1 緒論

 

1.1 研究背景與目的

改革開放以來，我國的經濟取得了很大的成就，但是由于我國的經濟增長方式較為粗放，使得經濟在快速發展的同時，煤和石油等溫室氣體密集度較高的化石能源總消費量以及二氧化碳（CO2）的排放總量都急劇攀升。現階段中國的能源消費和二氧化碳的排放量都在國際上居于前列，甚至已經超越美國(BP. Statistical Review of World Energy,2011)。如何解決二氧化碳排放與經濟發展之間的矛盾成為我國走可持續發展道路需要解決的主要問題。隨著國際上各個國家對溫室氣體問題的日益關注，我國政府也主動承擔減排責任，自覺設定減排目標，在國內相繼推出許多節能減排措施來促進低碳經濟的發展。比如，我國政府在“十一五”和“十二五”規劃中，分別提出能源強度（每單位 GDP 所對應的能源消費量）下降 20%-16%和污染物排放總量下降 10%-8%的減排目標。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。但是，根據已有的統計顯示，在“十二五”計劃的前兩年（2011-2012），整個國家的能源強度僅分別下降了 2.02%和 3.62%，這與所制定的每年下降約 3.7%的目標都還存在著相當大的差距，這也表明，目前中國所面臨的節能減排的壓力仍然較大。但是，繼續實施環境規制等措施所需要付出的機會成本有多大？應該采取怎樣的符合實際的減排措施來達到減排目的？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水平下，減少一單位的碳排放所需要減少的產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濟體的減排潛力和實施減排措施的成本，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進行補償提供參考依據，進而促進碳排放許可權交易市場的構建，使減排政策能夠更有效地實施并促進我國經濟增長方式的轉變及產業結構的優化升級，踐行低碳經濟和可持續發展戰略。因此，本文將對我國城市 CO2的減排潛力和邊際減排成本進行估計和分析。

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1.2 研究意義

本文運用方向性距離函數對我國 286 個城市的二氧化碳減排成本進行估計，并對各城市的減排潛力進行測算，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濟和可持續發展的要求，低碳城市的研究是低碳經濟研究的重要方向（王璟珉，2011）。低碳城市需要從產業結構、基礎設施、消費結構、政策制度和技術水平五個模塊進行建設和調整。具體來說，低碳城市建設應該從經濟、交通、建筑和環境等方面入手,構建全面可行的低碳城市模式（牛桂敏，2010），比如制定低碳戰略規劃、優化城市的能源消費結構、調整城市的產業結構、創新地方政府的考評制度、創新政策工具等（劉文玲，2010）。通過建設低碳城市來踐行低碳經濟發展戰略，提高城市能源利用效率，減少城市溫室氣體的排放，最終實現城市經濟發展與環境友好的雙贏目標。

 

1.2.2 實踐意義

已有的文獻中運用方向性距離函數測算我國的二氧化碳邊際減排成本時基本上是從省級層面出發來構造生產前沿面，這樣所得出來的結果可能無法完全反映我國碳減排成本的真實情況。因為我國地域遼闊，各個地區和城市由于地理位置、資源稟賦或經濟發展的不同，其減排潛力和邊際減排成本都可能會有很大的差異，甚至在同一個省份的城市之間也會存在比較大的差異。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狀會更貼近現實，更能反映出我國城市真實的具體情況。對城市減排潛力與減排成本進行測算，對我國減排政策的制定也具有一定的參考意義。通過計算結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城市的碳減排指標的分配提供理論支持。

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2 文獻綜述

 

國內外很多學者已經對污染物的影子價格或邊際減排成本進行了相關的研究。比較早的文獻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的不斷加劇，學術界對于主要的溫室氣體二氧化碳的關注度逐漸增加。

 

2.1 邊際減排成本研究方法的演進

在已有的文獻中，估算邊際減排成本的模型主要分為兩大類：一類是直接設定具體的成本函數形式，然后根據一階條件直接得到其邊際成本模型或者直接根據設定的函數形式來估計邊際成本。例如 Zhou 等(2013)設定中國省級的邊際減排成本和累計減排量之間滿足二次項的函數形式，然后通過基本的 OLS 回歸得到相應的邊際減排成本。De Cara 等(2011)在估算歐洲農業邊際減排成本時，通過成本與農業溫室氣體排放和 CO2價格之間的函數關系來設定總成本函數，并直接由此推導出相應的邊際減排成本函數。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。這類通過設定具體的函數形式直接估算邊際減排成本的方法雖然計算起來比較簡單，但是最大的問題是，一般情況下碳減排的成本數據都是沒有辦法直接得到的，所以根據這種具體成本函數計算出的邊際減排成本的可靠性是存在爭議的。隨著環境問題在世界范圍內得到的關注越來越大，關于邊際減排成本的研究方法也逐漸向更為切合實際的方向發展，方向函數的提出為邊際減排成本的研究提供了一種新的思路，方向函數包括 Shepherd 距離函數和方向距離函數。Shephard 距離函數為測算一個經濟體的效率和生產效率提供了理論基礎。F re 等（1993）首次在 Shepherd 產出距離函數的基礎上將壞產出引入模型中，并對壞產出的影子價格進行估算。但是 Shepherd 距離函數只能保證好產出和壞產出的變動率相同，但是無法保證好產出增加的同時壞產出減少，所以在此基礎上 Chung 等（1997）提出了方向性距離函數，其基本思想是把生產過程中產生的好產出和壞產出都包含到模型中，不僅考慮好產出的增加，同時也考慮壞產出的減少，且只有當好產出無法繼續擴張，壞產出無法繼續縮減時，觀測點才處于效率前沿。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，只需要相應的投入和產出數據，而這些數據是很容易直接得到的，因此使用該模型來估計影子價格或邊際減排成本的國內外學者日益增多。

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2.2 方向距離函數的估計方法概述

在具體的實證中，對于方向距離函數的估計也主要有兩種方法：參數和非參數方法。參數方法要求根據需要事先選定合適的函數形式來估計方向距離函數，從而進一步計算邊際減排成本。根據現有的文獻，使用比較廣泛的兩種函數形式是超越對數函數和二次式函數，而具體函數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還是Shepherd 距離函數。一般來說，如果選擇 Shepherd 距離函數模型，則超越對數函數能夠更好的匹配數據；如果使用方向性距離函數，則選擇二次式函數則更為合適。Chu 等（2015）利用參數化的方向距離函數估計中國省級的CO2邊際減排成本，在設定具體的函數形式時，其通過各種函數形式的比較最終選擇用二次項的函數形式來對模型進行估計,并且根據計算結果刻畫出了二氧化碳的邊際減排成本曲線。Park 和 Lim（2009）基于超越對數形式的距離函數對韓國火電廠的碳減排成本進行了估計。函數形式確定后便可根據線性規劃（LP）方法或者隨機前沿分析（SFA）方法估計所需參數，進而計算出相應的邊際成本，通過實證分析證實了火電行業內部企業之間減排成本異質性的存在，從而得出應該在市場上推行碳排放權交易措施的結論。Marklund 等（2007）基于參數化的方向距離函數，選擇二次式函數形式并利用 LP 方法對歐盟各成員國的邊際碳減排成本進行了計算，通過計算結果對歐盟成員國之間的減排協議形成的驅動因素進行了研究，結論認為成本效率和公平性都是促使該協議達成的重要因素。Murty 等 (2007)在利用參數化方向距離函數計算印度燃煤火電廠的影子價格時，選擇了二次式函數形式，但使用 SFA 方法進行了參數估計和影子價格的計算。Matsushita（2012）對日本電力行業的污染物減排效率進行測算時采用了方向距離函數，并設定函數形式為二次式來進行估計，根據計算結果得出在發電量一定的情況下，征收碳稅或者進行碳交易有利于降低該行業壞產出的排放量。參數化的方向性函數在估計和理解上都有很大的優勢，但是也存在一些不足，比如計算結果會因模型選擇的不同而存在差異，因此如何設定“正確”的函數形式在實際操作中是一個很大的挑戰，如果所設定的模型與函數形式不能完全匹配，那么所得到的估計結果就可能產生偏差。

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3 理論基礎.....11

3.1 低碳經濟理論 ......11

3.2 外部性理論 ..........11

3.3 環境庫茲涅茨曲線 .......12

4 研究方法.....14

4.1 基于松弛變量的估計模型（SBM）......14

4.2 CO2減排潛力 ......15

4.3 基于產出的方向性距離函數 .........15

4.4 邊際減排成本 ......16

4.5 數據說明與指標選取 ...........17

5 計算結果分析.....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

 

根據上述的結果分析來看，各個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行分析和識別。林伯強等（2009）通過對 Kaya 恒等式的分解得出經濟、收入和能源消費碳強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將城市化水平作為其中的一個變量，并得出城市化水平與邊際減排成本呈正相關的結論。根據相關的理論基礎并借鑒以上的相關研究，本文主要考察以下四個因素對邊際減排成本的影響：

6.1 能源消費碳強度，即單位能源消費會產生的二氧化碳排放量。能源消費強度主要受能源結構和能源利用效率的影響，既可以反映能源質量，也可以衡量能源利用效率（林伯強，2010）。如果一個城市能源消費碳強度較高，則說明該城市能源結構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結構，加強技術改革，提高能源利用效率的方法來進行減排，要付出的減排成本相對較低。預期能源消費碳強度與邊際減排成本之間關系為負。

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，2010），人均GDP 可以反映出一個城市所處的發展階段，一般來說，人均 GDP 高的城市第二產業比重也較高，減排成本會相對較低（魏楚，2014）。預期人均 GDP 與邊際減排成本負相關。

6.3 城市化水平。文獻研究表明，城市和農村居民的能源消費水平存在很大差距，城市居民的人均能源消費量高于農村居民的約 3.5-4 倍（何曉萍，2009），因此城市居民會產生更多的碳排放，林美順（2016）研究認為，城市化率每上升 1%，會導致碳排放強度增加 0.247%。但另一方面，相對于農村地區來說，城市的技術水平也較高，因此能源利用率也要高于農村地區。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業人口占城市總人口的比重來衡量。

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結論

 

根據對計算結果的分析，本文得出的基本結論如下：

第一，各個城市的二氧化碳減排潛力之間存在較大的差距，其中東部地區的減排潛力相對最小，中西部地區的減排潛力相對較大，尤其是西部地區，由于該地區能源消費結構和經濟技術發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濟增長速度以及以第二產業為主的經濟增長結構導致這些城市的二氧化碳排放量較大，因此承擔著主要的減排壓力，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向中低收入地區轉移的趨勢。

第二，各城市的碳邊際減排成本也存在著很大的差異。從三大地區之間的比較來看，東部地區的邊際減排成本始終高于全國平均水平，該地區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繼續進行減排的話，將要付出較高的經濟成本。中部地區和西部地區的減排成本相對較低，尤其是中部地區，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治理的逐漸嚴格使得該地區的碳減排成本也在逐漸趨于上升，相較于東部地區來說，該地區能夠進行減排的空間還是比較大的。西部地區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的狀態，且與中部地區之間的減排成本的差異在逐年縮小，西部地區也存在著很大的減排空間。

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參考文獻（略）