双碳目标下中国能源行业低碳经济效率研究

李乔楚 陈军华 敬 雷 赵晓兰

（1.西南石油大学经济管理学院，四川 成都 610500；2.四川川港燃气有限责任公司，四川 成都 610017；3.中国石油西南油气田公司勘探开发研究院，四川 成都 610041）

0 引言

***总书记在第75届联合国大会上宣布“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取在2060年前实现碳中和”。双碳目标的提出大大超过了中国在2016年《巴黎协定》时的承诺，体现了大国担当，也为我国绿色低碳发展描绘了宏伟蓝图。《中华人民共和国气候变化第二次两年更新报告》显示，在我国碳排放构成中，与能源活动相关的排放量占到总量的77.7%。中国目前能源消费和碳排放总量世界第一，约占全球比例分别为25%和33.3%。中国面临着仅用40年左右时间就要将巨量化石能源系统变成净零碳排放能源系统的巨大挑战。能源行业是我国重要的基础性、战略性行业，在国家经济安全中占据重要地位。然而，在高速发展的能源行业背后，是以“高能耗、高污染、高碳排”为代价的粗放型经济增长模式。由于不合理开采和技术落后等原因，致使能源的过度浪费和环境的重度污染，严重地阻碍了能源行业的低碳发展。因此，在双碳目标下，科学评估中国典型能源行业的低碳经济效率并提出有针对性的低碳转型策略，具有重要的意义。

国内外学者针对能源行业的绿色低碳效率开展了一系列研究。Zhao等［1］采用包含非期望产出的超效率SBM模型对中国30个省份2008—2017年的绿色经济效率进行计算，并在考虑空间自相关性基础上，采用空间杜宾模型实证考察了绿色经济效率的关键影响因素。何雷鸣等［2］以“一带一路”重点涉及的中国东北、西北、西南地区11个省份为研究对象，基于随机前沿分析方法（SFA）测算了能源使用全过程的碳效率，并结合系统聚类方法从时间序列和地区差异两个维度分析了碳效率的变化特征及成因。郭晓玲等［3］以能源效率、经济发展、环境影响为评估依据构建煤炭行业低碳效率测算体系，基于DEAMalmquist指数模型分析了2008—2015年中国11家煤炭上市公司低碳效率的变动趋势，并结合Tobit模型探讨了低碳效率的影响因素。陆云国［4］以最优碳排放量与实际碳排放量的比值定义低碳效率，基于2011—2012年中国616家火电厂的时间序列数据构成面板数据，选用非参数方法（DEA模型）估计方向距离函数，在此基础上测算了火电行业的碳效率并探讨CO2减排成本的变动情况。王卫星等［5］以石油和天然气开采业、石油加工和核燃料业等五大行业为研究对象，运用非角度、非径向的改进Super-SBM模型测度了2011—2015年中国石化行业的绿色效率，并结合OLS回归分析验证了绿色效率影响因素的作用机制。曾勇等［6］基于中国30个省、直辖市、自治区的面板数据，将大气污染物排放纳入效率评估体系，选用窗口DEA模型从绿色环保角度测算了中国天然气行业2002—2016年的能源利用效率。

上述研究对中国能源行业的低碳经济效率测度提供了有效的参考借鉴，但在以下方面仍有所局限性：①现有研究大多针对煤炭为代表的具体行业开展低碳效率测度，统筹煤炭、石油、天然气三大化石能源的低碳效率研究有待进一步完善；②现有研究主要着眼于能源终端消费过程，而立足于上、中、下游维度探讨中国能源行业低碳效率的研究几乎处于空白状态。随着双碳目标的进一步提出，作为支柱性行业同时也为关键碳排放源的能源行业需积极应对高质量发展与生态环境保护问题，在新发展格局下探索绿色低碳转型的新路径。基于此，本文将非期望产出（Undesirable Output）纳入低碳经济效率评估体系，考虑到能源开采、加工、供应全过程的碳排放效应，在统筹三大化石能源的基础上从系统性视角测算中国能源行业2000—2018年的低碳经济效率，以期为能源行业制定差异化、针对性的碳减排措施提供依据。

1 DEA模型构建与数据来源

1.1 Super-SBM模型

1978年，Charnes、Cooper和Rhodes［7］首先提出用于评估决策单元效率的DEA模型。为了消除传统DEA模型由于径向和导向设定产生的偏差，反映相对效率评价的本质，Tone［8］在2001年将松弛变量添加至目标函数并提出了SBM（Slack-based Measurement）模型。随着研究的继续深入，学者们发现忽视非期望产出违背了生产活动的实际规律，因此Tone和Sahoo［9］在2003年将Undesirable Output引入SBM模型，用以研究包含非期望产出的效率问题。2014年，为了解决多个决策单元同时有效导致无法进行效率排名的问题，Li和Shi［10］将SBM模型与超效率模型相结合，提出了包含非期望产出的超效率SBM模型。具体地说，假设有n个决策单元，每个决策单元包含以下3种元素：j种投入、k1种期望产出、k2种非期望产出。包含非期望产出的SBM模型如式（1）所示。

式中，θ*表示决策单元效率值，即低碳经济效率值，其取值可大于1；η为强度向量；-x、-yd、-yu分别为投入、期望产出及非期望产出的平均值。

1.2 指标选取与数据来源

“碳达峰”是指区域碳排放总量在某一时间节点达到峰值并随后逐步降低。“碳中和”主要是指通过植树造林、节能减排等形式，抵消自身产生的二氧化碳排放，实现二氧化碳的“零排放”。基于此，本文以2000—2018年为研究期限，能源种类涉及煤炭、石油、天然气三大化石能源，选取煤炭开采和洗选业、石油和天然气开采业、石油煤炭和其他燃料加工业、燃气生产和供应业为主要研究对象，在双碳目标下测算中国能源行业的低碳经济效率。投入指标包含能源、劳动力以及资本投入；产出指标则由期望产出和非期望产出组成。具体来看，能源投入采用各行业煤炭、石油、天然气三大化石能源的实际消费量表示，并基于标煤折算系数统一换算为可比量纲，基础数据来自2001—2019年的《中国能源统计年鉴》；劳动力投入采用各行业平均用工人数表示，基础数据来自2001—2019年的《中国工业经济统计年鉴》；资本投入采用各行业固定资产投资额表示，并基于固定资产投资价格指数统一换算为2000年的可比价格，基础数据来自2001—2019年的《中国统计年鉴》；期望产业采用各行业利润总额表示，并基于各行业工业生产者出厂价格指数统一换算为2000年的可比价格，基础数据来自2001—2019年的《中国工业经济统计年鉴》；非期望产出采用各行业CO2排放量表示，核算方法来源于《IPCC 2006年国家温室气体清单指南2019修订版》以及《省级温室气体清单编制指南（试行）》，核算单元涉及能源加工转换、化石燃料燃烧、煤矿采掘溢散等过程，基础数据来自2001—2019年的《中国能源统计年鉴》。

2 中国能源行业低碳经济效率实证分析

基于2000—2018年的面板数据，结合MaxDEA软件采用Super-SBM-Undesirable Output模型对中国能源行业的低碳经济效率进行测算，具体结果如表1所示。

表1 2000—2018年中国能源行业低碳经济效率值表

由表1所示的DEA分析结果可得：

1）从全行业视角来看，2000—2018年中国能源行业的低碳经济效率整体呈上升趋势，2018年效率值达到历年最高0.615 6，相比于2000年增幅达到189.09%，但距离生产有效界限仍存在一定距离。上述现象的主要原因为：①随着生态文明建设和生态环境保护上升为国家战略，绿色低碳的新发展理念逐渐普及，能源行业正在向“新常态”的经济模式转变，政府针对能源行业等重要碳排放源实施了许多可持续发展的相关政策，如削减过剩产能、工艺流程转型升级等，对能源行业低碳经济效率的提升起到了积极贡献；②中国能源行业过去的发展主要依靠生产要素的增加，而不是技术进步。但近年来国家相继出台了《能源技术创新“十一五”、“十二五”、“十三五”规划》《能源技术革命创新行动计划（2016—2030年）》等政策文件，不断加大能源领域的节能减排技术研发并深化创新力度，助力行业发展消耗更少的能源、劳动力和资本要素，得到更多的清洁产出，从而有效提升了能源行业的低碳经济发展水平。

2）煤炭开采和洗选业的低碳经济效率在四个行业内整体上排名最低，但在“十三五”规划期间呈现逐步上升趋势，效率值由2015年的0.180 7增长至2018年的0.414 3。造成此现象的一个原因为煤炭开采和洗选业依赖于大量的劳动力资源，2000—2018年的年均用工人数达405.47万人，显著高于石油和天然气开采业、石油煤炭和其他燃料加工业、燃气生产和供应业的年均用工人数75.65万人、73.08万人、18.77万人，大规模的劳动力投入成为导致煤炭开采和洗选业低碳经济效率低下的关键因素。因此，提高人力资源效率将成为煤炭开采和洗选业低碳发展的重要政策导向。未来应着重加强生产技能培训、着力提高管理效率，同时不断提升煤炭开采的机械化和自动化水平。

造成煤炭开采和洗选业低碳经济效率低下的另一个原因为除了燃料燃烧过程中产生的CO2排放，煤炭采掘过程中还不可避免地存在气体的溢散排放。在采掘操作期间煤层发生暴露和破碎，之前封固在煤层中的CH4和CO2通过煤矿通风气和除气系统泄漏至大气中。同时采掘停止后的废弃煤矿也可能会持续排放CH4。由于通风气的容积流率往往很大，煤矿除气系统回收的气体规模也通常较大，因此溢散过程中的碳排放效应不容忽略。

3）从整个时间跨度来看，石油和天然气开采业的低碳经济效率呈现显著的下降趋势。造成此现象的原因可能为中国属于石油开采大国，由于原油的碳排放系数为每千克3.02 kg CO2，是原煤碳排放系数每千克1.90 kg CO2的1.59倍，在三大化石能源中位居首位。另一方面，中国石油资源稀缺，进入21世纪以后由于全球经济危机等不确定因素造成原油价格上下波动、时常受到打压［11］，进而导致石油和天然气开采业的利润呈现下降趋势，甚至在2016年利润总额出现-567.05亿元的极端情景，也造成当年的低碳经济效率达到行业历史最低值0.039 6。与此同时，长期以来中国石油天然气勘查开采等上游产业由“三桶油”等国有企业占主导地位，市场化程度不高。2017年，随着《关于深化石油天然气体制改革的若干意见》的提出，油气勘查开采体制逐步得到完善并有序放开，有利于促进能源行业持续健康发展，大幅增加探明资源储量，不断提高全产业链安全清洁运营能力；在低碳经济效率上表征为2018年效率值阶跃式上升至0.462 1。

4）2000—2015年石油煤炭和其他燃料加工业的低碳经济效率始终保持较低水平，行业发展在带来较高强度碳排放的同时经济产出相对较低，2018年每万元利润总额碳排放量达0.003 2万吨，分别为其他三个子行业碳排放强度的4.82倍、5.30倍、27.44倍，严重阻碍了能源行业整体的高质量发展。但与此同时，近年来石油煤炭和其他燃料加工业低碳经济效率的增速最高，并保持较高的减排水平，由此可得行业发展正在向低碳新模式转变。造成此现象的主要原因为近年来我国不断加大对能源消费结构的清洁低碳转型，经济社会发展对传统化石能源的直接依赖有所减少，直接生产技术有所提高。因此，未来在制定碳减排政策时，应重视能源加工转换过程的碳排放效应，尤其是对于山西等煤炭产地，其区域内部以煤炭为支柱的电力、化工产业比重较大，污染物排放严重，亟需开展节能升级改造。在以往的研究中往往忽略了这一点，对其的重视将为中国能源行业的低碳发展提供一条新的路径参考。

5）燃气生产和供应业的低碳经济效率相对比其他三个行业显著较高，这主要得益于天然气自身的化学性质，碳排放系数相对较小，属于较为清洁的化石能源。然而，在2008年以前，燃气生产和供应业的低碳经济效率较低，这主要由于行业管理不善，以及当时天然气利用技术水平不高、基础设施薄弱，导致行业利润偏低，在2000—2002年期间行业利润总额均为负值。2017年以来，由于能耗水平的持续上升导致行业低碳经济效率略微出现下降趋势，因此燃气生产和供应领域的节能减排技术创新有待进一步加强。但考虑到天然气是未来15年的现实主体能源，灵活度高，协同性强，具有与可再生能源融合发展的先天优势［12］，因此未来应积极支持四川等西南地区充分发挥资源禀赋优势［13］，构建以天然气为中心的分布式能源系统，以燃气生产和供应业的高质量发展带动中国能源行业低碳经济效率的持续提升。虽然近年来其他三个子行业的低碳经济水平有所提高，但与燃气生产和供应业之间仍存在巨大的效率差距，为了减少这种差异，政府应针对能源开采与加工领域提供合理倾斜的资金投入和技术支持。

3 结论与建议

基于2000—2018年中国能源行业的面板数据，利用包含非期望产出的超效率SBM模型对能源行业的低碳经济效率及其变化规律开展研究。可以看出：中国能源行业低碳经济效率整体呈上升趋势；煤炭开采和洗选业依赖大量劳动力，同时兼具燃料燃烧与溢散排放，因此低碳经济效率最低。石油和天然气开采业效率值呈显著下降趋势，这是由于国际环境不景气导致的行业利润低以及国有企业占据主导地位导致的市场化程度有待提升。在低碳发展新格局下石油煤炭和其他燃料加工业效率增速显著。燃气生产和供应业效率值最高，这得益于清洁能源优势与国家政策扶持。基于上述结果，有针对性地提出以下几点建议：

1）立足于“国家清洁能源示范省”建设开展能源行业双碳试点，例如在“成渝地区双城经济圈”打造具有全国影响力的能源绿色高效利用示范区；以“减碳扶持”专项资金，支持减排压力较大的资源型省份（山西省等）、传统工业型省份（河北省等）开展清洁改造，重点支持煤炭开采与加工领域加快实施关键工艺流程碳减排技术，对已实现“零碳、净零碳”的能源企业和新招引的“零碳、净零碳”项目予以退税优惠和贷款倾斜。参考联合国环境规划署发布的“可持续基础设施综合办法”，积极探索具有气候韧性理念的“能源基础设施创新型解决方案”先行先试，减少能源开采、加工、运输、利用等关键环节的高碳风险。加速推动智慧油气企业建设，把握“新基建”发展机遇，探索“后疫情时代”能源行业清洁低碳、安全高效的生产运营新模式。

2）在经济全球化背景下，技术进步对生产贡献的边际效应正在持续增加，为了有效提升中国能源行业的低碳经济效率，需要在生产技术上逐步改进。把“节能”作为“第一能源”，聚焦能源开采、加工、生产等关键环节，出台低碳节能改造技术指南，着力提升能源利用效率。推动传统能源企业由“单一能源”向“综合供应”转变，拓展风、光、热、电、氢等新能源业务，设计有益于提升清洁能源企业竞争力的政策措施，努力实现低碳能源的规模化，降低低碳能源使用成本。支持能源开采与加工行业研发和应用固碳技术，探索高碳工艺流程的碳封存方式和技术路径；支持能源供应行业的低碳改造和清洁高效利用，加快终端天然气管网、LNG接收站等基础设施建设，推动行业整体利润水平稳步提升。发挥行业协会、专业学会和能源类高校科研院所在“节能减排”中的作用，完善能源领域政产学研合作链条并加大高端人才培养。

3）政府应对能源行业不同部门的碳排放行为实施动态规制，建立能源行业协调发展机制，制定科学公正的碳排放统计边界、计算方法和评估模型，以有效测度能源行业不同部门的减排潜力，将年度碳减目标和行动方案分解到各级行业和企业，并制定详细的奖惩机制。持续推进油气体制改革以促进行业健康发展，深化油气勘查开采、生产加工、产品供应机制改革，大力提升资源接续保障能力、优质油气产品生产供应能力、全产业链安全清洁运营能力。积极发挥市场的作用，完善碳税制度和碳排放交易机制，倒逼企业不断提升能源效率及生产效率。支持能源行业开展企业管理创新，着力打造“开源节流、降本增效”的升级版。针对能源行业制定更加严格的质量、安全、环保和能耗技术标准，完善油气加工环节新增项目上马和淘汰机制。