信息熵碳排放論文范文
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一、模型的構(gòu)建
（一）基于信息熵的行業(yè)碳排放配額分配模型信息熵可以客觀衡量系統(tǒng)均衡性，避免人為偏好影響，近年來，信息熵被廣泛應(yīng)用于社會工程經(jīng)濟領(lǐng)域的系統(tǒng)評價和決策中。根據(jù)歷史文獻(xiàn)閱讀和工業(yè)企業(yè)碳排放現(xiàn)狀分析，總結(jié)工業(yè)企業(yè)碳排放的影響因素主要有經(jīng)濟水平、能源結(jié)構(gòu)、能源強度和碳排放強度等。鑒于企業(yè)碳排放量的分配要考慮企業(yè)歷史責(zé)任、發(fā)展要求、減排能力、減排潛力和減排效率，本文選取歷史排放量、工業(yè)產(chǎn)值、能源結(jié)構(gòu)、能源強度和碳排放強度5個指標(biāo)。本文以T0年為碳排放量分配基準(zhǔn)年，以T年為碳排放量分配目標(biāo)年，根據(jù)“定總量、算減量、確定分配量”的思路，以歷史沿襲法為基礎(chǔ)，確定分配年各行業(yè)碳排放總量，在減排總量分配中體現(xiàn)各行業(yè)異質(zhì)性和分配公平有效性。具體建模步驟如下：1．建立原始評價矩陣本文將m個工業(yè)行業(yè)設(shè)為待評價的對象，將歷史排放量、工業(yè)產(chǎn)值、能源結(jié)構(gòu)、能源強度和碳排放強度5個影響因素設(shè)為評價指標(biāo)，每個對象對應(yīng)這5個評價指標(biāo)。2．原始矩陣歸一化處理由于各個指標(biāo)的含義和量綱不一，不能直接進(jìn)行比較，需要進(jìn)行歸一化處理。不同性質(zhì)的指標(biāo)歸一化處理方式不一，鑒于本文采用的減排分配量評價指標(biāo)都是效益型指標(biāo)，故進(jìn)行統(tǒng)一歸一化處理。各指標(biāo)內(nèi)涵和歸一化處理如表1所示。
（二）基于波爾茲曼熵的企業(yè)碳排放配額分配模型在區(qū)域碳排放量分配給區(qū)域內(nèi)各行業(yè)后，將行業(yè)碳排放總量分配給行業(yè)內(nèi)各個企業(yè)是落實碳分配和碳減排目標(biāo)的關(guān)鍵。本文基于波爾茲曼分布，將熵最大化的原理應(yīng)用于同行業(yè)下各個企業(yè)之間碳排放量的分配。在這里，包含多個企業(yè)的單個減排工業(yè)行業(yè)類比于物質(zhì)系統(tǒng)，單位分配碳排放量類比于物質(zhì)顆粒，參與減排企業(yè)的歷史碳排放量和上報未來碳排放量幾何平均類比于物質(zhì)單態(tài)。假設(shè)所有的單位碳排放量在同一個企業(yè)k內(nèi)都產(chǎn)生相同的碳排放量，那么企業(yè)k的碳排放強度ek即類比于物質(zhì)單態(tài)i的單態(tài)能量Ei。在這樣的類比下，分配給企業(yè)k的單位碳排放量的概率和跟企業(yè)k的歷史排放量和未來排放量成正比，跟企業(yè)k的碳排放強度成反比，既兼顧了歷史排放責(zé)任、未來發(fā)展需求，又鼓勵提高排放效率。
二、樣本選取與數(shù)據(jù)來源
昆山市張浦鎮(zhèn)位于上海、蘇州、昆山之間的黃金三角地帶，是“全國經(jīng)濟百強縣”之首昆山市的經(jīng)濟強鎮(zhèn)。改革開放以來，張浦鎮(zhèn)實施外向帶動戰(zhàn)略，先后成立了德國工業(yè)園、海峽兩岸食品產(chǎn)業(yè)園、N維空間文化產(chǎn)業(yè)園等特色園區(qū)，累計吸引了3400多家企業(yè)注冊落戶，形成了以加工制造業(yè)為主的工業(yè)城鎮(zhèn)。2012年，張浦鎮(zhèn)規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)達(dá)到220家，其能源消耗占全部企業(yè)能源消耗的95%。通過對張浦鎮(zhèn)規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)碳排放量進(jìn)行定量分配，給予企業(yè)明確碳排放量約束，不但推進(jìn)了碳交易市場的建立和工作的開展，也促進(jìn)了張浦鎮(zhèn)“十二五”期間節(jié)能減排目標(biāo)的實現(xiàn)。本文選取張浦鎮(zhèn)規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)為樣本，考慮到張浦鎮(zhèn)自2012年才進(jìn)行規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)網(wǎng)上能耗統(tǒng)計，本文選取2012年和2013年規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)歷史排放數(shù)據(jù)，分配2013年規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)碳排放量。2012年張浦鎮(zhèn)規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)220家，2013年增加至255家，選取張浦鎮(zhèn)2012—2013年不變的217家規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)作為碳排放權(quán)分配企業(yè)。通過計算分析，2012—2013年期間，此217家工業(yè)企業(yè)在政府行政命令下減排11%，完全達(dá)到政府規(guī)劃要求，因此本文直接使用2013年規(guī)模以上企業(yè)實際排放量作為分配總量，同時也方便對比分析分配結(jié)果的滿意度。企業(yè)能耗和工業(yè)產(chǎn)值數(shù)據(jù)來源于張浦鎮(zhèn)經(jīng)促局統(tǒng)計科提供的《2012年張浦鎮(zhèn)規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)能耗明細(xì)》和《2013年張浦鎮(zhèn)規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)能耗明細(xì)》；碳排放數(shù)據(jù)以各企業(yè)各類能源消費量為依據(jù)，根據(jù)各類能源發(fā)熱系數(shù)、排放系數(shù)和碳氧化率計算得到，相關(guān)系數(shù)取自《上海市溫室氣體排放核算與報告技術(shù)文件》推薦標(biāo)準(zhǔn)，各個分品種能源的碳排放系數(shù)如表2所示。
三、分配結(jié)果分析
（一）基于信息熵的行業(yè)碳排放配額分配結(jié)果分析本文基于信息熵理論，以2012年和2013年張浦鎮(zhèn)規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)碳排放數(shù)據(jù)均值，計算各行業(yè)碳排放減排系數(shù)，進(jìn)而對2013年張浦鎮(zhèn)規(guī)模以上工業(yè)行業(yè)碳排放總量進(jìn)行分配。通過基于信息熵的行業(yè)碳排放分配模型公式的計算，可得各指標(biāo)的信息熵值、信息量值和熵權(quán)重值，這3個參數(shù)是計算減排因子的基礎(chǔ)。具體減排影響因素指標(biāo)參數(shù)計算值如表3所示。從各個影響因素指標(biāo)的信息熵值來看，工業(yè)產(chǎn)值信息熵值最大，熵值為0.707，說明工業(yè)產(chǎn)值信息量較小，行業(yè)減排能力對碳總量減排作用較小；能源結(jié)構(gòu)熵值最小，熵值0.470，說明能源結(jié)構(gòu)信息量較大，原煤減少使用對碳總量減排作用較大。其他因素如歷史排放量、能源強度和排放強度在碳減排分配中影響越來越小。結(jié)合張浦鎮(zhèn)2013年規(guī)模以上工業(yè)碳分配總量，通過信息熵行業(yè)碳分配模型計算可得張浦鎮(zhèn)2013年規(guī)模以上工業(yè)各個行業(yè)碳排放配額。根據(jù)碳減排結(jié)果（圖1）顯示，各行業(yè)的碳減排量相對于2012年，各行業(yè)減排幅度從17.17%~0.02%不等，全行業(yè)碳減排量相對于基期2012年減排了11.01%，基本符合張浦鎮(zhèn)發(fā)展需求和節(jié)能減排形勢。如圖1所示，一方面，化學(xué)原料和化學(xué)制品制造業(yè)（行業(yè)26）分配到碳減排量16.81萬噸，減幅17.17%，對以煤為主的化工行業(yè)，施以嚴(yán)格的減排約束，有利于促進(jìn)化工行業(yè)調(diào)整能源結(jié)構(gòu)。其中，中鹽昆山有限公司耗能占總化工行業(yè)耗能96.5%，其“十二五”期間實施節(jié)能技改可以節(jié)能21.45%，所以化工行業(yè)的碳排放減排降幅符合了行業(yè)節(jié)能潛力，該減排量切實可行。另一方面，非金屬礦物制品業(yè)（行業(yè)30）分配到碳減排量8.40萬噸，降幅9.27%，這對碳排放強度較高的非金屬行業(yè)提出較高要求，督促企業(yè)節(jié)能減排，提高能源效率。其中，臺玻集團(tuán)耗能占總行業(yè)耗能81.81%，其能源審計報告顯示臺玻集團(tuán)“十二五”期間實施節(jié)能技改項目，可以節(jié)能8.98%，考慮到中鹽鍋爐項目實施，臺玻集團(tuán)等企業(yè)將使用中鹽的鍋爐蒸汽，則臺玻集團(tuán)可以進(jìn)一步節(jié)能減排，所以非金屬礦物制品業(yè)碳排放降幅是合理且可行的。通過對比基于信息熵的碳排放總量行業(yè)分配和基于歷史排放的碳排放總量行業(yè)分配結(jié)果如圖2所示。以化工行業(yè)為例，若是基于歷史排放進(jìn)行碳排放量分配，其可獲得87.118萬噸的分配量，多出5.207萬噸。這種情況下，雖然分配標(biāo)準(zhǔn)考慮到行業(yè)發(fā)展需求，但是分配存在不公平性，政府仿佛在變相鼓勵高排放企業(yè)進(jìn)行碳排放，此碳分配量可能得不到其他企業(yè)認(rèn)同；另外，企業(yè)獲得高排放權(quán)利，其節(jié)能減排動力不足，企業(yè)不會主動提高能源效率，行業(yè)碳排放強度難以下降，難以完成全行業(yè)的節(jié)能減排目標(biāo)。基于信息熵的分配方法考慮了化工行業(yè)歷史責(zé)任和行業(yè)減排潛力，分配結(jié)果使化工行業(yè)的碳排放量更加合理。進(jìn)一步通過對比基于信息熵的碳排放總量行業(yè)分配和基于按比例分配的碳排放總量行業(yè)分配減排占比，如圖3所示。經(jīng)計算發(fā)現(xiàn)，按相同碳減排比例（本文的減排分配比例是11.01%）分配得到的各行業(yè)碳排放量和按歷史排放分配得到的分配量結(jié)果是一致的。在按等減排比例分配情況下，此分配標(biāo)準(zhǔn)沒有考慮各個行業(yè)的異質(zhì)性，各個行業(yè)的減排能力和減排潛力是不一致的，對于能源效率低下的化工行業(yè)和能源效率相對較高的通信電子行業(yè)都采取一刀切的分配方法，是粗放不合適的。綜上，基于信息熵的碳排放量分配相對于基于歷史排放和基于等減排比例的分配更加公平有效，主要是由于信息熵方法基于行業(yè)異質(zhì)性，客觀考慮了行業(yè)發(fā)展需求、減排能力和減排潛力，其分配結(jié)果更加符合實際。
（二）基于波爾茲曼熵的企業(yè)碳排放配額分配結(jié)果分析基于上述行業(yè)碳排放配額分配結(jié)果，通過玻爾茲曼熵，計算張浦鎮(zhèn)規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)2013年碳排放量分配額。鑒于數(shù)據(jù)可得性，C0i使用企業(yè)2012年和2013年碳排放量的幾何平均；ei使用企業(yè)2013年碳排放強度，以體現(xiàn)企業(yè)最新排放效率，貼合企業(yè)實際需求和要求；β由2012年和2013年歷史碳排放量，通過最小二乘法模擬計算取得（即使Y值最小），各個行業(yè)β計模擬結(jié)果如表4所示。根據(jù)各行業(yè)的最優(yōu)β值，進(jìn)一步計算得出各個行業(yè)內(nèi)企業(yè)的碳排放配額。根據(jù)各個行業(yè)內(nèi)企業(yè)的碳排放量分配結(jié)果看出，各個企業(yè)獲得的碳排放分配量相對于基期2012年排放量，減排幅度不等，不僅由于行業(yè)異質(zhì)性，也考慮行業(yè)內(nèi)企業(yè)的發(fā)展需求和碳排放效率。對于化學(xué)原料和化學(xué)制品制造業(yè)（行業(yè)26），對該行業(yè)下15家企業(yè)碳排放量的分配中，通過最小二乘法的β模擬最優(yōu)值為0。通過計算，如圖4所示，分配結(jié)果與歷史排放均值成正比，分配結(jié)果相對于企業(yè)2013年實際排放值和2012年歷史排放值比較沒有很大波動。此時β取值為0，企業(yè)分配到的碳排放配額基本滿足企業(yè)自身生產(chǎn)需要，企業(yè)之間碳交易成本最低。若適當(dāng)提高β取值，可以進(jìn)一步獎勵高排放效率企業(yè)，懲罰低排放效率企業(yè)，不過增加了本行業(yè)下企業(yè)的碳交易成本。本文此處β取值為0，中鹽公司雖然碳排放強度高，但是作為國營企業(yè)，已經(jīng)進(jìn)行節(jié)能改造，能源效率迅速提高，若減排后多出的碳排放配額，既可以用于進(jìn)一步擴大生產(chǎn)，提高行業(yè)高效率產(chǎn)能占比，從而改善了行業(yè)的資源配置，提高了整個行業(yè)的碳排放效率；也可以通過碳交易市場出售給其他減排成本較高企業(yè)，獲得利潤，進(jìn)一步改善生產(chǎn)結(jié)構(gòu)。其他化學(xué)制品公司碳排放強度不高，在政府部分鼓勵和補貼下，可以積極申報政府節(jié)能技改項目，以進(jìn)一步提高碳排放效率。對于橡膠和塑料制品業(yè)（行業(yè)29），在對該行業(yè)下16家企業(yè)碳排放量的分配中，通過最小二乘法的β模擬最優(yōu)值為0.514。通過計算可得各個企業(yè)2013年碳排放配額，相對于企業(yè)2012年和2013年歷史排放幾何平均值，分配減排量比從-22.77%~13%不等，由圖5所示，在總量控制下，橡膠和塑料制品業(yè)下各企業(yè)分配到的減排比例和企業(yè)排放強度成正向關(guān)系，企業(yè)碳排放強度越高，企業(yè)分配得到減排量越大。此時的β取值，不僅使得企業(yè)碳交易成本最低，同時獎勵了高排放效率企業(yè)，懲罰了低排放效率企業(yè)。隨著β值取值越小于0.514，則企業(yè)分配到的碳排放量更接近歷史排放均值；隨著β值取值越大于0.514，企業(yè)因碳排放強度受到的懲罰和獎勵就更大。β取值0.514，企業(yè)間碳交易成本最小。分配到較少碳排放配額的企業(yè)需要通過提高能源效率，降低碳排放需求，或者通過碳交易市場購買碳排放配額；分配到較多碳排放配額的企業(yè)，可以通過碳交易出售給減排成本較高的企業(yè)，也可以自己儲備用來擴大優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)力。例如，和進(jìn)塑膠電子有限公司，2013年碳排放強度為0.686噸CO2/萬元，碳排放效率行業(yè)最低，分配獲得13%的碳排放減量；而賀升電子有限公司，2013年碳排放強度為0.016噸CO2/萬元，碳排放效率行業(yè)最高，分配獲得22.77%的碳排放增量。在此情況下，和進(jìn)塑膠電子有限公司必須進(jìn)行節(jié)能減排工程項目實施，提高碳排放效率，降低碳交易成本；而賀升電子有限公司則可以出售碳配額獲益。綜上，在同一個行業(yè)下使用基于玻爾茲曼熵的企業(yè)碳排放配額分配法，以最小交易成本為目標(biāo)，考慮了企業(yè)未來發(fā)展需求，達(dá)到獎勵高排放效率企業(yè)，懲罰低排放效率企業(yè)，分配結(jié)果更易被企業(yè)接受，也推動了張浦鎮(zhèn)節(jié)能減排工作順利完成。
四、主要結(jié)論
在明確各區(qū)域減排任務(wù)后，將區(qū)域內(nèi)部碳排放總量分解到各企業(yè)，是真正落實區(qū)域減排目標(biāo)的關(guān)鍵。本文在前人區(qū)域碳排放量分配研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探索了以加工制造業(yè)為主的區(qū)域內(nèi)各行業(yè)和企業(yè)碳排放量分配問題。本文基于信息熵和玻爾茲曼熵理論，構(gòu)建了區(qū)域碳排放總量企業(yè)間分配方法，并以昆山市張浦鎮(zhèn)為例，實證分析方法的可行性。研究發(fā)現(xiàn)，一方面，基于信息熵的行業(yè)碳排放配額分配方法，客觀考慮了行業(yè)異質(zhì)性，分配結(jié)果基本符合各行業(yè)歷史責(zé)任、減排能力和減排潛力；基于玻爾茲曼熵的企業(yè)碳排放配額分配方法，以最小交易成本為目標(biāo)，考慮了企業(yè)的未來發(fā)展需求和碳排放效率，分配結(jié)果不僅公平有效可執(zhí)行，而且達(dá)到社會資源優(yōu)化配置作用。因此，基于熵的碳排放總量企業(yè)分配方法是一種較為科學(xué)的碳分配方法。另一方面，從張浦鎮(zhèn)的碳排放總量分配結(jié)果看出，張浦鎮(zhèn)減排重點行業(yè)是化學(xué)制品行業(yè)、非金屬制品行業(yè)和通訊電子行業(yè)，減排重點企業(yè)是中鹽公司和臺玻集團(tuán)；同時，張浦鎮(zhèn)能源強度偏高，能源消費以煤為主。做好重點行業(yè)和企業(yè)的減排工作，改變以煤為主的能源消費結(jié)構(gòu)，是張浦鎮(zhèn)提高能源效率，完成“十二五”減排目標(biāo)的關(guān)鍵。
作者：周德群王梅張欽單位：南京航空航天大學(xué)經(jīng)濟與管理學(xué)院能源軟科學(xué)研究中心
