城市脱碳：能源技术创新带来的不均衡影响

《Journal of Cleaner Production》：Decarbonizing cities: The uneven impact of energy technology innovation

　　兰毅|明福·田
天津河经济研究中心，西安交通大学，西安，710049，中国

**摘要**
能源技术创新是实现中国“双碳”目标的基石；然而，在现有文献中，由于对不同类型技术的笼统处理，其环境效益往往被忽视。本研究通过将理论建模与实证研究相结合，深入探讨了可再生能源与非可再生能源创新之间的不对称影响，从而推动了城市脱碳的讨论。为了阐明潜在的影响机制，我们区分了不同的影响路径：可再生能源创新通过效率提升效应来减少排放，而非可再生能源创新可能通过反弹效应和规模效应加剧排放。我们利用2006年至2022年间中国273个城市的面板数据，通过双向固定效应模型对这些假设进行了检验。为了确保估计结果的稳健性，我们采用了群组稳健标准误差来有效处理潜在的横截面依赖性和异方差性，并实施了Bartik风格的移位份额工具变量，该变量将2005年的城市级专利份额与年度国家技术增长相结合，以捕捉外生研发冲击。研究结果表明：（1）与“创新减少”的共识相反，可再生能源创新每增加1%，城市碳排放减少0.176单位，而非可再生能源创新每增加1%，碳排放增加0.504单位；（2）机制分析表明，可再生能源创新通过效率提升（通过SBM-Malmquist-Luenberger指数方法计算）促进脱碳，而非可再生能源创新由于反弹效应和规模效应导致碳排放增加；（3）城市异质性分析表明，这些效应在资源密集型环境中更为显著；（4）通过将IPC代码映射到具体的价值链阶段，我们区分了提取端和应用端的创新，发现可再生能源应用端的创新具有更大的减排效果，而非可再生能源应用端的创新则最显著地加剧了排放。通过解决结构异质性和横截面相关性，本研究为技术-排放关系提供了稳健的视角。

**引言**
全球气候变化是21世纪人类社会面临的最严峻挑战之一。温室气体浓度的升高引发了极端天气事件、生态系统退化和社会经济不稳定（Li等人，2025年）。作为主要温室气体，二氧化碳（CO2）的排放量持续增加，是全球变暖的主要驱动力（Liu等人，2015年）。控制这些排放对于全球生态治理至关重要，也是各国经济转型和可持续发展的核心要素。在这种背景下，能源技术创新被广泛视为推动低碳转型和实现减排目标的关键机制（Popp，2001年）。图1显示了中国碳排放的趋势。2006年至2013年间，碳排放持续增加；2013年至2016年间出现短暂下降，2017年后再次显著上升。2022年，碳排放达到114亿吨，占全球总量的30.68%。作为世界上最大的碳排放国和能源消费国，中国对国际减排负有重大责任。最近，中国政府提出了“双碳”目标，即到2030年实现二氧化碳排放峰值，到2060年实现碳中和。实现这些目标需要能源结构转型和技术进步。然而，中国当前的能源消费仍以高碳能源（如煤炭）为主。根据国家统计局的数据，2022年煤炭占总能源消费的约56.2%，而可再生能源仅占17.5%（图2）。尽管可再生能源的比例在增加，但其广泛应用仍有限。传统能源的使用仍在增加，使得整体转型具有挑战性。通过技术创新促进能源结构优化和低碳排放已成为中国经济社会发展的核心问题（Ren等人，2025年）。同时，中国正处于高质量经济增长的关键阶段，能源需求不断上升。能源安全和环境保护的双重压力对能源技术创新提出了更严格的要求。在这种背景下，推进能源技术——特别是可再生能源的突破——是中国实现“碳峰值和碳中和”目标的关键途径（Dogan等人，2025年）。在“双碳”目标的指导下，中国政府制定了以加速科技创新为核心的发展路径。2021年10月，《2030年前二氧化碳排放达峰行动计划》强调科技创新应引领绿色和低碳技术革命，并呼吁大规模部署可再生能源。同年12月，国务院发布了《“十四五”时期节能减排综合工作方案》和《“十四五”时期能源领域科技创新规划》，这两份文件都强调了加强先进节能减排技术研发和推广的必要性，进一步强调了能源技术创新在推动清洁能源替代、提高能源利用效率和实现产业脱碳中的作用。

**技术创新**
技术创新是能源革命的核心驱动力，在减少碳排放方面发挥着不可替代的作用。首先，可再生能源技术的进步使得清洁能源的生产成为可能。例如，风能、太阳能及相关技术的成本下降，扩大了清洁能源的全球应用范围（Neves等人，2019年）。其次，针对非可再生能源的清洁利用技术（如碳捕获与储存（CCS）和超临界发电）为传统能源行业的低碳转型提供了可行路径。然而，在中国这样一个经济发展迅速且能源需求巨大的国家，平衡这两种创新类型的投入对于实现碳排放控制目标至关重要（Wang等人，2025年）。

**研究的意义**
本研究在几个关键方面具有重要意义：
- **理论贡献**：通过比较可再生能源和非可再生能源技术创新，系统地研究了它们对碳排放的影响机制，填补了现有文献中关于这两种创新类型比较分析的空白，深化了对能源技术创新如何影响碳排放的理论理解。
- **实践意义**：实现中国的“双碳”目标需要技术进步和能源结构优化。本研究揭示了不同技术路径的减排效果，为政策制定提供了科学依据。
- **国际意义**：作为代表性发展中国家，中国的能源转型经验为其他发展中国家提供了宝贵见解。通过研究中国的能源技术创新实践，本研究为发展中国家提供了适合的低碳发展路径，并为全球气候治理贡献了经验知识。

**研究方法**
基于上述背景和意义，本研究的主要目标是揭示能源技术创新对城市碳排放的不对称影响，具体包括：
1. 构建一个稳健的理论框架，以识别不同的影响路径，特别是效率提升与能源反弹效应之间的冲突；
2. 使用双向固定效应模型和工具变量方法，实证评估不同技术路径的减排潜力；
3. 通过比较能源价值链的提取（上游）和应用（下游）阶段的创新效应，研究创新的结构异质性，为不同能源消费结构和人口密度的城市提供有针对性的政策建议。

**研究创新点**
本研究的主要创新体现在以下几个方面：
- **双视角的能源技术异质性分离**：与以往主要将能源技术视为同质因素或仅关注单一能源类型的研究不同，本研究采用了双视角的分析框架，系统地将能源创新分为可再生能源和非可再生能源两类，揭示了“创新-排放”悖论，将学术讨论从“创新数量”转向“创新结构”。
- **统一且连贯的理论框架构建**：摒弃了传统的分散分析方法，开发了一个统一的解释模型，将效率驱动的减排与反弹驱动的扩张这两种相互冲突的力量统一在一个逻辑框架内，提供了理解异质技术进步如何影响城市碳排放的通用机制。
- **价值链阶段的精细识别**：本研究关注能源价值链内的结构细节，将技术创新分为提取端和应用端，明确了技术生命周期中哪些具体环节对碳排放的缓解或加剧贡献最大，为研发资源分配提供了更精确的指导。
- **“效率-反弹”机制的协同验证**：通过提供城市层面的实证证据，证实了非可再生能源创新可能通过规模效应和反弹效应增加排放，从而在抽象的经济理论与城市环境现实之间建立了联系，确保了关于城市异质性的结论在统计上稳健且具有经济意义。

**参考文献**
（略）

**术语解释**
- **可再生能源技术创新（RETI）**：近年来，可再生能源技术创新已成为推动绿色经济转型和实现碳中和目标的关键驱动力（Huynh等人，2025年）。
- **模型构建**：参考Romer（1986年）的研究方法，构建了一个包含最终产品部门和能源部门的经济系统模型。最终产品部门的生产函数采用CES嵌套形式：
$$ Y_t = A_t \cdot [K_t^\rho + \beta L_t^\rho + (1 - \alpha - \beta)(\gamma(E_tR)^{\sigma} + (1 - \gamma)(E_tN_R)^{\sigma})^\rho/\sigma]^{1/\rho} $$
其中：$ Y_t $ 是t时期的区域总产出，$ K_t $ 是t时期的区域总资本，$ L_t $ 是t时期的区域总劳动力，$ \alpha $ 和 $ \beta $ 分别是资本和劳动力的比例。

**数据来源与处理**
样本时间跨度为2006年至2022年，选择这一时期既考虑了制度里程碑，也符合数据完整性的要求。2006年是中国《可再生能源法》正式实施和第十一五个五年计划将能源强度减排作为约束性目标的起始年份，标志着能源技术从局部试验向国家战略重点的转变；2022年被指定为研究终点。

**描述性统计**
表3展示了各变量的定义和描述性统计信息，缺失值通过自回归移动平均（ARMA）方法进行填补。数据处理软件包括Stata和Excel。从表3可以看出，不同城市的碳排放和能源技术创新差异显著，样本量较大，其他变量也处于合理范围内。

**机制分析**
上文获得了两种能源技术创新对区域碳排放影响的实证证据。基于理论框架，本节将从三个维度验证其机制：效率提升效应、反弹效应和规模效应。模型中的机制变量包括效率、反弹和强度三个部分，其余变量采用基本回归方法进行设定。

**异质性分析**
上述内容解释了两种能源技术创新的具体影响和机制，接下来将更详细地研究这些创新的异质性影响，重点关注样本城市之间的差异和技术差异。

**研究结论**
从可再生能源和非可再生能源的比较视角出发，本研究系统地研究了能源技术创新对中国城市碳排放的影响。主要结论如下：
1. 理论模型阐明了可再生能源（RE）和非可再生能源（NRE）技术创新对碳排放的不同影响路径；
2. 实证分析验证了这些假设。

**作者贡献声明**
兰毅：数据整理；明福·田：概念构思。

**利益冲突声明**
作者声明没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。