生物質(zhì)能源替代化石能源的成本有效性拓展模型
——基于時間價值視角

(1.南京林業(yè)大學(xué) 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院,江蘇 南京 210037;2.南京大學(xué) 長江三角洲經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展研究中心,江蘇 南京 210093; 3.國家林業(yè)局林產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)貿(mào)易研究中心,江蘇 南京 210037)

生物質(zhì)能源替代化石能源的成本有效性拓展模型
——基于時間價值視角

耿愛欣1,3,楊紅強1,2,3

(1.南京林業(yè)大學(xué) 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院,江蘇 南京 210037;2.南京大學(xué) 長江三角洲經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展研究中心,江蘇 南京 210093; 3.國家林業(yè)局林產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)貿(mào)易研究中心,江蘇 南京 210037)

生物質(zhì)能源替代化石能源是緩解溫室效應(yīng)的有效途徑。基于生命周期思想梳理能源系統(tǒng)替代使用減排效益與成本核算的邊界;根據(jù)全球變暖與時間跨度關(guān)聯(lián)理論歸納并改進(jìn)評估方法,將不同階段的排放轉(zhuǎn)化為與折現(xiàn)成本值在同一時間基礎(chǔ)上的等效值,對傳統(tǒng)方法賦予時間價值;對能源排放成本支出的數(shù)理結(jié)構(gòu)進(jìn)行邏輯梳理,結(jié)合不同情景進(jìn)行拓展模型構(gòu)建。拓展模型兼顧生態(tài)與經(jīng)濟(jì)效益在時間上的一致性與可比性,更加科學(xué)地為生物質(zhì)能源替代減排成本有效性評估提供理論依據(jù)。

生物質(zhì)能源;替代減排;成本有效性;時間價值;拓展模型

1 引言

森林與林產(chǎn)品(HWP)在緩解全球氣候變暖中扮演著極其重要的角色。森林通過光合作用吸收大氣中的二氧化碳,HWP作為森林資源利用的延伸,尤其是耐用HWP可視為“碳儲存器”,能將森林固定的碳長期保存。廢棄HWP通過填埋方式不分解或緩慢分解來減緩碳排放[1,2]。然而,木材不僅自身碳儲量可直接看作對碳清除的貢獻(xiàn),還可進(jìn)一步通過替代減排來緩解氣候變化。一方面,木質(zhì)生物質(zhì)能源化的使用可減少化石能源消耗;另一方面,HWP能替代能源密集型材料,減少加工與使用過程中對能源的消耗而減少溫室氣體排放。目前木質(zhì)生物質(zhì)能源替代減排潛力逐漸受到關(guān)注,IPCC2007年將其作為林業(yè)部門緩解溫室效應(yīng)的有效途徑。我國學(xué)者對人造板產(chǎn)業(yè)發(fā)展建立模型并推測得到2015年循環(huán)利用木材廢棄物可直接替代937萬t化石燃料(標(biāo)準(zhǔn)煤),減少的CO2排放量相當(dāng)于遼寧省1年的森林碳量,木材對能源的替代使用對應(yīng)對氣候變化具有重要的現(xiàn)實意義[3-5]。

減緩氣候變化的措施在實現(xiàn)限制全球氣溫上升的同時,需要避免由此帶來的經(jīng)濟(jì)社會損失。選擇木質(zhì)生物質(zhì)作為一種替代能源時,不僅要強調(diào)生態(tài)意義,還需要考慮其經(jīng)濟(jì)意義。森林采伐以及HWP的生產(chǎn)加工需要物質(zhì)能源和資金設(shè)備投入,在不同的替代方式、替代對象下減排效益及其減排成本存在巨大差異,且不同地區(qū)由于木材種類、能源消費結(jié)構(gòu)不同,相同的減排收益付出的經(jīng)濟(jì)代價也各不相同,成本有效性的研究有利于將有限的資源進(jìn)行合理的分配,實現(xiàn)效應(yīng)最大化。大量研究通過量化以每減排1t溫室氣體的相關(guān)成本來評估替代減排的成本效益[6,7],如Zhang等認(rèn)為木質(zhì)生物質(zhì)能源的使用與替代燃料相比具有低成本競爭優(yōu)勢,但這一結(jié)論是在“碳中性”前提下得出的[8]。部分學(xué)者認(rèn)為這種做法不能即刻減少二氧化碳排放,木質(zhì)燃料燃燒時將碳一次性釋放到大氣中,若這些木質(zhì)生物質(zhì)不進(jìn)行能源化使用,木材中儲存的碳會隨著時間推移自然分解而緩慢釋放到大氣中,替代減排效益取決于這部分碳被森林重新吸收時期的長短[6,9],時間因素成為爭議產(chǎn)生的主要原因之一。

研究木質(zhì)生物質(zhì)燃料的替代減排成本可根據(jù)成本支出評判合理的減排目標(biāo)和政策選取,確保減排行動不與社會經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展目標(biāo)相矛盾。之前的研究在評估溫室氣體減排策略成本效益時普遍忽視或簡單化處理時間因素的影響,目前的評估方法未將時間因素考慮在內(nèi)。研究基于國際間生物質(zhì)能源替代減排科研進(jìn)展和減排的成本有效性分析,從時間價值視角對傳統(tǒng)評估方法進(jìn)行歸納與改進(jìn),分別對生命周期過程中的生物質(zhì)能源排放、化石能源排放、成本支出的數(shù)理結(jié)構(gòu)進(jìn)行邏輯推導(dǎo)并賦予邏輯表達(dá),結(jié)合不同情景下生物質(zhì)能源替代化石能源的減排成本有效性運行機理,構(gòu)建基于時間價值的成本有效性核算拓展模型,以期為生物質(zhì)能源替代減排的成本有效性評估提供更加科學(xué)的理論依據(jù)。

2 系統(tǒng)邊界

2.1 生命周期與成本界定

分析生物質(zhì)燃料替代化石能源的減排成本有效性,需要采用完整生命周期思想來估計不同能源系統(tǒng)下的減排效益與減排成本。20世紀(jì)70年代中期,生命周期分析(LCA)的思想引入木制品的生產(chǎn)過程,由僅關(guān)注加工過程的能源消耗逐步擴(kuò)展到木質(zhì)品的整個生命周期,將全過程所涉及的資源、能源消耗和環(huán)境影響問題進(jìn)行定量評價[10,11]。同理,減排成本分析考察的范圍也應(yīng)全面,生命周期過程中每一階段的相關(guān)輸入和輸出都應(yīng)包含在本計算中,即生命周期成本概念。

隨著生命周期評價方法日益成熟,加上經(jīng)濟(jì)投入—產(chǎn)出生命周期評價的發(fā)展,生命周期思想不僅用于定量評價產(chǎn)品環(huán)境影響,還可將生命周期成本因素考慮在評價指標(biāo)中。生命周期成本是指與產(chǎn)品系統(tǒng)生命周期有關(guān)的所有費用的總和,它可用來比較不同投資決策下的成本效益[12,13]。從廣義上講,生命周期成本不僅包括整個生命周期的內(nèi)部成本,還涵蓋了外部成本，因此在對研究對象進(jìn)行生命周期分析時,首先需要根據(jù)研究主體與研究目的對生命周期系統(tǒng)邊界做出適當(dāng)?shù)慕缍╗12,14](圖1)。

研究針對木質(zhì)生物質(zhì)燃料對化石能源的替代使用,將不同能源系統(tǒng)下資源、能源消耗、環(huán)境影響和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行對比分析。不同能源生產(chǎn)使用導(dǎo)致的能耗和排放取決于各自的生命周期?；茉吹恼麄€生命周期主要包括原材料的采選、運輸和使用直至廢棄物處理;木質(zhì)生物質(zhì)燃料的生命周期始于植林、采伐、原材料收集和儲運,經(jīng)由木質(zhì)燃料加工廠的加工生產(chǎn)和運輸,直到木質(zhì)燃料使用階段與最終處置。化石能源與木質(zhì)燃料的生命周期成本則由生命周期過程中各階段的成本組成,包括從原材料獲取到生產(chǎn)使用過程中消耗的各種原材料、輔助材料、燃料、動力設(shè)備、外購半成品等費用,運輸設(shè)備、機器的修理費用、定期維護(hù)和設(shè)備更新等相關(guān)費用,以及人工費用、運行費用、最后處置費用在一段時間內(nèi)現(xiàn)值的總和[15]。

2.2 成本分擔(dān)

不同能源系統(tǒng)生命周期分析量化評估的是解決同樣最終使用性能下的能耗與各種環(huán)境問題,生命周期成本考察的是能源系統(tǒng)使用決策的成本和收益,是生命周期中發(fā)生的所有支出的集合。但在社會層面上,生命周期成本的承擔(dān)者由不同的角色組成,從決策、供應(yīng)或消費的角度出發(fā),將成本承擔(dān)者分為供應(yīng)者成本、使用者成本和社會成本三個層次[16]。從表1可見,社會成本是產(chǎn)品生產(chǎn)制造、運輸使用到廢棄處理生命周期各個階段產(chǎn)生的成本之和。其中,供應(yīng)者承擔(dān)的成本所占較大,包括生產(chǎn)階段、營銷階段所發(fā)生的相關(guān)費用;使用者承擔(dān)的部分則是使用成本和廢棄處理成本,這兩者之間沒有絕對界限,因此在界定成本邊界時需要樹立符合研究范圍的成本觀念。

表1 生命周期成本承擔(dān)者角色構(gòu)成

圖1 LCA與LCC系統(tǒng)邊界流程

3 PCE核算模型

3.1 PCE核心思想:成本有效性與時間價值

傳統(tǒng)的成本有效性(CE):生物質(zhì)能源對化石能源替代減排的成本有效性衡量的是木材對其他材料進(jìn)行替代后單位碳減排量的成本,即每噸溫室氣體減排成本的一種表達(dá)[17],可在多種能源選擇時作為比較依據(jù)。由于能源生命周期過程中的碳排放與成本支出發(fā)生在不同時間點上,成本有效性核算是一個極為復(fù)雜的過程,既需要估計總減排效益,又需要核算替代使用后不同能源系統(tǒng)下的總成本差異。不同時間點成本的核算可依據(jù)貨幣的時間價值進(jìn)行折現(xiàn)加總,而總減排效益評估一直以來是研究的熱點。傳統(tǒng)的減排成本有效性評估不考慮生命周期中溫室氣體發(fā)生的時間點而進(jìn)行簡單加總,忽略時間因素對緩解氣候變化的影響[6,18],核算方法可表示為:

(1)

式中,CE表示減排的成本有效性;△C表示兩個不同能源系統(tǒng)之間的成本差異,其中Cff表示化石燃料使用的成本,Cwood表示木質(zhì)燃料使用的成本;GWI表示兩個不同能源系統(tǒng)的生命周期排放造成的溫室效應(yīng)差異,用一種通用單位表示(tCO2eq);GWIff、GWIwood分別表示化石燃料與木質(zhì)燃料排放造成的環(huán)境影響。

分子上成本的核算方法為:

(2)

式中,C表示貼現(xiàn)成本;Ct為時間t發(fā)生的成本支出；p表示貼現(xiàn)率。分母上溫室氣體排放的核算較復(fù)雜,能源的開發(fā)、制造與使用過程中會產(chǎn)生二氧化碳、甲烷、氮氧化物等多種溫室氣體,不同溫室氣體對地球溫室效應(yīng)的貢獻(xiàn)程度不同,政府間氣候變化專門委員會(IPCC)采用“全球變暖潛能”(GWP)概念,反映不同溫室氣體的相對強度。即某一單位質(zhì)量的溫室氣體在一定時間內(nèi)相對于CO2的累積輻射強迫(從開始釋放某單位溫室氣體起,相對于同條件下釋放單位二氧化碳對應(yīng)時間積分的比值)[19,20],以估測混合溫室氣體排放對氣候系統(tǒng)的潛在影響。

(3)

式中,GWPi表示能源使用產(chǎn)生的溫室氣體i在一段時間內(nèi)相對于二氧化碳單位質(zhì)量的輻射強度;T是計算時的評估期間長度;ai、aCO2分別表示單位溫室氣體i與CO2的輻射效率;Ei(t)、ECO2(t)分別表示單位溫室氣體氣體在t=0時釋放到大氣后隨時間衰減的大氣負(fù)荷。在傳統(tǒng)核算方法下，溫室氣體總排放產(chǎn)生的溫室效應(yīng)可表示為:

(4)

式中,GWI為能源使用生命周期過程中不同溫室氣體在一段時間內(nèi)產(chǎn)生的溫室效應(yīng)之和;gi表示溫室氣體i的清單結(jié)果。傳統(tǒng)核算方式通常選取某一時間跨度為研究區(qū)間(如20年或100年),因此GWP衡量的是某一固定時期內(nèi)溫室氣體的累積輻射效應(yīng),而不同溫室氣體的影響周期并不相同,會產(chǎn)生一定的誤差[20,21],許多學(xué)者考慮到時間因素的影響,選擇動態(tài)GWP評估不同溫室氣體的溫室效應(yīng)[22]:

(5)

式中,GWI(T)表示能源生命周期(T)過程中不同溫室氣體在不同排放時間對全球變暖產(chǎn)生的不同影響之和;當(dāng)t=T時,將時間T時產(chǎn)生的全部排放量乘上GWP(0),加上t=T-1時將時間T-1時產(chǎn)生的全部排放乘上GWP(1)之值,一直加到時間0時產(chǎn)生的全部排放乘上GWP(T)為止。

改進(jìn)的成本有效性(PCE):盡管考慮到了排放產(chǎn)生的時間差異并對方法進(jìn)行了改進(jìn),但這里的“時間”針對的是不同溫室氣體隨時間的動態(tài)變化,沒有完全體現(xiàn)時間價值在減排效應(yīng)中的影響。Levasseur等對不同的排放時間賦予權(quán)重，以此比較溫室氣體排放的總效應(yīng):

(6)

式中,GHGt表示t年溫室氣體排放總量；r表示貼現(xiàn)率(當(dāng)r=0時,為通常意義上的假設(shè),即不考慮時間因素,對所有碳排賦予同樣的權(quán)重)。很多學(xué)者對這種非經(jīng)濟(jì)效益的時間價值核算方式提出了質(zhì)疑,但并不否認(rèn)時間因素的意義。Mckechnie等在前人研究的基礎(chǔ)上提出當(dāng)前等效排放的概念,即在分析時段內(nèi)某溫室氣體在t時排放產(chǎn)生的溫室效應(yīng)相對于當(dāng)前CO2排放效應(yīng)的等效值,由式(7)表示：

(7)

式中,P(GWPi)t為能源使用產(chǎn)生的溫室氣體i在時間t排放相對于當(dāng)前CO2單位質(zhì)量的輻射強迫；其他指標(biāo)含義同式(2)。

考慮時間價值的GWI為式(8):

(8)

通過對國際間生物質(zhì)能源替代減排科研進(jìn)展的總結(jié),在眾多學(xué)者研究的基礎(chǔ)上,考慮到時間因素將減排有效性評估改進(jìn)為:

(9)

式中,PCE表示考慮到時間因素的成本有效性;P(△GWI)表示不同能源系統(tǒng)之間溫室氣體排放差異造成環(huán)境影響等效到當(dāng)前時間的量。

改進(jìn)的成本有效性不但繼承了傳統(tǒng)成本有效性對替代減排經(jīng)濟(jì)意義的探討,在生態(tài)效益與經(jīng)濟(jì)效益的雙重指示作用下對能源系統(tǒng)的替代使用進(jìn)行衡量,并且對傳統(tǒng)核算方式存在的缺陷進(jìn)行了改進(jìn),即從時間價值視角準(zhǔn)確量化溫室氣體排放時間對氣候變化產(chǎn)生的影響。與傳統(tǒng)方法相比,PCE將減排效益推導(dǎo)為與成本折現(xiàn)值在同一時間基礎(chǔ)上的等效值,使生態(tài)效益與經(jīng)濟(jì)效益具有時間上的一致性與可比性,更加科學(xué)地反映了時間因素對減排效益的影響,為成本有效性評估提供了理論依據(jù)[6,21]。

3.2 PCE模型系統(tǒng)

PCE模型評估不同能源系統(tǒng)替代使用后總的減排效益與總的成本支出,以量化每單位溫室氣體的減排成本。模型系統(tǒng)包括生物質(zhì)能源排放核算子系統(tǒng)、化石能源排放核算子系統(tǒng)和成本核算子系統(tǒng)。其中,生物質(zhì)能源排放核算子系統(tǒng)和化石能源排放核算子系統(tǒng)衡量的是生物質(zhì)能源替代化石能源后整個生命周期內(nèi)溫室氣體排放減少量對環(huán)境產(chǎn)生的影響,即僅考慮溫室氣體的減排效益。由于數(shù)理結(jié)構(gòu)的差異,在評估減排效益時需要將生物質(zhì)碳排放與化石能源排放進(jìn)行區(qū)分。成本核算子系統(tǒng)衡量的則是能源系統(tǒng)替代后全部費用支出差額一段時間內(nèi)現(xiàn)值的總和。

生物質(zhì)能源排放核算子系統(tǒng):以往的大量研究將“碳中性”作為生物質(zhì)能源替代減排研究中的前提假設(shè),忽略了長期森林碳庫的變動。本研究基于時間價值的考慮,根據(jù)能源的不同來源對生物質(zhì)中的碳分類進(jìn)行了探討。林木生物質(zhì)能源包括以直接燃燒為主的傳統(tǒng)林木質(zhì)燃料(薪材)和其他可用的木質(zhì)生物質(zhì)能源(通過現(xiàn)代生物質(zhì)技術(shù)進(jìn)行的轉(zhuǎn)化生產(chǎn))[23]，主要分為:活立木采伐物、森林生長剩余物、林產(chǎn)品生產(chǎn)剩余物[1,24]。

核算框架由兩個模塊組成:一是生物質(zhì)能源的燃燒使用,所含碳量會一次性釋放到大氣中;二是森林碳庫的變化,即生物質(zhì)能源收集使用后森林碳庫隨時間的變化[25]。森林碳庫的變化分析需要預(yù)測比較生物質(zhì)能源使用前后的情景(假設(shè)使用前為基準(zhǔn)情景),若生物質(zhì)能源來自于活立木的采伐,假設(shè)森林采伐后沒有再造林,林木中的碳按其自然生長規(guī)律(生長、自然干擾、枯死等)變化,則森林碳庫的變化為所選取的研究時間跨度內(nèi)在基準(zhǔn)情景下森林碳庫增長的累積值(考慮時間因素后的“折現(xiàn)值”,下同)與森林采伐后碳庫增長累積值的差額;若生物質(zhì)能源來源于剩余物的收集(生長、生產(chǎn)剩余物),則森林碳庫的變化無需考慮林木的生長變化(因為該情景下森林經(jīng)營與采伐活動是為了林木生長或林產(chǎn)品生產(chǎn),并沒有考慮生物質(zhì)能源的使用價值,不計入生物質(zhì)能源的核算)[6,25],只需考慮剩余物中碳含量的變化。假設(shè)沒有能源化使用的木質(zhì)剩余物在森林中自然分解,則森林碳庫的變化為所選取的研究時間跨度內(nèi)剩余物自然分解的碳“貼現(xiàn)值”與所含碳量的差額。

圖2 生物質(zhì)碳與化石能源排放核算框架機理

化石能源排放核算子系統(tǒng):生物質(zhì)能源與化石能源的生命周期過程中會消耗大量的原料、能源,釋放溫室氣體,結(jié)合不同能源系統(tǒng)自身的特點,根據(jù)其流程相似處歸納為幾個環(huán)節(jié):原料開采、運輸、能源制造、能源使用、廢棄處理全過程物質(zhì)和能量的消耗(圖2),則全生命周期總排放的溫室效應(yīng)可由式(10)表示:

P(GWITol)=P(ΣGWIj)=P(GWIextra+GWItrans+GWImanu+GWIuse+GWIdis+GWIoter)

(10)

式中,GWITol表示生命周期總排放造成的環(huán)境影響;GWIextra表示原料開采階段總排放造成的環(huán)境影響;GWItrans表示運輸階段總排放造成的環(huán)境影響;GWImanu表示能源制造階段總排放造成的環(huán)境影響;GWIuse表示能源使用階段總排放造成的環(huán)境影響;GWIdis表示廢棄處理階段總排放造成的環(huán)境影響;GWIother表示其他環(huán)節(jié)排放造成的環(huán)境影響;j表示生命周期不同環(huán)節(jié)。各個階段的排放由不同能源的消耗造成:

P(GWIj)=P(ΣGWIjk)=P(ΣGWIcoal+GWIoil+GWIgas+GWIother)

(11)

式中,GWIcoal表示煤炭使用造成的環(huán)境影響;GWIoil表示石油使用造成的環(huán)境影響;GWIgas表示汽油使用造成的環(huán)境影響;GWIother表示其他能源使用造成的環(huán)境影響;k表示不同能源的消耗。能源消耗造成的不同溫室氣體排放量用g表示:

gi(t)=ΣMk×λki

(12)

式中,gi(t)為生命周期過程中時間t時溫室氣體i的排放量;M為第k類能源的消耗量;λki為第k類能源的溫室氣體i的排放系數(shù)。根據(jù)不同能源系統(tǒng)的生命周期清單分析得到不同階段消耗的能源與燃料,再通過不同能源的溫室氣體(不包括生物質(zhì)碳)排放系數(shù)將能源的消耗量轉(zhuǎn)換為溫室氣體的排放量,再結(jié)合以上對成本有效性的分析,將不同時間點上溫室氣體的排放造成的溫室效應(yīng)轉(zhuǎn)換為0時的等效量(CO2eq),則生物質(zhì)能源替代化石能源的環(huán)境效益可用兩者的差額表示(P0-P1或P0-P2)。

成本核算子系統(tǒng):與化石能源排放的核算數(shù)理結(jié)構(gòu)相同,社會承擔(dān)的生命周期成本由其生命周期過程中各階段成本構(gòu)成,即生命周期過程中每一階段相關(guān)的輸入和輸出都包含在成本計算中:

CTol=ΣCj=Cextra+Ctrans+Cmanu+Cuse+Cdis+Cother

(13)

式中,CTol為生命周期總成本;Cextra為原料開采階段總成本;Ctrans為運輸階段總成本;Cmanu為能源制造階段總成本;Cuse為能源使用階段總成本;Cdis為廢棄處理階段總成本。不同階段成本構(gòu)成為:

Cj=ΣCjs=CM+CEn+CT+CEq+Cother

(14)

式中,CM表示直接原料成本;CEn表示能源成本;CT表示運輸成本(直接材料、半成品的運輸);CEq表示設(shè)備成本;Cother表示其他成本(如人工成本、租用成本等);s表示不同成本組成成分。生命周期成本的不同承擔(dān)者各自承擔(dān)不同的份額,需要根據(jù)研究主體與研究目的對成本做出適當(dāng)?shù)慕缍ā?/p>

3.3 模型總系統(tǒng)及運作機理

根據(jù)上述對生物質(zhì)能源排放、化石能源排放、成本支出數(shù)理結(jié)構(gòu)三個子系統(tǒng)的梳理與賦值,結(jié)合不同情景下生物質(zhì)能源替代化石能源的減排成本有效性運行機理,整理得出基于時間價值的PCE拓展模型見圖3。

PCE模型的運行為評估每單位溫室氣體的減排成本。核算總的減排效益與總的成本支出,首先需要評估不同能源系統(tǒng)在使用時各自產(chǎn)生的環(huán)境影響與成本支出。在生物質(zhì)能源系統(tǒng)中,生物質(zhì)能源使用造成的環(huán)境影響有:根據(jù)生命周期清單分析得到不同階段消耗的能源與燃料;然后通過不同能源的溫室氣體(不包括生物質(zhì)碳排放)排放系數(shù)將能源的消耗量轉(zhuǎn)換為溫室氣體的排放量;生物質(zhì)碳排放則要根據(jù)能源來源的不同分類討論,來源于能源林的生物質(zhì)在核算時與森林自然生長情景進(jìn)行比較,來源于剩余物的生物質(zhì)在核算時與自然分解情景進(jìn)行比較;最后在PCE的思想下根據(jù)全球變暖潛能,將不同時間點上溫室氣體排放造成的溫室效應(yīng)轉(zhuǎn)換為基時的等效量,得到總的環(huán)境影響。生物質(zhì)能源使用過程的成本支出則由生命周期成本清單分析得到不同階段的輸入和輸出費用構(gòu)成,根據(jù)資金的時間價值將現(xiàn)金流進(jìn)行折現(xiàn),得到總的成本費用?；茉聪到y(tǒng)這兩部分的核算與生物質(zhì)能源原理相同,假設(shè)造成的總溫室效應(yīng)為P0,總成本支出為C0,減排成本有效性PCE則可由生物質(zhì)能源的成本支出對C0的差額與環(huán)境影響對p0的差額之比表示。

圖3 PCE模型系統(tǒng)運行機理

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

本研究論證了生物質(zhì)能源替代化石能源的減排成本有效性在時間價值上存在的爭議,歸納了國際間替代減排和成本效益分析的科研進(jìn)展,對傳統(tǒng)的成本有效性核算方式進(jìn)行改進(jìn),將減排效益推導(dǎo)為與成本折現(xiàn)值在同一時間基礎(chǔ)上的等效值,使生態(tài)效益與經(jīng)濟(jì)效益具有時間上的一致性與可比性,為構(gòu)建生物質(zhì)能源替代化石能源的減排成本測度模型給予邏輯與方法支持。

在核算模型的環(huán)境效應(yīng)評估部分,本文摒棄了傳統(tǒng)“碳中性”前提假設(shè),考慮了基于時間因素影響下森林與林產(chǎn)品之間的碳流動研究,根據(jù)能源的不同來源對生物質(zhì)中的碳排放核算機理進(jìn)行分類討論。核算框架由生物質(zhì)能源自身碳排放和生物質(zhì)收集使用后森林變動碳庫兩個模塊組成,能源林采伐涉及森林碳庫的相關(guān)變化,即采伐前森林碳庫增長的累積值與森林采伐后碳庫增長累積值的差額;若生物質(zhì)能源來源于剩余物的收集,則森林碳庫的變化為所選取的研究時間跨度內(nèi)剩余物自然分解的碳“貼現(xiàn)值”與所含碳量的差額。

對其他溫室氣體以及化石能源產(chǎn)生的CO2和成本支出則運用生命周期理論思想進(jìn)行量化評估,減排效益的量化需要核算全生命周期過程中物質(zhì)和能量消耗導(dǎo)致的溫室氣體排放量，而各階段成本支出的集合是由不同的承擔(dān)者組成,需要在研究范圍內(nèi)對成本邊界做出適當(dāng)界定。

4.2 討論

溫室氣體過量排放引發(fā)的氣候變化問題日益嚴(yán)重,越來越多的國家開始采取環(huán)境措施應(yīng)對這一全球化問題,采取合適的政策手段在實現(xiàn)減排的同時促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展是一個緊迫而值得研究的問題,以價格控制為特征的碳稅政策和以數(shù)量控制為特征的碳排放交易機制憑借市場機制不斷受到關(guān)注[26]。生物質(zhì)能源的替代減排成本對減排目標(biāo)評判和政策選取具有重要的指導(dǎo)意義,PCE方法不能完全準(zhǔn)確地量化溫室氣體排放時間對氣候變化產(chǎn)生的影響,但考慮到時間因素的影響能更好地為評估和預(yù)測減排成本有效性提供科學(xué)依據(jù)。

由于碳交易和碳稅仍是個新生事物,是否適用于我國還需要進(jìn)一步地研究。經(jīng)典理論認(rèn)為:當(dāng)因為控制污染而導(dǎo)致減排成本急劇上升時,實施碳稅政策能使減排主體避免不可預(yù)測的減排成本;而在環(huán)境問題惡化時,碳交易是合適的選擇[26,27]。

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ConstructionofCost-effectivenessModelofGreenhouseGasMitigationbyReplacingFossilFuelswithBioenergy——FromthePerspectiveofTime-value

GENG Ai-xin1,3,YANG Hong-qiang1,2,3
(1.College of Economics and Management,Nanjing Forestry University,Nanjing 210037,China; 2.Center for Changjiang River Delta′s Socioeconomic Development,Nanjing University,Nanjing 210093,China; 3.Research Center for Economics and Trade in Forest Products,SFA,Nanjing 210037,China)

The use of bioenergy was considered an essential alternative to fossil fuel consumption,thereby reducing greenhouse gas (GHG) emissions.This paper summarized and improved the accounting method from the perspective of time-value,establishing the cost-effectiveness model,which evaluated the cost-effectiveness of emission reductions.For this purpose,first of all,this paper combed the system boundary of greenhouse gas emissions and cost expenditures based on the life cycle assessment method.Secondly,according to the theories on the global worming potential and time-value,this paper summaried and improved the accounting model,translated the emissions occurring over time to an equivalent present emission which was similar to the time value of money,setting time value upon conventional cost-effectiveness calculations.Finally,this paper analyzed the mathematical structure of greenhouse gas emissions and cost expenditures according to the logical combing,combining operation mechanism of the cost-effectiveness in different scenarios to establish the cost-effectiveness model.Compared to conventional life cycle assessment and cost-effectiveness approaches,the assessment of ecological benefits and economic benefits had more similarities and comparability with considering the time-value,which were able to better offer more scientific theoretical support for the evaluation of cost effectiveness.

bioenergy;emission reduction; cost effectiveness;time-value;developed Model

10.3969/j.issn.1005-8141.2017.05.005

TK6；X196

A

1005-8141(2017)05-0533-07

2017-03-17；

2017-04-25

國家社科基金重點項目“應(yīng)對氣候變化的中國林業(yè)國家碳庫構(gòu)建與預(yù)警機制研究”(編號:14AJY014);教育部人文社會科學(xué)研究規(guī)劃基金項目“IPCC氣候框架下中國林產(chǎn)品國際貿(mào)易的碳流動問題研究”(編號:13YJAZH114);江蘇省高校“青藍(lán)工程”中青年學(xué)術(shù)帶頭人項目(編號:2012-12#)。

耿愛欣(1993-),女,山東省諸城人,博士研究生，助理研究員,主要從事氣候變化與林產(chǎn)品貿(mào)易研究。

楊紅強(1971-),男,陜西省渭南人,博士,博士后研究員,教授,博士生導(dǎo)師,國家林業(yè)局林產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)貿(mào)易研究中心副主任,主要研究方向為林產(chǎn)品貿(mào)易與環(huán)境。