一种基于公平和效率的建筑业碳配额方法

1.本发明属建筑业碳配额技术领域，具体的是涉及了一种基于公平和效率的建筑业碳配额方法。


背景技术：

2.目前，建筑业作为节能减排重点行业，面临艰巨的碳减排任务。因此，这需要将建筑业碳配额总量合理分配至省级单元，进而明确省际建筑业碳减排责任。鉴于各地区建筑业产业结构、投入产出效率和发展水平等存在较大差异，各地区应承担有差别的碳减排责任。
3.现有研究多以中国全局碳配额作为研究对象，鲜有关注产业层面的碳配额分配，在分配时同时考虑公平性和分配效率的研究则更为缺乏。因此，基于公平和效率原则研究省际建筑业碳配额分配问题，可以提高建筑业等其他产业层面碳配额的效率和公平性。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明提供了一种同时考虑到公平和效率的建筑业碳配额方法。
5.本发明的技术方案是：本发明所述的一种基于公平和效率的建筑业碳配额方法，其具体操作步骤如下：
6.步骤(1)、基于碳减排任务明确建筑业理想碳排放强度，进而确定目标年份的建筑业碳配额总量；
7.步骤(2)、基于包括平等主义、世袭制、支付能力三个维度的公平性原则并采用mdm确定各维度权重后，对建筑业碳配额进行初始分配，得到基于公平的省际建筑业碳配额初始分配结果；
8.步骤(3)、基于效率原则采用zsg-dea模型对初始分配结果进行迭代优化，得到省际建筑业碳配额再分配结果；
9.步骤(4)、基于基尼系数法对省际建筑业碳配额再分配结果进行公平性测度。
10.进一步的，在步骤(1)中，基于碳减排任务明确建筑业理想碳排放强度，进而确定目标年份的建筑业碳配额总量，其具体的是：
11.确定目标年份y
＊
年的建筑业理想碳排放强度，记公式为：以当前年份y为基准年，ω为目标年份相较于基准年的碳排放强度下降比率，ci为基准年建筑业碳排放强度；gdp的增长率为α，建筑业增加值gdp
con
占国家gdp的比例为β，则有目标年份建筑业增加值gdp
cony*
为：最后根据目标年份y
＊
的建筑业碳排放强度以及gdp
con
得出目标年份y
＊
的建筑业碳配额总量为：
[0012][0013]
进一步的，在步骤(2)中，基于公平性原则的三个维度包括世袭制、平等主义和支付能力维度进行建筑业碳配额的初始分配；其具体的是：
[0014]
基于平等主义维度，为使人人享有平等的建筑业碳配额，按照各省份在基准年y的人口占全国总人口的比重进行分配，各省份分得配额为
[0015][0016]
在上式中，为平等主义维度下省份i的建筑业碳配额，为目标年份的建筑业碳配额总量，popi为省份i在基准年y的人口数；
[0017]
基于世袭制维度，为确保各省区能拥有平等的建筑业碳配额，按基准年省际建筑业碳排放比例进行建筑业碳配额，各省份分得配额为
[0018][0019]
在上式中，为世袭制维度下省份i的建筑业碳配额，为目标年份的建筑业碳配额总量，ci为省份i在基准年y的建筑业碳排放量；
[0020]
基于支付能力维度，各省区建筑业碳减排支付能力不同，以各省区建筑业减排费用占建筑业增加值比重相等为原则进行建筑业碳配额，各省分得配额为用占建筑业增加值比重相等为原则进行建筑业碳配额，各省分得配额为
[0021]
在上式中，为支付能力维度下省份i的建筑业碳配额，为目标年份的建筑业碳配额总量，popi为省份i在基准年的人口数，gdp
coni
为省份i在基准年建筑业增加值，α《1；
[0022]
采用最大偏差法(mdm)确定各公平维度配额的权重系数ω
j*
：
[0023][0024]
在上式中，n为省份总数，分别为省份i和省份m在公平维度j下的建筑业碳配额。
[0025]
综上，基于公平性的省际建筑业碳配额初始分配结果为：
[0026][0027]
在上式中，c
in
为建筑业碳配额初始分配结果，ω
1*
、ω
2*
、ω
3*
分别为平等主义、世袭制和支付能力维度下的配额权重系数；
[0028]
在得到建筑业碳配额初始分配结果后，对其分配效率进行判断，若各省区建筑业碳配额未达到效率最优，则需进行迭代优化。
[0029]
进一步的，在步骤(3)中，基于效率原则，采用zsg-dea模型对建筑业碳配额初始分配结果进行迭代优化，得到兼顾公平和效率的建筑业碳配额方案；其具体的是：
[0030]
首先确定决策单元dmu为中国的n个省份；其次，确定投入产出指标，投入指标为建筑业碳配额初始分配结果，产出指标为建筑业增加值gdp
con
、人口和建筑业能源消费量；最后确定优化后的再分配结果。dmu的分配效率取值区间为[0,1]，效率值越高分配效率越优；
若分配效率值为1，则该dmu达到dea有效；若dmu的分配效率值小于1，则该dmu为非dea有效；
[0031]
若决策单元dmuo为非dea有效，其效率值为投入值为x
ok
；为实现dea有效，须减少资源k的投入量，减少量为并将其按比例分配给其他决策单元dmui，dmui得到的分配额为:这样，所有决策单元的资源投入按比例同步削减，调整结束后资源k对dmui的再分配额为：
[0032][0033]
zsg-dea模型可以定义为：
[0034][0035][0036]
式中，θo为dmuo的相对效率；λi为dmui的权重；y
ij
，y
oj
为dmui和dmuo的产出值；m和r分别为产出指标数和投入指标数，i为第i个决策单元；
[0037]
建筑业碳配额总量保持不变，通过excel的vba程序，采用zsg-dea模型通过调整各省区之间的建筑业碳配额，可实现效率最优化。
[0038]
进一步的，在步骤(4)中，基于基尼系数法对省际建筑业碳配额再分配结果进行公平性测度；其具体的是：
[0039]
构造建筑业碳配额基尼系数模型，公式为：
[0040][0041]
在上式中，g代表建筑业碳排放权配额基尼系数；μ代表全国建筑业平均碳排放权配额，ci和cm分别为i省和m省的建筑业碳排放权配额，n代表省份；
[0042]
在计算得到基尼系数值后可以判断建筑业碳配额的公平程度；
[0043]
基尼系数取值在[0,1]区间内，基尼系数越大则代表碳配额不公平程度越大。基尼系数低于0.2表示分配绝对平均，0.2-0.3之间表示分配比较平均，0.3-0.4之间表示分配相对合理，0.4-0.5之间表示分配差距较大，大于0.5表示分配差距悬殊。
[0044]
本发明的有益效果是：该方法充分考虑了包括平等主义、世袭制、支付能力的公平性原则，并在其基础上兼顾了效率原则，得到的碳配额的方案能够解决碳配额过程中片面追求公平或效率的问题，从而提高建筑业等其他产业碳配额方案的合理性和科学性。
附图说明
[0045]
图1是本发明的结构流程图；
[0046]
图2是本发明实施例中建筑业碳配额初始分配结果和分配效率对比图；
[0047]
图3是本发明实施例中建筑业碳配额第一次迭代结果和分配效率对比图；
[0048]
图4是本发明实施例中建筑业碳配额第二次迭代结果和分配效率对比图；
[0049]
图5是本发明实施例中建筑业碳配额第三次迭代结果和分配效率对比图。
具体实施方式
[0050]
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对本发明中进行进一步的叙述；为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
[0051]
如图1所述；本发明所述的一种基于公平和效率的建筑业碳配额方法，包括以下步骤：
[0052]
s1、确定目标年份y
＊
年的建筑业理想碳排放强度，
[0053]
记公式为：
[0054]
以当前年份y为基准年，ω为目标年份相较于基准年的碳排放强度下降比率，ci为基准年建筑业碳排放强度。gdp的增长率为α，建筑业增加值gdp
con
占国家gdp的比例为β，则有目标年份建筑业增加值gdp
cony*
为：最后根据目标年份y
＊
的建筑业碳排放强度以及gdp
con
得出目标年份y
＊
的建筑业碳配额总量为：
[0055][0056]
s2、基于公平性原则的三个维度包括世袭制、平等主义和支付能力维度进行建筑业碳配额的初始分配；
[0057]
具体的：基于平等主义维度，为使人人享有平等的建筑业碳配额，按照各省份在基准年y的人口占全国总人口的比重进行分配，各省份分得配额为
[0058][0059]
在上式中，为平等主义维度下省份i的建筑业碳配额，为目标年份的建筑业碳配额总量，popi为省份i在基准年y的人口数；
[0060]
基于世袭制维度，为确保各省区能拥有平等的建筑业碳配额，按基期年省际建筑业碳排放比例进行建筑业碳配额，各省份分得配额为
[0061][0062]
在上式中，为世袭制维度下省份i的建筑业碳配额，为目标年份的建筑业碳配额总量，ci为省份i在基准年y的建筑业碳排放量；
[0063]
基于支付能力维度，各省区的建筑业碳减排支付能力各不相同，以各省区建筑业
减排费用占建筑业增加值比重相等为原则进行建筑业碳配额，各省分得配额为
[0064][0065]
在上式中，为支付能力维度下省份i的建筑业碳配额，为目标年份的建筑业碳配额总量，popi为省份i在基准年的人口数，gdp
coni
为省份i在基准年建筑业增加值，α《1；
[0066]
采用最大偏差法(mdm)确定各公平维度配额的权重系数ω
j*
：
[0067][0068]
在上式中，n为省份总数，分别为省份i和省份m在公平维度j下的建筑业碳配额；
[0069]
综上，基于公平性的省际建筑业碳配额初始分配结果为：
[0070][0071]
在上式中，c
in
为建筑业碳配额初始分配结果，ω
1*
、ω
2*
、ω
3*
分别为平等主义、世袭制和支付能力维度下的配额权重系数；
[0072]
s3基于效率原则，采用zsg-dea模型对省际建筑业碳配额初始分配结果进行迭代优化，得到兼顾公平和效率的建筑业碳配额方案。
[0073]
首先确定决策单元dmu为中国的n个省份；其次，确定投入产出指标，投入指标为建筑业碳配额初始分配结果，产出指标为建筑业增加值gdp
con
、人口和建筑业能源消费量；最后确定优化后的再分配结果。dmu的分配效率取值区间为[0,1]，效率值越高分配效率越优。若分配效率值为1，则该dmu达到dea有效；若dmu的分配效率值小于1，则该dmu为非dea有效。
[0074]
若决策单元dmuo为非dea有效，其效率值为投入值为x
ok
。为实现dea有效，须减少资源k的投入量，减少量为并将其按比例分配给其他决策单元dmui，dmui得到的分配额为:所有决策单元的资源投入按比例进行同步削减，调整结束后资源k对dmui的再分配额为：
[0075][0076]
zsg-dea模型可以定义为：
[0077]
[0078][0079]
式中，θo为dmuo的相对效率；λi为dmui的权重；y
ij
，y
oj
为dmui和dmuo的产出值。m和r分别为产出指标数和投入指标数，i为第i个决策单元。
[0080]
建筑业碳配额总量保持不变，通过excel的vba程序，采用zsg-dea模型通过调整各省区之间的建筑业碳配额，可以实现效率最优化。
[0081]
s4基于基尼系数法对省际建筑业碳配额再分配结果进行公平性测度。
[0082]
构造建筑业碳配额基尼系数模型，公式为：
[0083][0084]
在上式中，g代表建筑业碳排放权配额基尼系数；μ代表全国建筑业平均碳排放权配额，ci和cm分别为i省和m省的建筑业碳排放权配额，n代表省份。
[0085]
在计算得到基尼系数值后可以判断建筑业再分配结果的公平程度；
[0086]
基尼系数取值在[0,1]区间内，基尼系数越大则代表碳配额不公平程度越大；基尼系数低于0.2表示分配绝对平均，0.2-0.3之间表示分配比较平均，0.3-0.4之间表示分配相对合理，0.4-0.5之间表示分配差距较大，大于0.5表示分配差距悬殊。
[0087]
实施例：
[0088]
本算例对建筑业碳配额时，基准年份y为2019年，目标年份y
*
为2030年，分配对象包括多个省市自治区；其具体步骤：
[0089]
s1、基于碳减排任务明确建筑业理想碳排放强度，进而确定目标年份的建筑业碳配额总量；
[0090]
本算例以2030年建筑业碳排放强度比2005年下降65％作为参考依据，得2030年建筑业碳排放强度ci
2030
为1433.71吨/亿元；
[0091]
s2、基于包括平等主义、世袭制、支付能力三个维度的公平性原mdm确定各维度权重后，对建筑业碳配额进行初始分配；
[0092]
基准年2019年相应指标数据如表1所示，初始分配结果如表2所示；
[0093]
表1基准年2019年相应指标值
[0094][0095]
表2目标年份2030年建筑业碳配额初始分配结果(万t
·
c)
[0096][0097][0098]
s3、基于效率原则，采用zsg-dea模型对省际建筑业碳配额初始分配结果进行迭代优化，得到兼顾公平和效率的建筑业碳配额方案；
[0099]
确定决策单元dmu为多省市自治区，投入产出指标数据如表3所示；
[0100]
表3投入产出指标数据
[0101][0102]
由图2～5可以看出，建筑业碳配额效率在不断提高，在经过3次迭代优化后各省区的分配效率都达到了最优，第三次迭代的建筑业碳配额结果即2030年中国建筑业碳配额再分配结果，如表4所示。
[0103]
表4 2030年中国建筑业碳配额再分配结果
[0104][0105]
s4、基于基尼系数法对省际建筑业碳配额再分配结果进行公平性测度；
[0106]
计算得到基准年2019年建筑业碳配额基尼系数为0.247，目标年份2030年建筑业碳配额基尼系数为0.216，有效促进了建筑业碳配额的公平性。因此，最终的建筑业碳配额再分配结果即为兼顾公平和效率的分配方案。
[0107]
最后，应当理解的是，本发明中所述实施例仅用以说明本发明实施例的原则；其他的变形也可能属于本发明的范围；因此，作为示例而非限制，本发明实施例的替代配置可视为与本发明的教导一致；相应地，本发明的实施例不限于本发明明确介绍和描述的实施例。

技术特征：
1.一种基于公平和效率的建筑业碳配额方法，其特征在于，其具体操作步骤如下：步骤(1)、基于碳减排任务明确建筑业理想碳排放强度，从而确定目标年份的建筑业碳配额总量；步骤(2)、基于公平性原则的三个维度并采用mdm确定各维度权重后，对建筑业碳配额进行初始分配，得到基于公平的省际建筑业碳配额初始分配结果；步骤(3)、基于效率原则采用zsg-dea模型对初始分配结果进行迭代优化，得到省际建筑业碳配额再分配结果；步骤(4)、基于基尼系数法对省际建筑业碳配额再分配结果进行公平性测度，最终获得兼顾公平和效率的建筑业碳配额方案。2.根据权利要求1所述的一种基于公平和效率的建筑业碳配额方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述确定目标年份的建筑业碳配额总量具体的是：确定目标年份y
＊
年的建筑业理想碳排放强度，记公式为：以当前年份y为基准年，ω为目标年份相较于基准年的碳排放强度下降比率，ci为基准年建筑业碳排放强度；gdp的增长率为α，建筑业增加值gdp
con
占国家gdp的比例为β，则有目标年份建筑业增加值为：最后根据目标年份y
＊
的建筑业碳排放强度以及gdp
con
得出目标年份y
＊
的建筑业碳配额总量为：3.根据权利要求1所述的一种基于公平和效率的建筑业碳配额方法，其特征在于，在步骤(2)中、所述基于公平性原则的三个维度包括平等主义、世袭制和支付能力维度，其进行建筑业碳配额的初始分配具体的是：(2.1)、基于平等主义维度：为使人人享有平等的建筑业碳配额，按照各省份在基准年y的人口占全国总人口的比重进行分配，各省份分得配额为的人口占全国总人口的比重进行分配，各省份分得配额为在上式中，为平等主义维度下省份i的建筑业碳配额，为目标年份的建筑业碳配额总量，pop
i
为省份i在基准年y的人口数；(2.2)、基于世袭制维度：为确保各省区能拥有平等的建筑业碳配额，按基准年省际建筑业碳排放比例进行建筑业碳配额，各省份分得配额为筑业碳排放比例进行建筑业碳配额，各省份分得配额为在上式中，为世袭制维度下省份i的建筑业碳配额，为目标年份的建筑业碳配额总量，c
i
为省份i在基准年y的建筑业碳排放量；(2.2)、基于支付能力维度：各省区的建筑业碳减排支付能力各不相同，以各省区建筑
业减排费用占建筑业增加值比重相等为原则进行建筑业碳配额，各省分得配额为业减排费用占建筑业增加值比重相等为原则进行建筑业碳配额，各省分得配额为在上式中，为支付能力维度下省份i的建筑业碳配额，为目标年份的建筑业碳配额总量，pop
i
为省份i在基准年的人口数，gdp
coni
为省份i在基准年建筑业增加值，α<1；采用最大偏差法确定各公平维度配额的权重系数ω
j*
：在上式中，n为省份总数，分别为省份i和省份m在公平维度j下的建筑业碳配额；综上，基于公平性的省际建筑业碳配额初始分配结果为：在上式中，c
in
为建筑业碳配额初始分配结果，ω
1*
、ω
2*
、ω
3*
分别为平等主义、世袭制和支付能力维度下的配额权重系数；在得到建筑业碳配额初始分配结果后，对其分配效率进行判断，若各省区建筑业碳配额未达到效率最优，则进行迭代优化。4.根据权利要求1所述的一种基于公平和效率的建筑业碳配额方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述基于效率原则具体的是：首先，确定决策单元dmu为n个省份；其次，确定投入产出指标，投入指标为建筑业碳配额初始分配结果；其中，产出指标为建筑业增加值gdp
con
、人口和建筑业能源消费量；最后，确定优化后的再分配结果：dmu的分配效率取值区间为[0,1]，效率值越高分配效率越优；若分配效率值为1，则该dmu达到dea有效；若dmu的分配效率值小于1，则该dmu为非dea有效；若决策单元dmu
o
为非dea有效，其效率值为投入值为x
ok
；为使dea有效，则减少资源k的投入量，减少量为并将其按比例分配给其他决策单元dmu
i
，dmu
i
得到的分配额为:故所有决策单元的资源投入按比例同步削减，调整结束后资源k对dmu
i
的再分配额为：zsg-dea模型定义为：
上式中，θ
o
为dmu
o
的相对效率；λ
i
为dmu
i
的权重；y
ij
，y
oj
为dmu
i
和dmu
o
的产出值；m和r分别为产出指标数和投入指标数，i为第i个决策单元；建筑业碳配额总量保持不变，通过excel的vba程序，采用zsg-dea模型通过调整各省区之间的建筑业碳配额，可实现效率最优化。5.根据权利要求1所述的一种基于公平和效率的建筑业碳配额方法，其特征在于，在步骤(4)中，所述基于基尼系数法对省际建筑业碳配额再分配结果进行公平性测度具体的是：构造建筑业碳配额基尼系数模型，其公式为：上式中，g代表建筑业碳排放权配额基尼系数；μ代表全国建筑业平均碳排放权配额，c
i
和c
m
分别为i省和m省的建筑业碳排放权配额，n代表省份；在计算得到基尼系数值后判断建筑业碳配额的公平程度；其中基尼系数取值在[0,1]区间内，基尼系数越大则代表碳配额不公平程度越大；基尼系数低于0.2表示分配绝对平均，0.2-0.3之间表示分配比较平均，0.3-0.4之间表示分配相对合理，0.4-0.5之间表示分配差距较大，大于0.5表示分配差距悬殊。

技术总结
本发明公开了一种基于公平和效率的建筑业碳配额方法。属于建筑业碳配额技术领域，具体步骤：1、基于碳减排任务明确建筑业理想碳排放强度，确定目标年份的建筑业碳配额总量；2、基于包括平等主义、世袭制、支付能力三个维度的公平性原则并采用MDM确定各维度权重后，对建筑业碳配额进行初始分配，得到基于公平的省际建筑业碳配额初始分配结果；3、基于效率原则采用ZSG-DEA模型对初始分配结果进行迭代优化，得到省际建筑业碳配额再分配结果；4、基于基尼系数法对省际建筑业碳配额再分配结果进行公平性测度，获得兼顾公平和效率的建筑业碳配额方案。本发明得出的建筑业碳配额方案，为提高建筑业等产业层面碳配额的效率和公平性提供了可能性和理论依据。提供了可能性和理论依据。提供了可能性和理论依据。


技术研发人员：张董寅 张友志 尚磊 张欣
受保护的技术使用者：江苏科技大学
技术研发日：2022.09.15
技术公布日：2023/8/1