煤炭價格對我國碳排放的影響效應研究

李 品 張金鎖 王 萍

(1.西安科技大學安全科學與工程學院，陜西省西安市，710054；2.延安大學經(jīng)濟管理學院，陜西省延安市，716000；3.西安科技大學管理學院，陜西省西安市，710054；4.西安科技大學能源經(jīng)濟與管理研究中心，陜西省西安市，710054)

碳排放作為一個世界性問題備受各國的關注。我國是目前世界上經(jīng)濟發(fā)展速度最快的國家之一和碳排放大國，在全球環(huán)境治理中發(fā)揮的引領作用、所采取的措施和所取得的成效也得到聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署的肯定和認可，我國通過技術創(chuàng)新等措施減緩氣候變化和空氣污染的經(jīng)驗也是值得其他國家借鑒的?！笆濉币?guī)劃中，我國又把生態(tài)文明建設作為重要內(nèi)容，提出了到2020年單位GDP二氧化碳排放比2015年下降18%的目標，屆時我國單位GDP二氧化碳排放將超過2009年聯(lián)合國氣候變化峰會上對國際社會公布的下降40%～45%的目標，凸顯了我國政府對降低碳排放的重視與決心。

從我國的實際來看，我國碳排放的85%以上都來自污染嚴重的煤炭燃料，這主要是因為我國煤炭資源儲量豐富，對煤炭的勘探、開采和利用等技術相對于石油、天然氣資源具有比較優(yōu)勢，從而使我國成為當今世界以煤炭為主要能源消費品的少數(shù)國家之一。從理論上看，降低碳排放量主要有以下路徑：一是依靠技術進步直接影響碳排放；二是通過煤炭價格對消費主體行為的導向作用，從而對能源消費量及碳排放量產(chǎn)生影響；三是充分發(fā)揮價格杠桿的“碳抑制”作用，通過煤炭價格杠桿促使煤炭消費企業(yè)提高煤炭使用效率，達到碳減排的目的。但是我國煤炭價格的市場化程度不高，技術進步水平雖然取得一定程度的提高，但對于碳排放的具體影響缺乏相關的實證研究，關于技術進步-碳排放、煤炭價格-碳排放和煤炭價格-技術進步-碳排放量問題的具體路徑和影響效應尚不清楚?；诖?，本文從煤炭價格、技術進步、碳排放3個維度，以技術進步為中間變量，探究煤炭價格-技術進步-碳排放的影響機理及調節(jié)效應，以便為提高煤炭使用效率和降低碳排放量政策的制定提供理論依據(jù)。

1 文獻綜述

從國內(nèi)外研究現(xiàn)狀來看，學者們關于碳排放的研究取得了豐碩的成果。Amano(1990)指出實際能源價格上升有節(jié)能效應。隨后Fisher-Vanden等(2004)基于中國2500家大中型能源密集型企業(yè)的研究結果，發(fā)現(xiàn)企業(yè)部門的相對能源價格和研發(fā)支出是中國能源強度和能源消費量下降的主要動力。Yao等(2016)通過改進的中國能源和環(huán)境政策分析(CEEPA)模型，分析了中國的減排成本曲線，結果表明中國的邊際減排成本(MAC)曲線對電力和成品油定價機制敏感。劉紅玫(2002)實證檢驗了能源價格和能源效率之間的關系，結果表明價格杠桿的作用調節(jié)著能源的供求，從而對能源效率的提高起到了重要推動作用。杭雷鳴等(2006)和李世祥等(2009)基于國內(nèi)制造業(yè)和工業(yè)數(shù)據(jù)對能源價格和能源效率問題進行了研究，也得出了相似的結論，認為推進能源價格改革是節(jié)能減排的重要手段。陳曉毅(2012)研究發(fā)現(xiàn)，我國能源價格的節(jié)能效應隨著能源效率變化呈“U型”分布。Gamtessa等(2016)使用面板時間序列估計研究了加拿大制造行業(yè)能源價格和能源強度之間的關系，結果表明，從長期來看能源價格上升有助于降低制造業(yè)的能源強度。Yang L等和Dinda S(2011)認為，技術進步是節(jié)能減排的主要動力。Wang Z等(2016)采用混合能源模型模擬了中國未來能源路線圖的結構和碳排放趨勢，認為中國的碳排放峰值從技術上可以在2025年之前實現(xiàn)。Birol F等(2007)和Yuan C等(2010)發(fā)現(xiàn)能源價格上升帶來生產(chǎn)成本增加，并通過要素替代和誘導技術創(chuàng)新提高能源效率、實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)節(jié)能。唐建榮等(2015)認為提高能源價格有助于強化技術進步對降低能源強度的作用，減弱產(chǎn)業(yè)結構重工業(yè)化對能源強度的正向拉動作用。Dasgupta等對印度能源密集型制造業(yè)的能源需求行為進行了綜合分析，結果表明能源價格的上漲導致了能源需求的減少，促進了制造業(yè)的技術進步，技術進步導致能源生產(chǎn)率的提高。陳玲(2009)通過研究證實了能源價格對能源強度的“引致效應”。

上述學者們大都肯定了能源價格和技術進步對于碳排放問題的重要作用，且相關研究大多是遵循能源價格通過影響能源結構、能源供需、能源消費、能源效率等變量進而影響碳排放的作用路徑，也就是能源價格-經(jīng)濟-碳排放路徑，或者單獨研究了技術進步對于碳排放的影響效應，并沒有考慮煤炭價格對碳排放量的直接效應和影響路徑，更沒有結合我國實際綜合考察煤炭價格通過技術進步對于碳排放量的調節(jié)效應，也就是煤炭價格-技術進步-碳排放的作用路徑。鑒于此，本文試圖針對上述問題進行實證層面的探索。

2 理論分析和變量選擇

2.1 理論分析

2.1.1煤炭價格與碳排放量關系的理論分析與研究假設

假設1：煤炭價格與碳排放量呈負相關關系。

2.1.2技術進步與碳排放量關系的理論分析與研究假設

技術進步是影響碳排放的關鍵因素，研究指出技術進步可能增加也可能減少碳排放，一方面技術進步可以帶動經(jīng)濟增長間接影響碳排放，另一方面技術進步本身可以直接影響碳排放，但是具體的作用方向還不明確。Acemoglu等(2009)指出技術進步的路徑依賴性很強，如果企業(yè)起初采用的是清潔技術，則可能減少碳排放，反之，也可能增加碳排放。因此，技術進步與碳排放量的關系無法明確。參考申萌(2012)的做法，對技術進步設定臨界值k的前提下，提出如下假設：

假設2：當技術進步TFPk時，技術進步對碳排放量的效應為負。

2.1.3煤炭價格-技術進步-碳排放量關系的理論分析與研究假設

技術進步對碳排放的正向作用受制于能源價格的高低。如果能源價格偏低，不足以對行業(yè)進行技術改造成本造成威脅，行業(yè)就會繼續(xù)維持能源高消耗現(xiàn)狀，不會采取任何改進措施以降低碳排放量。反之，能源價格偏高，高于企業(yè)的技術革新成本，就會促使企業(yè)提高技術來減少能源的消費量，最終可以減少碳排放量，所以，技術進步對碳排放量的影響程度受能源價格變動的影響。能源價格越高，技術進步對降低碳排放量的影響越顯著，也就是說能源價格對碳排放量的影響具有調節(jié)效應?；谝陨涎芯刻岢鋈缦录僭O：

假設3：煤炭價格通過技術進步對碳排放量產(chǎn)生調節(jié)作用。

2.2 變量選擇

2.2.1 煤炭價格

分析煤炭價格波動對碳排放量的影響作用，需要選定能夠定量分析的指標。由于大量與煤炭價格有關的研究都表明秦皇島煤炭價格在中國煤炭價格中較具有代表性，基于此，本文采用秦皇島港山西優(yōu)混煤的月度平艙價來衡量國內(nèi)煤炭價格。

2.2.2 技術進步

技術進步是社會和學者們普遍關注的問題。常用的有以下3種方法：一是基于Cobb-Douglas生產(chǎn)函數(shù)的全要素生產(chǎn)率測算法；二是基于增長速度方程的Solow余值測算法；三是基于數(shù)據(jù)包絡分析(Data Envelopment Analysis，DEA)的Malmquist TFP指數(shù)測算法?，F(xiàn)有文獻普遍采用的都是由Fare等(1994)改造的Malmquist指數(shù)法，以t期技術為參照系，基于投入角度的Malmquist生產(chǎn)率指數(shù)為：

(1)

式中：Di——距離函數(shù)；

i——基于投入的距離函數(shù)。

式(1)是用來測度t時期到t+1時期的技術效率變化。同理，以t+1時期的技術為參照系的Malmquist生產(chǎn)率指數(shù)為：

(2)

從t時期到t+1時期的Malmquist生產(chǎn)率指數(shù)通常選用式(1)和式(2)的幾何平均值來計算：

(3)

式中： (xt,yt)和(xt+1,yt+1)——t期和t+1期的投入和產(chǎn)出向量；

Malmquist指數(shù)又可分解為技術效率變化指數(shù)(TE)和技術進步指數(shù)(TC)：

(4)

本文選取1995-2014年我國29個省份以1994年基期的投入和產(chǎn)出數(shù)據(jù)來測算Malmquist生產(chǎn)率指數(shù)。參考相關研究，本文用物質資本和勞動力兩個指標作為要素投入數(shù)據(jù)。物質資本指標采用張軍等(2004)所采用的“永續(xù)存盤法”進行估算，以1994年為基期采用永續(xù)盤存法進行估算，并將數(shù)據(jù)更新至 2014年，取資本折舊率為9.6%。勞動力指標用年末就業(yè)人數(shù)表示。總產(chǎn)出指標用各省以1994年為基期進行換算的GDP總值表示。其中，數(shù)據(jù)來源于各年度中國統(tǒng)計年鑒。最后，將資本存量、勞動力和總產(chǎn)出指標進行求解得到歷年全國各年份全要素生產(chǎn)率及分解值，見表1。

表1 1995-2014年中國全要素生產(chǎn)率指數(shù)及分解

根據(jù)表1，從全國平均時間序列數(shù)據(jù)來看，全要素生產(chǎn)率的平均增長率為1.18%，技術進步的平均增長率為2.41%，技術效率平均增長率為-1.2%，說明樣本區(qū)間內(nèi)，我國技術進步詮釋了全要素生產(chǎn)率的變動，技術效率的變動未能有效提升我國的全要素生產(chǎn)率。從絕對數(shù)值變動來看，1995-2014年間，我國的技術進步變動值大部分年份大于1，說明過去20年間，我國的技術進步處于不斷發(fā)展的態(tài)勢，且在2003年以后技術進步的增長速度較快，這與李小平(2005)、李廉永(2006)的研究結果相一致，這可能與2000年以后我國工業(yè)迅猛發(fā)展，逐步向可持續(xù)發(fā)展的創(chuàng)新經(jīng)營模式轉變有關。

2.2.3 碳排放量

參考林伯強等(2010)的方法，采用式(5)計算碳排放量：

(5)

式中：Qc——碳排放總量，萬t標準煤；

i——能源品種，本文指煤炭、石油和天然氣3種能源；

Ei——能源i的消費量；

αi——能源i的轉化率；

βi——能源i的碳排放系數(shù)。

各類碳源轉化率系數(shù)和排放系數(shù)見表2。

表2 各類碳源轉化率系數(shù)和排放系數(shù)

注：煤炭、石油的能源轉化率系數(shù)單位為kgce/kg，天然氣為kJ/m3，碳排放系數(shù)單位為kg/106kJ

3 煤炭價格對碳排放影響效應的實證分析

3.1 平穩(wěn)性檢驗

首先對所選數(shù)據(jù)進行平穩(wěn)性檢驗，判斷其是否存在單位根，以保證所構建模型的有效性。由于技術進步變量TFP本身就是增長率序列，所以本文對煤炭價格P和碳排放量C取對數(shù)，選用ADF方法對LNP、TFP和LNC這3個變量的時間序列進行平穩(wěn)性檢驗，結果見表3。由表3可知，LNC、TFP和LNP均為I(1)序列。同時，各檢驗Durbin-Watson統(tǒng)計值均接近2，表明殘差中不存在自相關，滿足了協(xié)整檢驗的前提條件。

表3 變量LNC、TFP和LNP的平穩(wěn)性檢驗結果

注：D代表變量的一階差分；(C，T，N)中，C代表截距項，T代表時間趨勢項，N代表滯后階數(shù)

3.2 變量間的因果關聯(lián)

由理論分析可知，煤炭價格(LNP)、技術進步(TFP)和碳排放(LNC)三者的因果關系并不明確，為此，用Granger(格蘭杰)檢驗直接考察變量間統(tǒng)計意義上的因果關聯(lián)，以初步揭示變量間的聯(lián)系，結果見表4。

表4 變量的格蘭杰因果關系檢驗結果

由表4可知：第一，煤炭價格是碳排放量的格蘭杰原因。這說明長期來看，煤炭價格的上漲必定會對碳排放量的降低起到顯著作用。第二，技術進步是碳排放量的格蘭杰原因。表明企業(yè)的技術進步對于碳排放量有重要影響，這與前面的假設相吻合。第三，說明煤炭價格與技術進步互為格蘭杰因果關系。煤炭價格的提高會促進企業(yè)加強新技術的研發(fā)，新技術的應用也會反過來對煤炭價格起到調節(jié)作用。

3.3 單變量模型及檢驗

3.3.1煤炭價格、技術進步、碳排放量的線性相關關系及檢驗

由數(shù)據(jù)相關性檢驗可知，煤炭價格(LNP)、技術進步(TFP)和碳排放(LNC)均通過了數(shù)據(jù)的平穩(wěn)性檢驗，它們之間存在協(xié)整向量關系。通過Granger(格蘭杰)檢驗可知，煤炭價格、技術進步是碳排放量的格蘭杰原因，但變量間的具體關系還不明確?；诖?，采用協(xié)整分析方法構建煤炭價格、技術進步、碳排放量的線性關系模型，考察煤炭價格、技術進步、碳排放量間的直接影響效應。

式中：α、e、m、u、ν——回歸系數(shù)；

β、f、n、ω——截距常量。

表5 變量間協(xié)整關系擬合結果

注：*表示擬合系數(shù)，**表示擬合優(yōu)度

協(xié)整方程的線性回歸結果見表5，由表5可知，煤炭價格與技術進步之間具有明顯的線性相關關系，參數(shù)估計方程式見式(10)，其他變量間的線性相關性并不明顯。通過擬合得到煤炭價格與技術進步的關系見圖1。

由上述分析可知，樣本區(qū)間內(nèi)煤炭價格與技術進步呈現(xiàn)顯著的正相關關系，煤炭價格LNP每增加1，技術進步TFP增加0.03，擬合度達0.9992，表明1993-2014年20年間，我國煤炭價格對于技術進步取得較好的“引致效應”。

圖1 煤炭價格與技術進步關系曲線

3.3.2煤炭價格、技術進步、碳排放量的非線性相關關系及檢驗

由表5可以看出，煤炭價格與碳排放量、技術進步與碳排放量之間并非線性相關，并由相關理論分析和Granger因果關系檢驗可知，煤炭價格和技術進步都是碳排放量的格蘭杰原因，于是構建如下模型：

式中：δ1，…，δn，η1，…，ηn——回歸系數(shù)；

ε、μ——截距常量。

上述協(xié)整方程的線性回歸結果排除了技術進步-碳排放量和煤炭價格-碳排放量線性相關的可能。采用非線性回歸進行參數(shù)估計，得到參數(shù)估計方程式(13)和式(14)，通過擬合得到技術進步-碳排放量和煤炭價格-碳排放量的關系曲線，見圖2和圖3。

由圖2可以看出，樣本區(qū)間內(nèi)技術進步與碳排放量呈顯著的“倒U”曲線，曲線的極大值點為(1.005，11.821)，表明過去20年間，我國的技術進步從TFP為1.005，也就是2005年以后開始對碳排放量產(chǎn)生作用，也就是說2005年以前，我國技術進步對碳排放量的作用為正，2005年以后，技術進步對碳排放量產(chǎn)生負向的影響效應，2005年以來，我國的全要素增長率(TFP)平均每增長1，碳排放量下降2.4×106，表明過去10年間技術進步對于碳排放的影響效果很顯著。由表1可知，我國的技術進步在2000年以后就取得較快的增長，由于技術進步本身的“滯后性”，所以在2005年以后才對碳排放量產(chǎn)生明顯的影響效應，表明我國技術進步對于碳排放量影響的滯后期為5年。由圖3可以看出，樣本區(qū)間內(nèi)，煤炭價格與碳排放量的變動方向一致，由式(8)煤炭價格與碳排放的直接影響效應模型看出，煤炭價格整體與碳排放呈“倒U”曲線相關關系，當煤炭價格小于713.36元/t時，煤炭價格對碳排放量的影響效應為正，煤炭價格對碳排放量的直接調節(jié)效應存在阻滯，當煤炭價格大于713.36元/t時，煤炭價格開始直接對碳排放量產(chǎn)生負向的調節(jié)效應，說明從我國的市場供需形勢來看，目前我國的煤炭價格還偏低，不足以對碳排放量產(chǎn)生直接的影響效應。

圖2 技術進步與碳排放量關系曲線

3.4 整組變量模型及檢驗

以上分別考察了煤炭價格和技術進步對于碳排放的直接影響效應，實際經(jīng)濟運行中，煤炭價格與碳排放量是遠程關系，煤炭價格的提升可以促進能源企業(yè)技術進步，從而降低碳排放量。由此，通過式(13)和式(14)聯(lián)立，構建了煤炭價格、技術進步、碳排放量的綜合影響效應模型(式15)，并擬合得到煤炭價格-技術進步-碳排放量的綜合影響效應擬合曲線見圖4。

(15)

R2=1

由圖4可以看出，煤炭價格通過技術進步對于碳排放量的綜合效應模型呈現(xiàn)顯著的“倒U”曲線，從煤炭價格P=190.56即2003年以后，煤炭價格通過技術進步對碳排放量產(chǎn)生負向的作用，其中2003年，煤炭價格每上漲1，碳排放量下降273.98，相比較技術進步對碳排放量的直接效應而言，煤炭價格通過技術進步對碳排放量的調節(jié)作用較小，但從時間周期來看，煤炭價格通過技術進步對碳排放產(chǎn)生作用要遠遠早于煤炭價格直接對碳排放量產(chǎn)生作用，說明近年來煤炭價格所引致的碳排放量下降是通過技術進步產(chǎn)生的，煤炭價格還未直接對碳排放產(chǎn)生影響效應。

圖3 煤炭價格與碳排放量關系曲線

圖4 煤炭價格-技術進步與碳排放量關系曲線

4 結論及啟示

(1)從變量的單獨作用效果來看，2005年以后我國技術進步開始對碳排放量產(chǎn)生了有益的影響效應，煤炭價格對碳排放量的直接作用還未顯現(xiàn)，時間起點上煤炭價格對碳排放量產(chǎn)生作用的時間要晚于技術進步。原因主要是我國煤炭行業(yè)的市場機制不完善，我國電煤價格的形成不僅受到市場供求關系的影響，而且很大程度上與政府相關的調控政策有關，未來隨著煤炭價格市場的逐步完善，反應市場供需的煤炭價格也將在一定程度上對碳減排發(fā)揮作用，同時也說明節(jié)能減排除了要發(fā)揮價格的杠桿作用，更要關注技術的作用。

(2)從變量的綜合作用效果來看，我國煤炭價格基于技術手段對碳排放量產(chǎn)生的效應已經(jīng)顯現(xiàn)，作用效果要比技術進步對于碳排放的直接效應小，說明我國的煤炭價格還不足以從供需視角對碳排放量產(chǎn)生影響，煤炭價格對于碳排放量的影響是通過技術進步實現(xiàn)的，直接通過技術手段來降低碳排放量的強度要高于借助煤炭的價格杠桿作用來推動企業(yè)技術進步降低碳排放量?；诖耍覈斍罢叩闹c在于：第一，應進一步推動我國煤炭價格的市場化改革，有效發(fā)揮其對于能源效率提高的引導作用，加強其對于能源消耗的抑制作用。第二，應加大對企業(yè)低碳技術研發(fā)的支持力度，鼓勵支持科研機構和企業(yè)進行低碳技術研究，加強企業(yè)與科研機構的合作，培養(yǎng)低碳技術識別能力，集中力量取得優(yōu)勢技術的突破。同時要積極引進國外先進的低碳技術，并加快技術推廣。第三，加強對碳排放的監(jiān)測和監(jiān)管。碳排放監(jiān)測難和監(jiān)管不嚴是碳排放不斷增加的重要原因，要逐步建立碳排放監(jiān)測制度，提高監(jiān)管和懲罰力度，增加企業(yè)排放成本，有效遏制企業(yè)碳排放增加。