马雪薇
(北方工业大学经济管理学院 北京 100144)
2020年9月，国家主席习近平在第七十五届联合国大会上宣布“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”。目前京津冀地区已经成为北方最重要的经济增长极，国家统计年鉴数据显示，该地区的GDP总量呈现上升趋势，近年来，GDP增长率在6%左右。2019年，京津冀地区的二氧化碳排放量大约为10.30亿吨，占全国碳排放总量的1/9左右，因此在碳目标的背景下，京津冀地区实现碳减排路径优化是实现绿色发展的重中之重。
本文根据现有文献研究方法的不同，将文献分为两类：
一类是非系统模型。在运用非系统模型分析碳排放优化问题时，常见的方法包括计量及因素分解法，如Zhang等(2020)[1]基于细化指标和动态空间面板模型，分析技术进步对二氧化碳排放的影响。Fan等(2021)[2]采用阈值回归模型和两阶段工具变量回归模型研究人口老龄化与家庭碳排放的关系，结果发现，消费结构和消费水平是影响城市人口老龄化与城市家庭碳排放非线性关系的中介因素。王长建等(2016)[3]利用kaya等式及LMDI分解方法定量分析各因素与碳排放之间的关系，以及各自对环境的贡献值，从而针对性地提出低碳优化政策。黄蕊等(2016)[4]利用STIRPAT模型定量寻找最合适的碳排放优化路径。
另一类是系统模型。系统模型主要分为三种：第一种是自上而下的模型，如Fu等(2020)[5]开发了一个阶乘的可计算一般均衡模型，从碳税的角度探究碳排放路径；
第二种是自下而上的模型，如余碧莹等(2021)[6]以自下而上的中国气候变化综合评估模型/国家能源技术模型为研究工具，探讨未来中国实现碳中和目标的可能路径；
第三种是混合模型，如马丁和陈文颖等(2016)[7]以能源系统优化模型为基础，遵循“自上而下”与“自下而上”相结合的思想，构建了碳排放达峰路径排放体系，利用情境分析法探究了碳达峰的路径。
在区域层面的碳排放问题的研究中，相较非系统模型，利用系统模型更具优势。本文将碳排放优化问题放在系统模型中，运用自上而下的系统动力学模型，将京津冀地区的排放与能源、经济、社会子系统耦合在一起。
2.1 系统动力学模型构建
系统动力学的构建主要涉及因果关系图、存量流量图、参数设定及模拟仿真四个部分。因果关系图又被称为系统循环图，通常是利用因果链及因果回路反映变量之间的作用。存量流量图是在因果关系图的基础上进一步以更加直观的符号展示系统中各要素的逻辑关系与反馈形式。定量分析离不开参数设定，系统动力学的变量包括水平变量、速率变量、常量及辅助变量，主要通过方程的构建显示各变量的变化规律。模拟仿真则是将数学模型与计算机软件相结合，目前VENSIM PLE是运用较为广泛的仿真平台，本文也是通过此平台进行模拟仿真。
2.1.1 因果关系图
因果关系图是构建模型的基础，通过箭头反映各个因素之间的因果关系。根据上文的模型系统边界构建的因果关系图为：经济子系统通过调整产业结构影响不同产业的产值进而对能源消耗量产生影响；
社会子系统主要包含人口及科技投入、城镇化率等因素。人口数量可以影响不同产业的从业人数，进而影响不同产业产值及生产性能源消耗量。科技投入及城镇化水平可以影响人均生活能源消费量，进而影响生活性能源消耗量；
能源子系统通过调整不同能源所占比例调节能源结构，进而影响二氧化碳排放量；
排放子系统主要考察二氧化碳的排放情况，通过政策模拟分析在不同情境下的二氧化碳排放情况。
2.1.2 存量流量图
在因果关系图的基础上，存量流量图用状态变量、速率变量、辅助变量及常量更加详细地反映各个因素的关系。根据因果关系图绘制的京津冀地区碳排放系统存量流量图包括三个水平变量：GDP、人口总量、林业面积；
四个常量：煤炭排放系数、石油排放系数、天然气排放系数、固碳量；
三个速率变量：GDP增长量、人口变化量、造林面积增加量，其余均为辅助变量。
2.1.3 参数设定
参数的设定方法主要包括：
(1)回归法。本文通过SPSS软件估计了能源—排放—经济—社会耦合系统的一部分参数，例如，确定了一产产值与一产固定资产投资额、一产从业人数的关系；
二产产值与二产固定资产投资额、二产从业人数及城镇化率、科技投入强度的关系；
三产产值与三产固定资产投资额、三产从业人数的关系。
(2)政府政策规定。比如，在确定非化石能源占比时，参考了国务院颁发的《2030年前实现碳达峰行动方案》，到2030年，非化石能源消费比重达到25%左右。
(3)表函数法。有些变量可能并不存在简单的线性关系，为了更加准确地反映变量的变化情况，采用表函数的形式精准地描述变量的变化情况，如一产投资占比、二产投资占比、三产投资占比、煤炭占比、石油占比、天然气占比等。
又如日本科学技术振兴机构，拥有从基础研究、技术研发、工程化研究、产业孵化到技术推广完成等一系列完整的科技成果转移转化链条，下设董事会、执行委员会、学术委员会、高层管理者等管理机构，采用现代公司企业化的管理模式，各分所遍布全国高校。该机构拥有多样化的资金投入渠道、品牌化的经营战略、灵活的用人机制、全程贯通的转化链，能有效聚集政府、高校和企业的资源，在科研成果转化的各阶段实现无缝衔接，是目前亚洲最具活力的科研成果转移转化机构。
(4)算数平均数。例如，在确定碳排放系数时取自美国情报署、《IPCC2006指南》、国家科委气候变化项目、中国工程院和国家发改委能源研究所五大机构公布的碳排放系数平均值。
2.2 SD模型模拟仿真分析
2.2.1 模型有效性检验
本文将历史数据及模型运行数据进行比对发现：能源消费总量两者的相对误差均小于3%，而实际GDP与实际GDP模拟值及二氧化碳排放量的统计值与模拟值的误差保持在5%之内，通过了有效性检验，说明该模型的构建符合真实情况，具有科学性，可以用于预测京津冀地区未来的碳排放情况。
2.2.2 模型初始状态运行情况
如图1所示，展示了京津冀地区在初始条件下2020—2040年能源消费总量情况。其数值在预测期间呈现逐步上升趋势，数值由2020年的493.49百万吨标准煤涨到2040年的759.11百万吨标准煤，增长了大约1.54倍。能源消耗产生的二氧化碳排放包括煤炭、石油、天然气及非化石能源消耗所产生的二氧化碳。如图2所示，能源消耗产生的二氧化碳在2020年为1044.32百万吨，此后碳排放量呈现上升趋势，到2036年达到峰值1249.74百万吨，之后其数值逐步减少。从碳排放强度角度考虑，京津冀地区的碳排放强度逐渐下降，主要参考国务院引发的《2030年前碳达峰行动方案》，规划中指出，2025年的碳排放强度相较2020年要下降18%。根据预测结果，2020年京津冀地区碳排放强度为1.88万吨/亿元，2025年该地区的碳排放强度为1.49万吨/亿元，实现碳强度的减排目标。
图1 基准情景下京津冀地区能源消耗情况
图2 京津冀地区能源消耗产生的二氧化碳情况
综上所述，京津冀地区虽然在预测期内可以完成碳强度减排目标，但2030年碳达峰目标无法实现，预测京津冀地区将在2036年实现碳达峰。
2.3 本章小结
本文构建了京津冀地区碳排放优化系统动力学模型，并在模型通过了有效性检验的基础上对初始状态下的京津冀地区2020—2040年的能源消耗、二氧化碳排放情况进行预测，结果显示：现有条件下，京津冀地区无法在2030年实现碳达峰，预计将在2036年实现碳达峰，其峰值为1249.74百万吨标准煤；
能源消费方面，京津冀地区的能源消费总量在预测期间呈现不断上升的趋势，至2040年能源消费总量相较2020年增长1.54倍，可以实现碳强度的减排目标。
综上所述，京津冀地区无法在2030年前实现碳达峰，因此为进一步加快该地区的碳达峰进程，本文针对京津冀地区碳排放优化问题提出以下建议：
(1)约束能源消耗总量，改善能源消费结构。具体来说，首先，需要建立清洁高效的利用煤炭政策，整体来看，京津冀地区对煤炭依赖严重，虽然消耗煤炭占比减少，但是煤炭消耗总量还是在增加，因此制定高效使用煤炭的政策可以在一定程度上优化能源结构，包含使用先进的煤炭加工、转换、液化气化技术等将是未来一段时间改革的着力点。其次，需要拓宽天然气使用渠道，包括发电、交通运输、工业燃料及城镇燃气在内的四个领域将成为天然气多元化策略的主要领域。最后，需要大力开发、发展清洁能源。因地制宜，根据现有的京津冀能源资源禀赋开发风能、太阳能、地热能，同时开发水电及分布式能源，推广电动汽车、乙醇汽车等。
(2)转换经济增长方式。目前，京津冀主体还是推行工业化进程与城镇化进程，高质量发展已经成为主旋律，京津冀地区转换经济发展方式，重点是关注一些耗能较多的领域，如河北省的钢铁行业及相关的重工业领域，政府应该引导其产业升级，将绿色能源与数字化、智能化相结合，建立新的经济增长点，进而降低能源消费总量及二氧化碳排放量。
(3)加大对低碳技术的资金支持，增加科技研究占比。提高能源利用率，降低能源强度是减少碳排放的重要措施，而这一目的的实现需要大力发展低碳技术，加大对低碳领域的资金投入，加强政府、企业及高校之间的协作。包括建立科技创新评价体系、税收优惠、大力发展清洁发展机制在内的多种具体措施，从而激发京津冀地区的低碳技术创新活力，改善碳排放状况。
(4)加强区域经济一体化，优化行业结构。目前，京津冀地区的产业联动主要体现在北京将落后的工业转移到天津与河北地区，从整体上看，产业结构优化的进程较为缓慢，碳排放量在短期内还是呈现上升趋势。究其原因是北京、天津及河北目前的工业发展处于不同阶段，难以实现整体联动。因此，为了加强区域经济一体化，需要着重关注弱势地区工业进程，提高其行业准入门槛，淘汰落后产业并通过政府引导及企业创新加快工业化进程，协调北京、天津及河北地区的经济同步发展。
(5)提升碳汇能力，发展固碳技术。改善碳排放问题除了减少二氧化碳本身的排放量外，还可以增加造林面积发展固碳技术。具体来说，京津冀地区地处平原，拥有大量的土地资源，因此政府可以通过建立天然保护园区、提高森林覆盖率的方式减少碳排放量；
固碳技术则是通过捕捉大气中的碳并将其安全封存在碳库中，目前京津冀地区对该项技术的使用还不广泛，主要应用于大型工业排放点，因此需要政府通过资金及法律、政策相关方面的支持来引导发展固碳技术，优化碳排放。