三阶段DEA模型对碳排放效率评价研究
目 录
1 前言 1
2 碳排放效率的一般理论研究 1
2.1 碳排放效率界定及评价手段 1
2.2 早期有关碳排放效率的研究方法及其优缺点 2
3 三阶段DEA 5
4 变量选取及数据来源 6
4.1 投入与产出变量及其数据来源 6
4.2 环境变量及其数据来源 7
5 实证分析 8
5.1 第一阶段分析 9
5.2 第二阶段分析 12
5.3 第三阶段分析 14
6 提高二氧化碳排放效率的对策与建议 16
总 结 18
致 谢 19
参 考 文 献 20
图1 传统产出距离函数和方向距离函数 4
图2 2005~2010年中国各省碳排放技术效率均值 10
图3 2005~2010年中国区域平均碳排放效率 11
图4 2005~2010中国三大区域二氧化碳排放平均效率趋势 15
表1 2005~2010年各省的碳排放效率值 10
表2 2005~2010年投入差额值SFA模型估计结果 13
表3 2005~2010年各省区调整后的效率值 14
表4 中国三大区域二氧化碳排放平均效率 15
1 前言
近几十年来，气候状况的变化引起了国际社会的广泛关注，日益严峻的气候环境极大地威胁了人类生存发展。有研究数据显示，目前全球的平均温度已经比1750年以来的标准温度升高了0.8摄氏度，人类距离地球生态灾难的危险临界点只有1.2摄氏度，造成这一现象的主要原因是之一是二氧化碳排放量的不 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
断增加[7]。人们越来越担忧气候变暖及其对人类社会的所带来的深远的负面影响。人们担心，从英国西海岸到孟加拉国等地区的洪水以及南亚海啸等等自然灾害都可能与全球变暖现象有关。因此，减少二氧化碳排放，提高碳排放效率，减缓全球变暖步伐的议题受到国际社会政府间的广泛关注。作为综合实力不断增强的我国，在经济发展取得显著成效的同时，也出现了资源消耗、碳排放增加等问题。其中，二氧化碳排放绩效偏低，导致气候状况日益恶化的现象特别值得各界重视。
二氧化碳排放效率是地区低碳经济发展水平的集中体现，也是低碳转型的关键因素。因此，客观正确地评估我国经济快速发展过程中的二氧化碳排放效率，分析二氧化碳排放效率偏低的原因，并据此提出解决的方案，是我国经济健康、可持续发展过程中亟需解决的问题。我国现在正处于经济发展的关键时期，未来能源需求、二氧化碳排放总量会不断增长。要在促进经济社会发展的同时减少二氧化碳排放量，关键就在于提高二氧化碳排放效率。
本文基于国内外学者的研究成果，从理论入手，总结各个时期各国学者评价碳排放效率的方法，并评价这些方法的优缺点，从而找出符合现行研究思想的研究方案。三阶段DEA模型研究法无论在理论还是在实际应用中都体现了其独特的优越性，这种方法在众多研究碳排放问题中受到极大推崇并不是偶然的，而是随着相关研究不断深入的结果，是时代以及技术的选择，到目前为止，可以说三阶段DEA模型研究碳排放效率问题是相当优质的选择。
2 碳排放效率的一般理论研究
2.1 碳排放效率界定及评价手段
碳排放效率是指在现实的经济条件和技术水平下，单位二氧化碳排放实际期望产出与最优生产技术期望产出之间的比值，或在一定期望产出水平下，理论二氧化碳排放边界与实际二氧化碳排放的比值。
2.2 早期有关碳排放效率的研究方法及其优缺点
2.2.1 单要素指标法
早期关于碳排放绩效研究大多采用单因素指标法，这种研究方法之所以得到众多学者的推崇是因为其简单，方便得出研究结论的特点。Kaya et al. (1993)提出碳生产效率,即一段时期内国内生产总值与同期生产中的碳排放量之比，以此反映人类在发展经济的同时对气候变暖所作的努力[1]。Mielnik和Goldemerg(1999)提出了单位能源消费的二氧化碳排放量即碳指数作为应对气候变暖所做努力的评价标准。Ang(1999)认为在研究气候变化时单位GDP能耗的变化基本就代表了二氧化碳排放量的情况，几乎可以同等看待。Sun(2005)强调在评价国家能源政策和碳减排效果时，单位GDP二氧化碳排放量是一个理想的指标[2]。
由上可知，碳强度等均是单要素指标，只是从一个方面对碳排放效率进行衡量，其优点简单、易于理解和使用，但存在许多局限性。首先，碳强度是无法捕捉到经济体碳排放绩效多维特性。二氧化碳的排放主要来自于化石能源消耗。然而，单独的能源投入不能产生任何产品，它必须结合其他生产要素，如资本和劳动，才能生产出产品。一个国家处于不同的发展阶段，具有不同的自然资源和生产要素。因此具有不同的发展路径，当谈到经济增长。这些经济增长不同路径的多维特征不能解释这个简单的用碳排放强度等来描述。其次，碳排放强度忽视了生产要素之间的替代效应。
2.2.2 全要素绩效评价法
二氧化碳排放主要源于能源消 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
费，而能源必须与其他要素结合才能生产，因此二氧化碳排放绩效不仅仅属于环境保护的范畴，更是一个经济体能源消费、经济发展、产业结构、科技进步等多个系统耦合的结果，故单因素指标不能反映二氧化碳排放中各要素之间的替代作用，无法全面考察碳排放绩效多维度的特征。鉴于此，基于全要素和要素替代的思想，数据包络分析（DEA）在二氧化碳排放等环境能源绩效领域得到较多应用。Zhang et al.(2008)在系统梳理已有二氧化碳排放指标优缺点的基础上，认为工业化累计人均排放量和人均单位GDP排放量等新的评价指标更多的体现了科学、公正、合理的原则，并以典型发达国家和发展中国家为代表进行了测算与比较[3]。Zofio and Prieto(2001)、Zhou et al(2006)利用不同的DEA模型从宏观层面上对OECD国家和部分地区二氧化碳排放绩效进行了评价。Kortelainen(2008)基于生态效率的概念，用Mailmquist 指数分析法了欧盟20国1990~2003年的动态环境绩效。从全要素角度分析碳排放效率，不仅能够反映投入产出关系，而且能够反映生产要素的替代关系。全要素碳排放效率比简单采用碳排放强度更加科学、更加精确。
2.2.3 距离函数法
有部分学者利用距离函数方法计算地区或者国家的温室气体影子价格，作为边际减排成本。Marklund和Smakovlis利用参数二次方向距离估计欧盟国家的二氧化碳边际减排成本。Maradan和Vassiliev采用非参数方向距离函数估计了包括发达国家和发展中国家在内共计76个国家的二氧化碳边际减排成本[4]。
假设生产可行集 是一个闭集和有限集并满足如下条件：
假设1：“好”产出与“坏”产出联合弱可处置，“好”产出可自由处置。
，那么
，那么
假设2：“好”产出和“坏”产出具有“零结合性”
，
方向性距离函数就象上文所提及，方向性距离函数主要目的是增加合意的产出，同时减少非合意的产出。方向性距离函数可以用下式表述：
1 前言 1
2 碳排放效率的一般理论研究 1
2.1 碳排放效率界定及评价手段 1
2.2 早期有关碳排放效率的研究方法及其优缺点 2
3 三阶段DEA 5
4 变量选取及数据来源 6
4.1 投入与产出变量及其数据来源 6
4.2 环境变量及其数据来源 7
5 实证分析 8
5.1 第一阶段分析 9
5.2 第二阶段分析 12
5.3 第三阶段分析 14
6 提高二氧化碳排放效率的对策与建议 16
总 结 18
致 谢 19
参 考 文 献 20
图1 传统产出距离函数和方向距离函数 4
图2 2005~2010年中国各省碳排放技术效率均值 10
图3 2005~2010年中国区域平均碳排放效率 11
图4 2005~2010中国三大区域二氧化碳排放平均效率趋势 15
表1 2005~2010年各省的碳排放效率值 10
表2 2005~2010年投入差额值SFA模型估计结果 13
表3 2005~2010年各省区调整后的效率值 14
表4 中国三大区域二氧化碳排放平均效率 15
1 前言
近几十年来，气候状况的变化引起了国际社会的广泛关注，日益严峻的气候环境极大地威胁了人类生存发展。有研究数据显示，目前全球的平均温度已经比1750年以来的标准温度升高了0.8摄氏度，人类距离地球生态灾难的危险临界点只有1.2摄氏度，造成这一现象的主要原因是之一是二氧化碳排放量的不 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
断增加[7]。人们越来越担忧气候变暖及其对人类社会的所带来的深远的负面影响。人们担心，从英国西海岸到孟加拉国等地区的洪水以及南亚海啸等等自然灾害都可能与全球变暖现象有关。因此，减少二氧化碳排放，提高碳排放效率，减缓全球变暖步伐的议题受到国际社会政府间的广泛关注。作为综合实力不断增强的我国，在经济发展取得显著成效的同时，也出现了资源消耗、碳排放增加等问题。其中，二氧化碳排放绩效偏低，导致气候状况日益恶化的现象特别值得各界重视。
二氧化碳排放效率是地区低碳经济发展水平的集中体现，也是低碳转型的关键因素。因此，客观正确地评估我国经济快速发展过程中的二氧化碳排放效率，分析二氧化碳排放效率偏低的原因，并据此提出解决的方案，是我国经济健康、可持续发展过程中亟需解决的问题。我国现在正处于经济发展的关键时期，未来能源需求、二氧化碳排放总量会不断增长。要在促进经济社会发展的同时减少二氧化碳排放量，关键就在于提高二氧化碳排放效率。
本文基于国内外学者的研究成果，从理论入手，总结各个时期各国学者评价碳排放效率的方法，并评价这些方法的优缺点，从而找出符合现行研究思想的研究方案。三阶段DEA模型研究法无论在理论还是在实际应用中都体现了其独特的优越性，这种方法在众多研究碳排放问题中受到极大推崇并不是偶然的，而是随着相关研究不断深入的结果，是时代以及技术的选择，到目前为止，可以说三阶段DEA模型研究碳排放效率问题是相当优质的选择。
2 碳排放效率的一般理论研究
2.1 碳排放效率界定及评价手段
碳排放效率是指在现实的经济条件和技术水平下，单位二氧化碳排放实际期望产出与最优生产技术期望产出之间的比值，或在一定期望产出水平下，理论二氧化碳排放边界与实际二氧化碳排放的比值。
2.2 早期有关碳排放效率的研究方法及其优缺点
2.2.1 单要素指标法
早期关于碳排放绩效研究大多采用单因素指标法，这种研究方法之所以得到众多学者的推崇是因为其简单，方便得出研究结论的特点。Kaya et al. (1993)提出碳生产效率,即一段时期内国内生产总值与同期生产中的碳排放量之比，以此反映人类在发展经济的同时对气候变暖所作的努力[1]。Mielnik和Goldemerg(1999)提出了单位能源消费的二氧化碳排放量即碳指数作为应对气候变暖所做努力的评价标准。Ang(1999)认为在研究气候变化时单位GDP能耗的变化基本就代表了二氧化碳排放量的情况，几乎可以同等看待。Sun(2005)强调在评价国家能源政策和碳减排效果时，单位GDP二氧化碳排放量是一个理想的指标[2]。
由上可知，碳强度等均是单要素指标，只是从一个方面对碳排放效率进行衡量，其优点简单、易于理解和使用，但存在许多局限性。首先，碳强度是无法捕捉到经济体碳排放绩效多维特性。二氧化碳的排放主要来自于化石能源消耗。然而，单独的能源投入不能产生任何产品，它必须结合其他生产要素，如资本和劳动，才能生产出产品。一个国家处于不同的发展阶段，具有不同的自然资源和生产要素。因此具有不同的发展路径，当谈到经济增长。这些经济增长不同路径的多维特征不能解释这个简单的用碳排放强度等来描述。其次，碳排放强度忽视了生产要素之间的替代效应。
2.2.2 全要素绩效评价法
二氧化碳排放主要源于能源消 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
费，而能源必须与其他要素结合才能生产，因此二氧化碳排放绩效不仅仅属于环境保护的范畴，更是一个经济体能源消费、经济发展、产业结构、科技进步等多个系统耦合的结果，故单因素指标不能反映二氧化碳排放中各要素之间的替代作用，无法全面考察碳排放绩效多维度的特征。鉴于此，基于全要素和要素替代的思想，数据包络分析（DEA）在二氧化碳排放等环境能源绩效领域得到较多应用。Zhang et al.(2008)在系统梳理已有二氧化碳排放指标优缺点的基础上，认为工业化累计人均排放量和人均单位GDP排放量等新的评价指标更多的体现了科学、公正、合理的原则，并以典型发达国家和发展中国家为代表进行了测算与比较[3]。Zofio and Prieto(2001)、Zhou et al(2006)利用不同的DEA模型从宏观层面上对OECD国家和部分地区二氧化碳排放绩效进行了评价。Kortelainen(2008)基于生态效率的概念，用Mailmquist 指数分析法了欧盟20国1990~2003年的动态环境绩效。从全要素角度分析碳排放效率，不仅能够反映投入产出关系，而且能够反映生产要素的替代关系。全要素碳排放效率比简单采用碳排放强度更加科学、更加精确。
2.2.3 距离函数法
有部分学者利用距离函数方法计算地区或者国家的温室气体影子价格，作为边际减排成本。Marklund和Smakovlis利用参数二次方向距离估计欧盟国家的二氧化碳边际减排成本。Maradan和Vassiliev采用非参数方向距离函数估计了包括发达国家和发展中国家在内共计76个国家的二氧化碳边际减排成本[4]。
假设生产可行集 是一个闭集和有限集并满足如下条件：
假设1：“好”产出与“坏”产出联合弱可处置，“好”产出可自由处置。
，那么
，那么
假设2：“好”产出和“坏”产出具有“零结合性”
，
方向性距离函数就象上文所提及，方向性距离函数主要目的是增加合意的产出，同时减少非合意的产出。方向性距离函数可以用下式表述：
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