中国实现碳减排双控目标的可行性及最优路径——能源结构优化的视角

2019-10-23王勇,王颖

中国环境科学 2019年10期

王勇,王颖

王勇1*,王颖2

(1.东北财经大学统计学院,辽宁大连 116025；2.东北财经大学博士后科研流动站,辽宁大连 116025)

基于能源结构优化视角对中国实现碳强度和碳峰值“双控”目标的可行性及最优路径进行分析.首先构建马尔科夫链和多目标优化模型,分别从自然演进、政策约束和成本约束角度预测能源消费结构;其次,将3种能源消费结构情景与3种经济发展情景结合,共得到9种综合情景下碳强度和碳峰值预测结果,判定各情景实现“双控”目标的可行性;最后,采用多属性决策模型分析“双控”目标的最优路径.结果表明,9种情景下,中国均可实现2020年和2030年的碳强度目标;然而,并非所有情景都能实现2030年碳排放达峰目标,经济发展速度与实现碳排放达峰目标的难易程度成反比.经济中速发展及减排政策约束下的能源结构调整情景是实现 “双控”目标的最优路径,减排政策是“双控”目标顺利实现的关键所在.

能源结构；碳强度；碳峰值；路径分析

中国在过去的40年里经历了经济的高速增长,并伴随着能源消耗与碳排放量的急剧上升.根据国际能源署IEA数据显示,中国已于2007年超过美国成为世界上最大的碳排放国.为积极应对全球气候变化,中国政府制定了一系列减排目标,其中,最主要的为“双控”目标:降低碳排放强度和实现碳排放达峰.2009年,中国政府在哥本哈根全球气候大会上作出承诺:到2020年,单位国内生产总值(GDP)的CO2排放量将比2005年减少40%~45%.2015年中国向联合国提交应对气候变化的国家自主贡献文件(INDC)宣布:中国将于2030年左右实现CO2峰值,并将单位国内生产总值的CO2排放量从2005年的水平降低60%~65%.为实现这些目标,中国已采取了一系列减排措施,包括减少化石燃料消耗,开发新型清洁能源等.与此同时,近年来,中国经济仍然保持中高速增长,经济的增长意味着能源消耗的增加,这对中国实现碳减排“双控”目标施加了巨大压力.

目前,中国经济发展高度依赖煤炭,能源消费结构极其不合理.其中,高碳排的煤炭消费占能源消费比例高达70%左右,远远超过世界平均消费水平(30%),而石油、天然气和非化石能源等低碳排的能源消费占比则远低于发达国家的平均水平[1].随着中国经济发展进入新常态,在经济由高速发展向高质量发展转型的关键时期,对能源结构进行优化有利于中国逐步摆脱对煤炭的高度依赖,提高经济质量,实现经济的可持续发展.因此,探讨能源结构调整对碳排放的影响具有重要的现实意义.

此前已有许多研究对中国碳减排目标能否实现进行了预测与分析.现有关于中国碳排放达峰目标的研究,从方法角度大致分为三类:指标分解法,情景分析法和系统优化法.其中,基于指数分解法预测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].情景分析法中广泛使用的模型为LEAP模型[4].基于系统优化模型预测峰值的模型包括MARKAL-MACRO[5], IPAC[6], 和IMAC 模型[7]等.此外,环境库兹涅茨曲线 (EKC)也被广泛用于预测中国的碳排放峰值[8].绝大多数研究结果表明中国具备在2030年左右实现碳排放达峰的条件[9-10].Green等[11]选取2014和2015年基础数据,构建基于IPAT的Kaya分解模型预测中国未来碳排放量,结果显示由能源消费产生的碳排放量将于2025年或之前达到峰值.柴麒敏等[8]研究发现, 2025至2030年为中国碳排放达峰的窗口时间,峰值约为120亿t.然而Elzen等[10]的研究结果表明,在现行政策下于2030实现碳排放达峰目标的难度较大,必须进一步加强节能减排政策的实施力度.此外,一些研究综合考虑经济增长、能源强度、产业结构、城市化率等因素,预测中国将在2030~2035年间实现碳排放达峰[2,12].其中,能源结构变动对碳排放达峰是否产生影响尚未得到深入研究[13].

对中国碳强度的研究,孙欣等[14]采用协整理论与状态空间模型相结合的计量方法对碳强度的影响因素进行动态分析,发现能源强度、城镇化率等给碳强度带来显著正向影响.王锋等[15]采用情景分析探讨了不同能源结构情景对实现2020年碳强度目标的贡献潜力.王韶华等[16]运用通径分析测算能源结构对碳强度的影响,结果表明能源消费结构是碳强度增长的主要推动因素.现有研究大部分集中于中国2020年碳强度目标. Cansino等[17]预测结果显示,根据现行政策,2020年中国的碳强度将比2005年减少约50%.Yuan等[18]表示在2020年清洁类能源消费占比达到17%条件下中国能够成功实现2020年碳强度目标.Yi等[19]通过建立省际分配模型对2020年碳强度目标进行了分解.Zhu等[20]采用协整模型,情景分析等方法评估了中国在保证经济增长条件下是否能够实现2020年碳强度目标;然而,有关中国2030年碳强度目标的研究相对较少.Xu等[21]研究显示,在现有政策下,中国2020年和2030年碳强度目标均可实现.Luukkanen等[22]通过分析经济结构对中国碳排放量的影响,发现实现2030年碳强度目标有一定难度.Zhang等[23]通过蒙特卡洛模拟和情景分析发现我国可以实现2020年和2030年碳强度目标,但能否实现在2030年碳排放达峰目标尚不确定.

虽然国内外学者在中国碳减排目标研究中已经取得不少成果,然而,现有研究也存在以下局限: (1)未充分考虑能源结构对碳排放目标的影响;(2)现有研究对中国能否实现2030年碳强度目标的关注较少;(3)很少将碳排放峰值目标和碳强度目标放在同一框架下进行研究,以往研究大多只研究碳强度或者碳峰值单一目标.

综上所述,本研究试图探讨通过能源结构调整来实现碳排放达峰和碳强度目标的可能性,并寻找实现减排“双控”目标的最优路径,从而为优化能源结构的后续政策制定以及如何实现低碳经济发展提供参考.

1 情景设计

1.1 情景设计

1.1.1 经济发展情景参考美国能源信息署(EIA)《能源展望(2017)》[25],将中国未来经济发展设计为三种情景:

(1) 高速发展情景:2017~2030年中国年均经济增速为5.3%,2030~2040年为3.9%.

(2) 基准情景:2017~2030年中国经济增速为4.9%,2030~2040年为3.3%.

(3) 低速发展情景:2017~2030年中国经济增速为4.6%,2030~2040年为3.0%.

1.1.2 能源结构情景 (1)无约束情景(A)无约束情景是指不采取任何导向性措施来降低碳强度的情景.设置“无约束的能源结构情景”,依据能源结构变化所遵循的自然演变规律,预测能源结构的未来发展趋势.

(2) 政策约束情景(B)

政策约束情景是指依据国家相关能源政策规划对能源结构进行优化的情景.为了缓解碳减排压力,中国对能源消费结构先后提出了2020年非化石能源占一次能源消费比重15%,天然气消费比重力争达到10%,煤炭所占比例争取小于58%;2030年天然气消费比重力争达到15%,非化石能源占一次能源消费比重20%的规划目标.本文设置“政策约束情景”,依据以上能源规划对能源结构进行相应调整.

(3) 能源生产成本最小情景(C)

能源生产成本最小情景,即以能源的消费成本与碳排放外部成本之和最小为目标对能源结构进行优化的情景.能源在消耗时需要支付一定的消费成本,不同种类的能源消费成本也不相同.消费成本的变动将直接或间接地影响消费需求,进而对能源结构产生影响.此外,能源燃烧释放CO2是温室气体的主要来源,其外部排放对环境产生负面影响,同样消耗一定成本.因此,本文从成本角度出发,兼顾经济发展与环境保护,设置能源生产成本最小情景.

由此,3种经济发展情景和3种能源结构情景两两组合,得到9种经济—能源组合情景.