技術進步不確定性下我國碳減排路徑建模研究

朱潛挺

摘 要：碳峰值承諾下的我國減排路徑研究是國家當前的重要需求。然而，傳統基于新古典經濟學的減排路徑研究大多忽略了微觀企業主體在對宏觀政策響應中表現出的異質性、有限理性以及多層交互性等特征，最終影響到減排路徑的選擇。通過對國際上現有相關研究對比，提出在演化經濟學框架下，基于碳減排路徑復雜機制，以微觀異質性企業主體創新行為所引發的不確定性技術進步作為系統驅動力，構建將宏觀層面產業結構演化與微觀層面企業行為相耦合的多層次動態演化碳減排模型的新思路，為我國制定經濟效益可行的2030年達峰減排路徑相關政策提供參考依據。

關鍵詞：碳減排路徑；建模；技術進步不確定性

中圖分類號：F2

文獻標識碼：A

doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2017.19.004

1 引言

減少二氧化碳排放已成為全球大多數國家的共識。2014 年11 月，中國在APEC 會議中聲明，將于2030 年左右達到碳排放峰值。然而實現碳峰值承諾，將成為我國未來保持經濟可持續發展的一個巨大挑戰。當前中國正處于快速工業化進程中，經濟發展仍以耗能較大的第二產業為支柱，能源消費增長較快，提前達峰就意味著需要付出更高減排成本，給經濟增長帶來負面影響。在這種形勢下，研究如何通過微觀技術進步和宏觀產業結構升級，來降低減排給經濟帶來的沖擊，從而有效協調碳減排與經濟發展間的矛盾。然而，減排路徑選擇具有高度復雜性，一方面宏觀減排政策影響微觀企業主體的經濟和技術創新行為，另一方面由于微觀企業主體的行為改變，宏觀經濟狀態也會隨之變化，從而影響到減排路徑的長期演化。事實上，減排路徑、宏觀經濟結構、微觀企業行為存在協同演化關系，往往表現出有限理性、不確定性、多層次性等特征。這些特征突破了傳統新古典經濟學理論的基本假設，需要采取新的經濟學研究范式，而演化經濟學正契合了這種需求。所謂演化經濟學以經濟主體的有限理性為基本假設，以動態的、發展的、非均衡的視角看待經濟系統（Safarzynska，2013）。

2 碳減排路徑研究綜述

雖然目前全球對于碳減排尚未達成具有法律約束力的統一協議，但對于減排路徑的研究卻早已受到各國學者關注，并已成為應對氣候變化行動的一個研究熱點。按照研究方法的不同，可以分為三類：

第一類是采用基于碳排放要素的計量經濟學方法，如時間序列分析、回歸分析、IPAT 模型、ARIMA 模型等。Yue 等（2013）基于IPAT 模型，通過納入經濟增長、人口增長、能源強度、可再生能源等指標研究了江蘇省CO2 減排路徑；Zhou，Sun 和Zhou（2014）基于DEA模型分析了最優CO2排放控制的時空分配路徑；Yuan 等（2014）基于Kaya 公式分析了不同發展情景下的未來能源和碳排放路徑，認為中國的能源消費高峰將出現在2035-2040年，峰值為5200～5400百萬噸標準煤，同時碳排放高峰將出現在2030-2035 年，峰值為92～94 億噸。Parajuli 等（2014）、Aydin（2014）等也采用了類似的計量經濟學方法研究了碳排放路徑問題。這類研究從影響能源消費和碳排放的關鍵因素出發，通過構建因素間計量模型，研究多情景下的減排路徑選擇問題，但這類研究對碳排放控制的經濟影響評估存在不足。

第二類是基于未來可選擇減排技術的技術優化模型。Eom 等（2015）基于AMPERE WP2模型分析了不同技術選擇下未來減排路徑差異，認為CCS 技術的可獲得性是未來減排的關鍵；Jnsson 和Algehed（2010）研究了不同技術解決方案下未來的排放路徑，指出CCS 的減排潛力巨大，但其經濟利潤率更多依賴于能源市場的發展；Hou，Ho 和Wiley（2014）評估了低碳技術在澳大利亞電力市場中的減排潛力；Ashina 等（2012）基于AIM 技術選擇模型分析了日本實現2050 年碳排放比1990 年降低80%目標下的減排路徑。這類研究通過比較不同技術選擇情景下的成本效益來分析未來減排路徑，比較適合于減排路徑問題中的技術選擇分析。

第三類是基于計算經濟學的集成評估模型（Integrated Assessment Model，IAM）。這類研究將經濟活動與能源消費、碳排放的動力學機制相結合，通過構建經濟-能源-排放集成模型，從全局的角度開展減排路徑研究（Wing 和Eckaus，2007； Vaillancourt 等，2014）。IAM研究的開創性工作始于Nordhaus（1991，1992，1994），Nordhaus 的DICE 和RICE 模型實現了社會福利最大化目標下的減排政策和減排路徑分析（Nordhaus 和Yang， 1996）；Manne等（1992，1995，2005）也在區域尺度上開發出了區域最優政策評估模型，并對減排政策的區域及全球影響進行了評價；Anandarajah 和Gambhir（2014）基于TIAM-UCL 模型將印度作為全球16 個區域之一，分析了該國在2 度溫控目標下的減排路徑。類似功能的模型還包括FOUND 模型（Tol，1997，2002）、MESSAGE 模型（Rao，Keppo 和Riahi，2006）等。比較而言，第三類方法從對碳排放動因到碳減排控制和應對政策方面具有更為全面的模擬，它將排放控制措施與經濟系統進行耦合，體現了經濟與碳排放之間的相互影響、相互制約關系，是三類方法中最具系統性和最能反映現實情況的一種分析方法。

然而，雖然基于計算經濟學的集成評估模型能夠在整體上反映經濟-能源-排放之間的動力學關系，但目前的相關研究大多是以新古典經濟學為理論基礎，存在一定的局限性。這是因為新古典經濟學的前提假設極為嚴格，包括三大核心假設：完全理性假說、個體效用最大化假說以及完全信息假說（Henderson， 2008），另外還有代表性主體假說、均衡假說等。鑒于這些嚴格假設，諸多學者認為，新古典經濟學在對復雜社會-經濟交互以及具有高度不確定性問題的分析能力上是不足的（Arthur，1989；Ostrom，2008；Farmer 和Foley，2009）。

進一步地，就減排路徑研究而言，基于新古典經濟學的分析框架也存在局限性，主要表現在三個方面：（1）缺乏異質性表征。在減排路徑研究中，微觀企業是碳排放的基本單元，但由于經濟水平、技術水平、風險偏好、創新能力等稟賦差異，使得各企業對宏觀減排政策的反饋行為也表現出異質性。但新古典經濟學的代表性主體假設特征掩蓋了異質性企業間的差別，無法全面刻畫異質性企業個體對宏觀減排政策響應的差異，而其中某些可能引起系統突變的響應是不容忽視的（Kirman，1992）。（2） 缺乏有限理性表征。微觀企業對于宏觀減排政策的響應不僅存在差異，而且是有限理性的。在特定的減排政策下，企業所采取的適應行動是基于其自身已掌握信息進行決策的結果，但現實中企業個體并不掌握完全信息，且個體所具備的能力也不能完全支撐其理性決策（Simon，1986），取而代之的是企業個體的有限理性決策，即個體決策更傾向于追求“滿意”的結果，而不是效用最大化假說下的“最優”結果（Dosi 和Egidi，1991）。Nelson 和Winter（1982）認為有限理性企業會建立常規路徑來解決問題，這個過程是基于學習反饋的，而不是完全預測或復雜優化論證。（3） 缺乏多層交互表征。減排路徑的實現不僅取決于宏觀層面的減排政策調控，更涉及微觀層面各行業中企業的技術創新行為及其對減排政策的響應，是一個微觀企業行為與宏觀結構調控完全交織在一起的多層次交互過程（Schelling，1978）。基于以上三個方面的考慮，如果在新古典經濟學分析框架下對減排路徑問題開展研究，結果將很可能偏離現實軌跡。

3 技術進步與碳減排路徑建模

為此，我們需要開辟新的研究視角。演化經濟學思想恰好滿足了這種需求。在演化經濟學的分析框架下，微觀異質性主體將直接參與經濟系統的動態演化過程，且主體決策表現為顯式的有限理性選擇而不再依賴于抽象的優化計算；同時，在微觀異質性主體行為的驅動下，宏觀狀態發生演化將反作用于微觀主體，進而影響微觀主體的下一次決策，是一個涉及多層次交互反饋的復雜系統（Potts，2000）。演化經濟學思想彌補了新古典經濟學中完全理性、最大化效用、完全信息等假設的不足，在碳減排復雜性問題的研究中具有其獨特的優勢。目前，在國際上已有一些基于微觀企業行為來研究宏觀經濟狀態演化的先例。例如，Lorentz 和Savona（2008，2010）基于演化經濟學構建了德國的產業結構演化模型，其中微觀企業具備隨機創新能力；Dosi，Fagiolo和Roventini（2006）提出了一個內生經濟周期的動態演化模型；Safarzynska，Brouwer 和Hofkes（2013）研究了洪災事件對宏觀經濟影響的演化模型；龔軼等（2013）基于演化經濟學實現了我國產業結構演化模擬。在這些研究中，經濟系統由大量具有異質性、有限理性等特性的企業主體所構成，企業根據自身的經濟稟賦進行創新，并通過與其他部門的供需關系改變宏觀經濟結構。它們驗證了以演化經濟學視角來分析微觀企業行為與宏觀經濟狀態演化交互的可能性，滿足了減排過程中微觀企業行為與宏觀結構演變交織的動態演化特性，為減排路徑問題的模擬研究提供了參考基礎。

從演化經濟學的角度來看，減排的核心在于技術進步（Edenhofe 等，2010；Luderer 等2011；Krey 等，2013）。諸多研究表明，技術進步對于我國碳減排的作用是顯著的（王錚等，2006；申萌，李凱杰和曲如曉，2012）。國內外在技術進步對減排影響的模擬研究中，主要是將技術進步分為外生技術進步（Nordhaus 和Yang，1996；Pizer，1999）和內生技術進步（Messner，1997；van der Zwaan 等，2002；Popp，2004，2006）兩種模式。但目前的研究不論是外生技術進步還是內生技術進步，其方法都是在宏觀層面上的技術水平推演，忽視了在宏觀減排政策下微觀企業主體反饋的異質性、創新決策和經濟行為的有限理性等特征；同時企業創新結果成功與否的隨機不可預測性也會造成系統演化的不確定性，而這些特性正是演化經濟學可以發揮優勢之處。

技術進步不僅是碳減排的核心，也是產業結構升級的核心（Faber 和Frenken，2009）。余慧超和王禮茂（2009），何建坤（2010），劉衛東等（2010），郭朝先（2012）等認為產業結構升級是我國未來降低碳排放的重要因素之一。目前針對產業結構對碳排放影響的研究主要采用指數分解法（Wang，Chen 和Zou，2005； Claudia，2010）和投入產出分析法（孫建衛等，2010；曹俊文，2011），這兩種方法主要是從靜態角度分析產業結構與碳排放的聯系。但事實上，產業結構的演化不僅將影響碳排放，還將影響微觀企業生產和創新行為，而對微觀行為的影響又將進一步反作用于宏觀產業結構和碳排放的長期動態演化，即宏觀與微觀始終處于連續的動態交互過程中。這在指數分解法和投入產出分析法中難以有效體現。因此，本項目的研究重點是，通過探索不同減排創新政策下微觀技術進步、宏觀產業結構與碳排放趨勢所表現出協同演化規律，為選擇經濟可行的2030 年碳峰值減排路徑提供決策支持。

在研究方法上，可采用基于自主體方法對宏觀與微觀建模進行整合，以反映經濟-能源-排放系統的動態演化特性。所謂基于自主體模擬（Agent-Based Simulation，ABS），就是以若干異質的自主體模擬客觀世界個體，以自主體間的交互模擬系統動態性和復雜性。由于ABS 是一種自底向上的建模方式，契合了演化經濟學以異質性微觀行為研究宏觀狀態演化的思想，因此被認為是演化經濟學模擬最靈活、最有效的建模方法（Faber 和Frenken，2009；Farmer 和Foley，2009；Safarzynska，Brouwer 和Hofkes，2013）。

4 總結

為彌補傳統基于新古典經濟學的減排路徑研究所忽略的微觀企業在對宏觀減排政策反饋中表現出的異質性、有限理性以及多層交互性等特征的不足，本文在演化經濟學的思想指引下，將微觀企業創新行為所引發的不確定性技術進步作為驅動力，分析宏觀層面產業結構與微觀層面企業行為相結合的多層次演化減排模型的構建，以幫助實現微觀與宏觀交互的動態模擬，提出了以演化經濟學模擬來研究減排路徑問題的新思路。