電力跨區(qū)傳輸視角下電動(dòng)汽車規(guī)?；瘧?yīng)用的碳排放轉(zhuǎn)移

李文博 ，龍如銀 ，張琳玲

（1.江蘇師范大學(xué) 商學(xué)院，江蘇 徐州 221116；2.江南大學(xué) 商學(xué)院，江蘇 無(wú)錫 214122；3.南京財(cái)經(jīng)大學(xué) 財(cái)政與稅務(wù)學(xué)院，江蘇 南京 210023）

交通運(yùn)輸是節(jié)能減排的重點(diǎn)領(lǐng)域。在發(fā)達(dá)國(guó)家，交通運(yùn)輸部門碳排放約占國(guó)家總量的三分之一，中國(guó)目前約占百分之十左右[1]。隨著城鎮(zhèn)化加速和人民生活水平提高，對(duì)汽車的需求顯著增加，根據(jù)公安部發(fā)布的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，截至2020年9月中國(guó)機(jī)動(dòng)車保有量已達(dá)3.65億輛[2]。交通運(yùn)輸部門能源消耗和碳排放增速均高于全社會(huì)平均水平，正處在高速增長(zhǎng)期，機(jī)動(dòng)車尾氣已成為城市生態(tài)環(huán)境問(wèn)題的重要致因[3]，因而交通運(yùn)輸部門節(jié)能減排形勢(shì)十分嚴(yán)峻。在此背景下，電動(dòng)汽車越來(lái)越受到社會(huì)各界關(guān)注。相比于傳統(tǒng)燃油車，電動(dòng)汽車有著替代化石能源消耗、減少常規(guī)污染物和碳排放的顯著優(yōu)勢(shì)[4]。目前中國(guó)政府明確將發(fā)展電動(dòng)汽車作為國(guó)家戰(zhàn)略，在綜合宏觀、行業(yè)管理、推廣應(yīng)用、稅收優(yōu)惠、科技創(chuàng)新和基礎(chǔ)設(shè)施等方面制定出臺(tái)了一系列政策措施，營(yíng)造了良好的政策環(huán)境。可見(jiàn)，發(fā)展電動(dòng)汽車已成為交通領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)的戰(zhàn)略共識(shí)。

在政府各類利好政策推動(dòng)下，電動(dòng)汽車產(chǎn)銷量不斷攀升，目前中國(guó)電動(dòng)汽車市場(chǎng)規(guī)模更是達(dá)到世界領(lǐng)先水平，全國(guó)保有量已經(jīng)接近200萬(wàn)輛，市場(chǎng)占有率已超過(guò)2%[5]。根據(jù)相關(guān)研究預(yù)測(cè)，2030年中國(guó)電動(dòng)汽車保有量有望達(dá)到8 000萬(wàn)輛，市場(chǎng)占有率將達(dá)到40%[6]，每年充電需求將達(dá)到4 100億千瓦時(shí)[7]。盡管電動(dòng)汽車在行駛階段可以實(shí)現(xiàn)“零污染”，但受制于中國(guó)“一煤獨(dú)大”的能源結(jié)構(gòu)，電動(dòng)汽車的環(huán)保能力備受質(zhì)疑，公眾甚至稱其為“煤車”。考慮到電力生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量碳排放①無(wú)特別說(shuō)明，本文中碳排放均指從碳足跡角度出發(fā)，包括各種溫室氣體排放在內(nèi)的碳排放。，電動(dòng)汽車保有量增加帶來(lái)的環(huán)境效益實(shí)質(zhì)上以發(fā)電側(cè)排放量增加為代價(jià)。隨著電動(dòng)汽車推廣規(guī)模的逐漸擴(kuò)大，其產(chǎn)生的發(fā)電側(cè)排放量將越來(lái)越大，甚至可能加劇發(fā)電地區(qū)的環(huán)境問(wèn)題。因而，電動(dòng)汽車電力需求的發(fā)電側(cè)排放問(wèn)題值得高度重視。

電力是目前和今后中國(guó)較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)的主要能源。根據(jù)中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒，2019年中國(guó)全社會(huì)用電量為7.25萬(wàn)億千瓦時(shí)，在終端能源消費(fèi)中的比重已達(dá)到27%[8]。由于區(qū)域間經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡，各區(qū)域電力生產(chǎn)和消費(fèi)嚴(yán)重不匹配。經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的東部沿海地區(qū)電力需求較大，約占全國(guó)電力消費(fèi)的60%以上，但多數(shù)省份存在電力生產(chǎn)的瓶頸和較大的電力缺口；而中西部地區(qū)能源比較豐富，電力生產(chǎn)成本較低，多數(shù)地區(qū)的發(fā)電產(chǎn)能已經(jīng)過(guò)剩。在環(huán)境困境的約束下，跨區(qū)輸電（如“西電東送”等）成為了優(yōu)化電力配置，緩解區(qū)域電力生產(chǎn)和消費(fèi)不匹配問(wèn)題的重要舉措。近年來(lái)，中國(guó)區(qū)域間電力傳輸已呈常態(tài)化，且電力跨區(qū)傳輸總量呈擴(kuò)大趨勢(shì)。全國(guó)跨區(qū)域電網(wǎng)電力交易已從2006年的816億千瓦時(shí)增加到2019年的5 404億千瓦時(shí)；占全社會(huì)電力總用量的比例也從2006年的2.85%增長(zhǎng)至2018年的7.46%[9]。在國(guó)家能源戰(zhàn)略結(jié)構(gòu)調(diào)整的大框架下，電力跨區(qū)傳輸將是中國(guó)電網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。電力生產(chǎn)尤其是火電生產(chǎn)必然會(huì)產(chǎn)生一定數(shù)量的污染物。據(jù)統(tǒng)計(jì)，電力行業(yè)是中國(guó)氣態(tài)污染物的主要來(lái)源，2019年全國(guó)電力行業(yè)煙塵、二氧化硫和氮氧化物排放量分別約為18萬(wàn)噸、89萬(wàn)噸和93萬(wàn)噸[10]。同時(shí)，區(qū)域電力系統(tǒng)是一個(gè)開(kāi)放系統(tǒng)，存在區(qū)域間電力流入/流出過(guò)程。因此，電力的區(qū)域間調(diào)配過(guò)程類似于區(qū)域間產(chǎn)品貿(mào)易，隱含著碳排放的逆向傳輸。該問(wèn)題的實(shí)質(zhì)就是電力消費(fèi)地把碳排放轉(zhuǎn)移到了電力生產(chǎn)地，簡(jiǎn)單而言就是一種污染轉(zhuǎn)移。隨著電力跨區(qū)傳輸?shù)某B(tài)化，與之相關(guān)的碳排放轉(zhuǎn)移問(wèn)題將尤為突出。

電動(dòng)汽車規(guī)?；瘧?yīng)用的電力需求將給本地電網(wǎng)帶來(lái)巨大壓力。隨著電力跨區(qū)傳輸技術(shù)的發(fā)展，電動(dòng)汽車的電力來(lái)源多樣化，其在行駛過(guò)程中消耗的電力不再局限于本地電網(wǎng)[11]。電動(dòng)汽車在消耗外地流入電力的同時(shí)，經(jīng)由電力傳輸網(wǎng)絡(luò)把相應(yīng)的碳排放轉(zhuǎn)移至發(fā)電地區(qū)。隨著電動(dòng)汽車的規(guī)?；瘧?yīng)用，大規(guī)模的跨區(qū)電力傳輸將改變中國(guó)未來(lái)各區(qū)域能源使用和碳排放的空間格局。因此，隱藏在電動(dòng)汽車規(guī)模化應(yīng)用背后的碳排放轉(zhuǎn)移問(wèn)題有待從電力跨區(qū)傳輸視角進(jìn)行深入探討。為解決上述問(wèn)題，本文一是對(duì)2025年中國(guó)電動(dòng)汽車的發(fā)展規(guī)模進(jìn)行預(yù)測(cè)，以掌握各省電動(dòng)汽車規(guī)?；瘧?yīng)用的電力需求；二是探究區(qū)域間電力流入/流出的碳排放轉(zhuǎn)移規(guī)律并建立定量模型，以得出各省電動(dòng)汽車規(guī)模化應(yīng)用的碳排放轉(zhuǎn)移量及其特征。三是從貨幣價(jià)值的角度分析各省電動(dòng)汽車規(guī)?；瘧?yīng)用的環(huán)境損失/收益。本文的主要貢獻(xiàn)在于可以進(jìn)一步認(rèn)識(shí)各省電動(dòng)汽車規(guī)?；瘧?yīng)用的碳排放空間格局，對(duì)政府科學(xué)布局各省電動(dòng)汽車的發(fā)展規(guī)模和優(yōu)先次序具有重要參考價(jià)值，同時(shí)也為區(qū)域碳排放治理中的責(zé)任劃分和生態(tài)補(bǔ)償提供參考。

一、文獻(xiàn)綜述

隨著區(qū)域間聯(lián)系不斷加強(qiáng)，能源消費(fèi)過(guò)程背后的碳排放轉(zhuǎn)移問(wèn)題逐漸受到關(guān)注[12-13]。碳排放轉(zhuǎn)移是在貌似合理的“比較優(yōu)勢(shì)”和“自由貿(mào)易”原則下進(jìn)行的，具有較強(qiáng)的隱蔽性[14-16]。對(duì)于國(guó)家/區(qū)域間產(chǎn)品貿(mào)易而言，產(chǎn)品貿(mào)易帶來(lái)了產(chǎn)品產(chǎn)地與消費(fèi)地的分離，產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中的碳排放多數(shù)留在了原產(chǎn)地[17-18]。而由于市場(chǎng)和政策存在部分失靈，使得這些碳排放所帶來(lái)的損失并未全部由產(chǎn)品的使用者承擔(dān)，而是由產(chǎn)地通過(guò)投資建設(shè)污染治理設(shè)施或犧牲環(huán)境質(zhì)量為代價(jià)予以承擔(dān)，由此形成了區(qū)域間碳排放轉(zhuǎn)移問(wèn)題[19-20]。換言之，碳排放轉(zhuǎn)移并非污染物的跨區(qū)直接轉(zhuǎn)移，而是伴隨著某種區(qū)域間貿(mào)易活動(dòng)，由產(chǎn)品消費(fèi)地轉(zhuǎn)移至生產(chǎn)地的現(xiàn)象。

近年來(lái)，電力跨區(qū)傳輸對(duì)各地區(qū)資源和環(huán)境的影響受到學(xué)者的廣泛關(guān)注。對(duì)于電力流入地區(qū)，流入電力所產(chǎn)生的碳排放留在了發(fā)電地區(qū)，意味著該地區(qū)流入的電量相當(dāng)于向發(fā)電地區(qū)轉(zhuǎn)移一定的碳排放；同理，對(duì)于電力流出地區(qū)，流出電力的碳排放實(shí)際上是由流入地產(chǎn)生[21-22]。因而，與區(qū)域間產(chǎn)品貿(mào)易類似，電力跨區(qū)傳輸過(guò)程也隱含著碳排放轉(zhuǎn)移問(wèn)題[23-24]。近年來(lái)，許多學(xué)者從國(guó)家尺度出發(fā)針對(duì)這一問(wèn)題展開(kāi)了研究，也有部分學(xué)者對(duì)不同國(guó)家電力跨區(qū)傳輸?shù)奶寂欧呸D(zhuǎn)移效應(yīng)進(jìn)行了比較。以國(guó)內(nèi)為研究對(duì)象，葉敏華等[25]根據(jù)2010年區(qū)域電網(wǎng)發(fā)電裝機(jī)容量，研究了跨區(qū)域電力傳輸對(duì)環(huán)境的影響，結(jié)果表明跨區(qū)域電力傳輸可以減少中國(guó)東部地區(qū)和北部地區(qū)的環(huán)境損失，但將導(dǎo)致西北部碳排放量的增加；Su等[26]的研究發(fā)現(xiàn)，2012年跨省電力傳輸?shù)奶寂欧帕空既珖?guó)電力行業(yè)總排放量的14%，比2007年增加94%，研究結(jié)果還表明碳排放呈現(xiàn)由東向西轉(zhuǎn)移的特點(diǎn)，政府可以考慮向污染移入省份提供經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償和技術(shù)支持；孫媛等[27]研究了各省域間2015年電力區(qū)域調(diào)配的污染排放轉(zhuǎn)移效應(yīng)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)中國(guó)區(qū)域間電力調(diào)配的二氧化硫轉(zhuǎn)移量呈下降趨勢(shì)，但氮氧化物轉(zhuǎn)移量呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。魏文棟等[28]建立了中國(guó)省級(jí)電力碳排放核算綜合模型，結(jié)果表明2012年中國(guó)通過(guò)輸電網(wǎng)絡(luò)和貿(mào)易網(wǎng)絡(luò)發(fā)生的省級(jí)電力碳排放流動(dòng)總量分別為4.6億噸和9.76億噸，分別占全國(guó)生產(chǎn)側(cè)電力碳排放總量的13.1%和27.7%。Li等[29]的研究結(jié)果進(jìn)一步表明，除省際電力流動(dòng)產(chǎn)生的直接碳排放轉(zhuǎn)移外，電力出口省份從其他省份購(gòu)買電力引起的間接碳排放轉(zhuǎn)移不容忽視，在部分地區(qū)（如湖南），間接排放轉(zhuǎn)移占總排放轉(zhuǎn)移的50%以上。還有一些研究以局部區(qū)域?yàn)檠芯繉?duì)象展開(kāi)了分析，如宋潔塵等[30]以廣東為例，對(duì)其流入電力的環(huán)境影響進(jìn)行了定量測(cè)算，結(jié)果發(fā)現(xiàn)電力跨區(qū)傳輸對(duì)廣東省碳減排具有重要意義；Li等[10]以長(zhǎng)江三角洲地區(qū)為例，分析了該區(qū)域流入電力的污染排放轉(zhuǎn)移效應(yīng)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)2015年長(zhǎng)三角地區(qū)因電力流入而轉(zhuǎn)移出2.05萬(wàn)噸二氧化硫、2.24萬(wàn)噸氮氧化物和0.43萬(wàn)噸粉塵，這些污染物主要轉(zhuǎn)移至山西、四川和湖北?？傮w而言，電力跨區(qū)傳輸?shù)奶寂欧呸D(zhuǎn)移主要表現(xiàn)為由經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)流向電力富集地區(qū)，換言之，電力富集區(qū)為其他地區(qū)的電力需求承擔(dān)了額外的碳排放。

上游電力構(gòu)成對(duì)電動(dòng)汽車的環(huán)境影響較大，使用清潔能源給電動(dòng)汽車供電，可以達(dá)到真正意義上的零排放[31-32]；而使用化石能源發(fā)電供給電動(dòng)汽車，會(huì)在燃料生命周期上游產(chǎn)生大量的能源消耗和污染排放，極大削弱了電動(dòng)汽車的減排優(yōu)勢(shì)[33-34]。隨著區(qū)域間電網(wǎng)連通性的大幅增強(qiáng)，各區(qū)域電力來(lái)源多樣化，本地電源結(jié)構(gòu)不能完全決定電動(dòng)汽車的排放情況[35-36]。由于區(qū)域間電力調(diào)配關(guān)系較為復(fù)雜，且目前區(qū)域間電力傳輸規(guī)模較小，因而少有研究將電力跨區(qū)傳輸這一特征系統(tǒng)融入到電動(dòng)汽車碳排放核算中。僅有的相關(guān)研究，如宋永華等[37]綜合考慮了區(qū)域電源結(jié)構(gòu)差異和跨區(qū)輸電問(wèn)題，提出了分區(qū)域、按電力消費(fèi)來(lái)源評(píng)估電動(dòng)汽車的能源消耗和碳排放水平的思路和方法。他們的研究結(jié)果表明，判斷電動(dòng)汽車是否高碳需要充分考慮各區(qū)域的電力供應(yīng)結(jié)構(gòu)而定，例如廣東，雖然省內(nèi)火電比例很高，但外地流入電力比例很大，且相當(dāng)一部分電力來(lái)自廣西和云南的水電，導(dǎo)致其終端電力的碳排放水平較低，所以廣東電動(dòng)汽車的排放水平也較低。總體而言，電力跨區(qū)傳輸會(huì)影響各區(qū)域的電力結(jié)構(gòu)，進(jìn)而會(huì)對(duì)電動(dòng)汽車的碳排放產(chǎn)生較大影響。

綜上所述，可以看到多數(shù)學(xué)者關(guān)注電力來(lái)源對(duì)電動(dòng)汽車碳排放水平的影響，而電力跨區(qū)傳輸?shù)挠绊憙H有少部分學(xué)者關(guān)注。電動(dòng)汽車規(guī)模化應(yīng)用的電力需求在一定程度上依賴于電力跨區(qū)傳輸，因而電力跨區(qū)域傳輸?shù)呐欧呸D(zhuǎn)移效應(yīng)決定了電動(dòng)汽車規(guī)?；瘧?yīng)用存在類似的環(huán)境問(wèn)題?？紤]到電力是電動(dòng)汽車隱含排放在各區(qū)域間流動(dòng)的主要載體，有必要以電力跨區(qū)域傳輸網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，結(jié)合電動(dòng)汽車的碳排放形成過(guò)程，深入探討電動(dòng)汽車碳排放轉(zhuǎn)移的路徑、方向和特征。此外，目前研究多考慮電力傳輸所帶來(lái)的直接轉(zhuǎn)移量，并沒(méi)有考慮到包括電力流出地本身又從其他地區(qū)購(gòu)入電力時(shí)所產(chǎn)生的間接碳排放轉(zhuǎn)移，本文將彌補(bǔ)這方面的缺陷。

二、研究方法和數(shù)據(jù)來(lái)源

本文的研究過(guò)程如圖1所示。首先，基于拓展的logistic模型和情景分析預(yù)測(cè)各省電動(dòng)汽車年保有量，進(jìn)而估計(jì)不同情景下電動(dòng)汽車規(guī)?；瘧?yīng)用的電力需求；其次，利用準(zhǔn)投入產(chǎn)出模型估計(jì)各省電動(dòng)汽車規(guī)?；瘧?yīng)用的碳排放轉(zhuǎn)移；最后，利用成本收益分析對(duì)各省電動(dòng)汽車規(guī)模化應(yīng)用的環(huán)境損失/收益進(jìn)行分析。

圖1 本文研究框架

（一）電動(dòng)汽車規(guī)?；瘧?yīng)用的電力需求預(yù)測(cè)

目前，對(duì)汽車保有量的預(yù)測(cè)方法較多，常用的方法包括時(shí)間序列模型、因果關(guān)系模型、回歸分析模型、Bass模型、Lotka-Voterra模型及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等[38]。因?yàn)槟壳半妱?dòng)汽車市場(chǎng)還不是一個(gè)完全成熟的市場(chǎng)，其在未來(lái)發(fā)展過(guò)程中的潛在影響因素較多（如扶持政策的變化），因而很難對(duì)長(zhǎng)期電動(dòng)汽車保有量進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。在短期預(yù)測(cè)方面，汽車保有量的變化常被認(rèn)為符合logistic收入曲線的變化，Du等[4]為了精準(zhǔn)地預(yù)測(cè)汽車保有量，提出了一個(gè)拓展的logistic模型。該模型綜合考慮了經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、交通運(yùn)輸能力、人口數(shù)量和石油價(jià)格等因素，且短期預(yù)測(cè)精度較好，模型的具體形式如下

其中，m表示饜足點(diǎn)；a表示曲線的初始狀態(tài)；β表示增長(zhǎng)率；t表示時(shí)間；gdp表示人均收入；vol表示公路客貨周轉(zhuǎn)量；op表示原油價(jià)格。

本文借鑒該模型及相關(guān)系數(shù)的設(shè)定，對(duì)中國(guó)各省2025年民用汽車保有量進(jìn)行了短期預(yù)測(cè)。考慮到電動(dòng)汽車在電池技術(shù)、充電技術(shù)及配套設(shè)施建設(shè)方面還不成熟，且未來(lái)發(fā)展過(guò)程中受各種因素影響的不確定性較大，在咨詢電動(dòng)汽車領(lǐng)域?qū)＜液蛥⒖枷嚓P(guān)內(nèi)部研究報(bào)告的結(jié)果后，對(duì)2025年電動(dòng)汽車的發(fā)展設(shè)置了三種情景，分別為發(fā)展受阻情景、基準(zhǔn)情景和快速發(fā)展情景。第一種情景下，電動(dòng)汽車技術(shù)發(fā)展較緩，沒(méi)有實(shí)質(zhì)性突破，政府對(duì)其支持力度減弱，公眾熱情和期望不高，甚至存在抵制情緒；第二種情景下，電動(dòng)汽車技術(shù)穩(wěn)步發(fā)展，政府支持力度保持穩(wěn)定，電動(dòng)汽車滲透率逐漸提高。第三種情景下，電動(dòng)汽車的關(guān)鍵技術(shù)有了實(shí)質(zhì)性突破，與燃油車的差距快速減小，公眾接受度提高，電動(dòng)汽車市場(chǎng)快速發(fā)展，并逐漸成為購(gòu)車首選。這三種情景的設(shè)置并不是對(duì)電動(dòng)汽車市場(chǎng)的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，其主要目的在于觀察不同電動(dòng)汽車保有量所引發(fā)的碳排放轉(zhuǎn)移情況。電動(dòng)汽車主要考慮純電動(dòng)汽車和插電式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車，三種情景下電動(dòng)汽車占比情況設(shè)置如表1所示。本文與已有相關(guān)研究對(duì)未來(lái)電動(dòng)汽車發(fā)展情景的設(shè)置基本一致，如馮超[39]將2030年純電動(dòng)汽車和插電式混合動(dòng)力汽車占比分別設(shè)置為10%和5%；Du等[4]的預(yù)測(cè)結(jié)果表明在正常發(fā)展情景下2025年電動(dòng)汽車占汽車保有量的比例為7.7%。

表1 電動(dòng)汽車保有量情景設(shè)置 單位：%

各情景下電動(dòng)汽車的電力需求如下

其中，EDi表示i省電動(dòng)汽車運(yùn)行的電力需求；Qik為i省k類型電動(dòng)汽車的保有量；EEVik為i省k類型電動(dòng)汽車的單位耗電量；Rik為i省k類型電動(dòng)汽車的行駛里程；C為電動(dòng)汽車充電損耗率。

（二）基于準(zhǔn)投入產(chǎn)出模型的電動(dòng)汽車碳排放轉(zhuǎn)移測(cè)算

準(zhǔn)投入產(chǎn)出模型（Quasi-Input-Output,QIO）是Qu等[40]提出的一種量化商品貿(mào)易中隱含碳排放量的方法。與傳統(tǒng)的投入產(chǎn)出模型相比，QIO模型可以在整個(gè)電力網(wǎng)絡(luò)中跟蹤電力從生產(chǎn)到消費(fèi)的所有傳輸路徑，從而掌握不同電網(wǎng)之間的直接和間接排放流。直接排放流與區(qū)域間的流入/流出電力有關(guān)；而如果一個(gè)電網(wǎng)的流入電力中含有來(lái)自其他電網(wǎng)的電力，則存在間接排放流。對(duì)于某一個(gè)區(qū)域而言，其傳輸給其他區(qū)域的電力便是該區(qū)域的流入電力，反之亦然。因而可以用n×m矩陣T來(lái)表示各區(qū)域間的電力傳輸關(guān)系，其中，Tnm表示n區(qū)域傳輸至m區(qū)域的電量，該矩陣將根據(jù)所梳理的各區(qū)域間電力流向關(guān)系來(lái)進(jìn)行確定。從電力生產(chǎn)角度來(lái)看，各省消耗的本地電力等于各省生產(chǎn)電力與調(diào)往外省電力之差；從電力消耗角度來(lái)看，各省消耗的本地電力等于各省消耗電力與外省流入電力之差。因而，利用各省消耗的本地電力作為平衡點(diǎn)，搭建各省間電力流向平衡關(guān)系。以三個(gè)省級(jí)電網(wǎng)之間的電力流入/流出關(guān)系為例，A省流入電力包括本省上網(wǎng)電力p1、B省流入電力T21和C省流入電力T31，A省流出電力包括本省消耗電力c1、流出B省電力T12和流出C省電力T13?；诖?，以各省消耗的本地上網(wǎng)電力作為平衡點(diǎn)，省際間電力流向平衡關(guān)系可以確定為“本省上網(wǎng)電力+流入電力=本省消耗電力+流出電力”[40]。具體可用式（3）表示

其中，xi表示i省消耗的本省上網(wǎng)電力；pi和ci分別表示i省生產(chǎn)和消耗的電力。

電動(dòng)汽車消耗的電力包括本省生產(chǎn)電力和外省流入電力。在電力跨區(qū)傳輸過(guò)程中，從其他地區(qū)流入電力將排放留在了發(fā)電地區(qū)，可以視為碳排放移出；而向其他地區(qū)流出電力則情況相反，為碳排放移入。因而，某地區(qū)電動(dòng)汽車消耗的電力總量中外地流入電力產(chǎn)生的碳排放應(yīng)為該地區(qū)電動(dòng)汽車的碳排放轉(zhuǎn)移量。此外，考慮到跨區(qū)傳輸過(guò)程中的電力損耗，初步將某省電動(dòng)汽車的碳排放轉(zhuǎn)移量界定為電動(dòng)汽車電力消耗總量中外省流入以及電力傳輸損耗部分產(chǎn)生的碳排放。

基于所構(gòu)建的省際間電力傳輸網(wǎng)絡(luò)，各省電動(dòng)汽車總體電力需求中外省流入以及傳輸損耗部分產(chǎn)生的碳排放轉(zhuǎn)移量初步如下

其中，ptjm為各省流入m省電力產(chǎn)生的j氣體量；bnm為n省流入m省的電量；efjn為n省排放物j的排放系數(shù)；q為省級(jí)電網(wǎng)數(shù)量。

通過(guò)上述模型得到的碳排放轉(zhuǎn)移量包括直接轉(zhuǎn)移和間接轉(zhuǎn)移兩部分。直接轉(zhuǎn)移是指區(qū)域間電力直接交易所產(chǎn)生的排放流動(dòng)；間接排放轉(zhuǎn)移是指電力流出地本身從外部引入電力，進(jìn)而間接導(dǎo)致電力流入地的碳排放轉(zhuǎn)移到流出地以外的現(xiàn)象。通過(guò)判斷各地區(qū)之間是否存在電力傳輸關(guān)系可以區(qū)分直接和間接碳排放轉(zhuǎn)移。

（三）成本收益分析

本文將通過(guò)成本收益分析框架，對(duì)各省電動(dòng)汽車電力需求的碳排放轉(zhuǎn)移以貨幣價(jià)值形式進(jìn)行衡量，從而為政策制定者評(píng)估和選擇區(qū)域大氣污染協(xié)同治理方案提供決策信息。下面將從電力流出地和流入地兩個(gè)視角介紹成本收益分析的框架。電力流出地的收益主要指流出電力的電價(jià)收入，而成本主要是流出電力生產(chǎn)過(guò)程中所造成的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)損失。相反，電力流入地的收益是指碳排放減少帶來(lái)環(huán)境質(zhì)量變高和人體健康改善等多層面的社會(huì)收益，成本是指為了獲得外部電力需要支付的費(fèi)用。對(duì)于大多數(shù)省份來(lái)說(shuō)，它們既是電力生產(chǎn)者，也是電力消費(fèi)者。由于目前的電價(jià)不能反映電力消費(fèi)的環(huán)境成本，此部分中的成本和效益主要是指跨省電交易造成的經(jīng)濟(jì)損失和效益。電力交易給各省帶來(lái)的環(huán)境收益、環(huán)境損失和凈收益可以分別可以用式（5）～式（7）表示

其中，Benefiti和Costi分別表示某省碳排放轉(zhuǎn)移而產(chǎn)生的環(huán)境收益和損失；Qi是指單位碳排放量的環(huán)境價(jià)值；Eimn和Einm分別指n到m省和m到n省的碳排放轉(zhuǎn)移量；Netbenefit為各省碳排放轉(zhuǎn)移的凈收益。

碳排放的單位環(huán)境價(jià)值依據(jù)生態(tài)環(huán)境部提出的《主要污染物減排總量核算辦法》和《排污費(fèi)征收管理辦法》的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，本文碳排放的環(huán)境價(jià)值設(shè)定為0.195元/千克。不同的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和人口密集程度決定了同樣的排放在各地環(huán)境成本也有較大差異。東部地區(qū)因?yàn)槿丝诩小⒔?jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高、能源資源相對(duì)匱乏，因而發(fā)電的環(huán)境成本較高；相反，中西部地區(qū)能源資源豐富、人口稀少、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較低，因而發(fā)電的環(huán)境成本也比較低。本文選取單位面積的碳排放水平、單位面積GDP和人均GDP對(duì)各省單位碳排放的環(huán)境收益和損失進(jìn)行調(diào)整。通過(guò)去量綱處理，以處在均值水平的省份環(huán)境損失水平為基準(zhǔn)，可以得到各省單位環(huán)境損失系數(shù)。

（四）數(shù)據(jù)來(lái)源

考慮到中國(guó)電源結(jié)構(gòu)以煤電為主，發(fā)電過(guò)程中產(chǎn)生的氣態(tài)排放物種類較多，參考世界氣象組織最新發(fā)布的全球氣候報(bào)告，本文選擇二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亞氮（N2O）作為代表。三種氣體將使用全球增溫潛勢(shì)（GWP）統(tǒng)一折算為CO2當(dāng)量，目前CO2、CH4和N2O的GWP值分別為1、25和298。各省電網(wǎng)排放量等同于各種發(fā)電能源（主要包括原煤等）的排放量之和。本文按照省級(jí)行政區(qū)域邊界將中國(guó)劃分為30個(gè)省級(jí)電網(wǎng)。由于缺少相關(guān)數(shù)據(jù)，暫不考慮西藏、臺(tái)灣、香港和澳門四個(gè)地區(qū)的省級(jí)電網(wǎng)，各省發(fā)電結(jié)構(gòu)如表2所示。各省發(fā)電量、廠用電率和用電量來(lái)源于《中國(guó)電力年鑒》。各省流出電量情況和省際間電力流向關(guān)系來(lái)源于《電力工業(yè)統(tǒng)計(jì)資料匯編》和《中國(guó)電力行業(yè)年度發(fā)展報(bào)告》。發(fā)電燃料消費(fèi)量和平均低位發(fā)熱值來(lái)源于《中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒》。分燃料品種的含碳量主要來(lái)源于《省級(jí)溫室氣體清單編制指南（試行）》。各省火電機(jī)組的裝機(jī)容量和發(fā)電時(shí)間來(lái)源于《中國(guó)電力年鑒》。行駛里程主要參考Ou等[41]的研究，不同區(qū)域私家車的行駛里程具體如表3所示。

表2 2017年中國(guó)各省電力結(jié)構(gòu) 單位：億千瓦時(shí)

表3 按區(qū)域劃分的私人乘用車年均行駛距離

三、電動(dòng)汽車規(guī)模化應(yīng)用的電力需求及碳排放轉(zhuǎn)移

（一）電動(dòng)汽車規(guī)?；瘧?yīng)用的電力需求預(yù)測(cè)

基于民用汽車保有量預(yù)測(cè)結(jié)果，結(jié)合所設(shè)置的相關(guān)情景，得出了各省電動(dòng)汽車保有量?？傮w上來(lái)看，各情景下電動(dòng)汽車保有量的地區(qū)差異較大。其中，河北、江蘇、浙江、山東和廣東的保有量較高。在快速發(fā)展情景下，這些省份的純電動(dòng)汽車和插電式混合動(dòng)力汽車保有量分別超過(guò)500萬(wàn)輛和200萬(wàn)輛。而對(duì)于青海、寧夏、海南等省份，由于其人口較少，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相對(duì)較低，電動(dòng)汽車的推廣數(shù)量仍然較少。在對(duì)各情景下電動(dòng)汽車保有量進(jìn)行預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步估算各省電動(dòng)汽車的電力需求，具體結(jié)果如圖2所示?？梢钥吹?，各省電力需求的總體趨勢(shì)與保有量基本一致，這主要是因?yàn)楸疚闹饕劢顾郊臆?，各地區(qū)私家車日常行駛里程差異不大。電力需求最大的為廣東、山東和江蘇，這些省份電動(dòng)汽車年電力需求均超過(guò)了150億千瓦時(shí)。而青海、寧夏、海南等省份在快速發(fā)展情景下的年電力需求均不超過(guò)50億千瓦時(shí)。

圖2 三種發(fā)展情景下電動(dòng)汽車的電力需求

（二）電動(dòng)汽車規(guī)模化應(yīng)用的碳排放轉(zhuǎn)移量

根據(jù)所構(gòu)建的全國(guó)電力傳輸網(wǎng)絡(luò)，對(duì)各省電動(dòng)汽車規(guī)?；瘧?yīng)用的碳排放轉(zhuǎn)移進(jìn)行了核算。全國(guó)電動(dòng)汽車在發(fā)展受阻情景、基準(zhǔn)情景和快速發(fā)展情景下的碳排放轉(zhuǎn)移量分別達(dá)到585.82萬(wàn)噸CO2當(dāng)量、937.31萬(wàn)噸CO2當(dāng)量和2 343.28萬(wàn)噸CO2當(dāng)量。表4和表5分別展示了在不同情景下主要省份電動(dòng)汽車規(guī)模化應(yīng)用的碳排放移出量和移入量。北京、天津、河北、遼寧、江蘇、浙江、山東和廣東的碳排放移出量較大，均超過(guò)10萬(wàn)噸CO2當(dāng)量。這些省份經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，電動(dòng)汽車保有量相對(duì)較高，電力需求較大，外省流入電力中煤電占據(jù)較大比例，導(dǎo)致這些省份碳排放移出量較大。大部分地區(qū)的間接排放轉(zhuǎn)移量較低，低于碳排放移出總量的5%；但北京和上海的間接排放轉(zhuǎn)移量較高，分別占碳排放轉(zhuǎn)移總量的20.38%和15.96%，這主要是因?yàn)樗鼈冸娏?lái)源地（如山西、江蘇、浙江）同樣有較多的外部流入電力，由此將碳排放經(jīng)由全國(guó)電力傳輸網(wǎng)絡(luò)逆向轉(zhuǎn)移到了其他地區(qū)。

表4 主要省份電動(dòng)汽車規(guī)?；瘧?yīng)用的碳排放移出量 單位：萬(wàn)噸CO2當(dāng)量

表5 主要省份電動(dòng)汽車規(guī)?；瘧?yīng)用的碳排放移入量 單位：萬(wàn)噸CO2當(dāng)量

碳排放移入量較大的省份為山西、內(nèi)蒙古、安徽、寧夏和新疆，這些省份電動(dòng)汽車保有量相對(duì)較低，本地電力可以很好地滿足電動(dòng)汽車充電需求，同時(shí)由于電能豐富，在流出電力滿足其他省份電力需求的過(guò)程中，使得碳排放回流至本省。在碳排放主要移入省份中，內(nèi)蒙古的碳排放移入量遠(yuǎn)超其他省份，其排放量在電動(dòng)汽車發(fā)展受阻情景下也依然超過(guò)150萬(wàn)噸CO2當(dāng)量。除了該省電力資源豐富，更主要的原因在于其電源結(jié)構(gòu)以火電為絕對(duì)主導(dǎo)，占總發(fā)電量80%以上。大部分地區(qū)間接排放轉(zhuǎn)移量占總轉(zhuǎn)移量的比例均低于10%；而新疆、貴州和吉林的這一比例分別為10.13%、16.44%和23.05%，原因在于這些地區(qū)的電力流出地多為電力樞紐，其又將大量電力傳輸給周邊地區(qū)，如“新疆→浙江→上?！?。

（三）電動(dòng)汽車規(guī)模化應(yīng)用的碳排放轉(zhuǎn)移路徑

為了更好地展示區(qū)域間碳排放轉(zhuǎn)移關(guān)系，表6繪制出碳排放轉(zhuǎn)移的主要路徑。從地理區(qū)位上來(lái)看，碳排放移出量較多的省份基本分布在東部沿海，而碳排放移入量較多的省份主要分布在中、西部地區(qū)。也就是說(shuō)，隨著電動(dòng)汽車保有量的增多，大規(guī)模電力需求所帶來(lái)的排放轉(zhuǎn)移呈現(xiàn)從東向西的趨勢(shì)，這與電力傳輸?shù)姆较蛘孟喾?。但是，電力外輸大省未必是碳排放移入的主要省份。如廣東省電動(dòng)汽車在發(fā)展受阻情景、基準(zhǔn)情景和快速發(fā)展情景下的電力需求均為所有省份中最高，但是其碳排放轉(zhuǎn)移量卻低于河北、北京、浙江、江蘇、遼寧和山東。主要原因在于廣東外部流入電力的一半以上來(lái)自云南，而云南非化石能源發(fā)電（包括水電、風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電）占總發(fā)電量的比例超過(guò)90%，這大幅降低了流入電力的碳排放轉(zhuǎn)移量。廣東省電動(dòng)汽車規(guī)模化應(yīng)用的碳排放轉(zhuǎn)移地主要為貴州，但是貴州并不是廣東最大電力流入的省份。因而電動(dòng)汽車推廣規(guī)模的逐漸擴(kuò)大未必會(huì)導(dǎo)致區(qū)間碳排放轉(zhuǎn)移量的增加。除了從東部向西部的總體轉(zhuǎn)移趨勢(shì)外，各區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)部的碳排放流動(dòng)不容忽視，可以看到同屬于華東電網(wǎng)的浙江和江蘇向安徽轉(zhuǎn)移了的大量碳排放，類似情況同樣存在于華北電網(wǎng)。

表6 電動(dòng)汽車規(guī)?；瘧?yīng)用的主要碳排放轉(zhuǎn)移路徑 單位：萬(wàn)噸CO2當(dāng)量

為說(shuō)明電力跨區(qū)傳輸在電動(dòng)汽車碳排放核算中的重要作用，繪制了主要省份電動(dòng)汽車規(guī)模化應(yīng)用的排放轉(zhuǎn)移在總排放量中的結(jié)構(gòu)，如圖3所示。圖3所展示的省份中，隨著電動(dòng)汽車保有量的增加，碳排放轉(zhuǎn)移量在總排放中所占比例持續(xù)增高。對(duì)于部分地區(qū)來(lái)說(shuō)，如北京市，其電動(dòng)汽車電力需求所產(chǎn)生的碳排放轉(zhuǎn)移已經(jīng)占總排放量的90%以上。也就是說(shuō)，忽視電力傳輸所帶來(lái)的排放轉(zhuǎn)移會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)汽車碳排放核算的較大偏差。在以往研究中，當(dāng)核算電動(dòng)汽車在行駛階段的碳排放時(shí)，大部分研究忽略了電力跨區(qū)傳輸?shù)挠绊懀?dāng)然這與過(guò)去各區(qū)域間電力傳輸量較小有關(guān)。近期部分研究開(kāi)始關(guān)注這一問(wèn)題，如Shen等[42]在核算電動(dòng)汽車2030年的排放量時(shí)，雖然也考慮了電力跨區(qū)傳輸?shù)挠绊懶?yīng)，但主要是各大區(qū)域電網(wǎng)之間的電力流通，未能將尺度進(jìn)一步拓展到省級(jí)層面。也有少量研究考慮省域間電力傳輸，但只考慮了各省電力凈流入或流出量的排放轉(zhuǎn)移，未能將各省電力流入和流出量分開(kāi)核算，本文的研究彌補(bǔ)了上述缺陷。

圖3 主要省份電動(dòng)汽車規(guī)?；瘧?yīng)用的碳排放量

（四）電動(dòng)汽車規(guī)模化應(yīng)用碳排放轉(zhuǎn)移的環(huán)境效益

由于各省份在不同情景下的排放轉(zhuǎn)移量?jī)H在絕對(duì)量上存在差異，占總排放量的比例一致。因此，以各省份在電動(dòng)汽車快速發(fā)展情景下的環(huán)境收益和損失計(jì)算結(jié)果為例進(jìn)行分析，具體如表7所示。由表7可以看到，東部地區(qū)的環(huán)境凈收益基本為正，其中上海的環(huán)境凈收益最高為21.19億元；而中、西部地區(qū)的環(huán)境凈收益大多為負(fù)，凈損失最大的山西為-2.91億元；全國(guó)的環(huán)境凈收益為76.88億元。這表明東部地區(qū)所取得的環(huán)境收益遠(yuǎn)超過(guò)西部地區(qū)的環(huán)境損失。對(duì)于東部地區(qū)來(lái)說(shuō)，通過(guò)中西部地區(qū)的電力流入減少本地電力生產(chǎn)來(lái)滿足電動(dòng)汽車規(guī)?；l(fā)展，這有利于全國(guó)總體環(huán)境效益提升。

表7 主要省份環(huán)境成本和收益

四、結(jié)論

發(fā)展電動(dòng)汽車是國(guó)家推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)和打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)的重要舉措。隨著電動(dòng)汽車保有量的提高，大規(guī)模充電需求要以區(qū)域間電力傳輸為保障，由此產(chǎn)生碳排放在區(qū)域之間的轉(zhuǎn)移。本文利用準(zhǔn)投入產(chǎn)出分析方法，測(cè)算了多種情景下電動(dòng)汽車規(guī)?；瘧?yīng)用的碳排放轉(zhuǎn)移情況，主要結(jié)論如下：（1）電動(dòng)汽車規(guī)模化應(yīng)用會(huì)加劇碳排放在區(qū)域之間的流動(dòng)，主要路徑為經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的沿海地區(qū)向欠發(fā)達(dá)的中、西部地區(qū)輸出碳排放，以及各區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)部的碳排放轉(zhuǎn)移，最大的電力流出省份內(nèi)蒙古在電動(dòng)汽車快速發(fā)展情景下流入的碳排放超過(guò)600億噸。（2）碳排放轉(zhuǎn)移除了由電力流入地向電力流出地直接轉(zhuǎn)移，還會(huì)通過(guò)電力樞紐地區(qū)間接流向其他地區(qū)，產(chǎn)生間接碳排放轉(zhuǎn)移，大部分地區(qū)間接轉(zhuǎn)移占總排放轉(zhuǎn)移的比例不足10%，而北京和上海的間接碳排放轉(zhuǎn)移量均超過(guò)總排放轉(zhuǎn)移量的15%。（3）電動(dòng)汽車電力需求所產(chǎn)生的碳排放轉(zhuǎn)移量在總排放量中的比例不容忽視，如北京市電動(dòng)汽車的碳排放轉(zhuǎn)移量甚至超過(guò)總排放量的90%。（4）電力跨區(qū)傳輸對(duì)電動(dòng)汽車規(guī)?；瘧?yīng)用的環(huán)境價(jià)值具有正向影響，有利于提升全國(guó)總體環(huán)境效益。

隨著全國(guó)電動(dòng)汽車保有量的持續(xù)增多，大規(guī)模充電需求所帶來(lái)的碳排放轉(zhuǎn)移將不斷加劇，這無(wú)疑會(huì)給電力流出量較大的中、西部地區(qū)造成較大負(fù)面影響。電力生產(chǎn)過(guò)程中將產(chǎn)生大量氣態(tài)排放物進(jìn)入環(huán)境，危害生態(tài)系統(tǒng)和人體健康，阻礙當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。如果不采取措施緩解和治理碳排放轉(zhuǎn)移問(wèn)題，中、西部地區(qū)實(shí)際上承擔(dān)了其他區(qū)域電動(dòng)汽車電力消費(fèi)的外部性。此外，中、西部地區(qū)的生態(tài)環(huán)境比東部沿海地區(qū)更加脆弱、難以恢復(fù)，過(guò)度的能源資源開(kāi)發(fā)將產(chǎn)生永久性的環(huán)境問(wèn)題，不利于區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。隨著電力跨區(qū)傳輸體量不斷增大，這種環(huán)境壓力將愈發(fā)明顯。為了平衡地區(qū)之間的環(huán)境利益，實(shí)現(xiàn)資源的有效配置，從碳排放轉(zhuǎn)移的角度來(lái)看，本文可為電動(dòng)汽車推廣工作提供如下啟示：（1）碳排放移出量較大的地區(qū)大多經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)完善，公眾對(duì)電動(dòng)汽車認(rèn)知程度高，具備較好的電動(dòng)汽車推廣條件；但這些地區(qū)電力需求較為依賴于外部電力供應(yīng)，導(dǎo)致大量碳排放轉(zhuǎn)嫁至其他地區(qū)。因此，此類地區(qū)在推廣電動(dòng)汽車的過(guò)程中，應(yīng)該通過(guò)生態(tài)補(bǔ)償措施調(diào)控本地電動(dòng)汽車發(fā)展給其他地區(qū)造成的環(huán)境損失。（2）碳排放移出量較少地區(qū)的電力供應(yīng)大多可以滿足自身需求，因而這些地區(qū)應(yīng)逐步提升清潔能源在發(fā)電結(jié)構(gòu)中的比重。（3）碳排放移入量較大地區(qū)的電源結(jié)構(gòu)以化石能源為主，為了降低外輸電力給自身所帶來(lái)的環(huán)境影響，除了要提升清潔能源發(fā)電能力，更需要提升清潔能源發(fā)電在外輸電力中的比例，例如內(nèi)蒙古和新疆都有較為豐富的風(fēng)力資源。（4）部分對(duì)外流出電量很大的地區(qū)排放移入量較小（如云南和四川），即便對(duì)外大規(guī)模流出電力，對(duì)本地碳排放的影響也不明顯，這些地區(qū)的電源結(jié)構(gòu)可以很好地發(fā)揮電動(dòng)汽車節(jié)能環(huán)保的優(yōu)勢(shì)。