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2009年末，我国在哥本哈根会议之前宣布了到2020年单位GDP的CO2排放比2005年下降40％～45％的目标(以下简称“碳强度目标”)。但是如何分解和实现，直到目前还没有清晰路径。“十一五”刚刚结束，根据其能耗强度目标实现的经验，为了确保未来“碳强度目标”顺利完成，将其分解到各省仍将是行之有效的做法。但关键是如何避免“十一五”时期的一些问题，让各省目标更加合理?本文采用经济学原理和模型对此进行研究，基于实现目标的成本最小化原则，建立了系统和完整的分解方法体系，并将各省经济社会发展水平、资源禀赋和技术水平差异等需要考虑的因素有机地纳入进来。具体分解方法中，使用了经济增长理论中的随机前沿生产函数和经典的投入产出模型。
一 基于经济学成本最小化原则的分解方法：兼顾各省发展趋势和减排潜力
温室气体减排是全球应对气候变化的核心，而减排成本则是各国政府和利益相关方最为关注的问题。成本最小化是经济学最基本也是最重要的原则和出发点之一，我们据此建立了系统和完整的分解方法体系，将全国“碳强度目标”分解到各省，使全国完成减排目标所付出的总成本最低，即遵循减排成本最小化原则。同时，也将经济社会发展水平、资源禀赋和技术水平等需要考虑的因素有机地纳入进来。
根据经济系统的最优化理论，如果各省在完成其减排目标时，所付出的额外减排努力的边际减排成本相等，那么全国的减排总成本将实现最小化。也就是说，根据成本最小化原则为各省设定的碳强度下降目标在保证加总后能够达到全国目标的前提下，必须充分挖掘各省所拥有的所有低成本额外减排潜力。
为准确理解这一原则，有三个概念需要解釋：第一个是BAU(Business As Usual)情景。BAU情景的含义是“按原轨道发展”或“一切照旧”情景。BAU情景下的碳强度走势就是指从某个时间点起，在不再附加任何针对性节能减排政策的情况下，经济社会发展引起的碳强度变化。因此碳强度的BAU情景包含了各省由于经济社会发展不同阶段，以及资源禀赋和能源使用技术水平等等不同所带来的碳强度走势差异，第二个是各省的“额外减排努力”，可以理解为BAU情景外的、各省出台专门的节能减排政策措施，会导致该省的碳强度相对BAU情景的进一步下降。第三个是各省的“边际减排成本”，是指各省完成单位额外减排努力时所付出的成本。
就我国目前情况而言，各省的边际减排成本存在较大差异。换言之，同样成本的额外减排努力在各省得到减排效果会有较大差异。例如，相同一笔专项投资用来购买新设备替代旧设备，在落后省份替代的设备往往更为落后，由此获得的减排效果也要更大。遵循减排成本最小化原则设定各省目标，就是要使那些具有更多低成本减排机会的省份完成更多的减排任务，
因此，无论是国家碳强度目标还是分解后的各省目标都包含两部分：一部分是存在于BAU情景中，随经济社会发展就能实现的降幅，如图1中A幅度所示。实现这部分目标不会引起额外的减排成本；另一部分则是必须要通过后期额外减排努力实现的降幅，如图1中B幅度所示。完成B，需要采取新的专门减排措施，因此会引起额外的减排成本，某省的最终碳强度目标就是两部分相加之和(A B)。
根据以上分析，省级目标分解工作主要分为三步：
第一步，分析预测各省在BAU情景下的2020年碳强度相对2005年的下降幅度，井汇总得到BAU情景下全国碳强度的平均降幅。
第二步，用全国碳强度目标扣除BAU情景下的全国平均降幅，得到全国需要通过额外减排努力实现的碳强度降幅，并根据各省的减排潜力差异进行分解。最理想的做法是依据各省的边际减排成本曲线进行优化分解，但目前中国尚没有相关研究基础，能够给出各省的边际减排成本曲线，因此需要其它的测算方案。本文采用衡量各省的技术减排潜力差异的方法进行近似，并分解各省目标。
第三步，将各省BAU情景中碳强度的降幅(如图1中的A)与需要额外减排实现的降幅(如图1中的B)相加，成为各省的“碳强度目标”。
二、能耗强度的分析模型及各省BAU情景下碳强度降幅的初步测算
本文依据经济增长理论中随机前沿生产函数构建能耗强度的分析模型，然后利用该模型预测各省BAU情景下的碳强度降幅。
(一)构建能耗强度分析模型
根据随机前沿生产函数，构建能源投入效率距离函数，将影响各省能耗强度差异的因素归结为各省经济发展水平、消耗能源的品质以及能源投入效率水平三大方面的差异，并细化成6个因素，如图2所示。
根据经济增长理论，经济发展水平可用各省单位GDP产出的劳动力、资本等生产要素投入水平以及产业结构解释。由于生产要素之间具有替代关系，如果劳动力和资本相对较快增长就可以降低能源投入，从而有利于能耗强度的下降。在产业结构中，如果二产比重持续下降，也将有利于能耗强度的降低。
各省消耗的能源品质通过能耗结构表示，由于煤炭的品质低于油气和电力，如果某省的终端用能结构中油气、电力比重越大，那么在提供同等能源服务需求的前提下，越有利于降低能耗强度。
各省的能源投入效率水平可以分解为全国生产前沿上的能源投入效率水平以及各省与该前沿水平的差距，全国生产前沿上的能源投入效率水平代表能源投入效率的最大值，而各省效率与该水平的差距越小则意味着同样的能源投入下，该省GDP产出会越大，意味着能耗强度越低。
(二)利用模型对各省BAU情景下的碳强度走势进行预测
利用30个省自1990年以来的历史数据组成面板数据，对所构建的模型进行拟合，并利用模型对各省BAU情景下的碳强度走势进行预测。具体做法是：分别对各省的GDP、劳动力、资本存量以及能源结构、产业结构和效率差距进行预测，最终得到各省碳排放强度的预测情景。
根据BAU情景的设计原则，本文假设未来的能源结构保持在2008年水平不变；按照历史和未来发展趋势预测各省的GDP、劳动力投入、资本存量和产业结构等宏观经济指标；根据各省能效差距的收敛趋势给出未来的变化走势；从而最终得到各省BAU情景下能耗强度的初步预测结果，如表1所示。
由于假设能源结构不变，因此各省碳强度的降幅与能耗强度降幅一致。在结果中，全国能耗强度最高的几个省份，包括宁夏、青海、山西、内蒙等省的降幅最大，在24％～30％之间；其次是经济发展水平较高的省市，如北京、上海、江苏、浙江等，在17～22％范围之内。其他省份的降幅相对较小，将各省BAU情景下碳强度的降幅加权平均得到全国的平均降幅为19.9％，这表明我国为完成40～45％的目标，需要通过额外减排努力完成剩下的20～25％降幅，压力很大。该结果也与已有相关研究结果比较接近。
三、依据各省减排潜力差异，分解需要额外减排努力完成的“碳强度目标”
2020年实现碳强度比2005年下降40～45％的全国目标中，需要通过额外减排努力完成的降幅在20％～25％。本文依据各省技术减排潜力的差异对此部分目标进行省级分解。
我们定义各省的技术减排潜力为该省各行业的技术减排潜力的加权之和。某省某行业的技术减排潜力表示为其单位增加值排放量与全国先进水平之差。差距越大，表明该省该行业的现有技术越落后，其减排潜力也越大。
分解需要额外减排努力完成的碳强度目标的具体做法分为四步：
第一步：估算各省分行业增加值排放量。我们依据全国30个省2007年42部门投入产出表和2007年分省能源平衡表，估算出分省各行业消耗化石燃料产生的二氧化碳排放量，进而依据投入产出表中各行业增加值得到2007年各省分行业增加值排放量。
第二步：定义各行业排放的全国先进水平。具体做法是针对每个行业，将30个省的单位增加值排放量从小到大进行排序，取最先进三个省份的平均值。
第三步：估算各省技术减排潜力。某省某行业的单位增加值排放量与该行业全国先进水平之差作为该省该行业的技术减排潜力，将该省所有行业的技术减排潜力加权求和，得到该省的总技术减排潜力，所用权重为该省分行业排放量占该省所有行业排放总量的比重。
第四步：依据各省技术减排潜力的差异，将全国20-25％的降幅目标进行省级分解。分解的初步结果如表2所示：
四、碳强度目标分解结果与讨论
(一)最终分解结果和主要结论
将各省在BAU情景下的碳强度降幅与各省需要通过额外减排努力完成的降幅相加，可以得到各省最终的分解目标，如表3所示：
主要结论有两方面：
第一，依据减排成本最小化原则，将国家减排目标分解到省，能够有效降低全国的减排总成本，
本文依据全国减排成本最小化原则，将国家减排目标分解到省，结果显示各省需要完成的碳强度下降目标存在较大差异。具体而言，目前能耗强度较大的各省需要完成的碳强度下降目标较大，如宁夏、贵州、新疆、内蒙、山西等，而能耗强度较小省份的目标相对较小，如北京、上海等。由于能耗强度较大的各省往往也意味着存在较多的低成本减排机会，因此这样的目标分解结果将会有利于降低全国的减排总成本。
第二，发达省份与欠发达省份完成减排目标的主要途径将存在明显不同。
在依据减排成本最小化原则分解得到的各省目标中，既包括BAI，情景下的碳强度降幅，也包括各省通过付出额外减排努力实现的碳强度下降。通过各省的比较可以发现，发达省份的目标中，BAU情景下碳强度降幅所占比重较大。这意味着，发达省份完成目标的方式将主要是顺应经济发展走势，通过调整产业结构，优化二、三产比重；引进高质量人力资源和资本，提高管理水平，缩小用能效率与前沿生产水平的差距等经济手段来实现节能减排，在北京、上海、广东等地，通过这样的方式能够完成近70％的目标任务；而对于欠发达的省份，需要通过额外减排努力完成的减排额度较大。这意味着要出台大量专门的减排政策措施，如继续加大对节能型生产技术的投资，同时坚持“上大压小”，关闭小型低效的发电企业、高耗能企业等。
(二)减排目标分解工作中公平原则和效率原则相互协调的讨论
关于碳强度目标省级分解工作应该遵循的基本原则无外乎公平原则和效率原则，本文所采用的减排成本最小化原则属于典型的效率原则，遵循公平原则，是希望能够调动各省开展减排工作的积极性，不对较贫困地区的经济发展造成影响；遵循效率原则是希望能够使全国在完成目标时所付出的总减排成本较低。已有的相关研究和经验表明，公平原则有多条渠道来实现，例如中央政府与各省级政府之间就最终目标的讨论与协调；在今后目标实施过程中，中央政府对地方政府以及地方政府之间的转移支付等。相比之下，由于缺乏碳排放权交易市场，我国只有在目标分解过程中才可能将效率原则充分考虑在内。因此本文建议中央政府以减排成本最小化原则制订基本分解方案，以期减少全国的减排总成本，同时在各省未来的实际减排工作中，探讨合理的中央一地方，以及各省间的转移支付方式，从经济角度保证欠发达地区的发展空间和减排积极性。
(三)省级碳强度目标与全国碳强度目标的一致性讨论
本研究中直接将国家碳强度目标分解到各省，这其中存在一致性的问题，即使各省的碳强度同时下降40％，由于各省的GDP增速不同，全国的碳强度也并不一定下降40％。然而，本研究的进一步分析表明，如果把各省碳强度下降目标加权求和，所用权重为各省碳排放量占全国总排放量的比重，那么加总之后的全国碳强度降幅与全国目标虽然不一致，但是差距并不大。(本文得到科技部国家软科学研究计划项目，中澳环境发展伙伴项目支持。作者感谢澳大利亚国立大学Frank Jatzo博士对ACEDP项目的参与和对本文的贡献、David Stern博士对模型计算的帮助。)
一 基于经济学成本最小化原则的分解方法：兼顾各省发展趋势和减排潜力
温室气体减排是全球应对气候变化的核心，而减排成本则是各国政府和利益相关方最为关注的问题。成本最小化是经济学最基本也是最重要的原则和出发点之一，我们据此建立了系统和完整的分解方法体系，将全国“碳强度目标”分解到各省，使全国完成减排目标所付出的总成本最低，即遵循减排成本最小化原则。同时，也将经济社会发展水平、资源禀赋和技术水平等需要考虑的因素有机地纳入进来。
根据经济系统的最优化理论，如果各省在完成其减排目标时，所付出的额外减排努力的边际减排成本相等，那么全国的减排总成本将实现最小化。也就是说，根据成本最小化原则为各省设定的碳强度下降目标在保证加总后能够达到全国目标的前提下，必须充分挖掘各省所拥有的所有低成本额外减排潜力。
为准确理解这一原则，有三个概念需要解釋：第一个是BAU(Business As Usual)情景。BAU情景的含义是“按原轨道发展”或“一切照旧”情景。BAU情景下的碳强度走势就是指从某个时间点起，在不再附加任何针对性节能减排政策的情况下，经济社会发展引起的碳强度变化。因此碳强度的BAU情景包含了各省由于经济社会发展不同阶段，以及资源禀赋和能源使用技术水平等等不同所带来的碳强度走势差异，第二个是各省的“额外减排努力”，可以理解为BAU情景外的、各省出台专门的节能减排政策措施，会导致该省的碳强度相对BAU情景的进一步下降。第三个是各省的“边际减排成本”，是指各省完成单位额外减排努力时所付出的成本。
就我国目前情况而言，各省的边际减排成本存在较大差异。换言之，同样成本的额外减排努力在各省得到减排效果会有较大差异。例如，相同一笔专项投资用来购买新设备替代旧设备，在落后省份替代的设备往往更为落后，由此获得的减排效果也要更大。遵循减排成本最小化原则设定各省目标，就是要使那些具有更多低成本减排机会的省份完成更多的减排任务，
因此，无论是国家碳强度目标还是分解后的各省目标都包含两部分：一部分是存在于BAU情景中，随经济社会发展就能实现的降幅，如图1中A幅度所示。实现这部分目标不会引起额外的减排成本；另一部分则是必须要通过后期额外减排努力实现的降幅，如图1中B幅度所示。完成B，需要采取新的专门减排措施，因此会引起额外的减排成本，某省的最终碳强度目标就是两部分相加之和(A B)。
根据以上分析，省级目标分解工作主要分为三步：
第一步，分析预测各省在BAU情景下的2020年碳强度相对2005年的下降幅度，井汇总得到BAU情景下全国碳强度的平均降幅。
第二步，用全国碳强度目标扣除BAU情景下的全国平均降幅，得到全国需要通过额外减排努力实现的碳强度降幅，并根据各省的减排潜力差异进行分解。最理想的做法是依据各省的边际减排成本曲线进行优化分解，但目前中国尚没有相关研究基础，能够给出各省的边际减排成本曲线，因此需要其它的测算方案。本文采用衡量各省的技术减排潜力差异的方法进行近似，并分解各省目标。
第三步，将各省BAU情景中碳强度的降幅(如图1中的A)与需要额外减排实现的降幅(如图1中的B)相加，成为各省的“碳强度目标”。
二、能耗强度的分析模型及各省BAU情景下碳强度降幅的初步测算
本文依据经济增长理论中随机前沿生产函数构建能耗强度的分析模型，然后利用该模型预测各省BAU情景下的碳强度降幅。
(一)构建能耗强度分析模型
根据随机前沿生产函数，构建能源投入效率距离函数，将影响各省能耗强度差异的因素归结为各省经济发展水平、消耗能源的品质以及能源投入效率水平三大方面的差异，并细化成6个因素，如图2所示。
根据经济增长理论，经济发展水平可用各省单位GDP产出的劳动力、资本等生产要素投入水平以及产业结构解释。由于生产要素之间具有替代关系，如果劳动力和资本相对较快增长就可以降低能源投入，从而有利于能耗强度的下降。在产业结构中，如果二产比重持续下降，也将有利于能耗强度的降低。
各省消耗的能源品质通过能耗结构表示，由于煤炭的品质低于油气和电力，如果某省的终端用能结构中油气、电力比重越大，那么在提供同等能源服务需求的前提下，越有利于降低能耗强度。
各省的能源投入效率水平可以分解为全国生产前沿上的能源投入效率水平以及各省与该前沿水平的差距，全国生产前沿上的能源投入效率水平代表能源投入效率的最大值，而各省效率与该水平的差距越小则意味着同样的能源投入下，该省GDP产出会越大，意味着能耗强度越低。
(二)利用模型对各省BAU情景下的碳强度走势进行预测
利用30个省自1990年以来的历史数据组成面板数据，对所构建的模型进行拟合，并利用模型对各省BAU情景下的碳强度走势进行预测。具体做法是：分别对各省的GDP、劳动力、资本存量以及能源结构、产业结构和效率差距进行预测，最终得到各省碳排放强度的预测情景。
根据BAU情景的设计原则，本文假设未来的能源结构保持在2008年水平不变；按照历史和未来发展趋势预测各省的GDP、劳动力投入、资本存量和产业结构等宏观经济指标；根据各省能效差距的收敛趋势给出未来的变化走势；从而最终得到各省BAU情景下能耗强度的初步预测结果，如表1所示。
由于假设能源结构不变，因此各省碳强度的降幅与能耗强度降幅一致。在结果中，全国能耗强度最高的几个省份，包括宁夏、青海、山西、内蒙等省的降幅最大，在24％～30％之间；其次是经济发展水平较高的省市，如北京、上海、江苏、浙江等，在17～22％范围之内。其他省份的降幅相对较小，将各省BAU情景下碳强度的降幅加权平均得到全国的平均降幅为19.9％，这表明我国为完成40～45％的目标，需要通过额外减排努力完成剩下的20～25％降幅，压力很大。该结果也与已有相关研究结果比较接近。
三、依据各省减排潜力差异，分解需要额外减排努力完成的“碳强度目标”
2020年实现碳强度比2005年下降40～45％的全国目标中，需要通过额外减排努力完成的降幅在20％～25％。本文依据各省技术减排潜力的差异对此部分目标进行省级分解。
我们定义各省的技术减排潜力为该省各行业的技术减排潜力的加权之和。某省某行业的技术减排潜力表示为其单位增加值排放量与全国先进水平之差。差距越大，表明该省该行业的现有技术越落后，其减排潜力也越大。
分解需要额外减排努力完成的碳强度目标的具体做法分为四步：
第一步：估算各省分行业增加值排放量。我们依据全国30个省2007年42部门投入产出表和2007年分省能源平衡表，估算出分省各行业消耗化石燃料产生的二氧化碳排放量，进而依据投入产出表中各行业增加值得到2007年各省分行业增加值排放量。
第二步：定义各行业排放的全国先进水平。具体做法是针对每个行业，将30个省的单位增加值排放量从小到大进行排序，取最先进三个省份的平均值。
第三步：估算各省技术减排潜力。某省某行业的单位增加值排放量与该行业全国先进水平之差作为该省该行业的技术减排潜力，将该省所有行业的技术减排潜力加权求和，得到该省的总技术减排潜力，所用权重为该省分行业排放量占该省所有行业排放总量的比重。
第四步：依据各省技术减排潜力的差异，将全国20-25％的降幅目标进行省级分解。分解的初步结果如表2所示：
四、碳强度目标分解结果与讨论
(一)最终分解结果和主要结论
将各省在BAU情景下的碳强度降幅与各省需要通过额外减排努力完成的降幅相加，可以得到各省最终的分解目标，如表3所示：
主要结论有两方面：
第一，依据减排成本最小化原则，将国家减排目标分解到省，能够有效降低全国的减排总成本，
本文依据全国减排成本最小化原则，将国家减排目标分解到省，结果显示各省需要完成的碳强度下降目标存在较大差异。具体而言，目前能耗强度较大的各省需要完成的碳强度下降目标较大，如宁夏、贵州、新疆、内蒙、山西等，而能耗强度较小省份的目标相对较小，如北京、上海等。由于能耗强度较大的各省往往也意味着存在较多的低成本减排机会，因此这样的目标分解结果将会有利于降低全国的减排总成本。
第二，发达省份与欠发达省份完成减排目标的主要途径将存在明显不同。
在依据减排成本最小化原则分解得到的各省目标中，既包括BAI，情景下的碳强度降幅，也包括各省通过付出额外减排努力实现的碳强度下降。通过各省的比较可以发现，发达省份的目标中，BAU情景下碳强度降幅所占比重较大。这意味着，发达省份完成目标的方式将主要是顺应经济发展走势，通过调整产业结构，优化二、三产比重；引进高质量人力资源和资本，提高管理水平，缩小用能效率与前沿生产水平的差距等经济手段来实现节能减排，在北京、上海、广东等地，通过这样的方式能够完成近70％的目标任务；而对于欠发达的省份，需要通过额外减排努力完成的减排额度较大。这意味着要出台大量专门的减排政策措施，如继续加大对节能型生产技术的投资，同时坚持“上大压小”，关闭小型低效的发电企业、高耗能企业等。
(二)减排目标分解工作中公平原则和效率原则相互协调的讨论
关于碳强度目标省级分解工作应该遵循的基本原则无外乎公平原则和效率原则，本文所采用的减排成本最小化原则属于典型的效率原则，遵循公平原则，是希望能够调动各省开展减排工作的积极性，不对较贫困地区的经济发展造成影响；遵循效率原则是希望能够使全国在完成目标时所付出的总减排成本较低。已有的相关研究和经验表明，公平原则有多条渠道来实现，例如中央政府与各省级政府之间就最终目标的讨论与协调；在今后目标实施过程中，中央政府对地方政府以及地方政府之间的转移支付等。相比之下，由于缺乏碳排放权交易市场，我国只有在目标分解过程中才可能将效率原则充分考虑在内。因此本文建议中央政府以减排成本最小化原则制订基本分解方案，以期减少全国的减排总成本，同时在各省未来的实际减排工作中，探讨合理的中央一地方，以及各省间的转移支付方式，从经济角度保证欠发达地区的发展空间和减排积极性。
(三)省级碳强度目标与全国碳强度目标的一致性讨论
本研究中直接将国家碳强度目标分解到各省，这其中存在一致性的问题，即使各省的碳强度同时下降40％，由于各省的GDP增速不同，全国的碳强度也并不一定下降40％。然而，本研究的进一步分析表明，如果把各省碳强度下降目标加权求和，所用权重为各省碳排放量占全国总排放量的比重，那么加总之后的全国碳强度降幅与全国目标虽然不一致，但是差距并不大。(本文得到科技部国家软科学研究计划项目，中澳环境发展伙伴项目支持。作者感谢澳大利亚国立大学Frank Jatzo博士对ACEDP项目的参与和对本文的贡献、David Stern博士对模型计算的帮助。)