题目：碳中和目标下的能源经济转型路径与政策研究
作者：张希良，黄晓丹，张达，耿涌，田立新，范英，陈文颖
来源：管理世界，2022年第1期
关键词：碳中和；转型路径；碳定价；CGE模型
01
研究概述
《巴黎协定》确定了控制全球温度上升的目标：将温升控制在2℃之内，并争取控制在1.5℃之内，为实现这一目标，各国温室气体排放应尽快达到峰值，并促使全球在21世纪中叶实现碳中和。长期以来，中国高度重视气候变化问题，习近平主席在第七十五届联合国大会上发表重要讲话“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，争取在2060年前实现碳中和。”
但作为世界上最大的碳排放国家与工业门类最为齐全的国家，中国正处在城镇化快速发展阶段，面临着经济转型、环境保护、应对气候变化等多重挑战。因此，识别能源经济系统的转型路径、评估转型所需政策干预力度对实现碳中和目标至关重要。
与该文章相关的文献包括碳转型路径研究与碳定价研究两部分。一方面，部分学者（《中国长期低碳发展战略与转型路径研究》项目组，2020；姜克隽等，2012；段宏波等，2019；Duan等，2021）对于中国的碳转型路径进行了研究，他们认为中国要实现1.5℃目标，需在2020年达峰，而后加快减排，于2050年降至-10亿-20亿吨。但“碳排放于2020年达峰后急剧下降”的假设不符合我国国情。另一方面，部分研究对欧盟（European Union，2018）、日本（Oshiro et al.，2018）、澳大利亚（Climate Works Australia，2020）等国家实现碳中和所需的政策力度开展了评估。但由于不同地区实现碳中和时所面临的碳价水平与国家的发展水平、技术路径和资源禀赋密切相关。因此，碳定价需要充分考虑我国的经济系统和能源系统的特点。
在这一背景下，该研究综合考虑国内外社会经济技术等因素，重点解决了以下5个方面问题：（1）合理的碳中和碳排放轨迹；（2）碳中和对经济转型的要求；（3）碳中和对能源系统转型的要求；（4）实现碳中和所需的政策干预力度；（5）主要减排技术方案的减排贡献。
02
模型介绍
该研究采用自上而下的可计算一般均衡能源经济模型——中国—全球能源模型（C-GEM）模拟分析我国绿色低碳转型的路径与政策，并利用3个自下而上的技术模型REPO、CPREG和CBEM分别对电力、交通和建筑三大重点排放部门的能源消费、成本和技术选择情况进行校核验证，确保了研究结果在经济和技术上都具有可解释性。以下分别对四个模型的构建、校准与验证过程做介绍。
（一）中国—全球能源模型（C-GEM）
C-GEM为全球多区域递归动态可计算一般均衡模型（CGE），能够模拟能源与气候对经济、产业、贸易以及二氧化碳排放的影响。经济与能源是“低碳经济”背景下需要重点权衡的两部分，正因C-GEM可以有效地描述经济系统与能源系统之间的关联关系与相互影响，该研究使用此模型来模拟实现碳减排目标所需的能源经济系统转型路径，评估所需的政策干预力度。
C-GEM在完全竞争市场假设下，实现生产者、消费者、国内国际市场和要素供给需求四方平衡（如图1）。生产者通过要素投入和中间产品投入，在一定的技术条件下生产出国内最终产品，其中一部分作为国内供给进入国内产品市场满足国内需求，另一部分出口到国际市场。国内商品总需求除了来自国内供给，还有一部分来自进口。居民和政府等消费者通过要素出售和税收最终获得可支配收入，在满足自身消费的同时，将一部分收入分配为储蓄，并进而作为投资，最终共同满足国内总需求。能源投入作为中间投入的一部分、碳排放权也作为一种稀缺投入要素进入生产环节，从而将经济系统和能源系统有机联系起来。
图1 C-GEM模型经济系统生产与消费关系表述
其中，生产环节使用嵌套的CES生产函数刻画各生产部门的生产活动，使各部门各要素投入间的替代弹性可以更贴近实际情况，模型通过动态调整替代弹性来刻画我国未来进程。消费环节同样采用嵌套的CES函数来刻画消费者偏好。其中，电力部门生产函数嵌套结构如图2所示，消费函数嵌套结构如图3所示。
图2 电力部门生产函数嵌套结构
图3 消费函数嵌套结构
此外，“需求侧”和“供给侧”带来的经济结构变化是影响未来能源消费和二氧化碳排放的关键因素。在加入合理的有关消费函数、内生增长等设定之后，为完善C-GEM对未来经济产业结构随收入增长和技术进步的变化的模拟刻画，该研究借鉴欧盟、日本、美国等国的发展经验，结合中国供给侧结构性改革进程和扩大内需消费等政策措施，对模型动态过程中的生产与消费等结构进行外生动态演变，模拟中国经济转型的特点。
（二）中国可再生能源电力规划与运行模型（REPO）
REPO是高时空分辨率的电力系统优化模型。因其从技术方面反映了时空差异下中国电力系统运行特征和省际差异（空间），模拟中国当前或未来（时间）的低碳减排技术、政策措施对电源结构、电量传输、可再生电力消纳、碳排放、电力价格等的影响，所以，该研究通过REPO与C-GEM交互验证来增强模拟结果电力技术支撑可信度。
图4 REPO模型框架
如上图4所示，REPO以最小化电力系统贴现成本为优化目标，以电力供需平衡约束、机组出力约束、可再生能源出力约束等作为约束条件，得出满足约束条件下各类发电技术在相应模拟年份的各省装机和发电量、省间传输线路容量和碳排放等结果。
（三）中国分省道路交通能耗和温室气体排放模型（CPREG）
CPREG基于Gompertz曲线建立乘用车与饱和水平、存活规律、人均GDP、人口规模之间关系；基于弹性系数方法建立公共服务车、货车与相应增长驱动因素之间关系，并引入汽车存活规律曲线以实现汽车保有量未来规模预测。结合未来汽车技术构成、燃料消耗率和行驶里程等数据，对未来中国分省的车用能源需求和温室气排放进行了分析，对不同发展政策情景下各类新颖汽车的能源需求和温室气体减排效果进行了评估（如图5）。通过CPREG技术模型校验增强C-GEM模拟交通部门电气化水平的可信度。
图5 CPREG模型结构
（四）中国建筑用能模型（CBEM）
CBEM通过输入主要的社会经济发展宏观参数（人口、户数、GDP等）、建筑能耗影响因素信息以及采集得到的能耗、碳排放与室内环境数据，测算得到建筑规模以及各用能分项的能耗强度，从而获得不同建筑类型、气候分区、用能分项、能源品种等的建筑能耗与碳排放情况（如图6）。
图6 CBEM模型结构
（五）C-GEM与REPO、CPREG、CBEM的校验过程
我国电力、交通、建筑部门绿色低碳转型路径与政策的校验过程如下图7所示。
图7 校验过程介绍
REPO：C-GEM模型将所模拟的全国电力需求和碳价反馈给REPO模型，REPO模型以上述指标为输入模拟得到电力结构并反馈给C-GEM，后者以此更新模型电力结构并得到新的电力需求和碳价，重新反馈至REPO模型，通过多次迭代校验，最终保证两模型电力结构、电力需求和碳价基本一致。
CPREG：C-GEM将根据不同碳排放约束下CPREG模型的研究结果对电动车发展规模进行校核，保证两个模型交通部门的用能规模与结构，尤其是电气化水平基本一致。
CBEM：基于CBEM在不同碳排放与能源需求约束下的模拟结果，校核C-GEM建筑部门的用能规模，确保最终两个模型的排放轨迹、用能规模与结构协调一致。
03
情景设计
该研究采用对照实验的方式，开发了参考情景及2060碳中和情景（实验场景）两个场景，旨在比较实现碳中和目标的能源经济转型及政策干预力度。
参考场景的碳减排力度以我国2015年在巴黎气候变化大会上承诺的碳减排力度为依据，即单位GDP碳排放年均下降率持续保持在大约4%的水平。2060碳中和情景的碳减排力度以“2030年前碳排放实现达峰，2060年前实现碳中和”目标为依据，结合国内外研究结论，使碳排放趋势尽可能靠近全球1.5℃温升控制目标下要求的中国碳排放轨迹。如下表1所示：
表1 两情景下单位GDP碳排放年均下降率水平
但通过后续计算得出参考情景并无法实现“2030年前碳达峰，2060年前碳中和”目标，所以后续文章重点围绕2060碳中和情景进行讨论。
04
不确定性讨论
鉴于模型形式选择、参数设置以及观测值差异的存在，模型模拟结果会存在不确定性。因此，该研究参考国务院发展研究中心资环所、国家气候战略中心等团队的研究成果对能源经济转型路径的关键特征指标进行了不确定性分析，对综合判断较大可能出现的情况以“大概率分布区间”形式与该研究“2060碳中和情景”结果进行对比，并进行如图8可视化呈现。较大可能出现的情况通过下图中阴影部分表示，本研究结果由黑色点划线表示，通过比较分析，本研究预测线均落在阴影部分，增强了模型预测的可靠性与稳定性。
图8 2060碳中和目标下主要能源经济数据大概率分布区间
05
研究结论与政策建议
本研究在社会经济发展稳定的假设下，通过上述模型模拟、校核以及不确定性讨论，使用图表比较分析法，得出要实现“2030年前碳排放实现达峰，2060年前实现碳中和”目标，能源与经济系统就必须进行深刻的转型的结论，实现转型的主要技术路径和政策措施包括以下几个方面。
（一）明确碳排放总量控制路径
能源相关碳排放在“十五五”中期达到峰值，峰值水平在105亿吨以内，2060年前实现全经济尺度碳中和。进行分部门碳排放总量管理，推动建筑、电力、工业与交通部门分别于2025年前、2025年左右、2025年左右与2030年左右达峰。
（二）进一步提高能源利用效率
通过产业升级和结构调整、技术节能和管理节能等措施降低我国单位GDP能源消费量。能源消费总量于“十六五”期间进入十年平台期，碳达峰前，减排量由能效提升主导实现。
（三）持续推进以新能源为主体的能源结构优化
持续推进以新能源为主体的能源结构优化，碳达峰后，能源替代逐渐发挥更大的作用。
（四）大力推进电气化和电力系统深度脱碳
电力系统应率先于2045-2050年实现净零排放，而后进入负排放阶段。常规煤电在“十四五”期间装机达到峰值，在2050年前后基本完全退出。
（五）积极推动CCUS和碳移除技术的研发、示范和推广
（六）充分发挥碳定价机制在能源经济转型中的经济激励
碳定价机制将是实现碳中和目标的重要手段。实现碳达峰与碳中和目标我国的碳价水平2025年不应低于近70元/吨，2030年不应低于100元/吨，2035年不应低于180元/吨，2050年不应低于700元/吨。
学习与感悟
“2030年前碳达峰，2060年前碳中和”目标要求我国能源经济系统进行深刻的转型。该研究利用中国—全球能源模型（C-GEM）和部门技术模型，研究了碳中和愿景下我国能源经济转型的路径，定量评价了主要减排措施在不同时期的减排贡献度和所需的政策干预力度，对能源经济转型路径的关键特征指标进行了不确定性分析。对我有以下学习借鉴意义：
第一，模型选取恰当。CGE模型可以在经济的各个组成部分之间建立数量联系，使我们能够更全面地考察某一部分的扰动（单位GDP碳排放年均下降率）对其他部分（转型路径等）的影响。本研究所采用的C-GEM为CGE模型，细致刻画了多种低碳、零碳和负碳技术的同时，也刻画了碳交易市场模块，模型将能源作为中间投入变量引入生产消费关系中，可以有效地表述经济系统与能源系统之间的关系与相互影响，比较适合低碳经济背景下的能源经济系统路径及所需政策力度的评估工作。
第二，研究思路严密。一方面，除C-GEM情景模拟模型外，本研究还利用REPO、CPREG和CBEM三个技术模型对电力、交通和建筑三大重点部门进行了校核验证，确保了研究结果在经济和技术上的可解释性。另一方面，因为模型选取、参数设置等造成的研究结果差异性，文章综合多人研究进行了不确定性分析，进一步增强了说服力。
第三，研究意义深刻。文章研究结论为我国实现2060碳中和目标提供了强有力的支撑，明确了碳排放总量控制路径，肯定了CCUS、电力系统深度脱碳、能源结构优化、碳转移技术和碳定价工具的重要性，表明了碳中和对我国经济高质量发展的促进效果，为我国碳减排工作方向起到了指引作用。
来源：南湖经苑
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