上海市碳減排系統仿真分析及對出口競爭力的影響①

華北電力大學(保定) 李艷紅

能源消費所排放的二氧化碳占全球二氧化碳排放總量的80%，對溫室效應加劇的影響承擔2/3的責任[1]。中國積極承擔全球碳減排任務，2009年哥本哈根氣候大會上，中國承諾2020年碳排放強度比2005年降低40%～50%。上海市作為中國經濟發展的中心，對周邊地區經濟發展和環境改善起著重要的示范作用。但隨著經濟的高速發展，上海市能源消費總量不斷攀升，碳排放迅速增長。關于碳排放的常用分析方法主要有STIRPAT、LEAP、EKC曲線。林伯強等利用EKC曲線對中國碳排放拐點進行了分析和預測[3]；賈彥鵬等利用LEAP模型對景德鎮市2020年碳排放進行了預測[4]；張巍構建了STIRPAT模型分析了工業經濟規模、工業增加值、人口等因素對陜西省碳排放的影響[5]。

然而一個城市的能源消耗碳排放受到多種因素的影響，是一個復雜的系統，傳統的多元模型分析模式無法全面地、系統地反映各因素的相互關系和反饋路徑。系統動力學以反饋控制理論為基礎，通過深入分析系統中復雜的反饋行為，可以有效分析各因素間的相關關系。本文構建上海市碳減排系統仿真模型，通過不同情景設定，模擬2017—2020年不同因素調整對上海市碳排放的影響，確定實現2020年上海市低碳經濟發展目標的政策路徑。

1 上海市碳減排系統結構分析

控制碳排放實現低碳經濟是上海市經濟發展的主要目標之一，本文構建的系統由碳排放以及能源消耗兩個模塊構成，兩者之間通過信息的傳遞維持系統的發展平衡。上海市碳排放能耗因果回路如圖1所示。

圖1 上海市能源消耗碳排放因果回路圖

模型的時間邊界為2007—2020年，模擬基期為2007年，模型建立使用的歷史數據為2007—2016年。根據系統反饋機制，采用表函數法并借助Vensim PLE軟件建立上海市碳排放能耗模型流圖，如圖2所示。

圖2 上海市碳排放能耗模型流圖

2 碳減排系統仿真結果分析

模型構建之后需進行有效性驗證，本文選取能源消耗總量、二氧化碳排放量兩個變量進行誤差檢驗。結果顯示，兩個主要變量的最大絕對誤差均為-9.00%，平均絕對誤差分別為-3.59%和-3.58%，均在可接受范圍內。

根據《上海市節能和應對氣候變化“十三五”規劃》內容，政策設置目標為：2020年二氧化碳排放總量不超過25000萬噸，碳強度比2015年降低20.5%，達到0.188噸/萬元。

2.1 產業投資結構單維度情景模擬

上海市2016年的三次產業結構比為0.3%：36.1%：62.7%。產業結構投資比例本文設置為表函數，模擬設定2020年的產業結構投資比例，2016—2019年數值由系統自動生成，模擬設置情景如表1所示。模擬結果如表2所示。

表1 上海市產業投資結構情景模擬參數設置表

表2 產業投資結構單維度情景模擬能耗強度及碳強度

四種情景模擬結果顯示，2020年碳強度模擬值分別為0.193、0.212、0.204、0.182，其中僅情景三的模擬值0.182完成了2020年不超過0.188的目標值。因此僅考慮增加第三產業投資實現規劃目標值具有一定局限性。

2.2 科技投入調整單維度情景模擬

科技投入的提高可以促進經濟的快速發展，從而實現單位GDP能耗和碳排放量的降低。上海市2016年科技投入占GDP比重為4.1%，通過調整科技投入占GDP的比重來模擬分析目標值的變化情況。模擬情景2020年科技投入調整值設置如表3所示，2017—2019年數值由系統對應表函數給出。

表3 科技投入情景模擬參數設置表

由表4可知，科技投入比的增加可以實現能源強度和碳強度的降低。在四種情景下能源強度仍然未滿足目標值，而碳強度在情景三時達到目標值。因此單靠提高科技投入來實現所有規劃目標值具有一定局限性。

表4 科技投入單維度情景模擬能耗強度及碳強度表

2.3 能源消費結構單維度情景模擬

上海市各能源消費比例函數采用表函數，模擬情景給出2020年值，2017—2019年值為系統對應表函數生產，能源消費結構調整情景模擬參數設置如表5所示。

表5 能源消費結構調整情境模擬參數設置表

經過仿真，得出表6為上海市能源消費結構調整情景模擬碳強度值。

表6 能耗結構調整情景模擬碳強度表

從表6中可以得知，隨著煤炭能源消耗量的降低，碳強度不斷減小，通過減少煤炭能耗有助于低碳政策目標值的實現。在情景二中，上海市2020年碳強度模擬值為0.182，達到低碳政策碳強度目標值。

2.4 多因素綜合調整情景模擬

從上述幾種情景模擬結果可以看出，單獨調整某一變量對于上海市低碳目標的實現具有一定局限性。事實上，上海市碳排放能耗模型是一個因素相互影響的復雜系統，各因素之間相互制約。因此在制定政策模擬時，采用綜合模擬方法，將產業投資結構、科技投入比以及能源消耗結構三種因素均考慮到模型中，研究多因素影響下系統結果的變化。綜合情景模擬參數設置如表7所示。

表7 綜合情景模擬參數設置表

表8 綜合情景模擬能源強度值表

從表8情景模擬結果可知，情景四達到了能源強度目標值，情景二、三、四均達到了碳強度目標值?？梢钥闯?，“十三五”時期《上海市節能和應對氣候變化“十三五”規劃》制定的四個目標，多因素綜合情景模擬四為最適合的政策調控情景，其中2020年能源強度比2015年降低17.1%，碳強度比2015年降低34.3%。

3 結語

本文利用系統動力學建模方法，將上海市能源消耗與碳排放納入一個復雜系統，理清系統內部和外部各因素的聯系，通過設置不同的情景，考察各種因素對碳排放和能源消耗強度的影響作用，為上海市“十三五”相關規劃低碳政策目標的實現，提供理論指導和對策建議。研究結論表明：一方面，單維度的調整能夠影響能源消耗和碳排放量，產業投資結構、科技投入比、能源消耗結構單維度情景模擬結果都可以印證這一結論。另一方面，單維度情景模擬對完成低碳政策目標有一定局限性，進一步進行多維度綜合情景模擬，可以看到情景四，即2020年產業投資比例為0.1%∶10.5%∶89.4%，科技投入比5.1%，能源消耗結構為31.0%∶30.6%∶38.4%，得到的結果是2020年碳強度比2015年降低34.3%，二氧化碳排放量為3963萬噸，可以實現上海市2020年的低碳目標。基于以上結論，本文提出以下減排策略建議。

上海市要實現“十三五”低碳目標，可以考慮從產業結構、科技投入和能源消耗結構等多個方面出發，適度降低工業占比，大力發展第三產業；優化能源結構，可以考慮通過增加綠色財政補貼來提高新能源在能源消耗中的比例；穩定研發投入的增長，促進研發隊伍的建設和發展，全面推進節能減排。