中国能源CO2排放峰值方案及政策建议
2015-07-13毕超
毕超
摘要
能源活动贡献了CO2排放总量的主要部分。2014年11月,我国政府通过《中美气候变化联合声明》,首次正式提出于2030年左右实现CO2排放峰值,显然,未来时期我国CO2排放总量的峰值取决于能源活动CO2排放的峰值,能源活动CO2排放量又取决于能源消费总量和结构,而能源消费总量和结构又从根本上取决于经济、产业、人口发展和资源环境约束及宏观能源经济财税政策设计。鉴于经济、产业、人口发展、资源环境约束及能源经济政策制度设计对能源消费总量结构、CO2排放的复杂影响机制,本文基于能流图和能源供应消费成本最小化原理,构建跨期能源系统优化和碳排放模型IESOCEM作为定量研究工具,从“新常态”下我国2015-2050年经济、产业、人口等宏观指标预期发展水平出发,预测出能源服务需求量,并考虑已有能源政策目标的硬性约束,对未来时期能源消费总量结构及CO2排放量进行测算得出如下经济可行的峰值方案:一次能源消费总量将从2015年的39.1亿tce逐步增长到2050年的62.65亿tce,年度能源消费总量的增速逐步趋缓,从2015年的年度同比增速1.8%逐步降低到2050年度的0.6%;煤炭占一次能源消费总量比重将从64%持续降低到45%,石油占比从17%下降到8%,天然气占比从7%上升到11%,非化石能源占比将从12%上升到36%;能源活动CO2排放量经历先较快增长达到峰值后缓慢下降的趋势,从2015年的80.1亿t增长到2030的93.5亿t,2015-2030年平均每年增加排放0.89亿tCO2,并在2030年达到峰值,此后CO2排放开始缓慢下降,逐步下降到2050年的91.5亿t,2031-2050年平均每年减少排放0.1亿t。将我国能源活动CO2排放峰值方案与2013年能源消费及CO2排放实际情况进行对比分析的基础上,本文提出了我国能源活动CO2排放2030年达到峰值的政策建议:一是鼓励推广采用公私合作模式,吸引民间资本投入可再生能源基础设施建设,大力开发和利用可再生能源,促使可再生能源在未来能源消费增量中占绝对优势,同时加快可再生能源对化石能源消费存量的替代;二是由我国发起成立天然气进口国家联盟组织,增强天然气进口议价权,积极进口利用海外天然气资源,鼓励民间资本投入,加快国内天然气管网和储气设施建设;三是改革完善资源税、环境保护税、消费税制度,从宏观财税制度设计上加快推动能源资源利用的集约低碳转型。
关键词能源活动;CO2排放;峰值;方案;政策研究
中图分类号F205;F812
文献标识码A
文章编号1002-2104(2015)05-0020-08
doi:10.3969/j.issn.1002-2104.2015.05.003
2014年11月,中美双方在北京发布《中美气候变化联合声明》[1],中美两国元首宣布了两国各自2020年后应对气候变化行动,认识到这些行动是向低碳经济转型长期努力的组成部分并考虑到2℃全球温升目标,我国计划2030年左右CO2排放达到峰值且将努力早日达峰,并计划到2030年非化石能源占一次能源消费比重提高到20%左右。这是我国首次正式提出2030年左右CO2排放达到峰值的政策目标。能源活动CO2排放在CO2排放总量中占据主要部分(根据《我国温室气体清单研究》[2]统计数据,我国1994年CO2排放总量为30.73亿t,其中能源活动排放量为27.95亿t,占排放总量的91%),要使CO2排放总量在2030年左右达到峰值,就须能源活动CO2排放于2030年左右达到峰值。如何确保我国经济社会平稳发展的同时实现2030年排放达到峰值的目标,涉及到经济、社会、人口发展和资源环境约束及能源经济政策等诸多方面的影响制约因素,具有较高的系统性、复杂性,本文试图研究提出一种既能满足经济社会人口发展需要又能实现2030年能源消费CO2排放达到峰值的经济、可行方案,并将该方案与2013年我国能源生产消费及CO2排放实际情况进行对比分析,从而得出促进我国能源活动CO2排放2030年或尽早到达峰值的政策建议。
1问题的背景
联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)研究报告提出:自工业革命以来人类活动使得大气中CO2、甲烷浓度等明显增加,这些温室气体浓度水平远远超过工业化以前几千年的浓度水平。基于数值模拟和归因技术,政府间气候变化专门委员会研究认为:具有很高可信度(90%以上)的是,自1750年以来,人类活动的净影响,即以CO2为代表的温室气体的排放已成为气候变暖的主要原因之一。从全球情况来看,化石能源燃烧引起的CO2排放占到全球温室气体排放总量的一半以上。
能源消费是我国CO2的主要排放源,也是控制和减缓碳排放的主要领域[4-5]。所以,要控制CO2排放,首当其冲的是要抓住能源活动CO2排放这个关键,要使我国碳排放在2030年左右达到峰值,也就必须使得我国能源活动的碳排放在2030年左右达到峰值。一方面,我国经济社会持续发展,人民群众物质文化生活水平不断提高,能源消费及其CO2排放在今后时期内将保持增长态势;另一方面,当前我国经济进入“新常态”,出现了一些促进CO2排放出现峰值的积极因素:一是经济由高速增长转入中高速增长,经济增速趋缓决定了能源消费及其CO2排放增速趋缓;二是经济结构不断优化升级,第三产业增加值快速增长,能源使用和CO2排放密度较高的第一产业、第二产业占比和地位将持续下降,抑制了能源消费及其CO2排放过快增长的势头;三是经济增长的原始动力由要素驱动、投资驱动转向创新驱动,将有助于抵消能源消费总量、CO2排放增长的张力;四是人口总量增长逐步趋缓迎来峰值后有所减少,在人均能源消费量及人均CO2排放量不至于过快增长的情况下,也有助于控制能源消费和CO2排放增速;五是我国面临的资源环境约束日益趋紧,政府已经或正在采取政策措施,优化能源结构,使资源开发、能源使用活动真正承担相应的社会成本,促使负外部性“内部化”,避免产生过量的负外部性能源活动和排放。endprint
要研究未来时期我国能源活动CO2排放情况,就必须研究未来时期能源总量、结构等变量,而能源总量和结构等变量又和经济、社会发展状况等因素高度相关,甚至可以说,是未来时期我国经济、社会、人口、政策等因素决定了未来时期我国能源总量及结构等变量。所以,要比较清楚地研究我国未来时期能源活动碳排放峰值问题,就必须对我国未来时期基于经济、社会、人口、政策等综合因素的能源供应和消费方案做定量和深入的刻画和研究,这就需要借助定量化的研究方法和工具。
目前,国内外研究能源活动供应、消费、碳排放等问题已经广泛采用能源模型这一定量化的研究方法。第一次石油危机的爆发引起了西方国家对能源问题的极大关注,政界和学术界开始研究如何保障能源供应安全,首先产生了以EFOM(Energy Flow Optimization Model)等为代表的能源规划、能源供给和需求预测模型。上世纪80年代,西方国家“先污染、后治理”发展模式的弊端日益显现,环境问题变得日益突出,能源利用引致的环境污染、全球气候变暖问题被给予了极大的关注,原有的能源规划、能源供给和需求预测模型获得了进一步的发展,研究者将能源利用的环境影响分析加入到能源模型中,产生了EFOM-ENV(Energy Flow Optimization ModelEnvironment)等模型。
就我国能源活动碳排放研究方面,清华大学张阿玲、郑淮以能源-经济-环境系统作为研究范围,构建了能源-经济-环境系统的混合模型,研究了我国2015-2030年的能源总量结构、CO2排放趋势及减排成本等问题,在利用模型进行大量计算的基础上,给出了有关我国参与气候变化国际谈判、履行温室气体限排国际义务的建议。清华大学陈文颖、何建坤、高鹏飞建立了能源-环境-经济耦合的非线性动态规划模型——我国MARKALMACRO模型,并以此对我国未来能源发展与碳排放的基准方案以及碳减排对我国能源系统的可能影响进行研究。华东师范大学朱永彬从国家尺度上首先对无排放控制下的我国最优经济增长路径与碳排放趋势进行了探讨,通过对Moonsonn模型进行改进并用于预测我国未来经济发展、能源消费、碳排放,预测结果显示:我国未来经济增长速度将逐渐趋缓,2050年GDP总量将比2010年翻3番;能源消费量和碳排放量均出现先增后降的趋势,高峰分别出现在2032年和2031年,峰值分别为3 255Mtoe(Mtoe,106 t标油)和2 636.6Mtc(Mtc,106 t碳)。清华大学何建坤根据KAYA公式分析了CO2排放达到峰值的理论和条件,并认为CO2排放达到峰值时,GDP的CO2强度年下降率要大于GDP的年增长率,单位能耗的CO2强度年下降率大于能源消费的年增长率。社会科学院研究生院渠慎宁、郭朝先等[9-11]对未来我国碳排放峰值进行预测,认为若经济社会发展的同时保持碳排放强度合理下降,我国的峰值达到时间为2020-2045年之间,并提出加大清洁能源使用、减少传统能源消耗应是今后重点工作任务。
2014年6月,国务院办公厅印发《能源发展战略行动计划(2014-2020年)》[12],对我国能源发展提出了一系列新的政策目标和要求,同时我国政府于2014年11月正式提出了碳排放峰值的承诺,这些新的情况,前述研究都没有涉及。
2研究思路和方法
本文在清华大学能源-环境-经济综合评价模型架构下,以2013年我国能源参考系统(Reference Energy System)为基础,构建涵盖能源资源储量或产能、能源开采(进口)技术、一次能源、能源转换技术、终端能源消费需求、终端用能技术、能源服务需求的能源系统跨时段优化和碳排放模型IESOCEM(Intertemporal Energy System Optimization and Carbon Emission Model)。IESOCEM采用各种能源资源可采储量(年最大产能)、能源经济指标(年利用小时数、年可利用率、运行寿命、建设期、系统效率、单位投资、年运行费用)等作为模型的经济技术参数,采用已出台的能源发展政策目标约束等作为模型的政策参数。根据GDP、产业产值和结构、人口总量和城乡分布等经济社会指标与各类能源服务需求量之间的历史规律和数量关系,结合2015-2050年我国经济、社会、人口发展预期指标,预测出2015-2050年我国各类能源服务需求量作为模型的输入,驱动模型运行计算,模型基于能源系统总成本最小化原理,在GAMS平台下运用规划求解算法,计算得出能源消费总量及构成、CO2排放趋势及峰值,最后以模型计算结果为基础,与2013年我国能源消费及相应碳排放实际进行比较分析,提出我国2030年能源活动碳排放达到峰值的政策建议(见图1)。
2.1IESOCEM模型介绍
IESOCEM模型基本原理如下:它以参考能源系统的能流网络为建模基础,从终端能源服务需求逐步倒推回溯至能源资源供应端,在由各种能源技术实现的终端使用环节、中间转换环节和开采环节等节点上,根据能量投入产出的平衡关系自下而上建立能源系统,以从经济系统得到的能源服务需求为外生驱动变量,根据整个能源系统在全部规划期内的贴现经济费用(包括能源技术投资额、能源设施设备运行维护成本、能源资源净进口成本及碳税等)最小化目标,来进行能源技术的选择:一般情况下,贴现综合经济成本低、符合能源政策规划要求、满足环境排放约束的技术具有比较优势,为模型所优化选择。该模型本质上是建立在参考能源系统基础之上的跨时段线性优化数学问题,其目标函数是实现计算时期内能源系统状总费用的基年折现值最小化,约束条件包括能源系统基础年份实际状况、能源供需平衡、投入转换产出均衡、资源禀赋限制、能源政策规划目标要求及CO2排放约束设置等,模型的求解过程是应用GAMS的优化算法求解满足一系列约束条件的决策变量(能源资源的供应量水平、各类技术能源设施的容量水平和活动水平、新能源设施的投建投运时间等)的值,使得目标函数值最小化。endprint
IESOCEM模型可根据研究问题的具体需要,嵌入可供商业化应用的各种能源开采技术、中间转换技术、终端利用技术,机动设置模型的基年和模拟刻画基年的能源系统实际现状,将业已出台的相关能源政策目标内化为模型的政策条件约束,更新调整能源资源可开采储量或年最大产能等参数,在定义和拓展能源技术范围方面具有很好的适应性,对于研究能源活动CO2排放总量与路径分析方面具有较强的针对性和灵活性。
IESOCEM模型涵盖5种可再生能源采集技术、6种化石能源开采技术、9种能源进口技术、69种能源转换技术、123种能源终端利用技术。就每种技术而言,数据库中对技术特性描述包括:开始起用的时间、寿命期、基年初始容量(基年没有投入使用的技术的初始容量为0)、单位容量投资额、单位产出的固定成本和可变成本、单位产出的能载体投入量以及单位产出中各种产出的比例关系等。
本研究中,模型选取2013年为基年,规划期为2015-2050年,每5年为一个时段,为了使模型从我国能源系统的实际出发进行规划和剔除模型计算的尾端效应,模型的实际计算期为2015-2060年,其中: 2015,2020,…,2055,2060为节点年。
折现率是资金时间价值的反映,由于所有的成本都发生在模型运算时期的不同时点上,因此需要将他们折现到基年。折现费用之和即为模型优化的目标函数。很显然,折现率的选择非常重要,它定义了优化过程中不同时段的权重。高折现率使得现期的权重更大,而低折现率会减小这一权重,有利于模型倾向选择那些高投资成本低运行成本的技术。原则上,折现率应该等于长期真实利率。由于能源系统的总费用的主要构成部分是大型能源基础设施建设项目的投资成本,所以本论文参照2006年国家发展和改革委员会联合建设部颁布的《建设项目经济评价方法与参数(第三版)》有关规定,将模型的折现率设为8%。
2.2经济社会发展情景假定
2014年5月,中共中央总书记、国家主席习近平同志在河南考察时首次提出“新常态”的概念;11月,习近平总书记在APEC工商领导人峰会开幕式主旨演讲中,第一次对我国经济新常态进行全面阐述和解读时指出,新常态下我国经济的不同于过去三十年的特征有三:一是从高速增长转为中高速增长;二是经济结构不断优化升级,第三产业消费需求逐步成为主体;三是从要素驱动、投资驱动转向创新驱动。本文以我国经济“新常态”为总指导,从过去10年我国经济社会发展变迁的实际出发,尤其结合我国2009年以来最近几年的经济、产业、人口变化情况和趋势,对2015-2050年我国经济、产业、人口等模型驱动因素进行合理假定(见表1-3)。
2.3模型的政策约束条件设置
模型运行的政策约束条件主要考虑了《能源发展战略行动计划(2014-2020年)》[12]、《中美气候变化联合声明》[1]两大政策因素,模型将该两个文件的具体政策目标作为模型求解的政策约束条件。
《能源发展战略行动计划(2014-2020年)》[12]提出,到2020年要实现以下能源发展目标:①一次能源消费总量控制在48亿tce左右,煤炭消费总量控制在42亿t左右;②国内一次能源生产总量达到42亿tce,能源自给能力保持在85%左右,石油储采比提高到14-15;③非化石能源占一次能源消费比重达到15%,天然气比重达到10%以上,煤炭消费比重控制在62%以内;④新建燃煤发电机组供电煤耗低于300 g标准煤/kW·h;⑤累计新增常规天然气探明地质储量5.5万亿m3,年产常规天然气1 850亿m3;⑥页岩气产量力争超过300亿m3,煤层气产量力争达到300亿m3;⑦坚持煤基替代、生物质替代和交
通替代并举的方针,科学发展石油替代,形成石油替代能力4 000万t以上;⑧现役60万kW(风冷机组除外)及以上机组力争5年内供电煤耗降至300 g标准煤/kW·h左右;⑨核电装机容量达到5 800万kW,在建容量达到3 000万kW以上;⑩力争常规水电装机达到3.5亿kW左右;风电装机达到2亿kW,风电与煤电上网电价相当;光伏装机达到1亿kW左右,光伏发电与电网销售电价相当;地热能利用规模达到5 000万tce。
《中美气候变化联合声明》[1]提出要实现如下碳排放
和能源发展目标:①2030年左右CO2排放达到峰值且将努力早日达峰;②到2030年非化石能源占一次能源消费比重提高到20%左右。
2.4模型输入
基于前述对我国2015-2050年GDP增速、产业结构、人口总量及城乡结构的假定,可得出2015-2050年我国GDP总量、三大产业产值、人口城乡分布等预测数值,根据计量回归法、能源弹性系数法、能源服务强度法等方法建立的经济、人口数据与表4中31种能源服务需求种类的数量关系,预测得出2015-2050年31种能源服务需求数值并输入模型,从而驱动模型进行计算求解(见表5-6)。
3我国能源CO2排放2030年峰值方案
为使我国2015-2050年实现上述经济发展速度、产业结构和人口总量与城市化率预期目标,根据模型运行计算结果,得出如下贴现总费用最小化的、可行的能源消费和CO2排放方案:
一次能源消费总量从2015年的39.1亿tce逐步增长到2050年的62.65亿tce,年度能源消费总量的增速逐步
能源活动的CO2排放量经历先较快增长达到峰值后缓慢下降的趋势,从2015年的80.1亿t增长到2030的93.5亿t,2015-2030年平均每年增加排放CO20.89亿t,并在2030年达到峰值,此后CO2排放开始缓慢下降,逐步下降到2050年的91.5亿t,2031-2050年平均每年减少排放0.1亿t。
可见,能源活动CO2排放达到峰值并不等于一次能源消费总量峰值,按照2014年《中美气候变化联合声明》,我endprint
国CO2排放需于2030年左右达到峰值,这意味着,2030年以后我国一次能源消费总量继续增长的情况下,非化石能源在能源消费总量的占比必须大幅度提高,即能源消费增量必须通过非化石能源来满足,而且还必须实现非化石能源对化石能源消费存量的逐步替代,从而压缩化石能源在一次能源消费总量中的比重。
4我国能源活动CO2排放2030年达到峰值的政策建议
为了使得我国能源活动CO2排放在2030年达到峰值,必须从现在开始使我国非化石能源占一次能源消费总量的比重持续增加,2030年达到20%,非化石能源2050年的绝对消费量要达到2015年的4.8倍还多;煤炭消费占比必须持续减少,到2050年降至45%;石油消费量需停止增长并保持小幅减少趋势,2020-2050年期间年度消费量控制在5亿t标准煤左右;天然气消费量需大幅增加,从2015年的2.74亿tce(折合约2 300亿m3)增长到2050年的近7亿tce(折合约5 700亿m3)。为此,我国应积极采取以下政策措施促进非化石能源和天然气利用发展、限制煤炭石油消费:
4.1鼓励推广采用公私合作模式,吸引民间资本投入可再生能源基础设施建设,加快可再生能源开发利用
我国可再生能源资源丰富,但当前开发利用率很低。根据国家能源局数据,我国水电经济可开发装机容量约4亿kW,2013年底累计装机2.8亿kW;风电可开发装机容量约27.5亿kW,2013年底累计装机约0.91亿kW;太阳能年可利用量约22亿kW,2013年底累计光伏装机容量约0.18亿kW;生物质能年可利用量2.8亿t标准煤,2013年生物质发电量折合标煤仅0.14亿t。
目前,我国诸如可再生能源发电电网接入等能源设施建设相对滞后,资金投入不足,民间资本对可再生能源设施投入力度也远远不够。根据世界银行数据,1990-2012年期间,我国以公私合作伙伴关系模式(PPP)共建设生物质、地热、常规水电、小水电、太阳能、风能等发电设施项目共计152个,已建成可再生能源发电装机容量仅2 044万kW,占2013年我国可再生能源发电累计装机容量的比重约5.4%,累计完成投资约831亿元人民币,年均投资额仅为36亿元。就2012年情况看,我国民间资本投入可再生能源发电设施无论是项目个数,还是总装机容量,都位于发展中国家排名第10位以后。
鉴于可再生能源在优化能源消费结构、促进及早实现碳排放峰值、推动实现可持续发展方面具有重要作用,我国应考虑采用PPP模式大力吸引社会资本尤其是民间资本投入可再生能源基础设施建设,政府有关部门应该清除民间资本进入可再生能源领域的政策障碍,抓紧制定可再生能源领域推广PPP模式吸引民间资本的具体指导政策和操作办法,利用民间资本加快建设我国可再生能源基础设施,加快可再生能源开发利用的步伐,全力扩大可再生能源开发利用规模。
4.2多措并举大力发展天然气能源
2013年我国天然气表观消费量达1 676亿m3,占一次能源消费的比重上升至5.8%,天然气进口量530亿m3,同比增长25%,这距离CO2排放峰值方案中预期要求的天然气消费量还有很大差距(2015年2 300亿m3,2050年5 700亿m3)。今后,一方面,我国要积极利用海外资源,实现天然气进口多元化,坚持管道天然气与液化天然气进口并举,发起成立天然气进口国家联盟,联合台湾地区、日本、韩国等天然气需求较大的进口国,增强议价能力,改变我国在进口天然气议价上的被动局面;另一方面,我国必须加快国内天然气基础设施建设,改善我国天然气管网和储气设施建设滞后面貌,当前我国天然气输气管网总长5.5万km,不足德国的1/2、美国的1/9,相关储气设施建设滞后,制约了我国天然气进口和调度。美国天然气市场成长壮大过程中,主要的推动力量是民间投资兴建了大量的管网、储气设施,我国应借鉴美国天然气基础设施吸引民间资本投入的经验,破除垄断力量,积极打开市场、放宽准入,借助民间资本加快天然气管网、储气等设施建设。
4.3改革完善资源税、环境保护税、消费税制度,加快促进能源资源利用的集约低碳转型
一是改革资源税制度,逐步提高税率、扩大征收范围。我国从2014年12月1日起实施煤炭资源税从价计征改革,将税率幅度确定为2%-10%,由省、自治区、直辖市人民政府在此幅度内拟定适用税率,同时将原油、天然气矿产资源补偿费费率降为零,相应将资源税适用税率由5%提高至6%。与国外资源税相比较,我国现行资源税制存在税率过低、征收范围较窄等问题。比如,澳大利亚联邦政府向年利润超过7 500万澳元的煤和铁矿石企业征收矿产资源租赁税,税率为应税利润的30%。加拿大的资源开采税征税范围涉及石油、天然气、煤炭、森林、矿物等资源,税率一般为18%-20%;此外,国外政府还就资源级差地租征收资源税收性质的资源权利金,大部分国家的石油、天然气资源权利金费率为10%-20%,美国为12.5%,马来西亚为16.7%,巴基斯坦为10%,法国为12.5%,挪威为8%-20%,沙特阿拉伯为8%-20%。下一步,应提升我国的资源税税率水平,建议由国家税务局统一分阶段提高征收税率,将森林等纳入征收范围提高林木采伐成本,保护森林并发挥其吸收储碳功能。
二是建立环境保护税制度,加快推进环境保护费改税,开征碳税。通过建立环境保护税制,对能源燃烧消耗产生的大气污染物、水体污染物、固体废物等征税,相应可以提高煤炭、石油的使用成本,抑制经济社会对其消费和依赖,也有助于提升非化石能源对煤炭、石油的价格竞争力,从而促进可再生能源等非化石能源替代煤炭、石油。根据煤炭、石油、天然气等化石能源的含碳量以及工艺过程排放系数测算出CO2排放量作为碳税的计税依据,对在生产、经营等活动过程中向自然环境排放CO2的行为进行征税。调节碳税税率的高低水平,可以有效控制我国CO2排放峰值的大小以及峰值到来时间的早晚;较高的碳税税率,可以加快我国低碳能源对化石能源的替代,并可降低我国CO2排放的峰值水平。endprint
三是完善消费税制度,调整征收范围,提高具有资源环境负外部性商品的税负水平。将一些容易产生环境污染、大量消耗资源能源的产品纳入消费税征收范围,提高不利于环境保护的消费品的消费税税率,可从源头上控制能源资源消费并减少CO2排放。
(编辑:李琪)
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[15]王萌. 国外资源租与税制度经验借鉴[J]. 改革与战略,2011,27(4):184-186. [Wang Meng. Experience for Resource Rent and Tax System in Foreign Countries[J]. Reformation and Strategy, 2011, 27(4):184-186.]endprint