中國實現碳減排雙控目標的可行性及最優路徑——能源結構優化的視角

王 勇,王 穎

中國實現碳減排雙控目標的可行性及最優路徑——能源結構優化的視角

王 勇1*,王 穎2

(1.東北財經大學統計學院,遼寧 大連 116025；2.東北財經大學博士后科研流動站,遼寧 大連 116025)

基于能源結構優化視角對中國實現碳強度和碳峰值“雙控”目標的可行性及最優路徑進行分析.首先構建馬爾科夫鏈和多目標優化模型,分別從自然演進、政策約束和成本約束角度預測能源消費結構;其次,將3種能源消費結構情景與3種經濟發展情景結合,共得到9種綜合情景下碳強度和碳峰值預測結果,判定各情景實現“雙控”目標的可行性;最后,采用多屬性決策模型分析“雙控”目標的最優路徑.結果表明,9種情景下,中國均可實現2020年和2030年的碳強度目標;然而,并非所有情景都能實現2030年碳排放達峰目標,經濟發展速度與實現碳排放達峰目標的難易程度成反比.經濟中速發展及減排政策約束下的能源結構調整情景是實現 “雙控”目標的最優路徑,減排政策是“雙控”目標順利實現的關鍵所在.

能源結構；碳強度；碳峰值；路徑分析

中國在過去的40年里經歷了經濟的高速增長,并伴隨著能源消耗與碳排放量的急劇上升.根據國際能源署IEA數據顯示,中國已于2007年超過美國成為世界上最大的碳排放國.為積極應對全球氣候變化,中國政府制定了一系列減排目標,其中,最主要的為“雙控”目標:降低碳排放強度和實現碳排放達峰.2009年,中國政府在哥本哈根全球氣候大會上作出承諾:到2020年,單位國內生產總值(GDP)的CO2排放量將比2005年減少40%~45%.2015年中國向聯合國提交應對氣候變化的國家自主貢獻文件(INDC)宣布:中國將于2030年左右實現CO2峰值,并將單位國內生產總值的CO2排放量從2005年的水平降低60%~65%.為實現這些目標,中國已采取了一系列減排措施,包括減少化石燃料消耗,開發新型清潔能源等.與此同時,近年來,中國經濟仍然保持中高速增長,經濟的增長意味著能源消耗的增加,這對中國實現碳減排“雙控”目標施加了巨大壓力.

目前,中國經濟發展高度依賴煤炭,能源消費結構極其不合理.其中,高碳排的煤炭消費占能源消費比例高達70%左右,遠遠超過世界平均消費水平(30%),而石油、天然氣和非化石能源等低碳排的能源消費占比則遠低于發達國家的平均水平[1].隨著中國經濟發展進入新常態,在經濟由高速發展向高質量發展轉型的關鍵時期,對能源結構進行優化有利于中國逐步擺脫對煤炭的高度依賴,提高經濟質量,實現經濟的可持續發展.因此,探討能源結構調整對碳排放的影響具有重要的現實意義.

此前已有許多研究對中國碳減排目標能否實現進行了預測與分析.現有關于中國碳排放達峰目標的研究,從方法角度大致分為三類:指標分解法,情景分析法和系統優化法.其中,基于指數分解法預測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LEAP模型[4].基于系統優化模型預測峰值的模型包括MARKAL-MACRO[5], IPAC[6], 和IMAC 模型[7]等.此外,環境庫茲涅茨曲線 (EKC)也被廣泛用于預測中國的碳排放峰值[8].絕大多數研究結果表明中國具備在2030年左右實現碳排放達峰的條件[9-10].Green等[11]選取2014和2015年基礎數據,構建基于IPAT的Kaya分解模型預測中國未來碳排放量,結果顯示由能源消費產生的碳排放量將于2025年或之前達到峰值.柴麒敏等[8]研究發現, 2025至2030年為中國碳排放達峰的窗口時間,峰值約為120億t.然而Elzen等[10]的研究結果表明,在現行政策下于2030實現碳排放達峰目標的難度較大,必須進一步加強節能減排政策的實施力度.此外,一些研究綜合考慮經濟增長、能源強度、產業結構、城市化率等因素,預測中國將在2030~2035年間實現碳排放達峰[2,12].其中,能源結構變動對碳排放達峰是否產生影響尚未得到深入研究[13].

對中國碳強度的研究,孫欣等[14]采用協整理論與狀態空間模型相結合的計量方法對碳強度的影響因素進行動態分析,發現能源強度、城鎮化率等給碳強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構情景對實現2020年碳強度目標的貢獻潛力.王韶華等[16]運用通徑分析測算能源結構對碳強度的影響,結果表明能源消費結構是碳強度增長的主要推動因素.現有研究大部分集中于中國2020年碳強度目標. Cansino等[17]預測結果顯示,根據現行政策,2020年中國的碳強度將比2005年減少約50%.Yuan等[18]表示在2020年清潔類能源消費占比達到17%條件下中國能夠成功實現2020年碳強度目標.Yi等[19]通過建立省際分配模型對2020年碳強度目標進行了分解.Zhu等[20]采用協整模型,情景分析等方法評估了中國在保證經濟增長條件下是否能夠實現2020年碳強度目標;然而,有關中國2030年碳強度目標的研究相對較少.Xu等[21]研究顯示,在現有政策下,中國2020年和2030年碳強度目標均可實現.Luukkanen等[22]通過分析經濟結構對中國碳排放量的影響,發現實現2030年碳強度目標有一定難度.Zhang等[23]通過蒙特卡洛模擬和情景分析發現我國可以實現2020年和2030年碳強度目標,但能否實現在2030年碳排放達峰目標尚不確定.

雖然國內外學者在中國碳減排目標研究中已經取得不少成果,然而,現有研究也存在以下局限: (1)未充分考慮能源結構對碳排放目標的影響;(2)現有研究對中國能否實現2030年碳強度目標的關注較少;(3)很少將碳排放峰值目標和碳強度目標放在同一框架下進行研究,以往研究大多只研究碳強度或者碳峰值單一目標.

綜上所述,本研究試圖探討通過能源結構調整來實現碳排放達峰和碳強度目標的可能性,并尋找實現減排“雙控”目標的最優路徑,從而為優化能源結構的后續政策制定以及如何實現低碳經濟發展提供參考.

1 情景設計

1.1 情景設計

1.1.1 經濟發展情景 參考美國能源信息署(EIA)《能源展望(2017)》[25],將中國未來經濟發展設計為三種情景:

(1) 高速發展情景:2017~2030年中國年均經濟增速為5.3%,2030~2040年為3.9%.

(2) 基準情景:2017~2030年中國經濟增速為4.9%,2030~2040年為3.3%.

(3) 低速發展情景:2017~2030年中國經濟增速為4.6%,2030~2040年為3.0%.

1.1.2 能源結構情景 (1)無約束情景(A)無約束情景是指不采取任何導向性措施來降低碳強度的情景.設置“無約束的能源結構情景”,依據能源結構變化所遵循的自然演變規律,預測能源結構的未來發展趨勢.

(2) 政策約束情景(B)

政策約束情景是指依據國家相關能源政策規劃對能源結構進行優化的情景.為了緩解碳減排壓力,中國對能源消費結構先后提出了2020年非化石能源占一次能源消費比重15%,天然氣消費比重力爭達到10%,煤炭所占比例爭取小于58%;2030年天然氣消費比重力爭達到15%,非化石能源占一次能源消費比重20%的規劃目標.本文設置“政策約束情景”,依據以上能源規劃對能源結構進行相應調整.

(3) 能源生產成本最小情景(C)

能源生產成本最小情景,即以能源的消費成本與碳排放外部成本之和最小為目標對能源結構進行優化的情景.能源在消耗時需要支付一定的消費成本,不同種類的能源消費成本也不相同.消費成本的變動將直接或間接地影響消費需求,進而對能源結構產生影響.此外,能源燃燒釋放CO2是溫室氣體的主要來源,其外部排放對環境產生負面影響,同樣消耗一定成本.因此,本文從成本角度出發,兼顧經濟發展與環境保護,設置能源生產成本最小情景.

由此,3種經濟發展情景和3種能源結構情景兩兩組合,得到9種經濟—能源組合情景.

1.2 碳排放量與碳強度的計算

本文對碳排放的計算采用IPCC中介紹的方法,具體計算見(1):