上海市碳减排系统仿真分析及对出口竞争力的影响①

华北电力大学(保定) 李艳红

能源消费所排放的二氧化碳占全球二氧化碳排放总量的80%，对温室效应加剧的影响承担2/3的责任[1]。中国积极承担全球碳减排任务，2009年哥本哈根气候大会上，中国承诺2020年碳排放强度比2005年降低40%～50%。上海市作为中国经济发展的中心，对周边地区经济发展和环境改善起着重要的示范作用。但随着经济的高速发展，上海市能源消费总量不断攀升，碳排放迅速增长。关于碳排放的常用分析方法主要有STIRPAT、LEAP、EKC曲线。林伯强等利用EKC曲线对中国碳排放拐点进行了分析和预测[3]；贾彦鹏等利用LEAP模型对景德镇市2020年碳排放进行了预测[4]；张巍构建了STIRPAT模型分析了工业经济规模、工业增加值、人口等因素对陕西省碳排放的影响[5]。

然而一个城市的能源消耗碳排放受到多种因素的影响，是一个复杂的系统，传统的多元模型分析模式无法全面地、系统地反映各因素的相互关系和反馈路径。系统动力学以反馈控制理论为基础，通过深入分析系统中复杂的反馈行为，可以有效分析各因素间的相关关系。本文构建上海市碳减排系统仿真模型，通过不同情景设定，模拟2017—2020年不同因素调整对上海市碳排放的影响，确定实现2020年上海市低碳经济发展目标的政策路径。

1 上海市碳减排系统结构分析

控制碳排放实现低碳经济是上海市经济发展的主要目标之一，本文构建的系统由碳排放以及能源消耗两个模块构成，两者之间通过信息的传递维持系统的发展平衡。上海市碳排放能耗因果回路如图1所示。

图1 上海市能源消耗碳排放因果回路图

模型的时间边界为2007—2020年，模拟基期为2007年，模型建立使用的历史数据为2007—2016年。根据系统反馈机制，采用表函数法并借助Vensim PLE软件建立上海市碳排放能耗模型流图，如图2所示。

图2 上海市碳排放能耗模型流图

2 碳减排系统仿真结果分析

模型构建之后需进行有效性验证，本文选取能源消耗总量、二氧化碳排放量两个变量进行误差检验。结果显示，两个主要变量的最大绝对误差均为-9.00%，平均绝对误差分别为-3.59%和-3.58%，均在可接受范围内。

根据《上海市节能和应对气候变化“十三五”规划》内容，政策设置目标为：2020年二氧化碳排放总量不超过25000万吨，碳强度比2015年降低20.5%，达到0.188吨/万元。

2.1 产业投资结构单维度情景模拟

上海市2016年的三次产业结构比为0.3%：36.1%：62.7%。产业结构投资比例本文设置为表函数，模拟设定2020年的产业结构投资比例，2016—2019年数值由系统自动生成，模拟设置情景如表1所示。模拟结果如表2所示。

表1 上海市产业投资结构情景模拟参数设置表

表2 产业投资结构单维度情景模拟能耗强度及碳强度

四种情景模拟结果显示，2020年碳强度模拟值分别为0.193、0.212、0.204、0.182，其中仅情景三的模拟值0.182完成了2020年不超过0.188的目标值。因此仅考虑增加第三产业投资实现规划目标值具有一定局限性。

2.2 科技投入调整单维度情景模拟

科技投入的提高可以促进经济的快速发展，从而实现单位GDP能耗和碳排放量的降低。上海市2016年科技投入占GDP比重为4.1%，通过调整科技投入占GDP的比重来模拟分析目标值的变化情况。模拟情景2020年科技投入调整值设置如表3所示，2017—2019年数值由系统对应表函数给出。

表3 科技投入情景模拟参数设置表

由表4可知，科技投入比的增加可以实现能源强度和碳强度的降低。在四种情景下能源强度仍然未满足目标值，而碳强度在情景三时达到目标值。因此单靠提高科技投入来实现所有规划目标值具有一定局限性。

表4 科技投入单维度情景模拟能耗强度及碳强度表

2.3 能源消费结构单维度情景模拟

上海市各能源消费比例函数采用表函数，模拟情景给出2020年值，2017—2019年值为系统对应表函数生产，能源消费结构调整情景模拟参数设置如表5所示。

表5 能源消费结构调整情境模拟参数设置表

经过仿真，得出表6为上海市能源消费结构调整情景模拟碳强度值。

表6 能耗结构调整情景模拟碳强度表

从表6中可以得知，随着煤炭能源消耗量的降低，碳强度不断减小，通过减少煤炭能耗有助于低碳政策目标值的实现。在情景二中，上海市2020年碳强度模拟值为0.182，达到低碳政策碳强度目标值。

2.4 多因素综合调整情景模拟

从上述几种情景模拟结果可以看出，单独调整某一变量对于上海市低碳目标的实现具有一定局限性。事实上，上海市碳排放能耗模型是一个因素相互影响的复杂系统，各因素之间相互制约。因此在制定政策模拟时，采用综合模拟方法，将产业投资结构、科技投入比以及能源消耗结构三种因素均考虑到模型中，研究多因素影响下系统结果的变化。综合情景模拟参数设置如表7所示。

表7 综合情景模拟参数设置表

表8 综合情景模拟能源强度值表

从表8情景模拟结果可知，情景四达到了能源强度目标值，情景二、三、四均达到了碳强度目标值。可以看出，“十三五”时期《上海市节能和应对气候变化“十三五”规划》制定的四个目标，多因素综合情景模拟四为最适合的政策调控情景，其中2020年能源强度比2015年降低17.1%，碳强度比2015年降低34.3%。

3 结语

本文利用系统动力学建模方法，将上海市能源消耗与碳排放纳入一个复杂系统，理清系统内部和外部各因素的联系，通过设置不同的情景，考察各种因素对碳排放和能源消耗强度的影响作用，为上海市“十三五”相关规划低碳政策目标的实现，提供理论指导和对策建议。研究结论表明：一方面，单维度的调整能够影响能源消耗和碳排放量，产业投资结构、科技投入比、能源消耗结构单维度情景模拟结果都可以印证这一结论。另一方面，单维度情景模拟对完成低碳政策目标有一定局限性，进一步进行多维度综合情景模拟，可以看到情景四，即2020年产业投资比例为0.1%∶10.5%∶89.4%，科技投入比5.1%，能源消耗结构为31.0%∶30.6%∶38.4%，得到的结果是2020年碳强度比2015年降低34.3%，二氧化碳排放量为3963万吨，可以实现上海市2020年的低碳目标。基于以上结论，本文提出以下减排策略建议。

上海市要实现“十三五”低碳目标，可以考虑从产业结构、科技投入和能源消耗结构等多个方面出发，适度降低工业占比，大力发展第三产业；优化能源结构，可以考虑通过增加绿色财政补贴来提高新能源在能源消耗中的比例；稳定研发投入的增长，促进研发队伍的建设和发展，全面推进节能减排。