麻省理工学院和北京清华大学的研究人员正在合作，深入研究中国——如今全球二氧化碳（CO2）排放量最大的国家——如何在二十年内扭转CO2排放不断上升的趋势。他们采用了一种新开发的全球能源经济模型，分别呈现中国能源系统、工业活动和贸易流动的具体情况。
在最近的一项研究中，团队评估了中国宣布的新政策对未来能源使用、CO2排放和经济活动的影响，其中包括碳定价、化石燃料资源税，以及核能和可再生能源部署目标。研究人员得出结论：现在制定并实施积极的长期措施，中国政策制定者就能使国家走上实现近期承诺的减排目标的道路，同时对经济增长的影响相对温和。
2014年11月，美国和中国总统发表联合声明，承诺两国采取新的、积极的措施遏制碳排放。这些承诺被视为全球气候变化谈判的一项突破。直到最近，只有一组发达国家承担了有约束力的承诺，这些国家合计约占全球碳排放量的15%。新行动涉及一个发达国家和一个发展中国家，两国合计占当今所有排放量的45%。此外，这打破了美中之间长期的僵局：双方一直在等待对方先采取行动；这一行动也为其他发展中国家宣布参与全球行动的承诺铺平了道路。
中国的承诺对一个快速增长的国家而言，是一项雄心勃勃的目标。中国承诺最迟在2030年前扭转CO2排放持续增长的趋势，并在同年将能源中零碳来源的比例提高到20%——约为迄今所达到比例的两倍。这一承诺引发了重要问题：这些目标现实可行吗？如果可行，需要采取哪些新行动才能实现？
“要实现新的2030年目标，中国需要采取积极举措，包括在全国范围内对碳排放定价，并为大规模、安全、高效地部署核能和可再生能源做好准备，”麻省理工学院斯隆管理学院全球经济与管理学副教授、主任Valerie J. Karplus表示。 清华—麻省理工中国能源与气候项目（CECP）。“但只要采取有力行动，中国的目标就可信且触手可及。”
她的判断基于她和麻省理工学院、清华大学的CECP同事在联合承诺公布前开展的研究。这项工作受到中国当时已经发生的政策变化推动。2013年1月，一次严重空气质量事件及随后的公众抗议，促使政府于同年9月通过一项新的大气污染防治行动计划。几个月后，在一次重要政府峰会上，中国政策制定者承诺运用新的市场化工具应对环境问题，包括建立一套对CO2排放定价的排放交易体系，以及对化石燃料资源征税，以激励企业节约能源。
“无论是出于空气质量不佳、对气候变化日益关注，还是对市场改革更深层的兴趣，变革之风都已吹起，”Karplus说。“我们当时想：‘那我们需要把这些纳入模型！’”理论分析可以揭示这类政策可能如何影响中国能源系统和碳排放，也可以阐明实现特定减排目标可能需要多高的碳税——这些信息有助于中国政策制定者进一步细化计划。
新模型，新分析
为开展研究，麻省理工学院和清华大学的合作者使用了中国全球能源模型（C-GEM）。该模型由麻省理工学院研究人员和清华大学研究生在三年前清华学生访问麻省理工学院期间开发。“在联合研究中，我们使用的模型主要采用了麻省理工学院贡献的方法，同时详细数据和见解主要由清华同事提供，”Karplus说。
具体而言，研究人员使用中国2007年和2010年的国内经济及能源数据对模型进行了校准。他们没有把所有能源密集型产业合并成一个部门，而是将其划分为六个独立部门——中国境内如此，模型中代表世界其他地区的另外18个区域也如此。Karplus表示，这种细分有两个重要原因：这六个部门在能源强度和增长趋势上各不相同；而在中国，与许多发达经济体不同，这些部门占经济活动的显著份额，也贡献了很大一部分排放。最后，研究人员将中国经济结构可能随人均收入增长而发生的变化纳入模型。具体而言，经济增长的主要驱动力逐渐从投资（例如基础设施建设）转向消费。
在分析中国的政策举措时，他们设定了两个政策力度不同的情景，另设一个情景，假设2010年之后没有任何能源或气候政策——这种做法通常被视为不可持续，但在这里用作比较基准。各情景的详细假设见上方幻灯片中的图1。
持续努力（CE）情景假设中国继续推进降低CO2强度（每美元GDP对应的碳排放量）的进程，直到2050年每年降低约3%，这与延续该国在2009年全球气候谈判中作出的承诺一致。重要的是，研究人员发现，要实现这种碳强度降幅，必须实行碳定价；所需的能效和减排改善无法像过去那样仅靠设备正常更替和升级实现。CE情景还假设延续现有措施，包括对原油、天然气和煤炭征收资源税；为可再生能源发电商提供收益保障的“上网电价”；以及增加水电和核电部署（此处假设由政府强制推行）。
加速努力（AE）情景旨在实现更积极的CO2减排目标——每年减排4%——并纳入与该目标相一致的碳价格。该情景假设采用与CE情景相同的上网电价，但假设间歇性可再生能源的并网整合成本较低。该情景还假设提高化石燃料资源税，并在2020年后进一步扩大核电部署。
对能源需求和排放的影响
上方幻灯片中的图2展示了三个情景下随时间变化的能源总需求，以及2010年按来源划分的实际一次能源使用情况和此后仅根据AE情景作出的估算。图3展示了这些情景下2010年至2050年的CO2排放总量。
在没有任何能源或气候政策生效的情况下（无政策，即NP情景），CO2排放总量将持续增长至2050年，看不到峰值。排放增长主要源于中国继续依赖本国煤炭资源。到2050年，超过66%的能源来自煤炭——是当前水平的2.8倍以上，而当前水平在中国已经普遍被视为难以为继。
在CE情景中，能源使用总量远低于NP情景，由此带来的排放降幅远超比例。碳排放将在2030年至2040年间稳定在约120亿公吨（bmt）。实现这一结果所需的CO2收费在2030年达到每吨26美元，2050年达到每吨58美元。非化石能源部署规模显著，其占能源总需求的比例将从2020年的15%升至2050年前后的约26%。到2050年，核能将显著扩张至一次能源总量的11%。煤炭仍占一次能源需求的显著份额（2050年为39%）。2030年至2050年间，天然气使用占比近乎翻倍，而石油使用占比同期略有上升。
在AE情景下，CO2排放将在2025年至2035年间趋于稳定，峰值约为100亿公吨（bmt）——比当前排放水平高约20%。碳价格将从2030年的每吨CO2 38美元升至2050年的每吨115美元。这些价格大幅高于CE情景中的水平，但CO2排放峰值最多可提前十年出现。
三个情景下中国的CO2排放总量
持续努力和加速努力情景中的能源需求下降（见上方幻灯片中的图3），会带来更大幅度的CO2减排。加速努力情景采取的措施比持续努力情景更积极，能使CO2排放峰值提前约十年，之后的降幅也更显著。
在AE情景下，到2050年非化石能源将占一次能源结构的整整39%。风能、太阳能和生物质能发电将持续增长至2050年（CE情景也是如此），核能届时占能源总结构的16%。尽管天然气的碳含量相对较低，但最终也会因碳价格上升而受到抑制。2045年至2050年间，天然气的绝对使用量占比实际上开始下降。煤炭占比大幅下滑——从2010年的70%降至2050年的约28%，其使用量约在2020年达到峰值。相比之下，石油在能源使用中的占比将持续上升至2050年。
煤炭和石油的不同结果，主要源于替代品的可获得性和成本。煤炭是最容易替代的燃料；它有许多替代品，包括电力领域的风能、太阳能、核能和水电，以及工业流程中的天然气和生物质。相比之下，交通运输使用的石油基液体燃料可替代品较少；而改用替代品——例如生物燃料或电动汽车——是减排CO2成本相对较高的方式。“因此，石油消费对碳价格的敏感度相对较低，”Karplus说。“所以，在所考察的时期内，中国似乎将占全球石油需求的显著份额。”
与中国新承诺的关联
清华—麻省理工分析结果与中国当前政策制定直接相关。根据与美国达成的新双边协议，中国需要最迟在2030年开始减排。在AE情景下，研究人员发现，如果现在开始行动，中国应该能够实现2030年目标；到2050年，经济额外成本仅升至中国国内消费的2.6%——对国家经济发展的影响相对温和。“我们目前正在进行详细计算，预计经济成本至少在一定程度上会被相关收益抵消，这些收益来自中国煤炭密集型能源系统所造成的环境和健康成本下降，”Karplus说。
CECP研究人员继续研究如何利用中国不同的能源和气候政策，推动落实中美协议。例如，他们正在研究目前在中国若干地区试行的碳交易体系，尤其关注碳价格下哪些省份受益或受损，以及政策设计选择如何缓解影响不均的问题。他们还在调查碳价格如何影响空气污染，以及空气污染政策如何影响碳排放。
Karplus强调，他们的工作并非旨在充当预言未来的水晶球。“这项工作真正的目的是培养我们对改变中国能源系统所需努力程度的共同判断，”她说。“由于CECP汇集了中国和美国的参与者，我们能够提供分析和成果；希望两国政策制定者在努力加强双边关系时，会信任并重视这些分析和成果。”
据CECP负责人、清华大学能源环境经济研究所所长张希良教授介绍，中国政策制定者已经从CECP获益。他说：“CECP的工作在帮助中国政策制定者理解该国低碳能源转型所伴随的挑战与机遇方面发挥了重要作用。”
这项研究得到Eni S.p.A.、法国开发署、ICF International和Shell International Limited的支持；它们是麻省理工学院—清华大学中国能源与气候项目的创始赞助方。（Eni S.p.A.和Shell也是麻省理工学院能源倡议的创始成员。）美国能源部能源信息署和能源基金会也作为持续赞助方支持了这项工作。其他支持来自中国国家自然科学基金委员会、中国科学技术部、中国国家社会科学基金会和力拓中国，以及麻省理工学院全球变化科学与政策联合项目，该项目通过一个工业赞助方与美国联邦拨款的 联盟 获得支持。
本文由 麻省理工学院新闻合作发布。发表本文并不代表世界经济论坛认可其中观点。
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作者：Nancy Stauffer是麻省理工学院新闻的特约撰稿人
图片：2013年12月9日，山西省太原市一座供热厂的烟囱冒出浓烟，太阳在烟雾后方显现。路透社/Stringer。
