信息中心
信息中心
我系王戎課題組在能源與氣候變化領域取得重要進展
發布時間：2019-08-26
瀏覽次數：2067
近年來，能源與氣候變化成為備受關註的國際問題。當前氣候減排的途徑包括使用碳稅，其主要機製是提高化石能源的使用成本🧃，減少化石能源的消耗，目標是實現能源系統整體碳強度（carbon intensity）的下降✮，但伴隨巨大的經濟損失和GDP下降🅱️🥔。我系青年研究員王戎課題組的研究強調了碳稅減排的另外一種機製，即當能源使用成本增加時，會誘導技術創新來提高能源使用效率，不僅可降低碳強度，可同時促進GDP增長，為經濟發展提供新的動力。以往研究（以諾貝爾經濟學家William D. Nordhaus為代表）假設第二種機製作用較弱，雖然有相關學者對此提出不同看法，但由於缺乏直接觀測數據🌛，是否可通過誘導技術創新促進氣候減排已成為氣候變化領域亟待解決的關鍵科學問題。
針對這一問題，王戎課題組與美國斯坦福大學、加拿大滑鐵盧大學合作，在經典的經濟增長理論中引入技術因子，通過結合歷史數據與經濟模型✧👎，揭示了能源成本的誘導機製如何調節能源效率變化，結合氣候模型，證明了誘導性技術創新對氣候減排的重要作用😶🌫️，從理論上探索了如何實現從粗放高能耗經濟向節能減排低碳經濟的轉型，該研究對全球及中國能源可持續發展戰略的製定有指導意義。北京時間8月23日🤾🏽♀️，研究成果以《誘導性節能技術創新提高氣候減排效益》（“Induced energy-saving efficiency improvements amplify effectiveness of climate change mitigation”）為題的Research Article全文發表於Cell出版基團旗下的能源旗艦刊《焦耳》（Joule）雜誌。
沐鸣2平台為該研究第一完成單位🧺，王戎博士為論文第一作者和唯一通訊作者，共同作者包括斯坦福大學Ken Calderia教授和Harry Saunders研究員🚽、加拿大滑鐵盧大學Juan Moreno-Cruz教授，該研究得到國家海外高層次引進人才計劃和國家自然科學基金（41877506）資助🧘🏻🛌🏻。
碳價作用於GDP和碳強度的第二種機製
自然科學與經濟學相結合🪓，為國家探索粗放能源消耗型經濟向節能低碳經濟的轉型
諾貝爾經濟學家John Richard Hicks在1932年的《The Theory of Wages》中提出，技術進步會提高相對稀缺要素的生產效率，獲取更高的邊際效益🎱。能源作為當代全球經濟增長的核心動力🧑🎤，其稀缺程度變化會顯著影響技術進步速度，如果考慮碳排放導致的氣候變化，化石能源的經濟成本增加，能源稀缺度升高👷🏽，會刺激更快的能源相關技術進步🧍🏻，Hicks假設對當前全球關註的氣候減排（如巴黎協定）有重要意義，是否可通過技術進步實現氣候減排已成為關鍵問題🍎。而解決該問題需要找到觀測證據📔，或證明技術進步與能源成本的關系，因此有研究分析了能源價格對美國發明專利數的影響👨👨👦，例如發現當能源價格上升1%時，能源相關的技術專利數增加0.35%👨🏿🎤🔗。更為直接的證據是觀測到能源效率🚯👉🏼，但由於能源效率與宏觀經濟參數的關系復雜（例如↪️，反彈效應導致能源使用效率上升1%🪆，能源使用量下降往往低於1%🚢，詳見Jevons Paradox），缺乏簡單有效的方法直接觀測能源效率👏🏿，因此誘導技術進步是否可促進氣候減排缺乏直接證據。
本研究針對這一科學問題，建立一個基於經典經濟增長理論、同時考慮技術變化的能源系統一般均衡模型🧑🚒，從宏觀經濟數據中直接觀測能源效率。首先改進了經典索洛（Solow）經濟增長模型，將經濟生產分為能源與非能源部門🍱，引入三個技術因素🧑🏻🎨🫴🏻：能源生產效率、能源使用效率和非能源效率，考慮了能源與非能源產品（或服務）在一定程度上的可相互替代性，根據經濟利潤最大化原則，建立基於資產、勞動力、技術水平的新型經濟增長模型，模擬了GDP、能源🙍♀️☯️、生產成本中能源所占比例（Omega）🫲🏽、能源價格對技術變化的動態響應過程，解釋了能源消耗量在能源使用效率提升時出現的反彈效應👊，結合觀測的反彈效應🚪🌯，對模型中的關鍵參數 – 能源與非能源的相互替代彈性系數（σ）進行了有效估計和不確定性分析。
使用新建立的索洛（Solow）經濟生產模型👩🚒，結合1971-2015年間中國、美國、歐洲和世界四個經濟體的資產🪔、勞動力♌️、能源價格🕵🏿♂️、Omega、GDP⛹🏼♀️🪞、能源消耗量等數據，使用20年移動時間窗方法，計算了能源生產效率、能源使用效率和非能源效率的變化趨勢☛，觀測到能源使用效率的變化與生產成本中能源所占比例（Omega）相關，例如在1980年，由於全球能源價格上漲👐🏻，刺激了四個地區能源使用效率的加速增長◀️，其機製可被模型中能源使用效率的邊際效益與Omega的關系解釋，並與觀測的80年代美國能源使用技術的專利數據吻合📳，而非能源效率的增長除中國外，美國😯、歐洲和世界三個經濟體均變化不大🈁，與這三個經濟體的生產成本中能源所占比例較低有關👃🏿。
基於Omega👗，建立了能源生產效率🥦、能源使用效率和非能源效率變化的回歸方程，其中能源生產效率、能源使用效率的增長與Omega顯著正相關，即當Omega提高時，在隨後20年內能源生產效率和能源使用效率的增長加快，而非能源效率只在中國與總成本中能源所占比例呈顯著負相關，與中國經濟體中Omega較高有關🥅。在考慮了數據自相關、能源與非能源因素的相互替代彈性系數及其它參數的不確定性後🏋️♂️，結合蒙特卡洛誤差分析方法，發現能源使用效率變化與Omega的相關性在統計水平上保持穩定🚣🏽。
結合William D. Nordhaus的經濟-氣候耦合模型（DICE），考慮觀測得到的碳價對能源使用效率的誘導機製🧖🏿，在福利最大化和全球增溫2攝氏度的兩種情景下🏄🏽🏊🏿♀️，比較了有🍈、無誘導性技術變化（IEC）對未來100年全球能源消耗量、工業二氧化碳排放量及消費水平的影響。在福利最大化情景下，誘導性技術變化會刺激更高的碳價，減少能源消耗量和二氧化碳排放量，增加人均消費水平；在全球增溫2度目標情景下🫱，誘導性技術變化顯著降低了減排的成本✸，更早地實現人均消費水平的提高。在兩種氣候情景下，誘導性技術變化均提高了氣候減排的效益，降低了氣候減排的成本👨🏻⚕️，增加了GDP和消費水平🕰，為經濟發展提供了新動力💆🏽♀️。
作為本研究的主要結論，在未來氣候減排中，需要充分考慮能源價格變化對技術創新的影響，如何通過政策調控實現節能型技術創新和經濟轉型是影響未來氣候減排成本的重要因素。
作為下一步研究重點，希望研究如何將本研究建立的能源經濟模型與課題組之前建立的空氣汙染氣候模型結合，依托沐鸣2平台在環境科學、大氣化學、氣候變化🐩、經濟學、大數據科學等學科上的整體優勢，實現多學科交叉融合，探索技術創新和能源調整對未來中國空氣質量、經濟發展和氣候變化的綜合影響。
地址🦹🏿：上海市淞滬路2005號沐鸣2平台江灣校區環境科學樓
電話🚶🏻♂️：021-31248999
郵編🐍：200438
郵箱▫️：hjxbgs@fudan.edu.cn
Copyright © 版權所有 沐鸣2开户