排放控制目标下我国最优经济增长路径、减排路径与碳排放趋势研究及模拟系统开发

论文摘要

工业化进程以来,以CO2为主的温室气体排放日益增多,由此带来的气候变化,如全球变暖、海平面上升和降水变化,给自然生态系统和人类社会以及经济系统都带来了不可预测的风险。因此,气候变化得到了国际社会的持续关注,各国政府也积极地为减缓气候变化进行着艰难的谈判努力。对各国政府和决策制订者来说,认识在当前经济发展进程中未来的碳排放走势可为减排目标的设定提供科学的依据。在确定了减排目标之后,关注重点将转向研究减排目标约束下的最优经济增长路径及减排路径,以使社会福利最大。为此,本文以中国为例,从国家尺度上首先对无排放控制下的我国最优经济增长路径与碳排放趋势进行了探讨。通过对Moon-sonn模型进行改进,从理论上得到了最优经济增长率与能源强度之间存在环境库兹涅茨曲线（EKC）关系的必要条件,即能源的产出弹性小于资本产出弹性。此外,预测过程中考虑了产业结构对能源强度降低速度的影响以及能源结构对碳排放量的影响,预测结果显示,我国未来经济增长速度将逐渐趋缓,2050年GDP总量将比2010年翻3番；能源消费量和碳排放量均出现先增后降的趋势,高峰分别出现在2032年和2031年,峰值分别为3255Mtoe和2636.6MtC。敏感性分析发现,能源进口价格和可再生能源替代政策对排放高峰出现的时间影响不大,但可以显著降低碳排放的绝对量,而提高能源强度的下降速率可使高峰年份提早到来。接着,针对我国提出的排放强度目标“2020年排放强度在2005年水平上降低40%-45%”,本文构建了排放强度控制目标下的最优经济增长模型。模拟结果显示,消费产出比在55%水平上时可获得的最优社会福利最大,我们称之为最优情景。与消费产出比为49%的基准情景相比,最优情景的年平均经济增长率为6.0%,略低于基准情景下的9.4%；在排放强度目标约束下,研发投资走势表现为前轻后重特征,2014年以后研发强度明显提高,排放强度也随之出现更显著的下降趋势；最优情景下的能源消费和碳排放增长速度均明显低于基准情景。对研发投资潜力的敏感性分析发现,研发强度上限的提高会加剧前轻后重的趋势。此外,文章还对当前热论的排放配额分配方案,提出了排放总量控制目标下的最优经济增长模型。模拟结果显示,最优情景对应的消费产出比为45%,说明随着规划期的延长,社会计划者的最优选择是降低消费产出比以换取经济持续增长的动力,最优情景下的经济平均增长率为8.8%,略高于基准情景下的7.9%。研发路径表现为降-升-降的特征,能源消费与碳排放在初期增长迅速,到后期才开始回落。对应的排放强度初期稳中有升,随后出现大幅下降。且能源消费变动幅度对能源消费和碳排放最优路径具有较高的敏感性。最后,基于无排放控制、排放强度控制以及排放总量控制模型,本文对减排控制最优经济增长路径模拟系统进行了开发。

论文目录

• 序
• 摘要
• Abstract
• 第一章 引论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 经济-能源-环境关系的气候变化经济学研究
• 1.3 气候保护的经济影响研究
• 1.4 经济-气候集成评估研究
• 1.5 减排目标与最优控制
• 1.6 论文结构
• 第二章 无排放控制下最优经济增长路径及碳排放趋势
• 2.1 模型
• 2.1.1 Moon-Sonn原始模型
• 2.1.2 模型改进
• 2.1.3 模型求解
• 2.2 数据来源及参数估计
• 2.2.1 生产函数参数
• 2.2.2 总人口及劳动力
• 2.2.3 效用函数参数
• 2.2.4 折旧与能源进口综合成本
• 2.3 模拟结果
• 2.3.1 能源强度预测
• 2.3.2 经济增长路径
• 2.3.3 碳排放趋势
• 2.4 敏感性分析
• 2.4.1 能源进口综合成本
• 2.4.2 能源强度下降速率
• 2.4.3 可再生能源替代政策
• 2.5 小结
• 第三章 排放强度控制下最优经济增长路径及碳排放趋势
• 3.1 模型
• 3.1.1 模型构建
• 3.1.2 模型求解
• 3.2 数据来源及参数估计
• 3.2.1 能源强度动态方程参数
• 3.2.2 能源知识资本积累方程参数
• 3.3 模拟结果
• 3.3.1 经济增长路径
• 3.3.2 研发投资路径
• 3.3.3 排放强度降低路径
• 3.3.4 能源消费及碳排放路径
• 3.4 敏感性分析
• 3.4.1 对经济增长路径与社会福利效用的影响
• 3.4.2 对研发投资路径的影响
• 3.4.3 对排放强度路径的影响
• 3.4.4 对碳排放路径的影响
• 3.5 小结
• 第四章 排放总量控制目标下最优经济增长路径及碳排放趋势
• 4.1 模型
• 4.1.1 生产模块
• 4.1.2 能源模块
• 4.1.3 技术进步模块
• 4.1.4 排放模块
• 4.1.5 预算约束及效用函数
• 4.2 数据来源及参数估计
• 4.2.1 生产函数参数
• 4.2.2 能源服务参数
• 4.3 模拟分析
• 4.3.1 经济增长路径
• 4.3.2 研发投资路径
• 4.3.3 知识资本积累路径
• 4.3.4 能源消费路径
• 4.3.5 碳排放及累积排放路径
• 4.3.6 能源强度与排放强度路径
• 4.4 敏感性分析
• 4.4.1 对最优研发路径的影响
• 4.4.2 对经济增长路径的影响
• 4.4.3 对能源消费路径的影响
• 4.4.4 对排放路径的影响
• 4.4.5 对排放强度路径的影响
• 4.5 不同控制目标下的最优路径
• 4.5.1 不同配额控制下的最优研发路径
• 4.5.2 不同配额控制下的最优经济平稳增长路径
• 4.5.3 不同配额控制下的能源消费路径
• 4.5.4 不同配额控制下的碳排放路径
• 4.5.5 不同配额控制下的排放强度路径
• 4.6 小结
• 第五章 减排控制最优经济增长路径模拟系统
• 5.1 设计目标
• 5.2 需求分析
• 5.2.1 功能性需求
• 5.2.2 非功能性需求
• 5.3 总体设计
• 5.3.1 人机交互子系统
• 5.3.2 模型库子系统
• 5.3.3 数据库子系统
• 5.4 详细设计
• 5.4.1 技术基础
• 5.4.2 数据库设计
• 5.4.3 系统设计
• 5.5 小结
• 第六章 总结与讨论
• 6.1 理论认识
• 6.2 模拟结果
• 6.2.1 无排放控制模拟结果
• 6.2.2 排放强度控制目标模拟结果
• 6.2.3 排放总量控制目标模拟结果
• 6.2.4 模拟结果比较
• 6.3 关于减排方案的讨论
• 附录A 最优控制问题求解算法
• A.1 一般求解算法
• A.1.1 间接法
• A.1.2 直接法
• A.2 求解非线性规划的SQP算法
• A.2.1 构造QP子问题
• A.2.2 求解QP子问题
• A.2.3 度量函数及线搜索
• A.2.4 Hession矩阵近似修正
• A.2.5 SQP算法步骤
• 附录B 马尔科夫预测模型及产业结构、能源结构预测结果
• 附录C 求解排放强度控制模型的GAMS代码
• 附录D 求解排放总量控制模型的GAMS代码
• 附录F 各国减排目标地图
• 参考文献
• 博士期间发表论文著作
• 后记