中國(guó)實(shí)現(xiàn)碳減排雙控目標(biāo)的可行性及最優(yōu)路徑——能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化的視角

王 勇,王 穎

中國(guó)實(shí)現(xiàn)碳減排雙控目標(biāo)的可行性及最優(yōu)路徑——能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化的視角

王 勇1*,王 穎2

(1.東北財(cái)經(jīng)大學(xué)統(tǒng)計(jì)學(xué)院,遼寧 大連 116025；2.東北財(cái)經(jīng)大學(xué)博士后科研流動(dòng)站,遼寧 大連 116025)

基于能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化視角對(duì)中國(guó)實(shí)現(xiàn)碳強(qiáng)度和碳峰值“雙控”目標(biāo)的可行性及最優(yōu)路徑進(jìn)行分析.首先構(gòu)建馬爾科夫鏈和多目標(biāo)優(yōu)化模型,分別從自然演進(jìn)、政策約束和成本約束角度預(yù)測(cè)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu);其次,將3種能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)情景與3種經(jīng)濟(jì)發(fā)展情景結(jié)合,共得到9種綜合情景下碳強(qiáng)度和碳峰值預(yù)測(cè)結(jié)果,判定各情景實(shí)現(xiàn)“雙控”目標(biāo)的可行性;最后,采用多屬性決策模型分析“雙控”目標(biāo)的最優(yōu)路徑.結(jié)果表明,9種情景下,中國(guó)均可實(shí)現(xiàn)2020年和2030年的碳強(qiáng)度目標(biāo);然而,并非所有情景都能實(shí)現(xiàn)2030年碳排放達(dá)峰目標(biāo),經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度與實(shí)現(xiàn)碳排放達(dá)峰目標(biāo)的難易程度成反比.經(jīng)濟(jì)中速發(fā)展及減排政策約束下的能源結(jié)構(gòu)調(diào)整情景是實(shí)現(xiàn) “雙控”目標(biāo)的最優(yōu)路徑,減排政策是“雙控”目標(biāo)順利實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵所在.

能源結(jié)構(gòu)；碳強(qiáng)度；碳峰值；路徑分析

中國(guó)在過去的40年里經(jīng)歷了經(jīng)濟(jì)的高速增長(zhǎng),并伴隨著能源消耗與碳排放量的急劇上升.根據(jù)國(guó)際能源署IEA數(shù)據(jù)顯示,中國(guó)已于2007年超過美國(guó)成為世界上最大的碳排放國(guó).為積極應(yīng)對(duì)全球氣候變化,中國(guó)政府制定了一系列減排目標(biāo),其中,最主要的為“雙控”目標(biāo):降低碳排放強(qiáng)度和實(shí)現(xiàn)碳排放達(dá)峰.2009年,中國(guó)政府在哥本哈根全球氣候大會(huì)上作出承諾:到2020年,單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)的CO2排放量將比2005年減少40%~45%.2015年中國(guó)向聯(lián)合國(guó)提交應(yīng)對(duì)氣候變化的國(guó)家自主貢獻(xiàn)文件(INDC)宣布:中國(guó)將于2030年左右實(shí)現(xiàn)CO2峰值,并將單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的CO2排放量從2005年的水平降低60%~65%.為實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo),中國(guó)已采取了一系列減排措施,包括減少化石燃料消耗,開發(fā)新型清潔能源等.與此同時(shí),近年來,中國(guó)經(jīng)濟(jì)仍然保持中高速增長(zhǎng),經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)意味著能源消耗的增加,這對(duì)中國(guó)實(shí)現(xiàn)碳減排“雙控”目標(biāo)施加了巨大壓力.

目前,中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展高度依賴煤炭,能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)極其不合理.其中,高碳排的煤炭消費(fèi)占能源消費(fèi)比例高達(dá)70%左右,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過世界平均消費(fèi)水平(30%),而石油、天然氣和非化石能源等低碳排的能源消費(fèi)占比則遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家的平均水平[1].隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入新常態(tài),在經(jīng)濟(jì)由高速發(fā)展向高質(zhì)量發(fā)展轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時(shí)期,對(duì)能源結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化有利于中國(guó)逐步擺脫對(duì)煤炭的高度依賴,提高經(jīng)濟(jì)質(zhì)量,實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展.因此,探討能源結(jié)構(gòu)調(diào)整對(duì)碳排放的影響具有重要的現(xiàn)實(shí)意義.

此前已有許多研究對(duì)中國(guó)碳減排目標(biāo)能否實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了預(yù)測(cè)與分析.現(xiàn)有關(guān)于中國(guó)碳排放達(dá)峰目標(biāo)的研究,從方法角度大致分為三類:指標(biāo)分解法,情景分析法和系統(tǒng)優(yōu)化法.其中,基于指數(shù)分解法預(yù)測(cè)碳排放峰值的模型有Kaya模型[2]和STIRPAT (stochastic impacts by regression on population, affluence and technology) 模型[3].情景分析法中廣泛使用的模型為L(zhǎng)EAP模型[4].基于系統(tǒng)優(yōu)化模型預(yù)測(cè)峰值的模型包括MARKAL-MACRO[5], IPAC[6], 和IMAC 模型[7]等.此外,環(huán)境庫茲涅茨曲線 (EKC)也被廣泛用于預(yù)測(cè)中國(guó)的碳排放峰值[8].絕大多數(shù)研究結(jié)果表明中國(guó)具備在2030年左右實(shí)現(xiàn)碳排放達(dá)峰的條件[9-10].Green等[11]選取2014和2015年基礎(chǔ)數(shù)據(jù),構(gòu)建基于IPAT的Kaya分解模型預(yù)測(cè)中國(guó)未來碳排放量,結(jié)果顯示由能源消費(fèi)產(chǎn)生的碳排放量將于2025年或之前達(dá)到峰值.柴麒敏等[8]研究發(fā)現(xiàn), 2025至2030年為中國(guó)碳排放達(dá)峰的窗口時(shí)間,峰值約為120億t.然而Elzen等[10]的研究結(jié)果表明,在現(xiàn)行政策下于2030實(shí)現(xiàn)碳排放達(dá)峰目標(biāo)的難度較大,必須進(jìn)一步加強(qiáng)節(jié)能減排政策的實(shí)施力度.此外,一些研究綜合考慮經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、能源強(qiáng)度、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、城市化率等因素,預(yù)測(cè)中國(guó)將在2030~2035年間實(shí)現(xiàn)碳排放達(dá)峰[2,12].其中,能源結(jié)構(gòu)變動(dòng)對(duì)碳排放達(dá)峰是否產(chǎn)生影響尚未得到深入研究[13].

對(duì)中國(guó)碳強(qiáng)度的研究,孫欣等[14]采用協(xié)整理論與狀態(tài)空間模型相結(jié)合的計(jì)量方法對(duì)碳強(qiáng)度的影響因素進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析,發(fā)現(xiàn)能源強(qiáng)度、城鎮(zhèn)化率等給碳強(qiáng)度帶來顯著正向影響.王鋒等[15]采用情景分析探討了不同能源結(jié)構(gòu)情景對(duì)實(shí)現(xiàn)2020年碳強(qiáng)度目標(biāo)的貢獻(xiàn)潛力.王韶華等[16]運(yùn)用通徑分析測(cè)算能源結(jié)構(gòu)對(duì)碳強(qiáng)度的影響,結(jié)果表明能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)是碳強(qiáng)度增長(zhǎng)的主要推動(dòng)因素.現(xiàn)有研究大部分集中于中國(guó)2020年碳強(qiáng)度目標(biāo). Cansino等[17]預(yù)測(cè)結(jié)果顯示,根據(jù)現(xiàn)行政策,2020年中國(guó)的碳強(qiáng)度將比2005年減少約50%.Yuan等[18]表示在2020年清潔類能源消費(fèi)占比達(dá)到17%條件下中國(guó)能夠成功實(shí)現(xiàn)2020年碳強(qiáng)度目標(biāo).Yi等[19]通過建立省際分配模型對(duì)2020年碳強(qiáng)度目標(biāo)進(jìn)行了分解.Zhu等[20]采用協(xié)整模型,情景分析等方法評(píng)估了中國(guó)在保證經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)條件下是否能夠?qū)崿F(xiàn)2020年碳強(qiáng)度目標(biāo);然而,有關(guān)中國(guó)2030年碳強(qiáng)度目標(biāo)的研究相對(duì)較少.Xu等[21]研究顯示,在現(xiàn)有政策下,中國(guó)2020年和2030年碳強(qiáng)度目標(biāo)均可實(shí)現(xiàn).Luukkanen等[22]通過分析經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)對(duì)中國(guó)碳排放量的影響,發(fā)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)2030年碳強(qiáng)度目標(biāo)有一定難度.Zhang等[23]通過蒙特卡洛模擬和情景分析發(fā)現(xiàn)我國(guó)可以實(shí)現(xiàn)2020年和2030年碳強(qiáng)度目標(biāo),但能否實(shí)現(xiàn)在2030年碳排放達(dá)峰目標(biāo)尚不確定.

雖然國(guó)內(nèi)外學(xué)者在中國(guó)碳減排目標(biāo)研究中已經(jīng)取得不少成果,然而,現(xiàn)有研究也存在以下局限: (1)未充分考慮能源結(jié)構(gòu)對(duì)碳排放目標(biāo)的影響;(2)現(xiàn)有研究對(duì)中國(guó)能否實(shí)現(xiàn)2030年碳強(qiáng)度目標(biāo)的關(guān)注較少;(3)很少將碳排放峰值目標(biāo)和碳強(qiáng)度目標(biāo)放在同一框架下進(jìn)行研究,以往研究大多只研究碳強(qiáng)度或者碳峰值單一目標(biāo).

綜上所述,本研究試圖探討通過能源結(jié)構(gòu)調(diào)整來實(shí)現(xiàn)碳排放達(dá)峰和碳強(qiáng)度目標(biāo)的可能性,并尋找實(shí)現(xiàn)減排“雙控”目標(biāo)的最優(yōu)路徑,從而為優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)的后續(xù)政策制定以及如何實(shí)現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供參考.

1 情景設(shè)計(jì)

1.1 情景設(shè)計(jì)

1.1.1 經(jīng)濟(jì)發(fā)展情景 參考美國(guó)能源信息署(EIA)《能源展望(2017)》[25],將中國(guó)未來經(jīng)濟(jì)發(fā)展設(shè)計(jì)為三種情景:

(1) 高速發(fā)展情景:2017~2030年中國(guó)年均經(jīng)濟(jì)增速為5.3%,2030~2040年為3.9%.

(2) 基準(zhǔn)情景:2017~2030年中國(guó)經(jīng)濟(jì)增速為4.9%,2030~2040年為3.3%.

(3) 低速發(fā)展情景:2017~2030年中國(guó)經(jīng)濟(jì)增速為4.6%,2030~2040年為3.0%.

1.1.2 能源結(jié)構(gòu)情景 (1)無約束情景(A)無約束情景是指不采取任何導(dǎo)向性措施來降低碳強(qiáng)度的情景.設(shè)置“無約束的能源結(jié)構(gòu)情景”,依據(jù)能源結(jié)構(gòu)變化所遵循的自然演變規(guī)律,預(yù)測(cè)能源結(jié)構(gòu)的未來發(fā)展趨勢(shì).

(2) 政策約束情景(B)

政策約束情景是指依據(jù)國(guó)家相關(guān)能源政策規(guī)劃對(duì)能源結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化的情景.為了緩解碳減排壓力,中國(guó)對(duì)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)先后提出了2020年非化石能源占一次能源消費(fèi)比重15%,天然氣消費(fèi)比重力爭(zhēng)達(dá)到10%,煤炭所占比例爭(zhēng)取小于58%;2030年天然氣消費(fèi)比重力爭(zhēng)達(dá)到15%,非化石能源占一次能源消費(fèi)比重20%的規(guī)劃目標(biāo).本文設(shè)置“政策約束情景”,依據(jù)以上能源規(guī)劃對(duì)能源結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整.

(3) 能源生產(chǎn)成本最小情景(C)

能源生產(chǎn)成本最小情景,即以能源的消費(fèi)成本與碳排放外部成本之和最小為目標(biāo)對(duì)能源結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化的情景.能源在消耗時(shí)需要支付一定的消費(fèi)成本,不同種類的能源消費(fèi)成本也不相同.消費(fèi)成本的變動(dòng)將直接或間接地影響消費(fèi)需求,進(jìn)而對(duì)能源結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響.此外,能源燃燒釋放CO2是溫室氣體的主要來源,其外部排放對(duì)環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響,同樣消耗一定成本.因此,本文從成本角度出發(fā),兼顧經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù),設(shè)置能源生產(chǎn)成本最小情景.

由此,3種經(jīng)濟(jì)發(fā)展情景和3種能源結(jié)構(gòu)情景兩兩組合,得到9種經(jīng)濟(jì)—能源組合情景.

1.2 碳排放量與碳強(qiáng)度的計(jì)算

本文對(duì)碳排放的計(jì)算采用IPCC中介紹的方法,具體計(jì)算見(1):