上海市碳減排系統(tǒng)仿真分析及對出口競爭力的影響①

華北電力大學(xué)(保定) 李艷紅

能源消費所排放的二氧化碳占全球二氧化碳排放總量的80%，對溫室效應(yīng)加劇的影響承擔(dān)2/3的責(zé)任[1]。中國積極承擔(dān)全球碳減排任務(wù)，2009年哥本哈根氣候大會上，中國承諾2020年碳排放強度比2005年降低40%～50%。上海市作為中國經(jīng)濟發(fā)展的中心，對周邊地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境改善起著重要的示范作用。但隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，上海市能源消費總量不斷攀升，碳排放迅速增長。關(guān)于碳排放的常用分析方法主要有STIRPAT、LEAP、EKC曲線。林伯強等利用EKC曲線對中國碳排放拐點進行了分析和預(yù)測[3]；賈彥鵬等利用LEAP模型對景德鎮(zhèn)市2020年碳排放進行了預(yù)測[4]；張巍構(gòu)建了STIRPAT模型分析了工業(yè)經(jīng)濟規(guī)模、工業(yè)增加值、人口等因素對陜西省碳排放的影響[5]。

然而一個城市的能源消耗碳排放受到多種因素的影響，是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，傳統(tǒng)的多元模型分析模式無法全面地、系統(tǒng)地反映各因素的相互關(guān)系和反饋路徑。系統(tǒng)動力學(xué)以反饋控制理論為基礎(chǔ)，通過深入分析系統(tǒng)中復(fù)雜的反饋行為，可以有效分析各因素間的相關(guān)關(guān)系。本文構(gòu)建上海市碳減排系統(tǒng)仿真模型，通過不同情景設(shè)定，模擬2017—2020年不同因素調(diào)整對上海市碳排放的影響，確定實現(xiàn)2020年上海市低碳經(jīng)濟發(fā)展目標的政策路徑。

1 上海市碳減排系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

控制碳排放實現(xiàn)低碳經(jīng)濟是上海市經(jīng)濟發(fā)展的主要目標之一，本文構(gòu)建的系統(tǒng)由碳排放以及能源消耗兩個模塊構(gòu)成，兩者之間通過信息的傳遞維持系統(tǒng)的發(fā)展平衡。上海市碳排放能耗因果回路如圖1所示。

圖1 上海市能源消耗碳排放因果回路圖

模型的時間邊界為2007—2020年，模擬基期為2007年，模型建立使用的歷史數(shù)據(jù)為2007—2016年。根據(jù)系統(tǒng)反饋機制，采用表函數(shù)法并借助Vensim PLE軟件建立上海市碳排放能耗模型流圖，如圖2所示。

圖2 上海市碳排放能耗模型流圖

2 碳減排系統(tǒng)仿真結(jié)果分析

模型構(gòu)建之后需進行有效性驗證，本文選取能源消耗總量、二氧化碳排放量兩個變量進行誤差檢驗。結(jié)果顯示，兩個主要變量的最大絕對誤差均為-9.00%，平均絕對誤差分別為-3.59%和-3.58%，均在可接受范圍內(nèi)。

根據(jù)《上海市節(jié)能和應(yīng)對氣候變化“十三五”規(guī)劃》內(nèi)容，政策設(shè)置目標為：2020年二氧化碳排放總量不超過25000萬噸，碳強度比2015年降低20.5%，達到0.188噸/萬元。

2.1 產(chǎn)業(yè)投資結(jié)構(gòu)單維度情景模擬

上海市2016年的三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)比為0.3%：36.1%：62.7%。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)投資比例本文設(shè)置為表函數(shù)，模擬設(shè)定2020年的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)投資比例，2016—2019年數(shù)值由系統(tǒng)自動生成，模擬設(shè)置情景如表1所示。模擬結(jié)果如表2所示。

表1 上海市產(chǎn)業(yè)投資結(jié)構(gòu)情景模擬參數(shù)設(shè)置表

表2 產(chǎn)業(yè)投資結(jié)構(gòu)單維度情景模擬能耗強度及碳強度

四種情景模擬結(jié)果顯示，2020年碳強度模擬值分別為0.193、0.212、0.204、0.182，其中僅情景三的模擬值0.182完成了2020年不超過0.188的目標值。因此僅考慮增加第三產(chǎn)業(yè)投資實現(xiàn)規(guī)劃目標值具有一定局限性。

2.2 科技投入調(diào)整單維度情景模擬

科技投入的提高可以促進經(jīng)濟的快速發(fā)展，從而實現(xiàn)單位GDP能耗和碳排放量的降低。上海市2016年科技投入占GDP比重為4.1%，通過調(diào)整科技投入占GDP的比重來模擬分析目標值的變化情況。模擬情景2020年科技投入調(diào)整值設(shè)置如表3所示，2017—2019年數(shù)值由系統(tǒng)對應(yīng)表函數(shù)給出。

表3 科技投入情景模擬參數(shù)設(shè)置表

由表4可知，科技投入比的增加可以實現(xiàn)能源強度和碳強度的降低。在四種情景下能源強度仍然未滿足目標值，而碳強度在情景三時達到目標值。因此單靠提高科技投入來實現(xiàn)所有規(guī)劃目標值具有一定局限性。

表4 科技投入單維度情景模擬能耗強度及碳強度表

2.3 能源消費結(jié)構(gòu)單維度情景模擬

上海市各能源消費比例函數(shù)采用表函數(shù)，模擬情景給出2020年值，2017—2019年值為系統(tǒng)對應(yīng)表函數(shù)生產(chǎn)，能源消費結(jié)構(gòu)調(diào)整情景模擬參數(shù)設(shè)置如表5所示。

表5 能源消費結(jié)構(gòu)調(diào)整情境模擬參數(shù)設(shè)置表

經(jīng)過仿真，得出表6為上海市能源消費結(jié)構(gòu)調(diào)整情景模擬碳強度值。

表6 能耗結(jié)構(gòu)調(diào)整情景模擬碳強度表

從表6中可以得知，隨著煤炭能源消耗量的降低，碳強度不斷減小，通過減少煤炭能耗有助于低碳政策目標值的實現(xiàn)。在情景二中，上海市2020年碳強度模擬值為0.182，達到低碳政策碳強度目標值。

2.4 多因素綜合調(diào)整情景模擬

從上述幾種情景模擬結(jié)果可以看出，單獨調(diào)整某一變量對于上海市低碳目標的實現(xiàn)具有一定局限性。事實上，上海市碳排放能耗模型是一個因素相互影響的復(fù)雜系統(tǒng)，各因素之間相互制約。因此在制定政策模擬時，采用綜合模擬方法，將產(chǎn)業(yè)投資結(jié)構(gòu)、科技投入比以及能源消耗結(jié)構(gòu)三種因素均考慮到模型中，研究多因素影響下系統(tǒng)結(jié)果的變化。綜合情景模擬參數(shù)設(shè)置如表7所示。

表7 綜合情景模擬參數(shù)設(shè)置表

表8 綜合情景模擬能源強度值表

從表8情景模擬結(jié)果可知，情景四達到了能源強度目標值，情景二、三、四均達到了碳強度目標值。可以看出，“十三五”時期《上海市節(jié)能和應(yīng)對氣候變化“十三五”規(guī)劃》制定的四個目標，多因素綜合情景模擬四為最適合的政策調(diào)控情景，其中2020年能源強度比2015年降低17.1%，碳強度比2015年降低34.3%。

3 結(jié)語

本文利用系統(tǒng)動力學(xué)建模方法，將上海市能源消耗與碳排放納入一個復(fù)雜系統(tǒng)，理清系統(tǒng)內(nèi)部和外部各因素的聯(lián)系，通過設(shè)置不同的情景，考察各種因素對碳排放和能源消耗強度的影響作用，為上海市“十三五”相關(guān)規(guī)劃低碳政策目標的實現(xiàn)，提供理論指導(dǎo)和對策建議。研究結(jié)論表明：一方面，單維度的調(diào)整能夠影響能源消耗和碳排放量，產(chǎn)業(yè)投資結(jié)構(gòu)、科技投入比、能源消耗結(jié)構(gòu)單維度情景模擬結(jié)果都可以印證這一結(jié)論。另一方面，單維度情景模擬對完成低碳政策目標有一定局限性，進一步進行多維度綜合情景模擬，可以看到情景四，即2020年產(chǎn)業(yè)投資比例為0.1%∶10.5%∶89.4%，科技投入比5.1%，能源消耗結(jié)構(gòu)為31.0%∶30.6%∶38.4%，得到的結(jié)果是2020年碳強度比2015年降低34.3%，二氧化碳排放量為3963萬噸，可以實現(xiàn)上海市2020年的低碳目標。基于以上結(jié)論，本文提出以下減排策略建議。

上海市要實現(xiàn)“十三五”低碳目標，可以考慮從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、科技投入和能源消耗結(jié)構(gòu)等多個方面出發(fā)，適度降低工業(yè)占比，大力發(fā)展第三產(chǎn)業(yè)；優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，可以考慮通過增加綠色財政補貼來提高新能源在能源消耗中的比例；穩(wěn)定研發(fā)投入的增長，促進研發(fā)隊伍的建設(shè)和發(fā)展，全面推進節(jié)能減排。