城市碳减排成本及其国际贸易影响因素研究

 

1 绪论

 

1.1 研究背景与目的

改革开放以来，我国的经济取得了很大的成就，但是由于我国的经济增长方式较为粗放，使得经济在快速发展的同时，煤和石油等温室气体密集度较高的化石能源总消费量以及二氧化碳（CO2）的排放总量都急剧攀升。现阶段中国的能源消费和二氧化碳的排放量都在国际上居于前列，甚至已经超越美国(BP. Statistical Review of World Energy,2011)。如何解决二氧化碳排放与经济发展之间的矛盾成为我国走可持续发展道路需要解决的主要问题。随着国际上各个国家对温室气体问题的日益关注，我国政府也主动承担减排责任，自觉设定减排目标，在国内相继推出许多节能减排措施来促进低碳经济的发展。比如，我国政府在“十一五”和“十二五”规划中，分别提出能源强度（每单位 GDP 所对应的能源消费量）下降 20%-16%和污染物排放总量下降 10%-8%的减排目标。此外，政府在 2009年提出到 2020 年单位 GDP 的二氧化碳排放量与 2005 年相比要下降 40%-45%的具体减排目标。但是，根据已有的统计显示，在“十二五”计划的前两年（2011-2012），整个国家的能源强度仅分别下降了 2.02%和 3.62%，这与所制定的每年下降约 3.7%的目标都还存在着相当大的差距，这也表明，目前中国所面临的节能减排的压力仍然较大。但是，继续实施环境规制等措施所需要付出的机会成本有多大？应该采取怎样的符合实际的减排措施来达到减排目的？估算CO2的边际减排成本有利于为这些问题的解决提供参考。CO2的边际减排成本是指在一定的生产水平下，减少一单位的碳排放所需要减少的产出量或所要增加的投入量。CO2的边际减排成本可以直观的反映出不同经济体的减排潜力和实施减排措施的成本，对于政策制定者来说具有重要意义：可以为政府制定碳排放额的分配及对减排企业进行补偿提供参考依据，进而促进碳排放许可权交易市场的构建，使减排政策能够更有效地实施并促进我国经济增长方式的转变及产业结构的优化升级，践行低碳经济和可持续发展战略。因此，本文将对我国城市 CO2的减排潜力和边际减排成本进行估计和分析。

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1.2 研究意义

本文运用方向性距离函数对我国 286 个城市的二氧化碳减排成本进行估计，并对各城市的减排潜力进行测算，这一研究具有重要的意义。

 

1.2.1 理论意义

对于城市二氧化碳减排潜力及减排成本的研究符合低碳经济和可持续发展的要求，低碳城市的研究是低碳经济研究的重要方向（王璟珉，2011）。低碳城市需要从产业结构、基础设施、消费结构、政策制度和技术水平五个模块进行建设和调整。具体来说，低碳城市建设应该从经济、交通、建筑和环境等方面入手,构建全面可行的低碳城市模式（牛桂敏，2010），比如制定低碳战略规划、优化城市的能源消费结构、调整城市的产业结构、创新地方政府的考评制度、创新政策工具等（刘文玲，2010）。通过建设低碳城市来践行低碳经济发展战略，提高城市能源利用效率，减少城市温室气体的排放，最终实现城市经济发展与环境友好的双赢目标。

 

1.2.2 实践意义

已有的文献中运用方向性距离函数测算我国的二氧化碳边际减排成本时基本上是从省级层面出发来构造生产前沿面，这样所得出来的结果可能无法完全反映我国碳减排成本的真实情况。因为我国地域辽阔，各个地区和城市由于地理位置、资源禀赋或经济发展的不同，其减排潜力和边际减排成本都可能会有很大的差异，甚至在同一个省份的城市之间也会存在比较大的差异。更为重要的是，城市里的能源消耗是我国温室气体排放的主要源头，因此，从微观的城市层面去研究我国目前的二氧化碳减排潜力和边际减排成本的现状会更贴近现实，更能反映出我国城市真实的具体情况。对城市减排潜力与减排成本进行测算，对我国减排政策的制定也具有一定的参考意义。通过计算结果观察和分析不同城市之间减排潜力和边际减排成本的差异，有利于为我国制定更符合各个城市具体情况的碳减排政策提供参考，也可以在一定程度上为我国在各个城市的碳减排指标的分配提供理论支持。

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2 文献综述

 

国内外很多学者已经对污染物的影子价格或边际减排成本进行了相关的研究。比较早的文献所研究的污染物主要是二氧化硫、氮氧化物等主要造成空气和水污染的排放物，但是随着近年来温室效应的不断加剧，学术界对于主要的温室气体二氧化碳的关注度逐渐增加。

 

2.1 边际减排成本研究方法的演进

在已有的文献中，估算边际减排成本的模型主要分为两大类：一类是直接设定具体的成本函数形式，然后根据一阶条件直接得到其边际成本模型或者直接根据设定的函数形式来估计边际成本。例如 Zhou 等(2013)设定中国省级的边际减排成本和累计减排量之间满足二次项的函数形式，然后通过基本的 OLS 回归得到相应的边际减排成本。De Cara 等(2011)在估算欧洲农业边际减排成本时，通过成本与农业温室气体排放和 CO2价格之间的函数关系来设定总成本函数，并直接由此推导出相应的边际减排成本函数。采用类似方法的还有 Dasgupta(2001)对中国水污染减排成本的估算，Hartman 等(1997)对美国空气污染边际减排成本的估算等。这类通过设定具体的函数形式直接估算边际减排成本的方法虽然计算起来比较简单，但是最大的问题是，一般情况下碳减排的成本数据都是没有办法直接得到的，所以根据这种具体成本函数计算出的边际减排成本的可靠性是存在争议的。随着环境问题在世界范围内得到的关注越来越大，关于边际减排成本的研究方法也逐渐向更为切合实际的方向发展，方向函数的提出为边际减排成本的研究提供了一种新的思路，方向函数包括 Shepherd 距离函数和方向距离函数。Shephard 距离函数为测算一个经济体的效率和生产效率提供了理论基础。F re 等（1993）首次在 Shepherd 产出距离函数的基础上将坏产出引入模型中，并对坏产出的影子价格进行估算。但是 Shepherd 距离函数只能保证好产出和坏产出的变动率相同，但是无法保证好产出增加的同时坏产出减少，所以在此基础上 Chung 等（1997）提出了方向性距离函数，其基本思想是把生产过程中产生的好产出和坏产出都包含到模型中，不仅考虑好产出的增加，同时也考虑坏产出的减少，且只有当好产出无法继续扩张，坏产出无法继续缩减时，观测点才处于效率前沿。由于这种模型具有较大的灵活性，在使用该方法估算边际成本时，只需要相应的投入和产出数据，而这些数据是很容易直接得到的，因此使用该模型来估计影子价格或边际减排成本的国内外学者日益增多。

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2.2 方向距离函数的估计方法概述

在具体的实证中，对于方向距离函数的估计也主要有两种方法：参数和非参数方法。参数方法要求根据需要事先选定合适的函数形式来估计方向距离函数，从而进一步计算边际减排成本。根据现有的文献，使用比较广泛的两种函数形式是超越对数函数和二次式函数，而具体函数形式的选择在一定程度上取决于所选择的模型是方向性距离函数还是Shepherd 距离函数。一般来说，如果选择 Shepherd 距离函数模型，则超越对数函数能够更好的匹配数据；如果使用方向性距离函数，则选择二次式函数则更为合适。Chu 等（2015）利用参数化的方向距离函数估计中国省级的CO2边际减排成本，在设定具体的函数形式时，其通过各种函数形式的比较最终选择用二次项的函数形式来对模型进行估计,并且根据计算结果刻画出了二氧化碳的边际减排成本曲线。Park 和 Lim（2009）基于超越对数形式的距离函数对韩国火电厂的碳减排成本进行了估计。函数形式确定后便可根据线性规划（LP）方法或者随机前沿分析（SFA）方法估计所需参数，进而计算出相应的边际成本，通过实证分析证实了火电行业内部企业之间减排成本异质性的存在，从而得出应该在市场上推行碳排放权交易措施的结论。Marklund 等（2007）基于参数化的方向距离函数，选择二次式函数形式并利用 LP 方法对欧盟各成员国的边际碳减排成本进行了计算，通过计算结果对欧盟成员国之间的减排协议形成的驱动因素进行了研究，结论认为成本效率和公平性都是促使该协议达成的重要因素。Murty 等 (2007)在利用参数化方向距离函数计算印度燃煤火电厂的影子价格时，选择了二次式函数形式，但使用 SFA 方法进行了参数估计和影子价格的计算。Matsushita（2012）对日本电力行业的污染物减排效率进行测算时采用了方向距离函数，并设定函数形式为二次式来进行估计，根据计算结果得出在发电量一定的情况下，征收碳税或者进行碳交易有利于降低该行业坏产出的排放量。参数化的方向性函数在估计和理解上都有很大的优势，但是也存在一些不足，比如计算结果会因模型选择的不同而存在差异，因此如何设定“正确”的函数形式在实际操作中是一个很大的挑战，如果所设定的模型与函数形式不能完全匹配，那么所得到的估计结果就可能产生偏差。

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3 理论基础.....11

3.1 低碳经济理论 ......11

3.2 外部性理论 ..........11

3.3 环境库兹涅茨曲线 .......12

4 研究方法.....14

4.1 基于松弛变量的估计模型（SBM）......14

4.2 CO2减排潜力 ......15

4.3 基于产出的方向性距离函数 .........15

4.4 边际减排成本 ......16

4.5 数据说明与指标选取 ...........17

5 计算结果分析.....22

5.1 减排潜力分析 ......22

5.2 边际减排成本分析 .......26

 

6 影响因素分析

 

根据上述的结果分析来看，各个城市之间的边际减排成本之间存在很大的差异，因此需要对可能造成这些差异的影响因素进行分析和识别。林伯强等（2009）通过对 Kaya 恒等式的分解得出经济、收入和能源消费碳强度对碳排放行为存在显著影响，魏楚(2014)在研究影响城市碳减排成本时将城市化水平作为其中的一个变量，并得出城市化水平与边际减排成本呈正相关的结论。根据相关的理论基础并借鉴以上的相关研究，本文主要考察以下四个因素对边际减排成本的影响：

6.1 能源消费碳强度，即单位能源消费会产生的二氧化碳排放量。能源消费强度主要受能源结构和能源利用效率的影响，既可以反映能源质量，也可以衡量能源利用效率（林伯强，2010）。如果一个城市能源消费碳强度较高，则说明该城市能源结构主要以高污染的能源为主，如煤炭等，清洁能源使用不足；或者表明该城市的能源利用率偏低，因此可以通过改变能源消费结构，加强技术改革，提高能源利用效率的方法来进行减排，要付出的减排成本相对较低。预期能源消费碳强度与边际减排成本之间关系为负。

6.2 人均 GDP。人均 GDP 是影响碳排放量的主要因素之一（林伯强，2010），人均GDP 可以反映出一个城市所处的发展阶段，一般来说，人均 GDP 高的城市第二产业比重也较高，减排成本会相对较低（魏楚，2014）。预期人均 GDP 与边际减排成本负相关。

6.3 城市化水平。文献研究表明，城市和农村居民的能源消费水平存在很大差距，城市居民的人均能源消费量高于农村居民的约 3.5-4 倍（何晓萍，2009），因此城市居民会产生更多的碳排放，林美顺（2016）研究认为，城市化率每上升 1%，会导致碳排放强度增加 0.247%。但另一方面，相对于农村地区来说，城市的技术水平也较高，因此能源利用率也要高于农村地区。所以城市化水平对碳排放及减排成本的影响是不确定的（Du，2012）。本文采用各城市非农业人口占城市总人口的比重来衡量。

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结论

 

根据对计算结果的分析，本文得出的基本结论如下：

第一，各个城市的二氧化碳减排潜力之间存在较大的差距，其中东部地区的减排潜力相对最小，中西部地区的减排潜力相对较大，尤其是西部地区，由于该地区能源消费结构和经济技术发展等因素存在着很大的减排空间。从城市层面来看，碳减排潜力在不同收入水平之间的差距也是显而易见的，高收入水平的城市由于其较高的经济增长速度以及以第二产业为主的经济增长结构导致这些城市的二氧化碳排放量较大，因此承担着主要的减排压力，减排潜力也比较大；相对而言，低收入水平的城市存在的减排潜力也相对较小，所面临的减排压力也相对较轻，但是从 2007 年开始减排压力有从高收入地区向中低收入地区转移的趋势。

第二，各城市的碳边际减排成本也存在着很大的差异。从三大地区之间的比较来看，东部地区的边际减排成本始终高于全国平均水平，该地区的边际减排成本基本上都要高于4000 元/吨，这意味着如果在这些地区继续进行减排的话，将要付出较高的经济成本。中部地区和西部地区的减排成本相对较低，尤其是中部地区，除了 2013 年之外，始终都低于全国水平，其中山西省的阳泉市平均减排成本只有 340 元/吨。虽然由于中部对污染企业治理的逐渐严格使得该地区的碳减排成本也在逐渐趋于上升，相较于东部地区来说，该地区能够进行减排的空间还是比较大的。西部地区虽然边际减排成本变化比较大，但从 2005年之后边际减排成本基本上处于较平稳的状态，且与中部地区之间的减排成本的差异在逐年缩小，西部地区也存在着很大的减排空间。

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参考文献（略）