完全隱含能源與碳強度研究進展綜述

孫亞方 ，SU Bin ，李瑩珠 ，於世為

（1.中國地質大學（武漢）能源環境管理與決策研究中心，湖北 武漢 430074；2.新加坡國立大學能源研究所，新加坡 119620；3.浙江大學 公共管理學院，浙江 杭州 310058）

節能減排是減緩全球氣候變化的迫切需要。隨著全球經濟快速發展，近年來由化石能源消費產生的碳排放急劇增長[1]。2000—2021年，全球一次能源消費量由396.9艾焦增至595.2艾焦，碳排放由236.4億噸增至338.8億噸，分別增長了50.0%和43.3%[2]。由此導致的全球氣候變化日益明顯，干旱、洪水等極端天氣頻發，威脅著人類的生存與發展[3-4]。在此背景下，如何有效開展節能減排尤為重要。國際社會達成了一系列氣候協議，如《京都議定書》和《巴黎協定》[5]；各國也制定了眾多政策以控制能源消費與碳排放的增長，如發展可再生能源和建立碳排放權交易體系等[6-8]。

由于僅依靠總量控制不利于兼顧經濟發展與節能減排，強度控制逐漸成為世界各國推動節能減排的重要舉措。在全球17個可持續發展目標（SDGs）中，SDGs7 （經濟適用的清潔能源）采用了能源強度指標，SDGs9（產業、創新和基礎設施）和SDGs13（氣候行動）采用了碳強度指標。同時，作為全球最大的碳排放國，中國于2007年頒布的《中國應對氣候變化國家方案》①https://www.ccchina.org.cn/WebSite/CCChina/UpFile/File189.pdf。，2009年在哥本哈根世界氣候大會上的承諾，以及2015年提交的《強化應對氣候變化行動——中國國家自主貢獻》②https://www.gov.cn/xinwen/2015-06/30/content_2887330.htm。中，均采用了強度指標。類似地，印度、新加坡和馬來西亞等國家向聯合國氣候變化框架公約（UNFCCC）提交的自主貢獻目標也是采用強度指標[9]。

如何基于強度視角構建節能減排績效的指標體系，對于制定有效的節能減排政策具有重要意義。過去，政策制定者更多從生產端的視角控制能源強度與碳強度。相應地，文獻中一些節能減排績效指標主要基于生產端視角展開測度。例如，部分學者基于全球、區域、行業和企業等層面，從能源效率和全要素能源效率等視角，完善了節能績效指標體系的構建[10-13]，并從碳排放績效和全要素碳排放績效等視角，擴展了減排績效的測度方式[14-16]，提出了相應的節能減排策略。

但是，生產活動最終是為了滿足終端消費需求，而消費行為有可能顛覆生產端節能減排的努力，比如典型的能源回彈效應或者碳排放回彈效應[17-18]。而且不同經濟部門之間存在復雜關聯關系，部分經濟部門雖然自身的能源消費與碳排放強度并不高，但卻能驅動其他經濟部門產生大量的能源消費和碳排放，比如建筑需求增加了對鋼鐵、水泥和建材等高能耗、高排放部門生產活動的刺激[19]。因此，相關政策工具需要同時兼顧生產端和消費端。目前文獻中關于如何進一步從消費端的視角測度節能減排績效，已有了初步發展，但仍需要受到更多的重視，以釋放更大的節能減排潛力[20-22]。

綜上，本文將從消費端的視角，從基本概念、應用特征和驅動因素等方面，針對完全隱含能源和碳強度的相關研究展開綜述，從而剖析它們在不同層面的研究重點，預判未來可能的發展趨勢與研究方向，以期為有力推動消費端的節能減排提供決策依據。

一、直接強度與完全隱含強度的概念

從生產端而言，直接能源（或碳）強度（AI）一般定義為創造單位增加值的直接能源消費量（或碳排放量）。如下式表示

其中，VA表示增加值；DE 表示直接能源消費量（或碳排放量）。

AI主要應用于經濟體、區域和經濟部門三個層面，如圖1所示。如果一個經濟體包括n個區域m個經濟部門，那么該經濟體的AI可以分別由不同區域（或經濟部門）的直接強度（AIi）的加權和表示

圖1 直接強度與完全隱含強度在不同層面的應用特征

其中，i可分別表示區域或經濟部門；ωi可分別表示區域或經濟部門的增加值占經濟體增加值的比例。

從消費端來看，最初由陳錫康和楊翠紅[23]提出了完全增加值的概念，即為了滿足對某產品的單位終端消費而在所有部門拉動的增加值之和。類似地，完全隱含能源和碳排放指的是為了滿足對某產品的單位終端消費而在所有部門引起的完全能源消費和碳排放?；诖?，蔣雪梅和劉軼芳[24]初步從出口視角探討了完全隱含碳強度，測度了發達國家和發展中國家隱含在出口中的單位完全增加值對應的完全隱含碳排放。一些學者進一步從消費、投資和出口視角測度了中國全國層面的完全隱含碳強度及其驅動因素[25]。后來，Su和Ang[26]、Su等[20]從經濟體、區域、終端消費、經濟部門和傳輸層級等不同層面（圖1），系統地提出了完全隱含能源和碳強度的測度框架，構建了完全隱含能源和碳強度在不同層面之間的轉換關系；針對不同層面完全隱含能源和碳強度變化的驅動因素，現有文獻主要通過乘性結構分解分析和分配分析展開研究[27]，建立了不同層面之間驅動因素結果的轉換關系[20][26]。

簡而言之，完全隱含能源（或碳）強度（AEI）表示單位完全增加值對應的完全隱含能源消費量（或碳排放量）

其中，EVA=v×(I-A)-1×表示完全隱含增加值；v表示增加值強度向量，即單位產出的增加值；(I-A)-1表示列昂惕夫逆矩陣（L）；表示終端消費向量的對角矩陣；EE=e×(I-A)-1×表示完全隱含能源消費量（或碳排放量）；e表示能源（或碳）強度向量，即單位產出的能源消費（或碳排放）。

相比生產端AI，消費端AEI可以進一步擴展應用到終端消費和傳輸層級層面，如圖1所示。如果一個經濟體包括n個區域f種終端消費m個經濟部門，那么該經濟體的AEI可分別由區域、終端消費和經濟部門相應的完全隱含強度加權和表示

其中，i可分別表示區域、終端消費和經濟部門；ωj可分別表示區域、終端消費和經濟部門的增加值占經濟體增加值的比例。

此外，通過泰勒展開式將投入產出模型里的列昂惕夫逆矩陣（L）展開，即L=(I-A)-1=I+A+A2+A3+,···，一個經濟體的AEI還可以由不同傳輸層級的加權和來表示

關于生產端直接強度與消費端完全隱含強度，二者在研究視角、研究內容、研究方法、研究數據和應用層面等方面，存在明顯差異，如表1所示。

表1 直接強度與完全隱含強度的研究特征

二、區域特征

完全隱含強度相關研究呈現出以國家層面研究為主、全球層面研究顯著增加、省市層面研究開始出現的特征（圖2a）。多區域研究占絕大多數，包括全球多區域和國家多區域（圖2b）。在全球一體化背景下，全球多區域框架能更細致地抓取國際反饋效應、更精確地考慮各國技術水平差異[29]。類似地，國家多區域框架能更好地刻畫國家內部省區之間的貿易往來及技術水平差異。同時，國家層面的研究主要聚焦于中國（圖2c），盡管完全隱含碳強度比完全隱含能源強度受到了更為廣泛的關注，但是二者的研究熱度均呈現急劇上漲趨勢（圖2d）。這反映出在《巴黎協定》等氣候政策框架約束下，節能減排已成為全球共識，如何基于省市、國家和全球等層面從消費端提高節能減排績效的研究已迅速興起并得以發展。在全球邁進碳中和進程中，如何進一步降低研究尺度（如企業層面），充分釋放消費端的節能減排潛力，將可能是社會各界持續關注和探討的重點。

圖2 2013—2022年完全隱含強度總的研究特征

（一）國家和省市尺度應用

本文主要聚焦于中國全國單區域和多區域以及中國省市單區域的完全隱含能源強度與完全隱含碳強度，有少部分學者從單區域的視角關注了印度、美國和新加坡等國家的完全隱含碳強度。這可能是由于作為全球最大的碳排放國，中國仍面臨高碳能源結構與產業結構、中高速的工業化和城鎮化階段以及時間緊迫等問題[30]，導致中國如期實現“雙碳”目標的艱巨性遠高于其他國家。特別是中國中央政府一貫高度重視應對氣候變化的工作，將應對氣候變化納入生態文明建設整體布局和經濟社會發展全局中。在此背景下，導致中國的完全隱含能源和碳強度最受關注。事實上，近年來隨著中國國際大循環動能明顯減弱，供需錯配問題日益突出，構建以國內大循環為主體、國內國際“雙循環”相互促進的新格局是重塑中國國際合作和競爭新優勢的戰略抉擇，這無疑將顯著改變中國的需求結構、生產結構、技術水平以及全球價值鏈位置，進而影響中國消費端的節能減排績效。因此，在“雙循環”新發展格局下，中國消費端的節能減排績效將如何演變，可能仍是未來研究和關注的重點。

具體而言，一方面，關于中國的完全隱含強度研究特征主要呈現出由全國單區域、全國多區域擴展到省市單區域（圖3）。起初，有學者如Su和Ang[26]、李虹和王帥[31]、鄧光耀和陳剛剛[32]主要采用中國單區域投入產出表，通過重新劃分經濟部門，測度了不同經濟部門的完全隱含能源與碳強度及其相關驅動因素。在此基礎上，一些學者如Zhou等[21]、Wang等[33]、Su等[34]基于中國多區域投入產出表，從省區、部門和終端消費等視角測度了中國完全隱含碳強度的決定因素，并擴展考慮了不同省區間完全隱含強度的空間聚集效應。隨后，部分文獻將研究尺度從國家層面下降到省區或城市層面。例如：有學者詳細探討了山西、北京、天津、上海和重慶等省市的完全隱含能源強度、完全隱含碳強度及其驅動因素，并歸納總結了不同省市完全隱含強度變化的區別和聯系[35-37]。

圖3 中國完全隱含強度研究尺度的分布特征

所用的研究數據呈現出由非時間序列年度數據細化到年度或月度時間序列的特征，且主要基于非競爭型進口假設展開研究。多數研究主要基于中國2002年、2007年、2012年、2015年和2017年非時間序列單區域和多區域投入產出表，詳細探討了中國完全隱含能源與碳強度的變化規律與驅動因素[38-39]。也有部分學者如肖皓等[25]、Zhu等[40]基于OECD-ICIO、WIOD、Eora和EXIOBASE等數據庫發布的時間序列投入產出表，測度了中國的完全隱含能源與碳強度。實際上，可再生能源供應以及商品和服務的最終需求在一年內往往出現顯著變化，而年度數據的投入產出分析無法捕獲這些細致變化。為此，Su和Ang[41]構建了基于月度數據的投入產出分析框架，發現中國完全隱含能源和碳強度呈現出顯著月度異質性，可為相關政策制定者提供更為詳細的參考依據。此外，中國發布的投入產出表大都是基于競爭型進口假設，現有文獻首先將競爭型投入產出表轉化為非競爭型投入產出表，然后再基于非競爭型進口假設展開相關研究。

另一方面，關于其他國家的研究主要基于印度、新加坡和美國等國家的非時間序列單區域投入產出表，聚焦考察他們的完全隱含碳強度。例如，Zhu等[42]基于印度2007—2008年和2013—2014年的單區域投入產出表，包含130個經濟部門，從不同終端消費的視角探究了印度的完全隱含碳強度及其驅動因素。Su和Ang[43]采用新加坡2005年、2010年和2014年的單區域投入產出表，包含71個經濟部門，測算了新加坡及其不同經濟部門的完全隱含碳強度與驅動因素。Wang和Song[44]基于WIOD數據庫發布的2014年投入產出表，將56個經濟部門合并為七大部門，探討了國際貿易對美國完全隱含碳強度的影響。

（二）全球尺度應用

基于全球多區域投入產出表的研究主要聚焦于全球層面的完全隱含碳強度，關于完全隱含能源強度的研究相對較少（與圖2d的分布特征類似）。這可能是由于與全球多區域投入產出表相配套的能源消費數據尚不完善所導致，如Eora數據庫發布的衛星賬戶，提供了與全球投入表相配套的能源消費數據，但是由于數據準確性等原因，目前該數據庫提供的能源消費數據已宣布棄用。這反映出全球層面相應能源消費數據的可獲得性有待突破。實際上，能源轉型作為實現碳中和的根本方式，盡管越來越多的國家和地區提出凈零承諾，但是當前全球能源轉型的進展和范圍與實現碳中和目標的要求仍相距甚遠[45]。說明隨著全球能源轉型與深度脫碳的持續推進，如何從消費端提升全球的節能績效有望得到更多關注、擴展和完善。

具體而言，關于完全隱含碳強度的研究，多數學者基于WIOD、EXIOBASE和Eora等數據庫發布的多區域投入產出表，首先針對全球各個區域展開研究[24]，然后再細化到各個區域的所有經濟部門[46-47]，并進一步從企業所有權異質性的視角擴展到跨國企業和非跨國企業[48]，從需求端提出了全球重點排放區域、經濟部門和企業的碳減排策略；也有部分學者從價值鏈的視角，探討了價值鏈攀升對重點區域完全隱含碳強度的影響方式與水平[49-50]。關于全球尺度的完全隱含能源強度的研究僅有Zhu等[40]和Yang等[51]。Zhu等[40]基于2005—2015年OECD國家間投入產出表，從中國與全球貿易伙伴一般出口與加工出口的視角，測度了中國的完全隱含能源強度。Yang等[51]基于WIOD數據庫發布的2000—2014年全球多區域投入產出表，將全球56個經濟部門合并為8個經濟部門，探討了全球28個歐盟成員國和15個主要經濟體的完全隱含能源強度的變化趨勢及其驅動因素。

三、分類特征

（一）終端消費層面應用

完全隱含強度在終端消費的應用主要呈現出由不區分終端消費到細分各種終端消費的特征（圖4），且隱含在出口中的完全強度最受關注。這可能由于在國際貿易背景下，市場要素和生產要素驅動全球的商品和資源在全球范圍內流動和重新配置，引起了全球產業轉移，造成了生產與消費隔離，改變了全球能源消費與碳排放格局，導致了能源消費與碳排放轉移等問題，加劇了《巴黎協定》和21世紀中葉的碳中和目標的難度[52]。在此背景下，如何控制隱含在出口中的完全能源和碳強度成為當前關注和討論的焦點。事實上，近年來隨著全球貿易保護主義抬頭、地緣政治經濟格局變化等因素的影響，雙邊貿易很可能成為全球推進貿易自由化的重要方式。如何基于雙邊貿易的視角挖掘消費端的節能減排潛力，有可能成為社會各界新的關注點。

圖4 終端消費的細分特征

具體而言，有學者在探討全球各區域的完全隱含強度時不細分終端消費如Yang等[51]；有研究將終端消費細分為國內消費和出口如Wang等[53]；也有學者進一步將國內消費細分為農村居民消費、城鎮居民消費、政府消費和投資等類別如Zhang等[38]。而中國作為全球最大的貨物貿易國，不少學者著重關注了中國隱含在出口中的能源和碳排放強度，并將出口細分為一般出口和加工貿易出口，如尹偉華[54]和Zhu等[40]。其中Zhu等[40]采用OECD-ICIO數據庫發布的2005—2015年中國投入產出表，包含36個經濟部門，測算了中國隱含在一般出口和加工貿易出口中的完全能源強度及其驅動因素。反之，也有學者研究關注隱含在進口中的碳排放強度，如Wang和Song[44]基于WIOD發布的2014年世界投入產出表，將56個經濟部門合并為7個經濟部門，考察了國際貿易對美國完全隱含碳強度的影響，并采用LMDI方法揭示了部門增加值結構和部門完全隱含碳強度對美國完全隱含碳強度變化的貢獻。

（二）經濟部門層面應用

一些完全隱含強度相關研究側重于深度參與到全球生產網絡的部分經濟部門。例如，黃凌云等[55]基于WIOD發布的2000—2011年世界投入產出表，探討了不同技術進步路徑對中國14個制造行業隱含在出口中的完全碳強度的影響，發現不同技術進步路徑作用效果受制造業在全球價值鏈（GVC）分工地位的影響；Sun等[28]采用EXIOBASE數據庫發布的2018年全球多區域投入產出表，從全球和國家等層面測度了交通部門（包括陸路、水路和航空）的完全隱含碳強度；Yang等[51]采用WIOD發布的2000—2014年的世界投入產出表，將56個經濟部門合并成8個經濟部門，測度了不同經濟部門的完全隱含能源強度，并重點揭示了部分經濟部門對全球以及全球44區域完全隱含能源強度的貢獻。

（三）傳輸層級層面應用

一些研究重點關注了完全隱含強度在傳輸過程中的關鍵層級提取，鎖定了完全隱含強度發生的關鍵產業鏈，這對于精準識別節能減排績效的提升路徑具有重要參考意義。具體而言，一個區域或經濟部門在為滿足終端消費而生產時，往往需要多種中間投入，而生產這些產品時又需要其他中間投入。這樣的投入—產出關系一層一層傳遞下去，從而形成復雜的產業關聯關系，導致一個區域或經濟部門隱含在終端消費中的完全強度可分解為不同的傳輸層級，每層傳輸層級背后則代表了完全隱含強度所在的產業關聯關系[56]?，F有研究主要基于結構路徑分析模型（SPA）提取各個傳輸層級，從而將完全隱含強度分解成不同傳輸層級完全隱含強度的加權和[57-58]（如式（5）所示）。例如：Su等[20]采用2007年和2012年中國單區域投入產出表和SPA模型，測度了中國以及主要經濟部門在不同傳輸層級下的完全隱含碳強度。Li等[59]采用2012年和2017年中國單區域投入產出表和SPA模型，測算了中國主要經濟部門在不同傳輸層級下的完全隱含能源強度。Sun等[28]基于SPA模型提出了2018年全球44個區域中陸路、水路和航空完全隱含碳強度的關鍵傳輸層級。

四、驅動因素特征

識別驅動因素是精準提升節能減排績效的重要基礎，也是預判未來能源消費與碳排放可能變化特征的關鍵依據。關于能源消費與碳排放的驅動因素分解方法主要包括兩種：一是指數分解分析方法（IDA），二是結構分解分析方法（SDA）[60]。其中，IDA模型往往用于測度生產端總量與強度變化的驅動因素，適用于經濟體、區域和經濟部門等層面，能夠實現逐年鏈式分解[9][61]，關于IDA模型在能源環境領域的詳細應用可參考Ang[62]的研究。相比之下，SDA框架則主要基于投入產出分析，從消費端測度隱含在終端消費中總量與強度變化的驅動因素[63]。SDA框架包括加性SDA和乘性SDA，加性SDA框架適用于研究總量變化的驅動因素，而乘性SDA框架適用于研究強度變化的驅動因素[64]。另外，分配分析可以將乘性SDA得到的不同乘性效應進一步分解成詳細的分行業效應等[27]。因此，乘性結構分解分析與分配分析相結合是研究完全隱含強度驅動因素的主流方法。完全隱含強度變化可以發生在時間維度，也可以發生在空間維度（即地域差異）。在此背景下，時間和空間維度的乘性SDA框架也應運而生[41][65]。

時間軸上的乘性SDA框架主要是針對某一區域完全隱含強度的變化，現有研究主要基于三大基本效應（即強度效應、列昂惕夫生產結構效應和終端需求結構效應）逐步擴展（如圖5所示）。部分學者只探討了三大基本因素對完全隱含能源或碳強度變化的驅動作用，如：Wang等[33]、Su等[34]和Zhang等[38]。在此基礎上，有學者將碳強度效應細分為碳排放系數效應、能源結構效應和能源強度效應[43]。列昂惕夫生產結構效應呈現兩種主要細分方式：一是細分為國內生產結構效應和GVC生產結構效應[49]；二是細分為本地生產結構效應和國內價值鏈關聯效應[53]。同時，終端需求結構效應也呈現兩種主要的細分方式：一是居民消費效應、政府消費效應、投資效應和出口效應[66]；二是國內終端需求結構效應，本國及其他國家出口的終端需求結構效應[46]。此外，也有少部分研究將驅動因素劃分為部門總的增加值結構效應和部門完全隱含強度效應[44]。

圖5 完全隱含強度在時間軸上的乘性結構分解分析框架

在年度時間軸的基礎上，部分學者進一步從月度時間軸的視角探討了完全隱含能源和碳強度變化的驅動作用。例如，Su和Ang[41]首次構建了中國月度投入產出表，捕捉了2018年中國的完全隱含能源和碳強度在不同月份變化的驅動因素，揭示了驅動因素的月度異質性，突破了年度分解分析無法獲取月度詳細信息的局限性。在此基礎上，Su和Ang[67]進一步從能源消費與碳排放總量與強度（即AEI）變化的視角，分別建立了適用于測度月度驅動因素的加性和乘性SDA框架。

空間軸上的乘性SDA框架則是考慮資源稟賦、能源結構等方面在地理空間上的差異對地區完全隱含強度的影響[68]。針對空間異質性問題，有學者已從中國城市空間差異和中國與美國之間的空間差異等視角展開了研究[35][69]。例如：Yan和Su[35]采用乘性空間結構分解分析模型，測算了2012年北京、天津、上海和重慶四個城市的完全隱含能源強度及其驅動因素，結果發現完全隱含能源強度的空間差異主要受能源強度效應和列昂惕夫生產結構效應的影響，研究結果可為不同城市制定差異化的能源政策提供決策依據。

五、總結與展望

隨著全球極端天氣日益頻繁，節能減排在社會經濟發展中的重要性持續攀升。事實上，如何從消費端制定節能減排方案已引起了廣泛關注。為此，本文針對完全隱含強度的特征和驅動因素等方面展開綜述，主要發現如下：

完全隱含強度概念的應用相對集中在國家層面，但全球層面上的研究近年來顯著增加，省市層面研究也逐漸出現。國家層面的研究主要聚焦于中國或中國分省區的完全隱含能源與碳強度分析，省市層面的研究也俱是針對中國省市。僅少部分學者關注了世界其他國家（如印度、美國和新加坡等）的完全隱含碳強度。全球層面的研究也是側重于完全隱含碳強度，較少關注完全隱含能源強度。這意味著對其他國家或全球層面上完全隱含能源強度的研究還有待加強。此外，現有研究主要基于年度數據，然而突發事件（如極端天氣和地緣政治沖突等）往往會顯著改變一個國家在不同年度和月度隱含在需求端的能源消費與碳排放，未來研究可從月度時間序列視角進行擴展，充分考慮時間上的異質性，為提升消費端的節能減排績效提供更精細化的決策依據。

細分來講，完全隱含強度在終端消費的應用中主要呈現出由不區分終端消費到細分各種終端消費的特征，特別是隱含在出口中的完全強度受到了很多關注。而一些完全隱含強度研究則聚焦于深度參與到全球生產網絡的經濟部門，或完全隱含強度在傳輸中的關鍵層級提取方面。在現有研究基礎上，未來研究可以從多個方面進行擴展，如在百年未有之大變局下國際環境日趨錯綜復雜，系統探討世界其他國家隱含在一般貿易和加工貿易的完全強度將如何變化；從省市—國家—全球視角，系統梳理不同產品的完全隱含強度與全球生產網絡的關聯關系；以及在關鍵傳輸層級的基礎上，進一步從異質性企業的視角（如跨國和非跨國企業），擴展考察如何提取完全隱含強度的關鍵傳輸路徑，從而為決策者從供應鏈的視角降低完全隱含強度提供決策依據。

關于完全隱含強度的驅動因素，現有研究主要基于乘性結構分解分析模型，分別從時間軸和空間軸兩個維度展開驅動因素分解。其中時間軸主要是針對某一區域完全隱含強度的變化，基于三大基本效應（即強度效應、列昂惕夫生產結構效應和終端需求結構效應）逐步擴展；而空間軸上則是針對多個區域完全隱含強度的差異，進一步探索地理空間差異性。在現有乘性分解分析框架的基礎上，未來研究可以充分利用這些關鍵驅動因素，預判完全隱含強度在未來不同時期的可能變化特征。

總體來講，關于完全隱含能源和碳強度，現有研究已從全球多區域層面、國家或省市單區域層面、國家多區域層面，區分終端消費類別、經濟部門、傳輸層級和驅動因素，展開來詳細探討，構建了比較成熟完整的研究框架。在現有研究框架的基礎上，未來研究可以擴展到能源環境相關領域的其他指標上，如污染強度等環境強度指標和SDG發展目標等。