区域能源与碳排放战略决策支持的模型探索与系统开发

【摘要】：为应对区域层面的气候变化,需要在全球气候经济学集成评估模型(IAM)思想下,发展气候变化区域经济学集成评估模型(Intergrated Regional Assessment of Global Climate Change Model, IRAM)。本文结合我国区域碳减排的现实需求,从碳减排经济学出发,研发了区域能源与碳排放战略决策支持系统,作为IRAM的核心探索。 本文应用经济学原理、动态最优化理论与方法、投入产出模型和目标规划等方法,开展了基本模型的建模,定量评估了中国碳排放政策的国内公平性,依据中国碳减排的目标,提出了最优减排路径,并讨论了能源结构演化、碳排放权分配、碳税等气候经济政策的有效性,分析了不同政策对产业结构、区域发展和区域公平性的影响。方法上,为了研究气候变化与气候保护的国内分区域影响,本文基于信息不对称理论,探讨了不同区域碳需求矛盾形成的原因与解决方案,从气候变化及经济发展不确定性角度进行严格分析及建模,并重点研究了地理结构约束下区域碳排放机制和气候保护的公平控制。技术上,本文以C#.NET为基础,并基于Arcgis Engine二次开发,采用智能数据挖掘、动态系统模拟等方法,开发出一个基于GIS的中国区域碳排放决策支持系统,以此分析和评估不同情景下中国各区域的产业结构优化、碳排放需求、能源演化、碳税变化等因素的气候影响。 首先,回顾了国内外碳排放与经济增长的相关问题和研究成果,结合我国实际情况,遴选出了本文的基本问题,即如何保证经济平稳增长的同时达到减排目的?基于该问题,本文将能源引入了生产函数,在内生增长模型框架下,运用动态最优化理论,考察了技术进步、可再生能源、能源效率等要素之间的内在联系与作用机理。理论模型表明,随着技术进步,产出增长率和能源效率也将提升；提高可再生能源在能源系统中的比重和可再生率,有助于缓解经济增长和碳排放之间的矛盾；此外,从政策上扶持可再生能源或低碳能源,降低可再生能源的弹性,能增加减排的经济效益。 其次,在经济最优化模型基础上引入了WITCH模型的核心部分,完成了混合建模,通过实证研究,讨论了减排的可能性及可行性,并分析了中国能源结构演化的趋势与规律。结果表明,通过改善第二产业,中国仍能获取较大的减排潜力空间；如果中国不减排,碳排放曲线仍呈倒U型,但无法达到碳排放目标；反之,约束碳排放,则约束对非电能源的影响大于电力能源,且随着约束程度的增加,煤电比重下降速度和低碳能源比重上升速度均加快。 再次,采取投入产出理论模型和模糊目标规划模型,引入能源结构演化模块的结论,分别进行产业结构优化建模和碳税情景分析建模,结果表明,产业结构调整主要影响煤炭数量和天然气比重；10%与20%产业结构优化方案影响带来的差别主要是量的差别,20%优化方案变动幅度更大,但优化效果存在边际递减现象；此外,碳税政策能促进CO2排放量减少,其中芬兰情景的减排成本为9700元/吨CO2,瑞典情景为9670元/吨CO2,欧盟情景为9828元/吨CO2；芬兰碳税机制对产业的增强作用最明显,瑞典碳税机制则对产业抑制作用最明显。 然后,采用最优化模型的结论和前人碳排放权分配的研究成果建模,讨论了碳排放权分配的区域公平问题和碳排放权分配原则的动态变化问题,结果表明,中国北方地区为碳排放亏损传统地区,南方为碳排放权盈余传统地区,这种格局在短期内不会发生大的改变；而且,将各省份碳排放权按等级进行划分,则碳排放权亏损或盈余比重越级变化的可能性较小；此外,改变碳排放权分配原则的权重,起算基年和碳排放权折旧系数等因素都会对碳排放权区域差异产生影响,通过4种方案比较,可知当折旧系数为0.8,人口累计原则所占比重为60%,GDP原则所占比重为40%时,碳排放权分配的区域差异最小,也最有利于落后地区的经济发展。 最后,本文整合了四大模块,即经济最优化模块、最优能源结构演化模块、产业结构优化和碳税模块、碳排放权分配模块,并梳理了各模块之间的相互关系和数据流动关系,将各模块整合为一个统一的综合集成评估模型(IAM),并基于C#等程序设计语言,开发出了基于IAM模型的决策支持系统。在方法学上,这个系统是以以C#.NET为基础,并基于ARCGIS Engine二次开发,结合数据挖掘与数字模拟实习系统功能需求,最终开发出一个基于GIS的中国区域碳排放决策支持系统(REGCERS), Regional Economic Growth and Carbon Emission s Reduction Strategy Decision Support System)。作为应用,本文分析和评估了不同情景下中国各区域的产业进化、人口经济、碳排放需求、能源进化等气候影响。