了 2013 年之外，始終都低于全國水平，其中山西省的陽泉市平均減排成本只有 340 元/噸。雖然由于中部對污染企業(yè)治理的逐漸嚴(yán)格使得該地區(qū)的碳減排成本也在逐漸趨于上升，相較于東部地區(qū)來說，該地區(qū)能夠進(jìn)行減排的空間還是比較大的。西部地區(qū)雖然邊際減排成本變化比較大，但從 2005年之后邊際減排成本基本上處于較平穩(wěn)的狀態(tài)，且與中部地區(qū)之間的減排成本的差異在逐年縮小，西部地區(qū)也存在著很大的減排空間。

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參考文獻(xiàn)（略）