技术进步不确定性下我国碳减排路径建模研究

朱潜挺

摘 要：碳峰值承诺下的我国减排路径研究是国家当前的重要需求。然而，传统基于新古典经济学的减排路径研究大多忽略了微观企业主体在对宏观政策响应中表现出的异质性、有限理性以及多层交互性等特征，最终影响到减排路径的选择。通过对国际上现有相关研究对比，提出在演化经济学框架下，基于碳减排路径复杂机制，以微观异质性企业主体创新行为所引发的不确定性技术进步作为系统驱动力，构建将宏观层面产业结构演化与微观层面企业行为相耦合的多层次动态演化碳减排模型的新思路，为我国制定经济效益可行的2030年达峰减排路径相关政策提供参考依据。

关键词：碳减排路径；建模；技术进步不确定性

中图分类号：F2

文献标识码：A

doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2017.19.004

1 引言

减少二氧化碳排放已成为全球大多数国家的共识。2014 年11 月，中国在APEC 会议中声明，将于2030 年左右达到碳排放峰值。然而实现碳峰值承诺，将成为我国未来保持经济可持续发展的一个巨大挑战。当前中国正处于快速工业化进程中，经济发展仍以耗能较大的第二产业为支柱，能源消费增长较快，提前达峰就意味着需要付出更高减排成本，给经济增长带来负面影响。在这种形势下，研究如何通过微观技术进步和宏观产业结构升级，来降低减排给经济带来的冲击，从而有效协调碳减排与经济发展间的矛盾。然而，减排路径选择具有高度复杂性，一方面宏观减排政策影响微观企业主体的经济和技术创新行为，另一方面由于微观企业主体的行为改变，宏观经济状态也会随之变化，从而影响到减排路径的长期演化。事实上，减排路径、宏观经济结构、微观企业行为存在协同演化关系，往往表现出有限理性、不确定性、多层次性等特征。这些特征突破了传统新古典经济学理论的基本假设，需要采取新的经济学研究范式，而演化经济学正契合了这种需求。所谓演化经济学以经济主体的有限理性为基本假设，以动态的、发展的、非均衡的视角看待经济系统（Safarzynska，2013）。

2 碳减排路径研究综述

虽然目前全球对于碳减排尚未达成具有法律约束力的统一协议，但对于减排路径的研究却早已受到各国学者关注，并已成为应对气候变化行动的一个研究热点。按照研究方法的不同，可以分为三类：

第一类是采用基于碳排放要素的计量经济学方法，如时间序列分析、回归分析、IPAT 模型、ARIMA 模型等。Yue 等（2013）基于IPAT 模型，通过纳入经济增长、人口增长、能源强度、可再生能源等指标研究了江苏省CO2 减排路径；Zhou，Sun 和Zhou（2014）基于DEA模型分析了最优CO2排放控制的时空分配路径；Yuan 等（2014）基于Kaya 公式分析了不同发展情景下的未来能源和碳排放路径，认为中国的能源消费高峰将出现在2035-2040年，峰值为5200～5400百万吨标准煤，同时碳排放高峰将出现在2030-2035 年，峰值为92～94 亿吨。Parajuli 等（2014）、Aydin（2014）等也采用了类似的计量经济学方法研究了碳排放路径问题。这类研究从影响能源消费和碳排放的关键因素出发，通过构建因素间计量模型，研究多情景下的减排路径选择问题，但这类研究对碳排放控制的经济影响评估存在不足。

第二类是基于未来可选择减排技术的技术优化模型。Eom 等（2015）基于AMPERE WP2模型分析了不同技术选择下未来减排路径差异，认为CCS 技术的可获得性是未来减排的关键；Jnsson 和Algehed（2010）研究了不同技术解决方案下未来的排放路径，指出CCS 的减排潜力巨大，但其经济利润率更多依赖于能源市场的发展；Hou，Ho 和Wiley（2014）评估了低碳技术在澳大利亚电力市场中的减排潜力；Ashina 等（2012）基于AIM 技术选择模型分析了日本实现2050 年碳排放比1990 年降低80%目标下的减排路径。这类研究通过比较不同技术选择情景下的成本效益来分析未来减排路径，比较适合于减排路径问题中的技术选择分析。

第三类是基于计算经济学的集成评估模型（Integrated Assessment Model，IAM）。这类研究将经济活动与能源消费、碳排放的动力学机制相结合，通过构建经济-能源-排放集成模型，从全局的角度开展减排路径研究（Wing 和Eckaus，2007； Vaillancourt 等，2014）。IAM研究的开创性工作始于Nordhaus（1991，1992，1994），Nordhaus 的DICE 和RICE 模型实现了社会福利最大化目标下的减排政策和减排路径分析（Nordhaus 和Yang， 1996）；Manne等（1992，1995，2005）也在区域尺度上开发出了区域最优政策评估模型，并对减排政策的区域及全球影响进行了评价；Anandarajah 和Gambhir（2014）基于TIAM-UCL 模型将印度作为全球16 个区域之一，分析了该国在2 度温控目标下的减排路径。类似功能的模型还包括FOUND 模型（Tol，1997，2002）、MESSAGE 模型（Rao，Keppo 和Riahi，2006）等。比较而言，第三类方法从对碳排放动因到碳减排控制和应对政策方面具有更为全面的模拟，它将排放控制措施与经济系统进行耦合，体现了经济与碳排放之间的相互影响、相互制约关系，是三类方法中最具系统性和最能反映现实情况的一种分析方法。

然而，虽然基于计算经济学的集成评估模型能够在整体上反映经济-能源-排放之间的动力学关系，但目前的相关研究大多是以新古典经济学为理论基础，存在一定的局限性。这是因为新古典经济学的前提假设极为严格，包括三大核心假设：完全理性假说、个体效用最大化假说以及完全信息假說（Henderson， 2008），另外还有代表性主体假说、均衡假说等。鉴于这些严格假设，诸多学者认为，新古典经济学在对复杂社会-经济交互以及具有高度不确定性问题的分析能力上是不足的（Arthur，1989；Ostrom，2008；Farmer 和Foley，2009）。

进一步地，就减排路径研究而言，基于新古典经济学的分析框架也存在局限性，主要表现在三个方面：（1）缺乏异质性表征。在减排路径研究中，微观企业是碳排放的基本单元，但由于经济水平、技术水平、风险偏好、创新能力等禀赋差异，使得各企业对宏观减排政策的反馈行为也表现出异质性。但新古典经济学的代表性主体假设特征掩盖了异质性企业间的差别，无法全面刻画异质性企业个体对宏观减排政策响应的差异，而其中某些可能引起系统突变的响应是不容忽视的（Kirman，1992）。（2） 缺乏有限理性表征。微观企业对于宏观减排政策的响应不仅存在差异，而且是有限理性的。在特定的减排政策下，企业所采取的适应行动是基于其自身已掌握信息进行决策的结果，但现实中企业个体并不掌握完全信息，且个体所具备的能力也不能完全支撑其理性决策（Simon，1986），取而代之的是企业个体的有限理性决策，即个体决策更倾向于追求“满意”的结果，而不是效用最大化假说下的“最优”结果（Dosi 和Egidi，1991）。Nelson 和Winter（1982）认为有限理性企业会建立常规路径来解决问题，这个过程是基于学习反馈的，而不是完全预测或复杂优化论证。（3） 缺乏多层交互表征。减排路径的实现不仅取决于宏观层面的减排政策调控，更涉及微观层面各行业中企业的技术创新行为及其对减排政策的响应，是一个微观企业行为与宏观结构调控完全交织在一起的多层次交互过程（Schelling，1978）。基于以上三个方面的考虑，如果在新古典经济学分析框架下对减排路径问题开展研究，结果将很可能偏离现实轨迹。

3 技术进步与碳减排路径建模

为此，我们需要开辟新的研究视角。演化经济学思想恰好满足了这种需求。在演化经济学的分析框架下，微观异质性主体将直接参与经济系统的动态演化过程，且主体决策表现为显式的有限理性选择而不再依赖于抽象的优化计算；同时，在微观异质性主体行为的驱动下，宏观状态发生演化将反作用于微观主体，进而影响微观主体的下一次决策，是一个涉及多层次交互反馈的复杂系统（Potts，2000）。演化经济学思想弥补了新古典经济学中完全理性、最大化效用、完全信息等假设的不足，在碳减排复杂性问题的研究中具有其独特的优势。目前，在国际上已有一些基于微观企业行为来研究宏观经济状态演化的先例。例如，Lorentz 和Savona（2008，2010）基于演化经济学构建了德国的产业结构演化模型，其中微观企业具备随机创新能力；Dosi，Fagiolo和Roventini（2006）提出了一个内生经济周期的动态演化模型；Safarzynska，Brouwer 和Hofkes（2013）研究了洪灾事件对宏观经济影响的演化模型；龚轶等（2013）基于演化经济学实现了我国产业结构演化模拟。在这些研究中，经济系统由大量具有异质性、有限理性等特性的企业主体所构成，企业根据自身的经济禀赋进行创新，并通过与其他部门的供需关系改变宏观经济结构。它们验证了以演化经济学视角来分析微观企业行为与宏观经济状态演化交互的可能性，满足了减排过程中微观企业行为与宏观结构演变交织的动态演化特性，为减排路径问题的模拟研究提供了参考基础。

从演化经济学的角度来看，减排的核心在于技术进步（Edenhofe 等，2010；Luderer 等2011；Krey 等，2013）。诸多研究表明，技术进步对于我国碳减排的作用是显著的（王铮等，2006；申萌，李凯杰和曲如晓，2012）。国内外在技术进步对减排影响的模拟研究中，主要是将技术进步分为外生技术进步（Nordhaus 和Yang，1996；Pizer，1999）和内生技术进步（Messner，1997；van der Zwaan 等，2002；Popp，2004，2006）两种模式。但目前的研究不论是外生技术进步还是内生技术进步，其方法都是在宏观层面上的技术水平推演，忽视了在宏观减排政策下微观企业主体反馈的异质性、创新决策和经济行为的有限理性等特征；同时企业创新结果成功与否的随机不可预测性也会造成系统演化的不确定性，而这些特性正是演化经济学可以发挥优势之处。

技术进步不仅是碳减排的核心，也是产业结构升级的核心（Faber 和Frenken，2009）。余慧超和王礼茂（2009），何建坤（2010），刘卫东等（2010），郭朝先（2012）等认为产业结构升级是我国未来降低碳排放的重要因素之一。目前针对产业结构对碳排放影响的研究主要采用指数分解法（Wang，Chen 和Zou，2005； Claudia，2010）和投入产出分析法（孙建卫等，2010；曹俊文，2011），这两种方法主要是从静态角度分析产业结构与碳排放的联系。但事实上，产业结构的演化不仅将影响碳排放，还将影响微观企业生产和创新行为，而对微观行为的影响又将进一步反作用于宏观产业结构和碳排放的长期动态演化，即宏观与微观始终处于连续的动态交互过程中。这在指数分解法和投入产出分析法中难以有效体现。因此，本项目的研究重点是，通过探索不同减排创新政策下微观技术进步、宏观产业结构与碳排放趋势所表现出协同演化规律，为选择经济可行的2030 年碳峰值减排路径提供决策支持。

在研究方法上，可采用基于自主体方法对宏观与微观建模进行整合，以反映经济-能源-排放系统的动态演化特性。所谓基于自主体模拟（Agent-Based Simulation，ABS），就是以若干异质的自主体模拟客观世界個体，以自主体间的交互模拟系统动态性和复杂性。由于ABS 是一种自底向上的建模方式，契合了演化经济学以异质性微观行为研究宏观状态演化的思想，因此被认为是演化经济学模拟最灵活、最有效的建模方法（Faber 和Frenken，2009；Farmer 和Foley，2009；Safarzynska，Brouwer 和Hofkes，2013）。

4 总结

为弥补传统基于新古典经济学的减排路径研究所忽略的微观企业在对宏观减排政策反馈中表现出的异质性、有限理性以及多层交互性等特征的不足，本文在演化经济学的思想指引下，将微观企业创新行为所引发的不确定性技术进步作为驱动力，分析宏观层面产业结构与微观层面企业行为相结合的多层次演化减排模型的构建，以帮助实现微观与宏观交互的动态模拟，提出了以演化经济学模拟来研究减排路径问题的新思路。