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摘 要：本文采用加权目标规划的方法，以第Ⅰ、第Ⅱ、第Ⅲ产业发展速度不低于2005年-2009年平均速度以及到2015年单位GDP碳排放比2005年降低25%为目标规划中的四个目标，规范分析了三部门对煤炭、石油、天然气的最优投入量。研究结果表明：能源贡献系数r对第Ⅰ产业的能源投入结构及三部门的能源投入量有直接影响，r越小，能源投入量越大，碳排放越多；通过提高三部门的能源贡献系数r来降低化石能源的投入量从而控制碳排放量。最后提出了一些建议。
关键词：低碳；“十二五”；CO2;目标规划；能源投入;河南
作者简介：江正平（1968—），男，湖北天门市人，兰州大学管理学院副教授，硕士研究生导师，研究方向为公共政策、行政法，著有《行政法学》等专著；
1 引言
新千年以来，河南省经济高速发展，全省GDP平均增速11.8%，经济总量从2000年0.505×1012元增加到2009年1.95×1012元，2010年突破2×1012元，十年增长了3倍，翻了两番。与经济高速增长相伴随的是能源需求量和能源消耗的大幅增加,1990年河南省能源消费总量是8071×104t标准煤，到2009年达到19751×104t，以每年11%的速度增加。根据2007年IPCC（联合国ZF间气候变化专门委员会）第四次评估报告，CO2排放的主要来源是矿物能源的燃烧[1]。河南正处于城市化和工业化的加速阶段，为实现快速发展经济和降低CO2排放的双重目标，如何最优安排能源投入，河南省面临着更大的压力和挑战。本文以河南省为例，运用加权目标规划方法，将经济发展目标的实现量化为第Ⅰ、第Ⅱ、第Ⅲ产业每年发展速度不低于2005年至2009年三产业的平均水平，减排目标的实现量化为到2015年单位GDP排放比05年降低25%，尝试分析“十二五”河南实现双重目标的各产业的能源消耗情况。
2 研究方法与过程
2.1 加权目标规划[3]
潘家华[4]在论述中国发展低碳经济时指出了对低碳经济的五种误解，认为减排和经济发展没有先后顺序，不能先发展再治理，也不能为了减排而使经济发展趋缓。减排和经济发展同样重要，上述四个目标没有明显的优先级，因此适合采用加权目标规划的方法。本文将减碳目标的偏差权重设定为10，三产业部门发展目标的偏差权重分别设定为2、3、5,这就变成了普通的单一目标的线性规划问题，即目标函数求最小值。
2.2 模型构建
2.2.1基本假设
河南省的能源消费结构中，煤炭比重为88%，石油7.9%，天然气2.5%，水能1.6%。本文的加权目标规划模型基于一下两个假设：一是河南省第Ⅰ、第Ⅱ、第Ⅲ产业的能源供给只有煤炭、石油和天然气，并且各单位能源对产业值的贡献是独立发生作用的；二是在三产业生产函数Y=AF(N、K、E) 中（Y代表总产出，N、K、E分别代表投入的劳动量、资本量和能源量，A为全要素生产率，代表技术状况），假设三产业的生产函数是短期情况，其投入要素的生产率是不变的。
2.2.2建模
“十二五”期间，河南省第Ⅰ、第Ⅱ、第Ⅲ产业都需要投入煤、石油、天然气三种能源，在现有技术水平及其他生产要素投入量不变的情况下，煤、石油、天然气对第Ⅰ产业的贡献率（投入单位能源的产值）分别为rCⅠ、rPⅠ、rNⅠ对第Ⅱ产业的贡献率分别为rCⅡ、rPⅡ、rNⅡ，对第Ⅲ产业的贡献率为rCⅢ、rPⅢ、rNⅢ，煤炭、石油、天然气的碳排放系数(投入以单位能源的碳排放)分别为EC、EP、EN，试求三产业各投入多少单位的煤、石油、天然气，可以满足以上四个目标。
“十二五”期间，设第Ⅱ产业分别消耗煤炭、石油、天然气x1、x2、x3,第Ⅲ产业的消耗为x4、x5、x6，第Ⅰ产业的消耗为x7、x8、x9，目标规划中，要同时满足多个目标是比较困难的，最优的结果应该是最大程度上与最优与目标相差最小。为此引入两个变量di+、di－表示对目标的偏离程度，di+表示在结果中超出目标的部分，di-表示在结果中低于目标的部分。至此，一个完整的加权目标规划数学模型为：
min(10d1++5d2-+3d3-+2d4-)
s.t. EC×(x1 +x4+ x7) + EP×(x2 + x5 + x8) + EN×(x3+ x6 +x9)- d1++ d2-＝0.8×2005年单位GDP排放×2015年全省GDP
(rCⅡ×x1)＋( rPⅡ×x2)＋( rNⅡ×x3)－d2+＋d2-= WⅡ ×(1+ v1)5
(rCⅢ×x4)＋( rPⅢ×x5)＋( rNⅢ×x6)-d3+＋d3-= WⅢ×(1+ v2)5
（rCⅠ×x7）＋（rPⅠ×x8）＋（rNⅠ×x9）－d4+＋d4-= WⅠ×(1+ v3)5
3 数据整理及系数计算
2010年三产业总值官方数据还没有统计出来，本文参考《中国统计年鉴2010》、《河南省统计年鉴2010》，测算出了2015年GDP约为3.8566×1012元。能源贡献系数r=2007年三部门各产业总值/2007年各种能源消耗，对于各种能源对三部门的贡献系数r的估计，本文以2007年为基准，数据参考《中国能源统计年鉴2008》、《河南省统计年鉴2009》，三种能源对三个产业的贡献率分别为: rCⅠ=22.177、rPⅠ=21.653、rCⅡ=1.0831、rPⅡ=22.651、rNⅡ=51.587、rCⅢ=100.27、rPⅢ=10.188、rNⅢ=1418.8。
2005年的碳排放总量的计算，本文采用徐国权[5]提出的碳排放分解模型中的算法，计算公式为：
Em = Ec﹒Cc + Ep﹒Cp + En﹒Cn
公式Em为总的碳排放量；Ec为煤炭的碳排放系数；Cc为2005年的煤炭消费量；Ep为石油的碳排放系数；Cp为2005年石油的消费量；En为天然气的碳排放系数；Cn为2005年天然气的消费量。本文选取美国能源情报署（EIA）、日本能源经济研究所、国家科委气候变化项目、发改委能源研究所测算的碳排放系数的平均值作为煤炭、石油、和天然气这三种化石能源的碳排放习系数计算，其值分别为0.7329t(c)/t、0.5574t(c)/t、0.4226t(c)/t。[6,7] 参考《中国能源统计年鉴2006》三产业的终端能源消耗量，由碳排放公式可知2005年碳排放总量为5104.7×104t，单位GDP排放为0.4821（104t/GDP108元）。将各个数值代入上面目标规划模型：
min(10d1++5d2-+3d3-+2d4-)
s.t.0.7329×(x1 +x4+ x7)＋0.5574×(x2 + x5 + x8)＋0.4226×(x3+ x6 +x9) - d1++ d2-=1.3946×104
1.0831×x1 ＋22.651×x2 ＋51.587×x3－d2+＋d2-=3852.9×108
100.2649×x4＋10.1886×x5 ＋1418.8428×x6 -d3+＋d3-=2.0266×1012元
22.1766×x7＋21.6526×x8 ＋0×x9 －d4+＋d4-=1.1447×1012
4 结果分析
将以上数据录入EXCEL2003的加权目标规划求解模板，得到满足四个目标的满意解。满意解为x1=0、x2=0、x3=392.86、x4=0、x5=0、x6=8.0681、x7=173.73、x8=0。根据本文模型各个决策变量的含义，河南省“十二五”期间第Ⅱ产业要投入0t煤、0t石油、392.86×104t天然气，第Ⅲ产业要投入0t煤、0 t石油、8.0681×104t天然气，第Ⅰ产业要投入173.73×104t煤、0t石油。偏差变量d1+=0、d1-=13649、d2+、d2-、d3+、d3-、d4+、d4-=0，目标函数最优解min(10d1++5d2-+3d3-+2d4-)=0实现了最小值，这说明设定的四个目标是都可以达到的。减碳目标的正偏差d1+为0、负偏差为13649×104t,即到2015年河南省不但没有超过碳排放总量标准13946×104t的设定目标，而且可以多减排13649×104t。其他三个目标的正、负偏差变量均为0，这说明设定的三个产业发展目标都能达到，没有超出，也没有不足。
应该认识到，本文假设三产业的生产函数中，其他要素投入不变和各能源要素是独立投入的，这就造成了过高了估计了各能源对三产业的贡献系数r。根据本文三产业的生产函数，将经济增长核算公式中加入能源要素对经济增长的核算，得到：△Y/Y=×△N/N＋×△K/K＋△E/E＋△A/A（△Y/Y代表产出增长率，△N/N代表劳动力投入增长率，△K/K代表资本投入增长率，△E/E代表能源投入增长率，△A/A是索洛余量，代表技术进步，、、分别表示劳动、资本和能源在总产出的份额）。公式表明经济增长的源泉可以归结为劳动、资本、能源的增长及技术进步。
本文假设劳动、资本投入量和技术水平是不变的，经济增长完全是由能源投入要素的增长拉动，并且各能源要素是相互独立的，但是本文对能源系数r估计时,2007年的实际产业总值收集的数据结果是将劳动、资本和技术进步全部考虑在内的，因此，模型中能源贡献系数r比实际中要高的多。根据河南省三产业对能源的依赖强度，将煤炭、石油、天然气对三产业的贡献系数r分别调小到2007年计算结果的1/5、1/3、1/4后（表一），再次带入EXCEL2003的加权目标规划模板，得出的结果x1=0、x2=0、x3=1178.6、x4=0、x5=0、x6=32.271、x7=0、x8=889.71，即河南省“十二五”期间第Ⅱ产业要投入0t煤、0t石油、1178.6×104t天然气，第Ⅲ产业要投入0t煤、0 t石油、32.271×104t天然气，第Ⅰ产业要投入0t煤、889.71×104t石油。偏差变量d1+=0、d1-=12938、d2+、d2-、d3+、d3-、d4+、d4-=0，到2015年河南省不但没有超过碳排放总量标准13946×104t的设定目标，而且可以多减排12938×104t。
表1能源贡献系数r调整前后三部门最优能源投入量对比
模型中系数r 系数r调小后
满意解 x1 0 0
满意解 x2 0 0
满意解 x3 392.86 1178.6
满意解 x4 0 0
满意解 x5 0 0
满意解 x6 8.0681 32.271
满意解 x7 173.73 0
满意解 x8 0 889.71
实际排放量 297 1008
目标约束P1 正偏差d1+ 0 0
目标约束P1 负偏差d1- 13649 12938
目标约束P2正偏差d2+ 0 0
目标约束P2负偏差d2- 0 0
目标约束P3正偏差d3+ 0 0
目标约束P3负偏差d3- 0 0
目标约束P4正偏差d4+ 0 0
目标约束P4负偏差d4- 0 0
对比两次输入结果不难发现，将能源贡献系数r调小后得到的满意解变大了，偏差变量d1-变小了，说明r减小使三产业的能源投入量增加，排放量也随之增加。两次结果不同的只是第一产业由主要投入煤炭改为石油，并且r系数减小后需要投入的石油量大大超过之前r系数不变时的煤炭投入量。
5 政策建议
模型估计的能源贡献系数r将技术、土地、劳动力、资本等生产要素对2007年产业总值的贡献都算在了能源要素下，实际中能源贡献系数r比模型中要小。r系数变小后为了达到本模型设定的三个产业发展目标，毫无疑问是要投入更多的能源，对减碳目标的实现不利。怎样才能将能源对产业的贡献系数r稳定在本模型的估计水平呢？只有提高其他生产要素的生产率。针对“十二五”期间实现以上四个目标对三种能源要求的投入量，结合本文的假设，从以下方面提出相关建议：
第一，为尽量提高能源贡献系数r，必须发展低碳技术，提高劳动、资本、土地等生产要素的生产率。一是技术层面上，发展能够提高能源效率的技术、能源转换技术、节能技术、电热联产、电动汽车、太阳能光伏发电、生物燃料、煤炭的二氧化碳捕获与埋存技术（CCS）等技术；二是劳动生产率层面提高属于劳动密集型产业的员工素质、管理效率等，如河南六大传统优势产业中食品和服装两个产业；三是提高土地和资本利用率。通过这三个层面，可以将能源贡献系数r维持在一个较高的水平。
第二，调整能源结构，发展低碳产业，开发清洁能源。模型中要求的结果与现实河南能源结构差距很大，河南省的能源结构中，88%的能源是煤炭，天然气只占很小的一部分，这就要求河南省一方面要调整能源结构，采取措施尽可能的减少煤炭和石油的投入，增加天然气的投入量；另一方面寻找其他的清洁能源（水能、太阳能、生物质能等）。在本文的模型中增加另外几种清洁能源，这不仅可以满足减碳目标约束下的不增加碳排放量，而且清洁能源开发本身就属于低碳产业，开发清洁能源可以提高河南省的低碳产业聚集度，促进第Ⅱ产业发展，也能够满足其他三个目标约束。
最后是调整产业结构,提高第Ⅰ、第Ⅲ产业在GDP中的比重。根据计算出来的能源贡献系数r值，第Ⅰ、第Ⅲ产业的值比第Ⅱ产业的值大的多，这说明这两个产业中投入单位能源创造的产业总值比第Ⅱ产业大很多。河南省有丰富的人力资源和土地资源，应该寻找自身产业优势，发展第Ⅰ产业和第Ⅲ产业。在新形势新阶段，大力发展对能源依赖程度不高的Ⅰ、Ⅲ产业，这有利于四个约束目标的尽快实现。
[2]����.江正平 能源投入量：减碳约束下基于加权目标规划方法的规范分析——以河南省为例.�й�ְ���ڿ�ѧ��;http://www.jiaoyu58.com/waihui/html/?18550.html
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