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摘要：2015年聯(lián)合國(guó)氣候變化大會(huì)上通過的《巴黎協(xié)定》，為2020年后全球應(yīng)對(duì)氣候變化行動(dòng)做出了安排，中國(guó)做出的自主貢獻(xiàn)承諾及未來的減排效果成為國(guó)際關(guān)注的焦點(diǎn)。基于趨勢(shì)外推法、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型與敏感性分析，對(duì)2030年中國(guó)的碳排放情景做出預(yù)測(cè)。結(jié)果表明，在中短期發(fā)展趨勢(shì)下，2030年我國(guó)單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值CO2排放比2005年下降60%～65%的目標(biāo)能夠?qū)崿F(xiàn)，但要實(shí)現(xiàn)非化石能源占比達(dá)20%這一目標(biāo)仍任務(wù)艱巨，提高可再生能源占比的重要作用不可忽視。
關(guān)鍵詞：碳排放；《巴黎協(xié)定》；可再生能源；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
1引言
2015年12月，在巴黎氣候變化大會(huì)上，《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約》的近200個(gè)締約方一致通過了全球氣候變化的新協(xié)議——《巴黎協(xié)定》，為2020年后全球應(yīng)對(duì)氣候變化行動(dòng)做出了安排。從環(huán)境保護(hù)與治理上來看，《巴黎協(xié)定》的最大貢獻(xiàn)在于明確了全球共同追求的“硬指標(biāo)”，各方將加強(qiáng)對(duì)氣候變化威脅的全球應(yīng)對(duì)，把全球平均氣溫較工業(yè)化前水平升高控制在2℃之內(nèi)，并為把升溫控制在1.5℃之內(nèi)努力。中國(guó)始終堅(jiān)持共同但有區(qū)別的責(zé)任原則、公平原則和各有能力原則，做出的自主貢獻(xiàn)承諾主要包括2030年左右碳排放達(dá)到峰值，2030年單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值CO2排放比2005年下降60%～65%，非化石能源占一次能源消費(fèi)比重達(dá)到20%左右。然而，中國(guó)是一個(gè)發(fā)展中國(guó)家，工業(yè)行業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的重要支柱產(chǎn)業(yè)，同時(shí)也是能源密集型行業(yè)；工業(yè)行業(yè)的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期以煤炭為主，煤炭消費(fèi)占其能源消費(fèi)總量的七成左右，排放的CO2也占到全國(guó)溫室氣體排放的絕大部分[1]。早在2010年，中國(guó)能源消費(fèi)占世界能源消費(fèi)總量的20.3%，但所創(chuàng)造的GDP不足世界的10%，能源效率與世界發(fā)達(dá)國(guó)家差距明顯。中國(guó)的一次能源消費(fèi)總量和CO2的排放量已經(jīng)超過美國(guó)，躍居世界第一，而可再生能源占比較低。因此，中國(guó)在碳排放方面面臨著巨大的國(guó)際國(guó)內(nèi)壓力。
2碳排放研究概況
目前對(duì)中國(guó)碳排放的研究主要集中在國(guó)家、區(qū)域及行業(yè)碳排放的影響因素分析、碳交易市場(chǎng)建設(shè)及對(duì)策建議等方面。馬大來等[2]對(duì)我國(guó)各省份工業(yè)碳排放績(jī)效及影響因素進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)工業(yè)規(guī)模、技術(shù)研發(fā)等具有正影響，重工業(yè)比重和工業(yè)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)具有負(fù)效應(yīng)。方齊云和陶守來[3]基于人口與城鎮(zhèn)化視角對(duì)中國(guó)碳排放因素進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)人口規(guī)模、城鎮(zhèn)化率、城鎮(zhèn)就業(yè)率和能源強(qiáng)度具有正影響，就業(yè)的城鄉(xiāng)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和碳排放強(qiáng)度則呈現(xiàn)分階段正負(fù)作用交錯(cuò)的形態(tài)，且人口規(guī)模、城鎮(zhèn)就業(yè)率和碳排放強(qiáng)度的影響效果相對(duì)較弱。張麗峰[4]在分析我國(guó)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源生產(chǎn)與消費(fèi)結(jié)構(gòu)等基礎(chǔ)上，計(jì)算了碳排放彈性系數(shù)以及各行業(yè)碳排放量及節(jié)能率。林伯強(qiáng)等[5]構(gòu)建了CO2排放約束下的中國(guó)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整模型，同時(shí)還認(rèn)為可再生能源發(fā)展有助于減排，但由于現(xiàn)階段能源結(jié)構(gòu)調(diào)整成本較大導(dǎo)致其減排的潛力不大。而邱慶全等[6]在對(duì)中國(guó)可再生能源消費(fèi)和能源碳排放之間關(guān)系進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，從長(zhǎng)期來看可再生能源消費(fèi)對(duì)能源碳排放具有顯著的正向影響。關(guān)于碳交易市場(chǎng)方面的研究則大多停留在理論層面。鑒于目前對(duì)《巴黎協(xié)定》下中國(guó)減排履約效果及其碳排放前景的研究較少，且缺少定量研究，本文基于趨勢(shì)外推法、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型與敏感性分析，對(duì)2030年中國(guó)的碳排放情景做出預(yù)測(cè)，以便有效分析和控制碳排放量，進(jìn)而為我國(guó)更好地應(yīng)對(duì)節(jié)能減排的挑戰(zhàn)、實(shí)現(xiàn)《巴黎協(xié)定》自主貢獻(xiàn)目標(biāo)提供參考依據(jù)，對(duì)于制定能源戰(zhàn)略、經(jīng)濟(jì)目標(biāo)、碳排放激勵(lì)政策等也具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
3研究方法與數(shù)據(jù)收集
（1）BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。在碳排放研究涉及的方法和模型方面，多元線性回歸模型（MLR）和環(huán)境庫(kù)茲涅茲曲線（EKC）常被用于研究碳排放與影響因素之間的關(guān)系。但MLR在假設(shè)上存在較多的局限性，而EKC的假設(shè)也缺乏大量數(shù)據(jù)的嚴(yán)格驗(yàn)證。本文旨在預(yù)測(cè)2030年中國(guó)的碳排放情景，而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法可以處理復(fù)雜的、非線性形式的預(yù)測(cè)問題，從而得到期望的輸出值。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是最常用、最成熟的一種人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，它是一種誤差反向傳播算法訓(xùn)練的多層前饋網(wǎng)絡(luò)，被認(rèn)為最適用于模擬輸入和輸出關(guān)系[7]，有助于補(bǔ)充現(xiàn)有理論分析和輔助決策過程。Funahashi[8]已經(jīng)證明，假設(shè)隱層節(jié)點(diǎn)數(shù)足夠，則只有一個(gè)隱層的三層網(wǎng)絡(luò)就足以用任意精度表示任何連續(xù)函數(shù)；Hornik等[9]也證明人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能任意逼近一大類函數(shù)，并揭示數(shù)據(jù)樣本中蘊(yùn)含的非線性關(guān)系。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分為輸入層（inputlayer）、隱含層（hiddenlayer）和輸出層（outputlayer），其信息處理過程分為數(shù)據(jù)前向計(jì)算和后向?qū)W習(xí)（即誤差信號(hào)的反向傳播并修正數(shù)值），而學(xué)習(xí)的目的是使網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際輸出逼近某個(gè)給定的期望輸出。
（2）數(shù)據(jù)說明。關(guān)于碳排放影響因素的研究非常廣泛，通過國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)和研究成果發(fā)現(xiàn)，經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和能源消費(fèi)是碳排放重要的影響因素這一觀點(diǎn)已成為共識(shí)，因此它們也是本文研究碳排放問題中必要的考慮因素。在此前的研究中還有人口、投資、技術(shù)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、貿(mào)易開放等因素被引入和討論過。但這其中的某些因素，比如貿(mào)易開放，其對(duì)碳排放的影響究竟是正、是負(fù)還是不存在影響則一直沒有形成一致觀點(diǎn)[10-13]。因此，本文以中國(guó)碳排放量為輸出目標(biāo)變量（即m=1），選取國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）和一次能源消費(fèi)量為輸入變量。與此同時(shí)，考慮到2016年12月國(guó)家了《可再生能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》以及可再生能源發(fā)展的重要性日益提高[6,14]，將可再生能源比例（RES）也納為輸入變量（即n=3）。
4實(shí)證結(jié)果
（1）輸入變量預(yù)測(cè)。首先，本文將1991—2015年劃分為三個(gè)時(shí)間段：長(zhǎng)期（1991—2015年），可反映變量在整個(gè)期間的波動(dòng)變化；中期（2000—2015年），可反映變量在經(jīng)濟(jì)周期中的變化；短期（2010—2015年），可反映近幾年的變化和趨勢(shì)。假設(shè)變量不存在突變，根據(jù)過去不同期間的趨勢(shì)經(jīng)驗(yàn)，采用趨勢(shì)外推法對(duì)輸入變量進(jìn)行預(yù)測(cè)。
（2）2030年CO2排放量預(yù)測(cè)。利用MATLAB神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱對(duì)預(yù)測(cè)模型進(jìn)行訓(xùn)練，隨機(jī)選取15個(gè)年份的數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練樣本、5個(gè)年份的數(shù)據(jù)作為驗(yàn)證樣本、其他5個(gè)年份的數(shù)據(jù)作為測(cè)試樣本。BP算法具有依據(jù)可靠、推導(dǎo)嚴(yán)謹(jǐn)、精度較高、通用性較好等優(yōu)點(diǎn)，但也存在收斂速度慢、容易陷入局部極小值、隱含層數(shù)和隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)難確定等缺點(diǎn)，因此本模型中采用選取梯度下降法和高斯-牛頓算法相結(jié)合的Levenberg-Marquardt（L-M）這一改進(jìn)算法，以“tansig”作為本神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)移函數(shù)、“trainlm”作為訓(xùn)練函數(shù)。設(shè)學(xué)習(xí)率為5%，訓(xùn)練周期為500次，目標(biāo)誤差為1×10-3。（3）2030年CO2排放量的敏感性分析。基于經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)按照長(zhǎng)期、中期、短期下的平均增長(zhǎng)率增長(zhǎng)這一基本假設(shè)，在此采用敏感性分析的研究方法，對(duì)能源消費(fèi)量和可再生能源比例這兩種因素發(fā)生變化而引起CO2排放量變化的影響程度進(jìn)行分析。
5結(jié)論與建議
中國(guó)的碳排放增長(zhǎng)問題一直引發(fā)社會(huì)關(guān)注，如何有效控制和減少CO2的排放成為中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中值得注意的重要方面。本文基于趨勢(shì)外推法、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型與敏感性分析，對(duì)《巴黎協(xié)定》和自主貢獻(xiàn)目標(biāo)下中國(guó)2030年的碳排放情景做出預(yù)測(cè)，并取得了良好的預(yù)測(cè)效果。預(yù)測(cè)結(jié)果表明，長(zhǎng)期（1991—2015年）、中期（2000—2015年）和短期（2010—2015年）不同時(shí)間階段變化趨勢(shì)下，CO2排放及其影響因素的變化各不相同。在中、短期（分別對(duì)應(yīng)于2000—2015年和2010—2015年）趨勢(shì)下，減排效果比較理想，可再生能源比例增長(zhǎng)較快。尤其是在中期趨勢(shì)下，2030年我國(guó)單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值CO2排放量預(yù)測(cè)將比2005年降低68.9%，能夠更好地超出預(yù)期實(shí)現(xiàn)我國(guó)的自主貢獻(xiàn)目標(biāo)。但就長(zhǎng)期發(fā)展趨勢(shì)來看，2030年我國(guó)單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值CO2排放量比2005年降低49.0%，未能達(dá)到這一目標(biāo)。這也在一定程度上反映出，近些年中國(guó)正在為尋求節(jié)能減排的有效路徑做不懈努力。盡管預(yù)測(cè)結(jié)果顯示中期的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、能源消費(fèi)和可再生能源發(fā)展趨勢(shì)最適于使中國(guó)實(shí)現(xiàn)《巴黎協(xié)定》下降低碳排放的自主貢獻(xiàn)目標(biāo)，但是中國(guó)仍應(yīng)為合理發(fā)展經(jīng)濟(jì)、有效控制能源消費(fèi)量增長(zhǎng)以及可持續(xù)地發(fā)展可再生能源尋求路徑。提高可再生能源比例對(duì)減少碳排放的重要性應(yīng)引起關(guān)注。
中國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要能源作為基礎(chǔ)，石油、天然氣和煤炭等傳統(tǒng)的化石燃料消費(fèi)量只增不減，而美國(guó)、歐盟和日本早已將可再生能源的發(fā)展賦予了重要的戰(zhàn)略地位。在可再生能源發(fā)展方面可以借鑒歐盟經(jīng)驗(yàn)，比如德國(guó)，就是目前主要經(jīng)濟(jì)體中推動(dòng)可再生能源發(fā)展力度最大的國(guó)家之一，其可再生能源占一次能源消費(fèi)比例由2000年的2.9%上升到2014年的11.1%[17]。現(xiàn)階段我國(guó)各省份可再生能源發(fā)展環(huán)境和條件迥然各異，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)、可再生能源資源稟賦以及環(huán)境法律法規(guī)等方面不盡相同。為了促進(jìn)我國(guó)可再生能源清潔、可靠、經(jīng)濟(jì)地發(fā)展，提出的建議包括：①完善可再生能源相關(guān)法律法規(guī)及配套制度。雖然我國(guó)2005年頒布了《可再生能源法》，但畢竟可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)育程度相對(duì)較低，部分條款的操作性不強(qiáng)，實(shí)際操作中有時(shí)還會(huì)依靠地方政府部門文件，這些情況不利于引導(dǎo)投資者積極參與可再生能源產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，不能保證投資者的投資回報(bào)收益，也不利于促進(jìn)相關(guān)企業(yè)增加對(duì)可再生能源技術(shù)方面的投資。因此，在國(guó)家和地方法律法規(guī)中應(yīng)進(jìn)一步明確對(duì)參與可再生能源技術(shù)研究與開發(fā)項(xiàng)目的企業(yè)和投資者予以稅收優(yōu)惠及補(bǔ)貼等，對(duì)購(gòu)買可再生能源設(shè)備的市場(chǎng)主體給予一定優(yōu)惠措施，鼓勵(lì)可再生能源消費(fèi)。②開展分布式可再生能源開發(fā)利用模式。與常規(guī)化石能源不同，風(fēng)能、水能、太陽(yáng)能等可再生能源都具有分散性、間歇性和不穩(wěn)定性，而且建設(shè)發(fā)電設(shè)施與輸送通道投入較大，因此應(yīng)該積極開展分布式開發(fā)，就地利用。③鼓勵(lì)可再生能源技術(shù)攻關(guān)。如在可再生發(fā)電儲(chǔ)能工具和技術(shù)的研發(fā)方面，要加大研發(fā)力度，提高裝備制造水平，降低能源的損耗和棄置，實(shí)現(xiàn)可再生能源與傳統(tǒng)化石能源的集成并用。只有技術(shù)進(jìn)步，才能降低可再生能源開發(fā)利用的成本，真正提高可再生能源產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，最終使可再生能源企業(yè)能源生存盈利、可再生能源擺脫補(bǔ)貼依賴并融入市場(chǎng)化發(fā)展。
具體來看，在我國(guó)的可再生能源中，技術(shù)最為成熟、最具備規(guī)模化開發(fā)條件的就是水電。但水電發(fā)展要以保護(hù)生態(tài)環(huán)境為前提，其發(fā)展模式則要從生產(chǎn)效益型向服務(wù)型水電轉(zhuǎn)變。要正確處理好整體與局部、干流與支流、上中下游、資源開發(fā)與環(huán)境保護(hù)等關(guān)系，妥善處理好國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門對(duì)水資源開發(fā)的需求。堅(jiān)持水電前期工作和核準(zhǔn)程序，做好全國(guó)電力綜合平衡和水電開發(fā)規(guī)劃，保持合理規(guī)模、堅(jiān)持連續(xù)開發(fā)和梯級(jí)開發(fā)，加快開發(fā)資源富集水域，充分發(fā)揮水電對(duì)于應(yīng)對(duì)低碳形勢(shì)、改善能源結(jié)構(gòu)、協(xié)調(diào)區(qū)域發(fā)展、保障人民生計(jì)的作用。同時(shí)，在大力發(fā)展風(fēng)電過程中，實(shí)行陸地與海上、分散與集中相結(jié)合的開發(fā)模式，加快風(fēng)電技術(shù)研發(fā)和設(shè)備自主化生產(chǎn)，擴(kuò)展風(fēng)電裝機(jī)容量，完善入網(wǎng)政策，提高風(fēng)能開發(fā)規(guī)模和利用效率。風(fēng)電的發(fā)展以陸上為主，內(nèi)陸地區(qū)的開發(fā)重點(diǎn)是“三北”以及東部沿海地區(qū)，宜于開發(fā)較大規(guī)模的風(fēng)電場(chǎng)。同時(shí)，對(duì)于一些中小型的風(fēng)電項(xiàng)目，只要它們的建設(shè)具有經(jīng)濟(jì)性、有利于當(dāng)?shù)氐陌l(fā)展，也應(yīng)該予以鼓勵(lì)。應(yīng)把這些中小風(fēng)電項(xiàng)目并入最近的電網(wǎng)，就近利用。在技術(shù)方面，提高對(duì)國(guó)內(nèi)風(fēng)電技術(shù)基礎(chǔ)性研究的重視程度，將自主創(chuàng)新與技術(shù)引進(jìn)和消化吸收再創(chuàng)新相結(jié)合，提高風(fēng)電技術(shù)研發(fā)能力，建立和形成以國(guó)內(nèi)制造為主的風(fēng)電裝備能力。在政策法規(guī)方面，為了降低風(fēng)電企業(yè)的生產(chǎn)成本，幫助它們提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，應(yīng)該不斷完善風(fēng)電發(fā)展的法律法規(guī)，制定激勵(lì)性投資政策，多給予財(cái)稅政策上的支持。此外，全球碳減排的壓力在不斷增加，國(guó)際碳減排的治理方式也在不斷發(fā)生變化，中國(guó)所承擔(dān)的國(guó)際角色也在發(fā)生轉(zhuǎn)變。中國(guó)不應(yīng)該僅僅依靠國(guó)內(nèi)自身的條件稟賦去實(shí)現(xiàn)減排目標(biāo)，也應(yīng)當(dāng)及時(shí)關(guān)注所處的國(guó)際碳市場(chǎng)中的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。如碳交易市場(chǎng)的發(fā)展前景，中國(guó)政府應(yīng)充分發(fā)揮市場(chǎng)在資源配置中的決定性作用，即階段性地推進(jìn)中國(guó)的碳排放交易市場(chǎng)建設(shè)，加強(qiáng)同歐盟和美國(guó)兩大區(qū)域性碳交易市場(chǎng)的合作，為成為國(guó)際碳排放交易市場(chǎng)的重要組成部分、提高在世界碳市場(chǎng)的話語(yǔ)權(quán)、實(shí)現(xiàn)一系列減排目標(biāo)做出努力。
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作者：董聰1；董秀成1,2；蔣慶哲2；劉貴賢1 單位：1.中國(guó)石油大學(xué)（北京），2.對(duì)外經(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué)