低碳经济模型现状和几个理论问题探讨，本文主要内容关键词为：几个论文,模型论文,现状论文,理论论文,经济论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
文章编号：1007-7588(2010)02-0242-06
1 引言
气候变化是当今国际社会普遍关注的全球性问题，已有的科学研究表明，全球气候变暖与人类活动造成的温室气体浓度升高有很大的相关性[1]。气候变化已经对地球生态系统和人类社会造成了影响，其未来的影响程度和后果严重性，则取决于人类社会如何应对气候变化所作的努力。防止气候变化的关键在于控制温室气体排放，特别是
排放量。一般认为，“低碳经济”是英国政府在其2003年发布的能源白皮书《我们能源的未来：构建一个低碳经济》(Our Energy Future:Creating a Low Carbon Economy)首先提出，表明了英国在这轮全球经济社会转型趋势中的发展路径。由于英国是西方世界最早实现工业化的国家，其所引领的未来政策方向备受瞩目，引起了世界各国广泛关注，日本、欧盟、加拿大等也纷纷提出了迈向低碳经济转型的政策方案。
作为世界上最大的发展中国家，中国正处于消除贫困、工业化加速推进的重要发展时期。在未来相当长时期内，中国仍将保持一定的经济增长速度，需要较大幅度地提高人民的生活水平，能源需求和二氧化碳排放量也就不可避免地继续增长，也就是说，要为未来的发展需要争取到一定的碳排放空间。另一方面，随着经济的进一步发展和人口增长，中国排放总量的大国位置指日可待，这无疑将对中国的社会经济发展带来严峻的挑战，在保护全球气候方面承担相应义务的压力也将不可避免地大大增强。利用建模方法综合评价中国发展低碳经济的潜力空间以及可能的路径选择，是中国应对气候变化的一种可行技术手段，也为中国很好地参与国际合作和开展碳排放交易提供科学数据和技术支持。
2 全球碳排放特征概述
根据政府间气候变化专门委员会(IPCC)颁布的第四次气候变化评估报告[1]，1970年－2004年，全球温室气体排放量增长了70%，从287×
增长到490× 当量，年均增长1.6%。不同温室气体的增幅不同，占了整个温室气体的77%，其排放量在过去30年中的增幅为80%。从行业看，能源部门是温室气体排放量最大的部门，同时也是增幅最大的部门，在1970年－2004年增幅为145%。交通部门的直接排放量增幅为120%，工业制造业部门为65%，土地和森林变化导致的排放增幅为40%。
从国家和地区看，温室气体排放总量同经济发展水平和人口数量密切相关。欧美等经济发达国家以及中国、印度等人口大国排放的温室气体占了全球排放总量的60%以上。如2004年，美国和加拿大排放的温室气体占全球总量的19.4%、欧洲占11.4%、以中国为主的东亚地区（不含日本）占17.3%，以印度为主的南亚地区占了13.1%。
中国是世界上人口最多的发展中国家，且能源消费结构中煤炭占到70%，因而，目前排放量是仅次于美国的全球第二大排放国。2006年中国一次能源中化石能源消费所产生的排放达到60.18×（图1），为1980年的4.12倍，年均增长5.6%，尤其2002年－2006年的5年期间，年均增长率均在10%以上，2004年达到峰值19.3%；占世界总排放的比重也由1980年的7.9%上升到2006年的20.6%，增加了近13个百分点。与世界整体平均水平不同，中国二氧化碳的排放主要来自煤炭消费，1980年－2006年中国二氧化碳排放中煤炭的比重基本上都维持在80%以上，而世界的平均水平尽管有所上升，但大致为35%～40%。与世界各国相比，中国二氧化碳排放强度明显偏高，2006年排放强度为22.55t/×
美元，分别是美国的5.04倍、日本的7.85倍、德国的7.64倍、巴西的6.39倍、印度的1.58倍，比世界平均水平高出2.93倍。
数据来源：美国能源部
图1 1980年－2006年中国排放总量与年均增长率
Fig.1 emission total and annual growth rate in China from 1980 to 2006
对于一次能源消费的排放量，不难由下式得到：
排放量＝人口×GDP／人口×能源消费量／GDP
×排放／能源消费量
＝人口×人均GDP×能源消费强度
×碳源排放系数(1)
可见，一次能源消费的二氧化碳排放总量与人口、经济活动产出（用国内生产总值GDP表示）、能源结构（影响着不同能源品种的碳排放系数）以及能源效率（即一次能源消费强度）密切相关，其中，碳排放系数是指每一种能源燃烧或使用过程中单位能源所产生的碳排放数量。一般在使用过程中，根据IPCC的假定，可以认为某种能源的碳排放系数是不变的。相应的，排放量的变化率：
排放变化率＝人口变化率+人均GDP变
化率+能源强度变化率+
碳排放因子变化率(2)
因此，在人口变化率保持不变、且保持一定经济增长速度的前提下，要降低碳排放增长率，就要降低能源消费强度（即提高能源效率）和改变能源消费结构。可见，提高能源效率是满足能源需求的一种经济、方便、环境友好的方法，同时也降低了能源供应端的投资需求。
当前及今后较长时期，中国的主要排放部门是能源工业，尤其发电行业。因此，燃煤电厂在中国排放中占有相当的比重，中国电力行业排放量控制面临挑战。而目前世界上许多国家正在开发的捕集和封存技术（ Capture and Storage，即CCS）是将能源生产和利用过程中产生的捕集后进行封存，避免其排入大气，减少了人类活动排放入大气的温室气体，亦即减少了人类活动对自然环境的影响，间接达到了减排的效果。因其能实现煤炭、石油、天然气等化石燃料的可持续利用，而受到各国高度重视。如刚于2009年6月被美国众议院通过的《美国清洁能源与安全法案(ACESA)》中提出[2]，将CCS作为一种国家战略选择，以扫除影响CCS技术商业应用的法律、法规障碍，并规定2020年后新建的所有燃煤电厂开始运行时必须使用CCS，否则将无法获得联邦财政支持。因而，在短时期化石能源仍占主体的背景下，发展CCS等相关技术对于减少中国排放总量无疑具有重要的现实意义。
3 低碳经济模型研究现状概述
由于气候变化影响具有很大的不确定性，定量研究温室气体减排带来的经济社会损失也具有相当大的难度。故气候变化领域的大量研究都集中在减排成本估算以及减排政策、路径的选择。又由于是最主要的温室气体，而化石燃料的生产和利用是最重要的排放来源。因而，一般的研究重点大都针对评价减少化石燃料燃烧引起的排放的成本上。尽管减排成本估计在“确立减排目标”方面不是至关重要的，但对于“如何达到减排目标”上却是相当重要的，“应付气候变化的政策和措施应当讲求成本效益，确保以尽可能最低的费用获得全球效益”(UNFCCC，1994)。为此，IPCC专门成立3个特别工作组来研究气候变化政策的相关问题。自从1990年IPCC发布第一次气候变化评估报告以来，到2007年共发布了4次评估报告。近20多年来，国际上针对研究减排技术，开发出大量的减排评价模型，用来研究在全球、区域、国家范围内对经济领域或者部门的影响。减缓排放所产生的宏观经济代价，一般是随着浓度水平的目标提高而上升，即，如果稳定浓度的目标要求越高，则成本越大。如果中国的目标是在2050年把全球二氧化碳浓度稳定在710ppm（百万分之一体积），则全球平均宏观经济代价是1%GDP。如果把目标确定在445ppm水平，中国将会付出5.5%GDP的经济成本[1]。
与碳减排模型类似，低碳经济综合评价模型本质上也是一种环境－经济模型。区别在于前者是研究不同碳减排率对国民经济和各部门的影响，估算碳减排的边际成本。而低碳经济综合评价模型必须在保持一定经济发展速度和满足基本人文发展需求下所能达到的低碳水平及其支付的成本，亦即，前者是评估在没有约束下的减排边际成本，而后者是在一定约束条件下的减排边际成本。因此，从建模原理上，这两者没有本质上的区别。目前国际上使用的减排成本估计模型主要有以下几类[4]。
3.1 投入－产出(I-O)模型
I-O模型是利用几组联立方程组将经济部门间的复杂关系表示出来，以总需求作为已知，并为如何满足该需求提供了相当详细的部门信息，适用于分析采取某种行动后对各部门的影响结果。为了将I-O模型应用于环境政策分析，需要对传统的I-O模型进行扩展，包括经济活动和环境之间的关系。环境因素的加入增加了投入产出模型对数据的要求，而数据的不准确性可能导致模型结果的偏差。另一方面，I-O模型的假设前提为生产函数是规模收益不变的，投入产出系数是固定的，也就是说，在各种燃料之间以及燃料和其他投入之间不能相互替代；而且最终需求也是外生给定的。这样在一定程度上扭曲了非线性的现实世界。因而，I-O模型比较适合于短期分析，而不适合于做长期分析。
由于数据的可获得性问题，目前国内建立的能源环境的投入产出模型较少。比较有代表性是魏一鸣等[5]用投入产出方法建立的能源需求预测系统(CErCmA)，该模型是将情景分析与能源环境投入产出模型相结合，来进行能源需求和污染物排放预测。
3.2 宏观经济模型（凯恩斯模型）
这类模型是根据新古典增长理论建立起来的非线性宏观经济模型，描述了在各部门中的投资和消费模式，并且重点强调了与温室气体减排政策有关的短期动态性。均衡机制的实现是通过数量的调整，而不是价格，利用时间序列数据通过计量经济技术估计模型参数。在模型中，生产函数大都是用包含资本、劳动和各部门能源需求的嵌套式不变替代弹性函数（CES函数）表示。这类模型比较适合于中－短期温室气体减排政策对经济的影响。该类模型也是需求驱动型的。目前，MACRO模型大都与自下而上模型连接使用，例如MARKAL-MACRO模型、MESSAGE-MACRO模型等。
3.3 可计算一般均衡(CGE)模型
这类模型基于微观经济学原理构建经济代理人的行为，能够模拟不同行业或部门之间的复杂的、基于市场的相互作用关系，其特点是在模型中引入“均衡”和“市场”，模拟生产要素市场、产品市场、资本市场等关系。这类模型的优点是对经济系统的描述比较详细，模型的解包括了市场出清价格、部门的产出、投资、就业、外贸、排放等；并且还可以模拟碳税等经济政策在经济活动中的影响。缺点是不能对能源系统做详细的描述，从而不能了解减排技术选择的细节；模型的部分参数估值的有效性问题是该类模型的另一大缺点。
3.4 动态能源优化模型
这是一类能源部门模型，也称作部分均衡模型，这些技术型模型使能源系统的总成本，包括所有终端使用部门达到最小化，适用于评估温室气体减排潜力和成本的动态性。
3.5 综合能源系统仿真模型
这是一类自底向上模型，包含了对能源供应和需求技术的详细表述，供应和技术的发展通过外生的情景假设驱动，这类假设也经常与技术最佳模型和计量经济预测有关。这类仿真模型比较适合于中－短期研究，丰富的技术信息有助于解释大部分的能源需求。
3.6 部门预测模型
部门预测模型是利用大量相对简单的技术来预测能源供应和需求，适合于单个时间段或者动态与反馈随着时间引起不同程度的变化，主要内容是能源系统的技术特征及有关财政或直接成本的数据。
从模型研究的方法论角度，对减排政策的评估总体上存在两种分析方法：面向经济效果的总量分析法（即从顶向下法，top-down）和面向技术的具体分析法（即从底向上法，bottom-up）。top-down和bottom-up是两种建模角度，top-down方法是利用总量经济变量（如总产值、总收入等）来评价系统，是从经济发展对部门的影响出发，能够较好地描述国民经济各部门相互作用，但对能源生产、利用技术等方面描述的比较抽象。CGE模型、宏观计量经济模型都属于这一类型。而bottom-up方法则从技术政策或某个减缓气候变化的特定工程来分析系统，对各种技术工艺流程有比较详细的描述，能清晰地说明资源消耗变化及其成本变化原因。由于未与宏观经济模块有机地联系在一起，因而难以分析能源变化对经济的影响。如动态优化模型、仿真模型、部门预测模型都属于这一方法。这几类模型有时也叫做工程－经济模型。
尽管具体模型存在差别，但这两类模型均有各自共同的特点：自上而下模型主要模拟不同部门之间的经济关系，而自下而上模型更加侧重不同主体之间的能源供给和消费关系。这两类模型具有一定的互补关系，整合两类模型优点的混合模型(Hybrid model)成为评估减排技术的发展趋势。整合的关键是如何实现模型的有效连接。概括而言，两类模型的整合思路一般有以下3种[6]：在自下而上能源系统模型中添加简化的宏观经济模块；在自上而下的能源经济模型中，对能源部门的生产采用技术产出组合方式描述，构建混合模型；将两类模型通过变量连接起来构成混合模型。对于不同模型的连接方式，目前有两种：硬连接和软连接。在硬连接中，模型间的信息处理和交互都是通过程序完成的，在模型重叠的部分使用新的算法以保证结果的一致；软连接中模型之间的信息传递和控制是由模型使用者完成，使用者观察模型的结果，并通过改变模型输入使得结果趋同，往往需要多次反馈和调整，一般只能得到近似一致[7]。在已经公布的气候变化减排混合模型中，还没有做到所有模型都能实现硬连接，大多数都是部分模块之间采用软连接，部分模块之间采用硬连接方式。其中影响较大的模型有：MARKAL-MACRO模型、IIASA-ECS模型、AIM模型、PRIMES模型、NEMS模型等。
目前国际上利用模型展开低碳经济研究的有日本“2050年日本低碳社会”，该项目始于2004年，由几个单位的60位气候变化等专家联合成立工作组，经过4年的努力，于2008年取得一系列成果，提出了“日本迈向低碳社会的行动和方案”①。他们还与英国专家成立合作项目“一个可持续低碳社会”，基于可持续发展就降低全球温室气体排放在地区、国家、国际尺度上采取行动的必要性、紧迫性和可行性进行研究，成果提交给G8和G20等高级别会议。中国学者姜克隽等人士也研究了中国发展低碳经济2050年的能源和碳排放情景[8]。
4 中国低碳经济评价模型构建存在的若干理论问题
发展低碳经济是为实现能源环境可持续发展而提出的，成为政府和科学界应对气候变暖、实施温室气体减排的一种新思路，其实质是提高能源效率和改善能源消费结构，核心是通过能源技术创新和制度创新构建一个低碳经济发展体。在构建中国低碳经济评价模型时首先需要回答以下3个问题，才有可能比较合理地研究中国发展低碳经济的潜力空间与政策选择。
4.1 可持续发展与低碳经济的关系问题
发展低碳经济并不意味着经济增长的低速度，可以做到与可持续发展有机结合起来。这就需要建立“低碳经济”的社会体系，包括建立低碳能源系统、低碳技术体系和低碳产业结构，同时要求建立与低碳发展相对应的生产方式、消费模式和鼓励低碳发展的政策措施、法律体系与市场机制。也就是说，要走低碳经济的发展路径，需要形成“低碳经济”的理念，这不仅是局限于技术层面，还包括调整经济发展模式以及社会消费模式，即关键在于技术创新与制度创新。因而，在构建低碳经济模型时，如何将这种新的发展理念体现于模型中，这应该也是低碳经济模型与碳减排技术评估模型的最本质区别所在。如低碳消费模式，或者说消费模式如何影响碳排放，这个问题是构建低碳经济模型亟待解决的主要问题之一。
又如，征收碳税是一种重要的经济诱因工具，也是在经济体系中尚未展开对碳指标考核时体现“低碳经济”重要的配套手段。在碳减排模型中对于是否课征能源税或者碳税的争议由来已久，但是在低碳经济模型中，该问题已经不是“课征与否”，而是在于“课征多少”是合理的，以使保持一定的经济增长速度。
4.2 技术进步的内生化问题
技术创新是发展低碳经济的一种十分重要手段。在已有的环境－经济模型中，技术变化大都被作为外生变量，经济活动和政策并不影响新技术的研究、发展和扩散。技术外生建模的典型方法是设定能源效率自动提高参数或外生假定具体的新技术（这些技术已经存在，但还没有被广泛应用）。然而，技术进步理论和大量的实证研究显示，技术并非完全外生的，而是由经济行为相互作用而内生的。许多经济模型研究证实中长期气候变化减缓成本和效益预估对技术成本的假设是敏感的[9]。因此，这种技术进步外生假定显然不能较好地反映经济现实，而将技术变化内生化是研究气候变化减缓影响所必需的。技术进步内生化增强了环境－经济模型的分析能力，例如，可更加合理地评价政府政策的成本、机会成本、创新的延期、政策的敏感性以及国际间的技术外溢等[10]。与此同时，技术创新内生化也对传统模型的计算产生了挑战。传统模型中，报酬递减是求解模型的基本假设，这种凸性决定了模型存在唯一解，而加入技术因素后造成的非线性和报酬递增的非凸性将使得模型可能面临多个解的情形。显然，技术创新的不确定性决定了模型中技术变化内生化问题的复杂性，目前还处于探索阶段。
4.3 发展中国家环境－经济模型构建问题
由于减排的复杂性，对同一问题采用不同的研究方法、不同的模型类型往往得出非常不同的模型结果，对这一现象的一种解释是模型需要很多的参数，不同国家的参数差异非常大，如能源资源、经济增长、能源强度、产业和贸易结构等。如2030年前减排量同减排政策和技术直接相关。采用不同的分析方法，不同的减排条件和政策，都将对未来的减排潜力产生影响。例如，征收的碳税不同，采用的预测和分析方法不同，得到的2030年全球温室气体减排潜力也会不同（表1）。
目前已设计开发出的模型绝大多数是针对工业化国家的减排成本、减排潜力的问题，如果对这些模型不加分析地应用于经济转轨型国家和发展中国家的经济研究是不合适的，得到的结论也是没有说服力的。这是由于发展中国家与发达国家在经济运行和社会生活方面存在明显差异，如发展中国家政策往往会优先考虑落后地区发展，为此要保证相应地区能源资源使用的连续性；大量人口从传统产业向现代产业转移；由于大量人口分散居住的农村，能源供应呈现分散化；能源市场和政策领域正在经历剧烈变化；技术创新和扩散的壁垒显著，具有较大的不确定性等[11]。尽管构建一个考虑全部因素的“普适模型”是不可能的，但现有模型还是能够通过适当考虑上述特点来提高对发展中国家的适用性。
收稿日期：2009-07-11；修订日期：2009-11-29
注释：
①成果参看，日本国立环境研究所http://2050.nies.go.jp.
标签：低碳经济论文; 碳排放论文; 经济模型论文; 经济论文; 环境经济论文; 中国现状论文; 全球气候变化论文; 人口问题论文; 经济学论文;