2025年、2030年和2040年中国二氧化碳排放高峰的经济影响：基于动态GTAP-E模型_碳排放论文

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       随着全球气候变暖等现象越来越受到关注，我国以牺牲环境为代价，依靠消耗大量资源的传统经济增长方式已经难以为继。减少温室气体(尤其是二氧化碳)排放不仅是经济发展的重要目标，而且也是国际气候谈判的重要议题。因此，作为世界上最主要的二氧化碳排放大国，中国的碳排放峰值、减排情景及其经济影响引起了世界的广泛关注。

       目前，有很多文献都对中国碳排放何时达到峰值进行了预测，但由于研究方法和考虑情景的不同导致各方结论差异很大。2009年由国务院发展研究中心、国家发改委能源研究所和清华大学共同研究的《2050中国能源和碳排放报告》[1]中指出在基准情景下中国将在2040年达到碳排放峰值，在强化低碳情景下中国将在2030年达到碳排放峰值。2010年联合国开发计划署和中国人民大学共同发布的《中国人类发展报告2009/10——迈向低碳经济和社会的可持续未来》[2]中认为在基准情景下，中国的碳排放在2050年之前不能达到峰值，在减排情景下，中国能在2030年出现峰值，但需要付出巨大的社会经济代价。2011中国社科院发布的《中国低碳城市发展绿皮书》中认为随着中国单位GDP能源消耗降低和能源消费结构逐步低碳化，中国二氧化碳排放将在2035年至2045年间达到峰值。

       Garnaut等[3]基于GDP增长、GDP能源弹性以及能源构成和不同能源碳排放因子的预测，对中国2030年前的碳排放进行了预测。Ohara等[4]利用MERGE模型预测了2020年前中国的碳排放。Zhou等[5]将中国的碳排放趋势分为持续改善情景(CIS)和加速改善情景(AIS)，通过模型测算得出中国在CIS下的碳排放将会在2033年达峰，在AIS下的碳排放将会在2027年达峰。此外还有一些文献讨论了能源效率变化对二氧化碳排放的影响[6]。

       姜克隽[7]利用IPAC模型进行模拟，在基准情景下，中国的碳排放将于2040年达到峰值，在强化低碳情景下，中国将于2030年达到峰值。朱永彬[8]利用内生经济增长模型Moon-Sonn模型得出的结果是，在当前技术进步速率下，我国将分别在2043和2040年达到能源消费高峰和碳排放高峰。岳超等[9]采用kaya恒等式对我国2050年的碳排放进行了预测，并认为最佳可能的碳排放量峰值年为2035年。渠慎宁和郭朝先[10]利用STIRPAT模型对未来中国碳排放峰值进行了相关预测，他认为按照目前发展趋势，若经济社会发展的同时保持碳排放强度合理下降，中国的峰值到达时间应为2020-2045年之间。周伟和米红[11]基于“能源—经济—环境”的MARKAL-MACRO模型和数理人口学中的Keyfitz模型，设定了能源消费的3种情景。结果表明，在基准情景下，中国的二氧化碳排放在2042年达到峰值，为118.47亿吨，在能源结构优化情景下，二氧化碳排放在2036年达到峰值，为107.53亿吨；在气候变化约束情景下，

排放在2031年达到峰值，为94.72亿吨。

       要想实现中国碳排放较早达到峰值，就必须采取减排措施，已有很多文献对我国二氧化碳减排的经济影响进行了研究。总的来说，目前比较主流和权威的方法是CGE模型，这类方法不但可以捕获到直接影响，还能识别出相应的间接影响，所以，CGE经常被用来测算减排的经济影响。这方面的研究有陈文颖等[12]利用中国混合模型MARKAL-MACRO模型测算了在不同二氧化碳减排率的情景下对经济的影响。韩一杰和刘秀丽[13]在不同的减排目标和GDP增长率的情景假设下，测算了我国实现二氧化碳减排目标所需的增量成本和经济影响。王灿等[14]也利用TEDCGE模型分析了在不同减排率的情况下对经济的影响。此外，还有一些文献研究了中国不同区域实施差异化减排政策的经济影响[15-17]。

       综合来看，现有大部分研究存在三点局限：第一，大部分文献主要研究排放峰值年份或者减排的经济影响，很少有研究将二者结合起来分析碳排放峰值在不同年份到来的经济影响。第二，大部分减排的经济影响研究基于国家或分省CGE模型，该类模型如果从全球角度来看，其实都是属于局部均衡模型。由于这些模型通常假设国家的贸易(进口和出口)是外生给定的，所以不能反映出我国减排政策的冲击与国外经济体产生的溢出和反馈效应，即该类局部均衡模型未考虑经济体之间贸易和投资的关联效应。第三，动态机制过于简化。上述模型主要的动态链接是通过投资和资本的动态累积来实现。实际上，还需要考虑在本国的外资以及在国外的本币投资，以及均衡回报率的实现路径和实现时间等机制。

       为克服上述局限，我们采用动态全球贸易和能源模型(GTAP-E)来分析减排政策对我国的经济影响。GTAP-E有两方面的优势，一是从全球的视角来评估减排政策对我国的经济影响，二是该模型的动态机制除了投资和资本的累积之外，还考虑了国内投资中资本的所属权和均衡路径等动态机制。

       本文主要回答的问题：我国分别在2025、2030年和2040年二氧化碳排放达到峰值对我国经济影响?是否达峰时间不同对我国的经济影响存在较大差异?以及对我国各个行业的影响?是否是高耗能、高排放的行业受到的冲击要大于其他行业?

       文章分为四部分，第一部分：研究背景；第二部分：动态GTAP-E模型和情景方案设定；第三部分：模型结果与分析；第四部分：政策建议。

       模型介绍与情景设定

       1、动态GTAP-E模型

       动态全球能源环境分析模型(Global Trade Analysis Project Energy，GTAP-E-Dyn)是一个世界经济动态递归可应用的一般均衡模型(AGE)。它扩展了标准GTAP-E模型[18]，包括跨国的资本流动，资本积累，以及投资适应性预期理论。动态GTAP一个重要的扩展是时间的处理。许多动态模型，将时间作为一个指数(Index)，使得模型中每一个变量都有一个时间指数。在全动态GTAP模型中，时间本身是一个变量，受外生变化与通常的政策、技术和人口变量的影响。

       动态GTAP-E与标准GTAP-E的区别可以概括为以下几点：第一.与静态模型相比，动态GTAP-E提供一个更好的长期分析。因为在动态模型中不仅需要构建基准情景，而且还要考虑各种要素的累积效应。第二.在标准的GTAP-E模型中，资本只允许在同一个区域内的不同产业间进行流动。但在动态模型中，资本可以在不同区域之间流动，这使得不同地区间的投资和资本存量对各地区的资本回报率做出反应。第三.国家间回报率调整需要时间。静态模型假定各个国家不同的资本回报率调整是瞬间完成没有时滞。在动态模型中，这种调整是需要一定的时间，也就是说有一个时滞。第四.引入投资的适应性预期。投资行为的变动不是取决于实际回报率，而是取决于预期回报率的变化。这就允许投资在短期内可以出错，但是在长期保持与实际回报率一致的变动。第五.引入金融资产的资本和收益实现不同年份的动态链接[19]。

       为了便于分析和模拟，我们将美国普渡大学动态GTAP第七版数据库的113个国家和地区加总成9个国家，分别为“基础四国”(中国、印度、巴西和南非)、三大经济体(美国、日本和欧盟①)、澳大利亚和其他国家。57个部门(其中，42个部门为产品部门，15个部门为服务业)加总成17个部门。同时，也对GTAP第七版的排放数据库进行了相应的加总。

       2、排放的基准和政策情景设定

       根据中国社会科学院工业经济研究所“973”课题组(2012)的研究，在考虑我国未来人口、工业化、城市化、高耗能产业的发展和人均GDP等因素的情况下，根据能源消费量变化趋势、能源结构优化、能源效率改进和技术进步四方面因素，将我国未来二氧化碳排放设定为四个情景。分别为基准情景(参考情景)、超强节能、强化节能和节能四个情景，其中后三个情景为政策情景，分别假定我国在2025年、2030年和2040年二氧化碳排放达到峰值。四个情景的设置如下：

       基准情景(S00)：即能源战略以满足经济增长需要为目标，以保障供应和能源安全为主要着力点，适度考虑节能和减排目标，具体数据见表1和表2。在基准情景下，中国二氧化碳排放将会继续增加，但增速呈逐渐放缓趋势，2050年达到144.9亿吨，相当于在2010年(72.5亿吨)排放的基础上翻一番。同时，在基准情景下我国的二氧化碳排放不会出现峰值。

       节能情景(S40)：即继续保持现有节能政策取向，根据经济发展阶段、经济承受能力和技术水平选择适当的节能战略，其主要政策背景是中央政府仍保持较强的节能减排力度，同时积极利用市场机制推动企业自主节能，具体数据见表1和表2。在节能情景下，中国二氧化碳排放将会在2040年达到峰值(是绝对量的峰值，不是增速的峰值)，之后排放呈回落态势。在2040年达峰时排放达到118.9亿吨，2050年回落到111.4亿吨，大致相当于2028年的排放水平。

       强化节能情景(S30)：即在节能战略的基础上，进一步强化节能力度，通过财政、税收、技术支持等措施积极推进严格和约束性节能战略，同时大力推进能源市场改革，充分利用市场机制和能源价格杠杆进一步强化节能力度、控制温室气体和助燃物排放，具体数据见表1和表2。在强化节能情景下，中国二氧化碳排放将会在2030年达到峰值，之后排放呈回落态势。在2030年达峰时排放达到106.3亿吨，2050年回落到92.9亿吨，大致相当于2020年的排放水平。

       超强节能情景(S25)：在强化节能战略基础上，制订更为严格的节能目标，并以此作为经济社会发展的约束条件，同时采用税收优惠等方式鼓励新能源和可再生能源开发利用，利用征收碳税的方式限制化石能源利用，通过技术补贴推进节能减排的技术创新与推广，具体数据见表1和表2。在超强节能情景下，中国二氧化碳排放将会在2025年达到峰值，之后排放呈回落态势。在2025年达峰时排放达到96.9亿吨，2050年回落到77.8亿吨，达到差不多2013年的排放水平。

      

      

       政策冲击的设定：我们假定我国二氧化碳排放分别于2025年、2030年和2040年达到峰值，然后通过调整相应年份政府征收的碳税来实现达峰的时间和排放总量。原则上来说，这是属于一种约束性减排的方式来进行模拟冲击。

      

       模拟结果分析

       1.宏观经济影响

       (1)中国经济将会受到负面冲击，而且达峰时间越早影响越大

       与基准情景相比，如表3所示，在S25、S30和S40三种政策情景下，2050年中国实际GDP增速分别累积下降20.9％、14.8％和8.7％，因此，中国征收碳税减少二氧化碳排放将对经济造成负面影响。可以看出，随着碳排放达峰越晚对我国的经济影响就越小，而达峰越早造成的冲击则越大。这主要有两方面的原因：第一、二氧化碳排放总量不同。因为在情景假定时，排放达峰时间越早，在2010-2050年我国总排放的二氧化碳就越少，所以，对整个经济的冲击较大。在S25情景下，我国9个时点(见表4)的累计排放为783.2亿吨，而在S40情境下，累计排放为941.9亿吨。第二、经济结构的差异。由于达峰时间越早意味着我国将会较早的出现排放的绝对量下降，而当前碳排放主要是来自占我国经济比重较高的二产，因此，越早达峰对整个经济的冲击就越大。从模型来看，中国经济之所以下降是由于国内资本存量下降所致。征收碳税导致国内企业的资本回报率下降，直接减少了国内的总投资，所以导致资本存量下降②，从而促使中国GDP出现收缩。另外，由于经济活动放缓导致间接税收入下降，也对整体经济产生一定的负面影响。

       (2)中国的消费需求将会下降而外贸出现一定的盈余

       从需求侧来看，由于中国整体经济下滑，带动国内消费需求收缩。模型结果显示，在三种政策情景下，中国私人消费和政府消费均出现下降，且政府消费下降的幅度小于私人消费。这是由于模型中认为政府消费不产生排放，所以政府消费受到的冲击较小。外贸出现同时下降的局面，其中进口下降是因为本国经济收缩导致对进口产品的需求下降，尤其是投资需求。出口下降是因为实际汇率升值导致出口产品价格上涨。但总的来说，进口下降的幅度超过了出口，所以，外贸将会取得一定的贸易盈余。同时，由于本国的实际汇率上升导致贸易条件也得到改善。模型结果显示，投资降幅超过了消费，因此，投资与消费比例的变化将会在一定程度上优化我国的内需结构，从而促进我国的发展方式转变和结构调整。

      

       2.产业影响

       总体来看，减少排放对我国所有行业都会有不同程度的负面影响，而且达峰越早遭受的冲击越大。平均来看，如表5所示，2025年、2030年和2040年达峰对17个行业的产出平均下降幅度分别为31.9％、24.5％和15.8％。而且行业冲击的趋势基本相同，其中下降较大的有石油、天然气、煤炭、建筑业、电力和成品油等行业，受到冲击较小的行业有农产品、食品、贸易和服务业等。

      

       从这些产业的影响因素来看，可以将产业变化分为两大类。第一类是能源产业(煤炭、石油、天然气、成品油和电力)，第二类是非能源产业(其余12种产品)。总体上来说，对能源行业的冲击较大，而对非能源行业的冲击相对较小。

       (1)对能源行业产出的影响

       能源产业主要是由于需求减少和成本冲击造成产出下降和价格上涨。首先由于碳税的征收提高了能源产品的使用价格，从而直接导致对其需求的减少，这会使能源行业的产出和价格出现同时下降。但是，我们却发现能源行业的价格不但没有下降而且还出现了大幅上涨，因为这些能源行业的投入结构中能源产品本身占比很大，所以，直接对其征收碳税导致投入成本大幅上升，从而使其出现价格上升和产出下降的态势。其中，煤炭、石油、天然气、成品油的产出变化属于这一类。

       一个需要解释的问题是：为什么原油行业的降幅远远超过其他能源产品?从原油使用结构来看，原油接近90％都是用来提炼成品油，所以，成品油的产出变化直接影响原油的产出。但是成品油产出只下降了31.4％，只有原油产出下降的1/3。这有两方面原因：第一、与进口原油相比，国产原油价格变得更贵。由于征收碳税导致本国成品油价格大幅上涨，而进口原油价格变化很小，直接导致进口原油对国产原油的替代。第二、国内总使用中，进口原油份额远高于国产份额。模型数据库显示，国内成品油行业投入的原油中有超过80％来自进口，而国产原油只有20％。所以，巨大的进口份额也强化了价格的替代效应。

       另外一个问题是，通常认为电力行业二氧化碳排放较大，但是为什么在能源行业中下降的幅度不大?这是因为在排放数据库中，各个行业对电力产品的直接需求不产生排放，也就是说，对于电力行业，我们采用的是生产侧的排放，不是终端使用或者消费侧的计算方式。只有电力行业生产时才排放二氧化碳，因此，与其他能源行业不同，电力行业只受到供给面的冲击没有直接受到需求侧的冲击。此外，电力行业消耗的能源产品允许替代，而其他能源行业则不允许。这是因为其他行业使用能源产品更多的是转化而不是燃烧消耗，所以不能产生替代。所以，总的来说，电力行业受到的冲击相对较小。

       在所有能源产品中，成品油的产出下降最小。主要是因为成品油行业受到的成本冲击相对较小造成的。GTAP-E第七版的二氧化碳排放数据库显示，成品油的排放只来自于天然气投入的燃烧③，对于煤炭和原油的投入不产生排放而主要是转化。而且天然气占成品油的成本份额只有不足0.0001，因此，与其他几种能源行业相比，直接征收碳税对成品油行业的冲击很小。

       (2)对非能源行业产出的影响

       非能源产品的产出和价格变化主要是受到排放成本的冲击。由于征收碳税直接推高了非能源行业能源投入品的使用价格，生产成本上升导致这些行业的产出下降和价格上涨。由于没有受到直接需求的冲击，所以，对非能源行业的影响较小。但是，在非能源行业中一些行业也受到很大的冲击，如建筑业、钢铁和矿产品。这是由于上下游行业的关联效应拉动所致。其中建筑业有超过90％都用做投资，所以，整体投资下降导致其产出下降。而钢铁和矿产品主要用作建筑业和制造业，因此，下游行业的产出下降导致上游行业收缩。

       结论和政策建议

       我们采用动态GTAP-E模型对我国分别在2025年、2030年和2040年三个情景二氧化碳达峰进行了模拟分析。主要结论和政策建议如下：第一、我国二氧化碳排放达峰时间面临艰难抉择。一方面，测算表明，我国排放越早达峰对经济影响就越大，那么现实的选择是争取越晚达峰对我国经济越有利。另一方面，伴随着我国经济的快速增长和人均GDP的提高，很快就会走出发展中国家，迈入中等发达国家的行列，如何在气候变化领域做一个负责任的大国，也是一个我们需要直面的问题。第二、征收碳税减少排放对我国内需结构调整有促进作用。结果表明，在政策情景下，与消费支出相比，投资下降的幅度更大，所以，会提高我国GDP中的消费比重，降低投资份额，从而可以达到调整我国内需结构的目的。一个显而易见的政策含义是，征收碳税将会对我国的发展方式转变起到一定的推动作用。第三、对高耗能行业和能源密集型行业的冲击较大。由于这类行业使用的化石能源份额较大，属于高排放的行业，所以征收碳税对这些行业的冲击较大。另外，由于上下游行业的关联效应也导致一些行业受到负面冲击。投资的下降导致对建筑业的需求下降，从而诱发了一系列的行业扩散效应，进一步导致钢铁和水泥等行业也产生很大的负面影响。这也就意味着征收碳税也会在一定程度上调整和优化我国的产业结构。尤其是，当前我国高耗能产业面临产能严重过剩的局面下，产业调整的政策含义就显得尤为重要。

       注释：

       ①尽管英国不属于欧盟，鉴于其与欧盟紧密的贸易联系和分析的方便，我们将英国也计入到欧盟区域。从目前来看，欧盟包括27个国家，但是GTAPV7数据库中并没有包括所有的27个国家，只包括了24个国家，但从产值上来看，覆盖的国家超过欧盟产值的95％以上，所以，非全口径的国家并不影响区域的代表性。

       ②在动态GTAP模型中，从长期来看，假定一个国家(区域)的劳动力和土地的总量都是固定的，而资本存量是可以变化的，所以，长期经济增长变动完全是资本存量的变化所致。

       ③在2004年的基准二氧化碳数据库中，煤炭行业的排放是1.8百万吨、石油行业是7.7百万吨、天然气是2.8百万吨、成品油只有0.001百万吨二氧化碳当量，不到其余三种能源产品的百分之一。

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