信息熵碳排放论文范文

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一、模型的构建

（一）基于信息熵的行业碳排放配额分配模型信息熵可以客观衡量系统均衡性，避免人为偏好影响，近年来，信息熵被广泛应用于社会工程经济领域的系统评价和决策中。根据历史文献阅读和工业企业碳排放现状分析，总结工业企业碳排放的影响因素主要有经济水平、能源结构、能源强度和碳排放强度等。鉴于企业碳排放量的分配要考虑企业历史责任、发展要求、减排能力、减排潜力和减排效率，本文选取历史排放量、工业产值、能源结构、能源强度和碳排放强度5个指标。本文以T0年为碳排放量分配基准年，以T年为碳排放量分配目标年，根据“定总量、算减量、确定分配量”的思路，以历史沿袭法为基础，确定分配年各行业碳排放总量，在减排总量分配中体现各行业异质性和分配公平有效性。具体建模步骤如下：1．建立原始评价矩阵本文将m个工业行业设为待评价的对象，将历史排放量、工业产值、能源结构、能源强度和碳排放强度5个影响因素设为评价指标，每个对象对应这5个评价指标。2．原始矩阵归一化处理由于各个指标的含义和量纲不一，不能直接进行比较，需要进行归一化处理。不同性质的指标归一化处理方式不一，鉴于本文采用的减排分配量评价指标都是效益型指标，故进行统一归一化处理。各指标内涵和归一化处理如表1所示。

（二）基于波尔兹曼熵的企业碳排放配额分配模型在区域碳排放量分配给区域内各行业后，将行业碳排放总量分配给行业内各个企业是落实碳分配和碳减排目标的关键。本文基于波尔兹曼分布，将熵最大化的原理应用于同行业下各个企业之间碳排放量的分配。在这里，包含多个企业的单个减排工业行业类比于物质系统，单位分配碳排放量类比于物质颗粒，参与减排企业的历史碳排放量和上报未来碳排放量几何平均类比于物质单态。假设所有的单位碳排放量在同一个企业k内都产生相同的碳排放量，那么企业k的碳排放强度ek即类比于物质单态i的单态能量Ei。在这样的类比下，分配给企业k的单位碳排放量的概率和跟企业k的历史排放量和未来排放量成正比，跟企业k的碳排放强度成反比，既兼顾了历史排放责任、未来发展需求，又鼓励提高排放效率。

二、样本选取与数据来源

昆山市张浦镇位于上海、苏州、昆山之间的黄金三角地带，是“全国经济百强县”之首昆山市的经济强镇。改革开放以来，张浦镇实施外向带动战略，先后成立了德国工业园、海峡两岸食品产业园、N维空间文化产业园等特色园区，累计吸引了3400多家企业注册落户，形成了以加工制造业为主的工业城镇。2012年，张浦镇规模以上工业企业达到220家，其能源消耗占全部企业能源消耗的95%。通过对张浦镇规模以上工业企业碳排放量进行定量分配，给予企业明确碳排放量约束，不但推进了碳交易市场的建立和工作的开展，也促进了张浦镇“十二五”期间节能减排目标的实现。本文选取张浦镇规模以上工业企业为样本，考虑到张浦镇自2012年才进行规模以上工业企业网上能耗统计，本文选取2012年和2013年规模以上工业企业历史排放数据，分配2013年规模以上工业企业碳排放量。2012年张浦镇规模以上工业企业220家，2013年增加至255家，选取张浦镇2012—2013年不变的217家规模以上工业企业作为碳排放权分配企业。通过计算分析，2012—2013年期间，此217家工业企业在政府行政命令下减排11%，完全达到政府规划要求，因此本文直接使用2013年规模以上企业实际排放量作为分配总量，同时也方便对比分析分配结果的满意度。企业能耗和工业产值数据来源于张浦镇经促局统计科提供的《2012年张浦镇规模以上工业企业能耗明细》和《2013年张浦镇规模以上工业企业能耗明细》；碳排放数据以各企业各类能源消费量为依据，根据各类能源发热系数、排放系数和碳氧化率计算得到，相关系数取自《上海市温室气体排放核算与报告技术文件》推荐标准，各个分品种能源的碳排放系数如表2所示。

三、分配结果分析

（一）基于信息熵的行业碳排放配额分配结果分析本文基于信息熵理论，以2012年和2013年张浦镇规模以上工业企业碳排放数据均值，计算各行业碳排放减排系数，进而对2013年张浦镇规模以上工业行业碳排放总量进行分配。通过基于信息熵的行业碳排放分配模型公式的计算，可得各指标的信息熵值、信息量值和熵权重值，这3个参数是计算减排因子的基础。具体减排影响因素指标参数计算值如表3所示。从各个影响因素指标的信息熵值来看，工业产值信息熵值最大，熵值为0.707，说明工业产值信息量较小，行业减排能力对碳总量减排作用较小；能源结构熵值最小，熵值0.470，说明能源结构信息量较大，原煤减少使用对碳总量减排作用较大。其他因素如历史排放量、能源强度和排放强度在碳减排分配中影响越来越小。结合张浦镇2013年规模以上工业碳分配总量，通过信息熵行业碳分配模型计算可得张浦镇2013年规模以上工业各个行业碳排放配额。根据碳减排结果（图1）显示，各行业的碳减排量相对于2012年，各行业减排幅度从17.17%~0.02%不等，全行业碳减排量相对于基期2012年减排了11.01%，基本符合张浦镇发展需求和节能减排形势。如图1所示，一方面，化学原料和化学制品制造业（行业26）分配到碳减排量16.81万吨，减幅17.17%，对以煤为主的化工行业，施以严格的减排约束，有利于促进化工行业调整能源结构。其中，中盐昆山有限公司耗能占总化工行业耗能96.5%，其“十二五”期间实施节能技改可以节能21.45%，所以化工行业的碳排放减排降幅符合了行业节能潜力，该减排量切实可行。另一方面，非金属矿物制品业（行业30）分配到碳减排量8.40万吨，降幅9.27%，这对碳排放强度较高的非金属行业提出较高要求，督促企业节能减排，提高能源效率。其中，台玻集团耗能占总行业耗能81.81%，其能源审计报告显示台玻集团“十二五”期间实施节能技改项目，可以节能8.98%，考虑到中盐锅炉项目实施，台玻集团等企业将使用中盐的锅炉蒸汽，则台玻集团可以进一步节能减排，所以非金属矿物制品业碳排放降幅是合理且可行的。通过对比基于信息熵的碳排放总量行业分配和基于历史排放的碳排放总量行业分配结果如图2所示。以化工行业为例，若是基于历史排放进行碳排放量分配，其可获得87.118万吨的分配量，多出5.207万吨。这种情况下，虽然分配标准考虑到行业发展需求，但是分配存在不公平性，政府仿佛在变相鼓励高排放企业进行碳排放，此碳分配量可能得不到其他企业认同；另外，企业获得高排放权利，其节能减排动力不足，企业不会主动提高能源效率，行业碳排放强度难以下降，难以完成全行业的节能减排目标。基于信息熵的分配方法考虑了化工行业历史责任和行业减排潜力，分配结果使化工行业的碳排放量更加合理。进一步通过对比基于信息熵的碳排放总量行业分配和基于按比例分配的碳排放总量行业分配减排占比，如图3所示。经计算发现，按相同碳减排比例（本文的减排分配比例是11.01%）分配得到的各行业碳排放量和按历史排放分配得到的分配量结果是一致的。在按等减排比例分配情况下，此分配标准没有考虑各个行业的异质性，各个行业的减排能力和减排潜力是不一致的，对于能源效率低下的化工行业和能源效率相对较高的通信电子行业都采取一刀切的分配方法，是粗放不合适的。综上，基于信息熵的碳排放量分配相对于基于历史排放和基于等减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业异质性，客观考虑了行业发展需求、减排能力和减排潜力，其分配结果更加符合实际。

（二）基于波尔兹曼熵的企业碳排放配额分配结果分析基于上述行业碳排放配额分配结果，通过玻尔兹曼熵，计算张浦镇规模以上工业企业2013年碳排放量分配额。鉴于数据可得性，C0i使用企业2012年和2013年碳排放量的几何平均；ei使用企业2013年碳排放强度，以体现企业最新排放效率，贴合企业实际需求和要求；β由2012年和2013年历史碳排放量，通过最小二乘法模拟计算取得（即使Y值最小），各个行业β计模拟结果如表4所示。根据各行业的最优β值，进一步计算得出各个行业内企业的碳排放配额。根据各个行业内企业的碳排放量分配结果看出，各个企业获得的碳排放分配量相对于基期2012年排放量，减排幅度不等，不仅由于行业异质性，也考虑行业内企业的发展需求和碳排放效率。对于化学原料和化学制品制造业（行业26），对该行业下15家企业碳排放量的分配中，通过最小二乘法的β模拟最优值为0。通过计算，如图4所示，分配结果与历史排放均值成正比，分配结果相对于企业2013年实际排放值和2012年历史排放值比较没有很大波动。此时β取值为0，企业分配到的碳排放配额基本满足企业自身生产需要，企业之间碳交易成本最低。若适当提高β取值，可以进一步奖励高排放效率企业，惩罚低排放效率企业，不过增加了本行业下企业的碳交易成本。本文此处β取值为0，中盐公司虽然碳排放强度高，但是作为国营企业，已经进行节能改造，能源效率迅速提高，若减排后多出的碳排放配额，既可以用于进一步扩大生产，提高行业高效率产能占比，从而改善了行业的资源配置，提高了整个行业的碳排放效率；也可以通过碳交易市场出售给其他减排成本较高企业，获得利润，进一步改善生产结构。其他化学制品公司碳排放强度不高，在政府部分鼓励和补贴下，可以积极申报政府节能技改项目，以进一步提高碳排放效率。对于橡胶和塑料制品业（行业29），在对该行业下16家企业碳排放量的分配中，通过最小二乘法的β模拟最优值为0.514。通过计算可得各个企业2013年碳排放配额，相对于企业2012年和2013年历史排放几何平均值，分配减排量比从-22.77%~13%不等，由图5所示，在总量控制下，橡胶和塑料制品业下各企业分配到的减排比例和企业排放强度成正向关系，企业碳排放强度越高，企业分配得到减排量越大。此时的β取值，不仅使得企业碳交易成本最低，同时奖励了高排放效率企业，惩罚了低排放效率企业。随着β值取值越小于0.514，则企业分配到的碳排放量更接近历史排放均值；随着β值取值越大于0.514，企业因碳排放强度受到的惩罚和奖励就更大。β取值0.514，企业间碳交易成本最小。分配到较少碳排放配额的企业需要通过提高能源效率，降低碳排放需求，或者通过碳交易市场购买碳排放配额；分配到较多碳排放配额的企业，可以通过碳交易出售给减排成本较高的企业，也可以自己储备用来扩大优质生产力。例如，和进塑胶电子有限公司，2013年碳排放强度为0.686吨CO2/万元，碳排放效率行业最低，分配获得13%的碳排放减量；而贺升电子有限公司，2013年碳排放强度为0.016吨CO2/万元，碳排放效率行业最高，分配获得22.77%的碳排放增量。在此情况下，和进塑胶电子有限公司必须进行节能减排工程项目实施，提高碳排放效率，降低碳交易成本；而贺升电子有限公司则可以出售碳配额获益。综上，在同一个行业下使用基于玻尔兹曼熵的企业碳排放配额分配法，以最小交易成本为目标，考虑了企业未来发展需求，达到奖励高排放效率企业，惩罚低排放效率企业，分配结果更易被企业接受，也推动了张浦镇节能减排工作顺利完成。

四、主要结论

在明确各区域减排任务后，将区域内部碳排放总量分解到各企业，是真正落实区域减排目标的关键。本文在前人区域碳排放量分配研究的基础上，进一步探索了以加工制造业为主的区域内各行业和企业碳排放量分配问题。本文基于信息熵和玻尔兹曼熵理论，构建了区域碳排放总量企业间分配方法，并以昆山市张浦镇为例，实证分析方法的可行性。研究发现，一方面，基于信息熵的行业碳排放配额分配方法，客观考虑了行业异质性，分配结果基本符合各行业历史责任、减排能力和减排潜力；基于玻尔兹曼熵的企业碳排放配额分配方法，以最小交易成本为目标，考虑了企业的未来发展需求和碳排放效率，分配结果不仅公平有效可执行，而且达到社会资源优化配置作用。因此，基于熵的碳排放总量企业分配方法是一种较为科学的碳分配方法。另一方面，从张浦镇的碳排放总量分配结果看出，张浦镇减排重点行业是化学制品行业、非金属制品行业和通讯电子行业，减排重点企业是中盐公司和台玻集团；同时，张浦镇能源强度偏高，能源消费以煤为主。做好重点行业和企业的减排工作，改变以煤为主的能源消费结构，是张浦镇提高能源效率，完成“十二五”减排目标的关键。

作者：周德群王梅张钦单位：南京航空航天大学经济与管理学院能源软科学研究中心