3 山东省低碳经济发展水平综合研究
低碳经济发展水平综合研究课题组
摘要 本文构建山东省的低碳经济发展水平评价指标体系，基于 DPSIR 模型，利用熵权法对山东省低碳经济发展水平进行评价，本研究发现，在“双碳”战略下，山东省工业存在能耗占比高、质效低和地域结构差异大、不均衡的问题；计算山东、广东、江苏、浙江4省碳排放量后，发现在GDP落后广东省、江苏省的情况下，山东省碳排放量远高于两省。
通过对山东省低碳经济发展水平的综合评价，还得出了山东省碳排放尚未达峰，工业经济低碳发展正处于平台期；驱动力指标始终保持上升趋势，在2017年后逐渐趋稳；压力指标在前期呈现上升趋势，在2017年后逐年下降；状态指标前期较低，但不断上升，中后期上升速度加快；影响指标不稳定，变化幅度大，先升后降；响应指标与影响指标变化基本一致，2018年后趋稳；总绩效值总体呈现上升后趋稳的态势等结论。
结合山东省工业存在的问题和低碳经济评价结果，提出了针对性的意见和建议。
关键词 碳达峰、碳中和；DPSIR模型；熵权法；山东低碳评价
一、引言
中央财经委员会第九次会议强调，我国力争2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和。“双碳”目标的实现不仅是应对气候变化的需要，更是事关发展的全局性重要工作，关系到中华民族永续发展和构建人类命运共同体。碳达峰是指全球、国家、城市、企业、活动等不同主体的碳排放在由升转降的过程中，碳排放达到了最高点值。碳中和是指全球、国家、城市、企业、活动等不同主体在一段时间内人为碳排放量与通过植树造林、碳捕集与封存技术等人为吸收达到平衡的状态。碳达峰是碳中和的基础和前提，达峰值不仅是排放量变化的结果，更是碳中和的约束值，碳达峰值高低决定碳中和难度。
全球碳达峰、碳中和路线图清晰表明，实现碳达峰，煤炭应最先退出。然而，从山东省能源消费构成来看，煤品消费量约占全部能源消费量的67%。在2021年能源消费总量中，工业能耗占比高达78.92%。工业能耗高，煤炭依赖性强的问题依然突出。根据中国工程院院士、生态环境部环境规划院院长王金南在2021大梅沙碳中和国际论坛公布的数据，山东省2020年直接二氧化碳排放量高达8.15亿吨，为全国之首；江苏省6.99亿吨，广东省6.72亿吨。山东省碳排放量已经显著高于广东、江苏、浙江3省，如果顺其自然，甚至放任碳排放“冲峰”，走“先冲峰，再中和”的道路，既不符合经济高质量发展的内在约束，也容易产生产业高碳锁定和路径依赖。
对于山东省而言，降低煤炭消费的着力点在工业领域。与此同时，工业部门的深度减碳，对新技术、新业态、新模式的产生具有根本性推动作用。此外，山东省自2017年实施新旧动能转换战略以来，虽然取得了一定成效，但旧动能规模受限、新动能优势尚未塑成，双重挤压的压力在未来几年将持续存在。加之环境因素制约又将成为悬在山东头上的“达摩克利斯之剑”，经济低碳与增长的潜在矛盾将逐渐凸显。因此，山东省工业经济的低碳转型问题亟待研究。科学评价低碳经济发展水平，是山东省工业经济低碳转型的首要前提和重要组成部分，更是把握碳达峰、碳中和的整体脉络的有力支撑。
二、文献综述
低碳经济最早是由英国于2003年提出，中国最早对低碳经济概念进行研究的学者是庄贵阳，他指出低碳经济作为一种行之有效的新型经济模式，可以提高煤炭、石油等资源的利用率，清洁能源的使用率，进而减少碳排放，以应对气候变化。随后，金乐琴和刘瑞，范建华，付允、刘怡君和汪云林，王雪峰，谢芬芳，董阳和壮歌德等学者从不同角度对低碳经济的内涵进行了研究。
目前，学界主要从构建评价指标体系和评价模型对低碳经济发展水平进行研究。付加锋等构建了目标层、准则层和指标层3个层次的低碳经济的评价指标体系，从低碳产出、低碳消费、低碳资源、低碳政策和低碳环境方面对低碳经济进行了评价研究。JIA J等基于TOPSIS法，以47个国家为研究对象进行了低碳经济发展水平评价。屈小娥和曹珂首次将人民生活引入综合评价指标体系中，评价了陕西省低碳经济发展水平，并与全国平均水平进行对比。
在省际和区域低碳经济发展水平评价方面，曹炳汝等通过构建包含经济发展水平、产业低碳水平、科技支撑水平、环境支撑水平指标的评价体系对长三角各省市低碳经济发展水平进行研究。曹炳汝等采用主成分分析法，对长三角各省市进行了低碳经济发展水平评价研究。杨卫华等利用层次分析法对冀鲁豫3省的低碳经济发展水平进行评价研究。李民等以驱动力、压力、状态、影响和响应为评价指标构建了评价模型。刘娅萍基于DPSIR模型构建评价指标体系，并采用熵权 TOPSIS法对浙江省低碳经济的发展水平进行了研究分析。史学飞等基于熵值-主成分分析法，通过构建包含19项评价指标的模型评价了天津市低碳经济发展水平。杨吉超采用因子分析法，从经济发展与结构、能源消耗与排放、环境建设与保护方面选取评价指标构建模型对福建省低碳经济发展水平进行评价研究。
学界对低碳经济的研究已有近20年时间，研究成果主要集中于低碳经济理论及内涵研究、碳排放计量、碳排放指标体系构建及评价研究等方面。我国对低碳经济的研究相较于国外起步较晚，在以往研究中，构建低碳经济发展水平的评价体系时将所有随机干扰项作为评价指标纳入模型，影响评价结果，或者通过专家判断，采用不同评价指标构建模型，进行综合评价研究，个人主观性强。因此，本文基于 DPSIR 模型，利用熵权法对山东省低碳经济发展水平进行评价。
三、评价体系与综合评价
（一）评价指标体系的构建与碳排放计算
DPSIR模型是一种评价指标体系概念模型，于1993年由欧洲环境署通过对PSR模型修正而来。该模型的基本含义是：系统驱动力（Driving）导致压力（Pressure）产生，压力迫使系统某些状态（State）发生改变，状态的改变对系统产生影响（Impact），这些影响促使人类做出直接或间接响应（Response）。本文结合山东省实际，侧重工业经济，建立了包括5项一级指标、23项二级指标的山东省低碳经济发展水平评价指标体系，具体见表1。本文数据主要来源于2010—2020年的《中国能源统计年鉴》和《山东统计年鉴》，个别指标通过计算得到。
表1 山东省低碳经济发展水平评价指标体系
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其中，碳排放总量的数据计算较为复杂，为本文独立计算所得，计算口径为以能源消耗计碳排放量。目前，由于我国对碳排放量没有进行统一检测，数据难以获得，因此本文借鉴国内外学者对碳排放量大多采用的计算方法，使用联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）给出的能源排放系数，进行折合计算，具体计算公式如下：
式中，A代表所求的碳排放总量，i表示能源种类，Bi表示第i种能源的消费量，Ci表示第 i种能源的碳排放系数。由于这种碳排放系数是与该能源热值等当量的标准煤的碳排放系数，因此在具体计算时需要将能源消费量折算成标准煤后，再乘碳排放质量系数，最终测算出每种能源的实际碳排放量。
表2 部分能源碳排放参考系数
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2010—2019年，广东、江苏、山东、浙江碳排放量变化以及山东省各年份碳排放量计算结果如图1、图2所示。计算表明，山东省碳排放尚未达峰，仍处于“平台期”；自2017年起，有不断上升的趋势。山东省曾在2012年、2014年分别出现了2次碳排放高点，分别约为7.29亿吨和7.14亿吨，自2017年起逐年上升，2019年约为7.80亿吨，而广东、江苏2019年碳排放量仅分别约为5.43亿吨、6.17亿吨。
图1 2010—2019年广东、江苏、山东、浙江4省碳排放量变化对比
图2 2010—2019年山东省碳排放量
对于山东省2020年碳排放量，借助《山东统计年鉴》中能源消费量和计算的变化进行估算，如表3所示。
表3 2015—2020年山东省能源消费量
对于2020年山东省碳排放量的计算：2019年与2018年相比，山东省能源消费量增长810万吨标准煤，碳排放量增长4769吨；与2019年相比，山东省能源消费量增长436万吨标准煤，按等比例估算碳排放量增长2567万吨，即2020年山东省碳排放量估算值为80606万吨。
对于2020年山东省终端能源消耗总量的计算：2019年与2018年相比，山东省能源消费量增长1246万吨标准煤，终端能源消耗总量增长3029万吨标准煤；与2019年相比，山东省能源消费量增长436万吨标准煤，按等比例估算终端能源消耗总量增长1060万吨标准煤，即2020年山东省终端能源消耗总量估算值为30198万吨标准煤。计算用原始数据如表4所示，此处只保留了两位小数。
表4 2010—2020年山东省低碳经济发展水平评价的原始数据
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（二）基于熵权法的指标权重与评价结果
构建评价指标体系后，最重要的步骤即确定各指标对于评价结果的相对重要性，即权重值。目前，常用的两类确定评价指标权重的方法为主观赋权法和客观赋权法。主观赋权法是通过专家凭经验确定，并对专家的结果收集分析后确定。该方法在确定权重时具有一定的主观性。客观赋权法是针对各指标值的数值，使用数学计算进行客观确定。该方法依托数学理论和定量计算，更具有客观性、科学性。
客观赋权法中的熵权法主要针对定量指标计算权重，对计算过程中发现的权重较低指标予以删除，评价结果解释性更好，因此本文选择熵权法进行评价。熵权法是通过计算指标的信息熵，利用指标的差异程度来度量已知数据中包含的有效信息和指标权重。指标的离散程度越大，其熵值越小，表明信息的有效价值越大，该指标在综合评价中对目标的影响越大。计算步骤如下。
（1）初始数据矩阵标准化。
如果有m个评价对象，n项评价指标，则初始矩阵如下：
xij（i=1，2，…，m；j=1，2，…，n）表示第i个评价对象在第j项指标中的数值。
由于各指标的量纲单位均存在差异，为消除因量纲不同对评价结果造成的影响，需要对各指标进行无量纲化处理。常采用极差变换法，其公式为
（2）计算第j项指标第i个评价对象xij的比重。
由此得到比重矩阵：
Y=（yij）m×n
（3）计算第j项指标的信息熵的值。
（4）计算第j项指标的差异系数。
dj=1-ej
（5）计算第j项指标的权重。
（6）计算评价方案i的评价值。
熵权具有以下性质：若某列元素数值相同，则熵最大值为1，熵权为0，表示在某指标上若各评价对象的数值相同，则该指标未包含任何有价值的信息。在决策或评估问题时，熵权并不代表某指标在实际意义上的重要性系数，仅表示在给定评价对象和评价指标的情况下，各指标在竞争意义上的相对激烈程度系数。根据以上计算步骤，采用MATLAB进行编程，运行后对结果进行汇总，得到各指标权重，详见表5。同时，利用MATLAB对山东低碳经济绩效走势图进行绘制，结果如图3所示。
表5 指标权重
图3 2010—2020年山东省低碳经济发展评价绩效
（三）各市工业能耗分级分析
从山东省各市能源消耗来看，各市工业结构和发展水平不同，减碳压力存在较大差异。以规模以上工业万元增加值能耗（吨标准煤）为参考，通过对2010—2020年按增速逐年计算绝对值进行分析发现，各市差异较大，最高的日照市是最低的威海市的近6倍。
为了便于分类分级，采用地图分级法中的自然断裂法，按类内差异最小，类间差异最大的分类原则，利用数据本身断点，将全省16市能耗水平分为低、中、高三级。利用 GIS 软件绘制分类结果图像如图4所示。
低能耗工业地区（值＜0.90）为威海、济南、青岛、烟台、东营、济宁；中能耗工业地区（0.90≤值＜1.80）为临沂、潍坊、德州、菏泽、泰安、聊城、淄博、枣庄；高能耗工业地区（值≥1.80）为滨州、日照。工业能耗能够在一定程度上综合反映不同地区工业产业结构，并体现低碳经济相关产业发展质量水平。
图4 山东省各市规模以上工业万元增加值能耗与分级
对于低能耗工业地区：近年来，济南工业转型、产业结构升级明显，济钢等大型重工业企业迁出，工业能耗显著改善；烟台、青岛和威海3市大力发展装备制造业、食品产业等绿色产业；东营积极推进石油资源向深加工化方向延伸；济宁化工和初加工行业比重降低，工程机械等装备制造产业比重上升。
对于中能耗工业地区：临沂、德州、泰安主要产业为农副食品加工业、通用和专用设备制造业；德州、潍坊的装备制造业、纺织业占比较高；潍坊、淄博、菏泽3市化学原料和化学制品制造业比重较大；枣庄以采矿业为主。
对于高能耗工业地区：滨州高能耗与其金属冶炼及压延工业（铝业）以及化工相关产业比重较高直接相关；日照工业结构由轻向重转变，纺织及造纸业比重下降，非金属矿物制品业、黑色金属冶炼及压延加工业比重上升。
总体来看，工业结构的持续优化，将显著改善区域能耗水平。高能耗地区或者产业结构相对较为单一，或者高耗能、高污染产业占比较高，工业结构的持续优化与能耗水平的改善呈互相制约、相互促进关系。
四、评价结论与政策建议
（一）评价结论
总绩效值逐步上升，2017年后趋于稳定，表明山东省低碳经济发展正处于平台期。
驱动力指标在2017年以前始终保持上升趋势，2017年后逐渐趋稳，小幅波动。该指标由地区生产总值、人均GDP增长率、城镇居民人均可支配收入、人口自然增长率、城镇化水平等指标组成，代表生产要素中的非技术部分。其变化趋势表明驱动山东经济发展的资本、劳动等生产要素供给逐渐达到顶点，未来转型之路应着力于全要素生产率的提高。
压力指标自2010—2017年总体保持上升，2017年达到峰值后逐年下降。该指标由终端能源消耗总量、能源消耗强度、能源消费弹性系数、碳排放总量、碳排放强度等指标组成。就指标重要性而言，压力指标是碳排放量与经济发展的最重要体现。7年间的不断上升主要源于“十一五”以来，山东省大力发展循环经济、推行节能减排和清洁生产，碳排放量增速放缓，能源强度逐年下降，碳生产力不断提高。而2017年后绩效值下降，可能是受到第四次经济普查“挤水分”、2018年GDP数据核算总量下调12.8%影响。
状态指标总体呈现上升趋势，在2014—2017年出现了快速增长。该指标由第三产业所占GDP比重、第二产业所占GDP比重、原煤消费量占比、二氧化硫排放总量等指标组成，其中后两项指标权重分别为0.0820、0.0759，远高于其他全部二级指标。从山东三次产业占比变化来看，2014—2017年山东第二、第三产业占比快速变化、位次交替。从其他两项指标来看，原煤消费量占比在发展和改革委等多部门多轮压减之下，近几年已经保持在30%的水平，压减空间已经逼近界限；二氧化硫排放总量逐年下降趋势明显。综合以上因素，状态指标呈现总体上升趋势。
影响指标绩效值总体比较平稳，略有上升，但在2014年、2015年出现了两个高峰。该指标由城镇登记失业率、城镇恩格尔系数、农村恩格尔系数、颗粒物排放总量等指标组成。由于颗粒物排放总量在2014年、2015年的统计数据分别为120.81万吨、108.25万吨，与2013年的69.67万吨、2016年的62.26万吨相比，相差接近1倍，导致了两个绩效值高点的出现。
响应指标总体呈现倒“V”形，在2014年以前上升、2014年以后下降，2018年以后基本平稳。该指标由建成区绿化覆盖率、污水处理率、工业固体废物利用率、R&D经费占GDP比重等指标组成，其中，建成区绿化覆盖率、工业固体废物利用率与该项其他指标相比权重高出接近1倍，而该两项指标统计数据均在2014年达到峰值，总体均呈现倒“V”形变化趋势，使得响应指标最终绩效值也呈现倒“V”形。
（二）政策建议
（1）山东省工业经济低碳转型的四个着力点。一是低碳技术应用。全要素生产率提高作为低碳转型的关键，而技术创新则是提高全要素生产率的根本方法。未来应从单点节能、多点节能、流程节能三个角度入手，统筹各工艺环节，将整个企业甚至产业链上下游企业视为整体，优化工艺路线、各生产单元配置和分工，积极采用“一罐到底”、“近净成形”、炼化一体化、水泥熟料烧成系统、铝液直供、园区热力梯级利用等资源优化利用技术和方式。二是开展对外合作。未来高耗能产品的生产成本将大幅上升，行业发展必然受到一定程度的限制。与此同时，新一轮能源技术革命以及不同地区能源资源价格比较优势的影响，使得许多高耗能产品的进口到岸价格仍然低于国内生产价格，对外合作存在较大空间。山东省应注重控制自身“两高”项目规模，充分利用国际市场，深入实施“走出去”战略，扩大国际合作。三是发展生产性服务业。山东省服务业发展相对不足，且服务业与工业发展关联度不高、互动和支撑能力不足。未来应围绕工业实体经济，持续大力发展生产型服务业，实现“两业融合”。四是推进新能源应用。影响指标绩效值的主要工业部分为颗粒物排放总量，其人为来源主要是工业生产运输及燃料燃烧过程。着力推进绿色氢能等清洁能源的大规模应用将直接缓解颗粒物排放，并有助于工业部门深度脱碳。
（2）山东省工业经济低碳转型的“三步走”总体建议。2020—2025年：“两高”达峰、内质转化。这一阶段，山东省工业占GDP的比重仍将回落，服务型制造模式、生产性服务业迅速发展。循环型工业生产体系初步确立，废旧钢材、铝材、纸等废弃物利用水平明显提升。高耗能产业集中度有所提高，主要高耗能产品产量陆续达到峰值，产品综合能效得到进一步提高。2025—2035年：优势重塑、业态整合。这一阶段，山东产业结构深度调整，一批具有较强国际竞争力的跨国公司和产业集群形成，在全球产业分工和价值链中居于优势地位。重点行业工业增加值能耗、物耗及污染物排放达到世界先进水平，工业企业与社会系统之间的“生态链接”全面整合，工业化与城镇化融合发展。2035—2050年：全面强化、面向未来。这一阶段，山东省工业部门全面实现智能化、数字化、低碳化转型。基于工业互联网、大数据的新一代工业交互生产方式将在各行业得以确立。工业发展质量和对社会进步的支撑作用本质性提高，电力、天然气、氢能的大规模应用将使工业终端能源消费日趋清洁化、低碳化。
（3）山东省工业经济低碳转型五点具体政策建议。一是制定低碳转型路线图。在当前时期，应特别注意摸清家底，分析能源消耗和碳排放情况，制定实施火电、钢铁、化工等重点行业以及交通运输、建筑等部门和领域的碳达峰行动方案，明确碳达峰目标和路线图，推动绿色低碳技术实现重大突破，实施重点行业领域减污降碳行动，加快推广应用减污降碳技术，同时注意平衡各地产业布局和自然资源禀赋差异。二是健全低碳经济政策体系。不断完善产业政策、财税政策、信贷政策和投资政策，形成有利于积极应对气候变化的政策导向和体制机制。发挥财政正向激励和逆向限制双重作用，降低企业碳减排成本，逐步淘汰不符合碳减排标准的企业和产品。支持绿色低碳循环产业的发展，控制限制类产业生产能力，淘汰高能耗、重污染的落后产能。实施节能技术改造、污染物减排能力建设等“以奖促治”政策。三是大力发展绿色低碳技术。充分发挥科学技术的支撑和引领作用，支持产学研联合，促进创新型人才队伍建设，支持重大技术装备研制和重大产业关键共性技术的研究开发，全面推进节能减碳、电气化和新能源技术。加快先进技术的研发和产业化，积极部署高能效、低碳排放技术研发和推广应用，建立清洁生产、清洁能源循环高效利用等低碳技术体系；对燃煤高效发电，二氧化碳捕集、利用与封存，高性能电力存储，超高效热力泵，氢的生产工艺、装备、运输和存储等技术进行研发储备。四是加大低碳资金投入力度。不断建立和完善与碳减排相关的投融资体制机制，拓宽投融资渠道，设立低碳转型或碳中和相关基金，增加资金来源和对地方的财政投入，同时注意通过专项资金对低碳转型困难较大的地方和群体进行倾斜，帮助和支持地区传统能源产业工人的培训和转岗，尽量避免出现社会问题和不利影响。五是推进低碳标准体系建设。此外，绿色低碳技术的大规模革新应用离不开工业标准支撑。在现有电子设备制造、焦化、陆上交通运输、机械设备制造、矿山、氟化工、水运、造纸、食品、烟草、石油天然气、石油化工、有色金属等碳核算标准基础上，山东省应积极参与强制性能耗限额标准、用能产品能效标准和碳排放强度标准制定，完善涵盖能源生产和消费、重点行业领域的技术标准体系，加大推广应用力度。
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课题组成员简介
范玉明，综合室主任，副研究员，山东省工业和信息化研究院。
党世博，助理研究员，山东省工业和信息化研究院。
赵玉玺，助理经济师，山东省工业和信息化研究院。
刘虹妹，高级工程师，山东省工业和信息化研究院。
庄涛，高级经济师，山东省工业和信息化研究院。
臧义战，高级会计师，山东省工业和信息化研究院。