欧盟碳减排目标经济可能性评估

1、欧盟碳减排目标经济可能性评估摘要：经济发展与能源消耗有着密切的关系，文 章通过选取1994年至2009年欧盟27国的人口、经济和能 源数据，利用碳排放动力学模型对欧盟关于2050年前削减 温室气体排放80-95%的承诺进行预测，并对欧盟目标下的减 排情景进行了分析。结果表明：（1）以当前的技术进步速率 下，沿最优平稳经济增长路线，到2050年欧盟的碳排放量 将为775. 608mtc,达不到预定的减排要求；（2）在最优经济 增长速度得出总能源消费量的基础上，采用调整能源结构与 碳捕捉技术，预期可以达到设定减排80%的任务。其每一期 的煤炭占比、石油占比、天然气占比应分别有4%、2.26%、 1

2、.23%转移至非碳能源占比，非碳能源的上升速率应达到 2. 21%/年；（3）若以历史的能源结构转移趋势预测未来的能 源结构占比，即使考虑能源利用效率和碳捕捉技术的预期目 标，欧盟仍然达不到在2050年的减排目标；（4）考虑欧盟 提出的四种减排路径上下限组合，可预计出到2050年欧盟 的减排范围在80. 51%-87. 16%； （5）若欧盟重振工业（特别 是制造业），即使考虑欧盟制定的减排路径，仍存在着达不 到减排预期的可能。关键词：碳排放；欧盟；能源结构；情景分析中图分类号：f205文献标识码：a doi :10. 3969/j. issn. 1004-9479. 2013. 03. 00

3、31引言减缓气候变化、防止全球变暖已成为国际社会的共识， 各国应该分别承担多少碳减排的义务，成为争论的焦点。 2009年的哥本哈根会议上，欧盟承诺碳排放将在1990年的 基础上削减80-95%1,2011年12月15日欧委会发布"2050 能源路线图”,并为实现到2050年碳排放量比1990年下降 80%至95%这一目标的设置了具体路径。同时，在2012年的 京都议定书第一阶段到期后，欧盟愿意继续签署第二阶 段承诺期。这些举动都表明了欧盟在应对气候变化行动中要 实行减排的坚定立场。然而，碳减排并不只是个口号，为了 实现这个目标需要切实预测欧洲未来的碳排放。学者们不断 推出一些关于碳排

4、放量的预测模型，例如salvador等采用 lotker volterra （生态数学模型）对人口、gdp、能源消费 与碳排放量对世界进行预测：4 o thomas等根据贝叶斯估计 得到欧盟人均碳排放将会收敛到某一点上5。通过这些分 析，可以得到未来碳排放需求。emmanou订等通过对希腊 1977-2007年时间序列数据做多变量协整检验和格兰杰因果 检验，结果发现能源消费与gdp间存在因果关系，收入与能 源消费存在双向因果关系，能源消费对经济增长具有很大的 限制2。实际上，能源消费作为造成碳排放的主要成因， 同时也是一个国家社会经济发展的动力和基础，碳减排过 大，可能刺激经济危机的发生，在欧

5、洲还没有完全走出经济 危机的阴影下，必须承认碳减排一个牵涉到经济、能源、人 口、环境等方方面面的综合性问题，未来碳减排的可能性必 须在经济增长约束下进行。这就提出一个问题，欧盟需要多 少碳排放，能否达到2050年减排80%-95%的目标。本文认为，碳排放是一种经济需求，在人类努力防范经 济危机的约束下，碳排放需求将沿着经济的平稳增长轨道波 动。因此我们将求出经济平稳增长趋势，结合技术进步带来 的能源强度降低，从而求出能源需求增长趋势。而这样的碳 排放需求经济动力学模型已经被建立起来6, 7,我们可以 对欧盟经济在平稳增长轨道上的未来碳排放量进行估算。我 们假定欧洲的经济增长是保持在最优平稳增长

6、轨道上的，这 是因为最优平稳增长是经济增长的一种期望，经济系统总是 选择这一轨道作为自己的目标，以减少增长的不确定性，因 此，这样获得的碳排放估算既是一种需求也是预测值的最可 能估计。在保障最优平稳增长条件下，社会必然会在特定的技术 进步下表现出特定的碳排放需求。换言之，可以按照技术进 步情况求出实际发生的碳排放。实际上在欧盟能源线路图中 给出了可再生能源、能源利用效率、碳捕捉技术等应用的技 术路线8,这些技术路线就规定了欧盟在最优平稳增长条 件下的碳排放需求。因此，可以由最优平稳增长的碳排放需 求结合碳减排目标对于欧盟各国的能源技术政策做出评估， 这里可以利用的是监测欧盟新能源的方法9和碳排

7、放技术 的展望10的技术方法。由于经济增长是整体的，各个部门 的增长情况相互依赖，相互影响，因此本文采用宏观经济动 力学模型预测与评估欧盟碳减排的趋势。2模型方法与数据2. 1研究方法本文首先求出未来欧盟的平稳增长规律，其次估计在现 在的技术发展趋势下能源强度和能源结构的变化，进而求出 碳排放需求的未来发展趋势。为此引入朱永彬、王铮构建的 经济动力学模型6, 7,该模型首先求得经济平稳增长的条 件下社会福利达到最大的所谓“黄金增长”路线，即最优平 稳增长路线。通过计算得出欧盟的经济最优平稳增长率，继 而对各年份的gdp、能源消费量以及碳排放量进行测算，最 终测算出欧盟的碳排放需求趋势，从而对欧

8、盟能否达到减排 目标进行政策影响分析。具体计算流程图如图1所示。在保持经济与人口平衡的平稳增长轨道上，拉姆齐 (ramsey)效用最大化时可以求出最优增长率：式(1)是一动力学方程，确定了在保持经济平稳增长 时，由能源强度确定的能使社会福利达到最大的增长率。“平稳”维持了经济增长与消费增长平衡，从而不会因为需 求不足或需求过大引起经济危机。式中lt为第t期的劳动 力，et为第t期的能源平均价格，n为人口增长率，p为 时间偏好，0为相对风险厌恶，8为资本折旧系数，a0和 v为初始全要素生产水平及其增长率，a与丫为资本和劳 动力的产出弹性，tt为第t期的能源强度，为能源投入et 与经济产出yt的比

9、，如式(2)所示：以(1)式为基础，只需对能源强度的走势进行预测即 可得到最优经济增长率，通过对历年的能源强度回归拟合， 得到能源强度tt呈指数形式下降，如式(3)所示：式中co为常数，可看作t取0时期初的能源强度，b>0为能 源强度下降速度。当用经验数据拟合，如果对应的对数线性 回归关系通过相关经验，可以认为模型(3)可靠。实现加 大技术进步的政策，将导致b变大，能源强度下降速度变 快。碳排放量的计算依据为：其中c (t)、e (t)分别代表第t期的碳排放量、能源 消费量，si (t)表示第t年分品种能源i的消费比例，即 能源结构比例。实行能源结构投资政策，si将发生变化。ci 表示分

10、品种能源的碳排放系数，这是一个与能源品种有关的 技术参数，可以视为常数。在没有特殊政策作用下，考虑能源结构将发生自然演替 7,取第t期能源结构s (t)演化满足马尔可夫模型，如 式(5)所示：式中，s (t) = (si, s2, s3, s4)表示第t期第i种 能源在总能源消费结构中占的比例，si, s2, s3, s4分别为 煤炭占比，石油占比，天然气占比，非碳能源占比。s (to) 为s (t)期初值。转移矩阵p可表示为：式中，pij表示能源的消耗比例向j能源转移的可能性。 基本思路是：以转移矩阵中的元素为变量，以实际能源结构 与通过转移矩阵得到的能源结构的误差最小为目标建立一 个优化模

11、型，寻找一个最优的转移矩阵，定义矩阵r为误差 矩阵。优化的目标就是寻找一个转移矩阵使r中的元素值尽 可能接近0。故建立优化模型(6),目标是求偏差极值最小。 当然这个矩阵式自然演化的能源结构演化方程。计算时，根据式(1)得出未来最优经济增长率，式(3) 得出未来能源强度。根据式(2)得出未来的经济产出，再 由式(4)得出未来每年的碳排放量。在分析中，需要估计 生产函数。由于未来经济最优增长率的模拟式建立在cd生 产函数之上的。其模型可取为：因03.5碳排放趋势预测根据式(7)及式(2)预测得到的欧盟gdp与能源强度, 再由式(2)得出未来的能源消费需求量，进一步采用(8) 给出的能源结构演变趋

12、势，结果如图5所示。图5显示，欧盟的能源消费需求高峰已过，高峰发生在 2006年，能源消费为1967. 83mtoeo按这种趋势，能源消费 量在2030年将比2005年下降10%,到2050年将比2005年 下降18%。但与欧盟2050能源路线图制定的初级能源与2005 年相比，即到2030年要下降16%-20%和到2050年要下降 32%-41%的目标相比还有不小差距。从碳排放量上来看，在能源结构的自然变化趋势下，欧 盟的碳排放高峰也发生在2006年，根据算得的转移矩阵及 碳排放系数预测的碳排放量，可以算出每年的减排速度小于 1%o预测到2050年，碳排放量为775. 61mtc,比2006

13、年的 二氧化碳排放峰值减少33. 93%；与1990年相比，减少了 31.22%,这与欧盟提出的2050年将欧盟二氧化碳排放量在 1990年的期初上减少80%-95%,相差甚远。由预测得出的碳 排放量及人口、gdp数据，易得到欧盟基准情况下的人均碳 排放量与碳排放强度，结果如图6所示：从人均碳排放量来看，欧盟的人均需求排放高峰发生在 2004年，峰值为2.40tc/人，已经小于丹麦议案中设定 的发达国家人均碳排放限额2. 67 tc/人。随后人均碳排放呈 现一个近似指数形式的下降趋势，到2050年，人均碳排放 量为1.52 tc/人，超过设定的发展中国家的1.44 tc/人的 要求。对发展中国

14、家而言，人均碳排放限额显得不公平。更 重要的是，与欧盟能源路线图比较，丹麦方案排放 量明显地背离了这个路线图。3.6小结对欧盟碳排放基准情景的分析，作为一个成员国大多数 为后工业化的国家联盟，欧盟的碳排放强度已呈现平稳下降 的趋势，预测到2050年碳排放强度为0. 48 tc/万美元，约 为1994年的三分之一。在基准情景下，欧盟碳排放趋势若 要大于欧盟能源路线图的指标，欧盟必须加大减排。4适应欧盟目标下的气候政策分析根据历史数据，在式（1）下算出的最优经济增长率、 能源消费量以及能源消费结构转移来看，欧盟制定的到2050 年前削减温室气体排放80-95%的目标似乎难以做到。而欧债 危机的出现

15、让欧盟又产生了重振工业发展的念头，这对欧盟 的减排也将会产生影响。关于欧盟是否能实现自己设定的目 标，本文将欧委会提出的四种减排路径提高能源利用效 率、发展可再生能源、核能使用、碳捕捉与储存技术纳入政 策分析，并将欧盟的制造业回归与再工业化作为减排不确定 因素加以考虑。根据欧盟2050能源路线图设定的路线8,到2050年, 可再生能源将占全部能源需求的55%以上，初级能源将比 2005年下降32%-41%,核能将占全部能源需求的15%-18%。 在使用非碳燃料比例较高的情况下使用碳捕捉与储存技术， 减少32%的碳排放;在另一些情况下减少19%至24%的碳排放。 现根据此规划目标设置进行情景分析

16、。4.1情景1能源消费预期保持不变，能源结构加快调整因根据最优经济增长速度已得出总能源消费量，并在该 总能源消费下模拟情景。假定到2050年，欧盟实现可再生 能源占全部能源需求的55%,核能占15%的要求，其他初级 能源煤炭、石油、天然气的比例为1： 4： 5o则到2050年， 煤炭、石油、天然气、非碳能源占比为：0.03： 0. 12： 0. 15： 0.7o假设各分品种能源增长或下降按指数形式下降 y=coe0 t,则可根据2008年期初值，2050年期末值算得增 长或减少速度b。通过计算得出，煤炭占比的下降速度为 3. 95%/年，石油占比的下降速度为2.28%/年，天然气占比的 下降速

17、度为1. 24%/年，非碳能源占比的上升速度为2.21%/ 年。在此情况下各分品种能源占比预测如表3所示，从中可 以看出非碳能源占比在2020年为36.06%,若假设核能占欧 盟全部能源比例15%-18%不变，则基本达到了欧盟设定的 2020年目标一一可再生能源占初级能源的20%。根据预测所 得的分品种能源占比，算得最优能源百分比转移矩阵：从转移矩阵看，要实现最低化石能源消费速度的下降和 非碳能源消费的上升，能源结构需要做出以下的改变：下一 期的煤炭占比、石油占比、天然气占比分别为上一期的96%、 97.74%、98. 76%o减少的部分全都转移至非碳能源，其中非 化石能源为吸收态，一旦能源被

18、转移至非化石能源就不会再 转移至煤炭、石油、天然气能源。在这个能源结构演化趋势下，由最优经济增长率算得的 总能源消费，以及由碳排放系数计算得出二氧化碳排放量结 果如表4所示，到2050年，虽然欧盟的能源消费比2005年 下降17. 70%,但与欧盟碳排放2050线路图设定的能源消费 下降目标32%-41%相比还有较大差距。但以此分品种能源消 费下降或上升速度，到2020年，碳排放量比1990年削减 35. 17%。到2050年,碳排放量比1990年减少70. 88%。根据 欧盟制定的碳排放路线图，在使用非化石燃料比例较高的情 况下，使用碳捕捉及储存技术，能减少32%的碳排放。这样, 到2050

19、年实际碳排放量为223. 3274m1c,较1990年减少 80. 20%0基本达到欧盟预定的减少80%95%的要求。可见， 对于欧盟减排能否实现2050预期的减排目标关键在于可再 生能源占比例能否大幅提高。4.2情景2能源结构按历史速度转移，能源利用效 率提高根据最优经济增长速度已得出预期的总能源消费量，若 提高了能源利用效率，则原始的能源消费可以因此减少。根 据欧盟2050年减排路线，到2050年，初级能源将在2005 年的基础上下降32%-41%,并以此下降百分比考虑为对应的 能源利用效率的提高。若不考虑优化的能源结构转移，则到 2050年碳排放量为640. 8545mtc至554. 2

20、56mtc。这样即使 使用碳捕捉及储存技术减少了 32%的碳排放，但相比于1990 年也只能够减少61.36%-66. 47%,仍达不到比2005年减排 80%-95%的目标。这就意味着，欧盟的气候政策，可再生能 源的开发和能源结构的调整仍必不可少，或者要加强产业结 构调整，降低高碳排放的产业产值，欧洲重新发展制造业的 政策在气候保护意义上不可取，但是重新发展制造业又是经 济发展的需要，因此对策是加强技术进步，提高能源效率。 能源效率提高后，能源消费和碳排放量的模拟如表5所示。 4.3情景3能源利用效率提高与能源结构转移调整相结合 的政策在基本情景算得的最优经济增长率及gdp下，按欧盟承 诺的

21、在2050年最终可再生能源将占全部能源需求的55%以 上，核能将占全部能源需求的15%-18%算得的转移矩阵与初 级能源到比2005年下降32%-41%,使用碳捕捉技术减少19% 至32%的碳排放的上下限，进行碳排放预测可得欧盟在这些 情景下到2050年的减排的变化范围。欧盟2050年减排范围 结果如图7所示，在保证经济最优增长的条件下，若要达到 减排下限，欧盟能源消费下降速度应达到0. 89%/年，煤炭、 石油、天然气占比的下降速度分别要达到3.95%/年、2. 28%/ 年、1.24%/年,非碳能源占比的上升速度为2.21%/年。若要 达到减排上限，则能源消费下降速度应达1. 23%/年，

22、煤炭、 石油、天然气的下降速度分别要达到4.20%/年、2. 54%/年、 1.50%/年，非碳能源占比的上升速度为2.31%/年。5讨论金融危机后，一度受到冷落的制造业又重新受到欧盟的 重视，欧盟委员会2009年发表的欧盟产业结构报告显示， 工业和服务业是欧盟温室气体主要排放源，工业约占排放总 量的60%,服务业约占排放总量的37%16, 17 o因此，欧 盟制造业的回归，可能会造成达不到2050减排目标的可能 性。假设2050年，欧盟仍能达到比1990年减少80%的排放 量，考虑ccs技术及能源结构转移优化目标，贝叽2050年， 欧盟的能源消费应为1457. 855mtoe。能源强度为 0

23、. 0090mtoe/亿美元。因技术进步速度加大而引发能源强度 下降速度加快，b应为1.77%o因此，作为气候保护的政策 需要，欧盟若大力扶持制造业回归的同时，要达到减排目标, 技术创新等必不可少。这对于欧盟制造业的发展来说也是一 个巨大的考验。6结论本文应用经济动力学模型，研究了欧盟保持经济平稳增 长下的碳排放需求，以及各种减排政策的影响，并且将它们 的结论与欧盟能源路线图8的减排目标做了模拟比较 分析，可以得出以下结论：（1）以当前的技术进步速率，沿 最优平稳经济增长路线，欧盟基准情况下的能源消费量到 2050年为1613. 402mtoe,碳排放量为775. 608mtc,人均碳 排放量

24、为1.52tc/人，碳排放强度为0. 481tc/万美元o 2050 年的碳排放量为1990的31.22%,达不到欧盟自己设定的减 排要求。(2)模拟发现，在最优经济增长速度得出总能源消 费量的基础上，采用调整能源结构与碳捕捉技术的减排政 策，预期可以达到设定的减排80%的任务。其每一期的煤炭 占比、石油占比、天然气占比应分别有4%、2.26%、1.23% 转移至非碳能源占比，非碳能源的上升速率应达到2.21%/ 年。(3)模拟还发现，以历史的能源结构转移趋势预测未来 的能源结构占比，即使考虑能源利用效率和碳捕捉技术的减 排政策，欧盟仍然达不到在2050年的减排目标。(4)考虑 能源利用效率提

25、高，能源结构加快调整的政策，将欧盟提出 的四种减排路径上下限组合，可知到2050年欧盟的减排范 围在80.51%-87. 16%。这个目标可以满足国际上众多的减排 方案，如stern方案.nordhaus方案和公平增长方案18-20。(5) 若欧盟实施重振工业(特别是制造业)，考虑欧盟制定 的减排路径，欧盟仅仅能得到2050年比2005年而不是1990 年减排80%的目标，因此仍存在着达不到减排预期的可能。参考文献：1 european commission. international climatepolicy post-copenhagen:acting now to reinvigor

26、ateglobal action on climate change ,c0m2010( 86 )finalr. brussels： eu-commission, 2010.2 puliaf ito s . e, puliaf ito .j. l, grand m. c.modeling population dynamics and economic growth as competing species :an application to c02 globalemissions j ecological economics 2008 65： 602-6153 jobert t, kara

27、nf il f, tykho nenko a. con verge nee of per capita carbon dioxide emissions in the eu： legend or realityj enegry economics, 2010 (32)： 1364-1373.4 hatzigeorgiou e, polatidis h, haralambopoulosd. c02 emissions , gdp and energy intensity :amultivariate ointegration and causality analysis for greece,

28、1977-2007j applied energy, 2011 (88)： 1377-1385.5 hatzigeorgiou e, polatidis h, haralambopoulosd. energy c02 emissions for 1990 - 2020 :adecomposition analysis for eu-25 and greece j energy sources, 2010, pan a (32)：1908-1917.6 王铮，朱永彬，刘昌新，等最优增长路径下的中 国碳排放估计j 地理学报，2010, 65 (12)： 1559-1568.7 朱永彬，王铮，庞丽，

29、等基于经济模拟的中国能源消 费与碳排放高峰预测j地理学报，2009, 64 (8)： 935-944.8 david basulto roadmap 2050： a practical guide to a prosperous , low-carbon europer brussels :european climate foundation, 2010.9 doukas h, mannbart w, pa/tlitzianas k. d etal.a methodology for validating the renewable energy data in euj renewable

30、energy, 2007 (32)：1981-1998.10 vatalis k, laaksonen a, charalampides g etai.intermediate technologies towards low-carbon economy. the greek zeo lite ccs outlook into the eu commitmentsj renewable and sustaninable energy reviews, 2012 (16)：3391-3400.11 goldsmith raymond w. a perpetual inventory of national wealth j. studies in income and wealth, 1951(14)：5-74.12 张军，吴桂英，张吉鹏中国省际物质资本存量估 算:1952-2000j.经济研究，2004 (10)： 35-44.13 world bank. development data group. 2008 world development indicators