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摘要：2015年聯合國氣候變化大會上通過的《巴黎協定》，為2020年后全球應對氣候變化行動做出了安排，中國做出的自主貢獻承諾及未來的減排效果成為國際關注的焦點。基于趨勢外推法、BP神經網絡模型與敏感性分析，對2030年中國的碳排放情景做出預測。結果表明，在中短期發展趨勢下，2030年我國單位國內生產總值CO2排放比2005年下降60%～65%的目標能夠實現，但要實現非化石能源占比達20%這一目標仍任務艱巨，提高可再生能源占比的重要作用不可忽視。
關鍵詞：碳排放；《巴黎協定》；可再生能源；神經網絡
1引言
2015年12月，在巴黎氣候變化大會上，《聯合國氣候變化框架公約》的近200個締約方一致通過了全球氣候變化的新協議——《巴黎協定》，為2020年后全球應對氣候變化行動做出了安排。從環境保護與治理上來看，《巴黎協定》的最大貢獻在于明確了全球共同追求的“硬指標”，各方將加強對氣候變化威脅的全球應對，把全球平均氣溫較工業化前水平升高控制在2℃之內，并為把升溫控制在1.5℃之內努力。中國始終堅持共同但有區別的責任原則、公平原則和各有能力原則，做出的自主貢獻承諾主要包括2030年左右碳排放達到峰值，2030年單位國內生產總值CO2排放比2005年下降60%～65%，非化石能源占一次能源消費比重達到20%左右。然而，中國是一個發展中國家，工業行業是國民經濟和社會發展的重要支柱產業，同時也是能源密集型行業；工業行業的能源消費結構長期以煤炭為主，煤炭消費占其能源消費總量的七成左右，排放的CO2也占到全國溫室氣體排放的絕大部分[1]。早在2010年，中國能源消費占世界能源消費總量的20.3%，但所創造的GDP不足世界的10%，能源效率與世界發達國家差距明顯。中國的一次能源消費總量和CO2的排放量已經超過美國，躍居世界第一，而可再生能源占比較低。因此，中國在碳排放方面面臨著巨大的國際國內壓力。
2碳排放研究概況
目前對中國碳排放的研究主要集中在國家、區域及行業碳排放的影響因素分析、碳交易市場建設及對策建議等方面。馬大來等[2]對我國各省份工業碳排放績效及影響因素進行研究，發現工業規模、技術研發等具有正影響，重工業比重和工業能源消費結構具有負效應。方齊云和陶守來[3]基于人口與城鎮化視角對中國碳排放因素進行研究，發現人口規模、城鎮化率、城鎮就業率和能源強度具有正影響，就業的城鄉結構、經濟結構和碳排放強度則呈現分階段正負作用交錯的形態，且人口規模、城鎮就業率和碳排放強度的影響效果相對較弱。張麗峰[4]在分析我國產業結構、能源生產與消費結構等基礎上，計算了碳排放彈性系數以及各行業碳排放量及節能率。林伯強等[5]構建了CO2排放約束下的中國能源結構調整模型，同時還認為可再生能源發展有助于減排，但由于現階段能源結構調整成本較大導致其減排的潛力不大。而邱慶全等[6]在對中國可再生能源消費和能源碳排放之間關系進行研究時發現，從長期來看可再生能源消費對能源碳排放具有顯著的正向影響。關于碳交易市場方面的研究則大多停留在理論層面。鑒于目前對《巴黎協定》下中國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，本文基于趨勢外推法、BP神經網絡模型與敏感性分析，對2030年中國的碳排放情景做出預測，以便有效分析和控制碳排放量，進而為我國更好地應對節能減排的挑戰、實現《巴黎協定》自主貢獻目標提供參考依據，對于制定能源戰略、經濟目標、碳排放激勵政策等也具有重要的現實意義。
3研究方法與數據收集
（1）BP神經網絡模型。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）和環境庫茲涅茲曲線（EKC）常被用于研究碳排放與影響因素之間的關系。但MLR在假設上存在較多的局限性，而EKC的假設也缺乏大量數據的嚴格驗證。本文旨在預測2030年中國的碳排放情景，而神經網絡方法可以處理復雜的、非線性形式的預測問題，從而得到期望的輸出值。BP神經網絡是最常用、最成熟的一種人工神經網絡方法，它是一種誤差反向傳播算法訓練的多層前饋網絡，被認為最適用于模擬輸入和輸出關系[7]，有助于補充現有理論分析和輔助決策過程。Funahashi[8]已經證明，假設隱層節點數足夠，則只有一個隱層的三層網絡就足以用任意精度表示任何連續函數；Hornik等[9]也證明人工神經網絡能任意逼近一大類函數，并揭示數據樣本中蘊含的非線性關系。BP神經網絡分為輸入層（inputlayer）、隱含層（hiddenlayer）和輸出層（outputlayer），其信息處理過程分為數據前向計算和后向學習（即誤差信號的反向傳播并修正數值），而學習的目的是使網絡的實際輸出逼近某個給定的期望輸出。
（2）數據說明。關于碳排放影響因素的研究非常廣泛，通過國內外相關文獻和研究成果發現，經濟增長和能源消費是碳排放重要的影響因素這一觀點已成為共識，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、產業結構、貿易開放等因素被引入和討論過。但這其中的某些因素，比如貿易開放，其對碳排放的影響究竟是正、是負還是不存在影響則一直沒有形成一致觀點[10-13]。因此，本文以中國碳排放量為輸出目標變量（即m=1），選取國內生產總值（GDP）和一次能源消費量為輸入變量。與此同時，考慮到2016年12月國家了《可再生能源發展“十三五”規劃》以及可再生能源發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實證結果
（1）輸入變量預測。首先，本文將1991—2015年劃分為三個時間段：長期（1991—2015年），可反映變量在整個期間的波動變化；中期（2000—2015年），可反映變量在經濟周期中的變化；短期（2010—2015年），可反映近幾年的變化和趨勢。假設變量不存在突變，根據過去不同期間的趨勢經驗，采用趨勢外推法對輸入變量進行預測。
（2）2030年CO2排放量預測。利用MATLAB神經網絡工具箱對預測模型進行訓練，隨機選取15個年份的數據作為訓練樣本、5個年份的數據作為驗證樣本、其他5個年份的數據作為測試樣本。BP算法具有依據可靠、推導嚴謹、精度較高、通用性較好等優點，但也存在收斂速度慢、容易陷入局部極小值、隱含層數和隱含層節點數難確定等缺點，因此本模型中采用選取梯度下降法和高斯-牛頓算法相結合的Levenberg-Marquardt（L-M）這一改進算法，以“tansig”作為本神經網絡的轉移函數、“trainlm”作為訓練函數。設學習率為5%，訓練周期為500次，目標誤差為1×10-3。（3）2030年CO2排放量的敏感性分析。基于經濟增長按照長期、中期、短期下的平均增長率增長這一基本假設，在此采用敏感性分析的研究方法，對能源消費量和可再生能源比例這兩種因素發生變化而引起CO2排放量變化的影響程度進行分析。
5結論與建議
中國的碳排放增長問題一直引發社會關注，如何有效控制和減少CO2的排放成為中國經濟發展中值得注意的重要方面。本文基于趨勢外推法、BP神經網絡模型與敏感性分析，對《巴黎協定》和自主貢獻目標下中國2030年的碳排放情景做出預測，并取得了良好的預測效果。預測結果表明，長期（1991—2015年）、中期（2000—2015年）和短期（2010—2015年）不同時間階段變化趨勢下，CO2排放及其影響因素的變化各不相同。在中、短期（分別對應于2000—2015年和2010—2015年）趨勢下，減排效果比較理想，可再生能源比例增長較快。尤其是在中期趨勢下，2030年我國單位國內生產總值CO2排放量預測將比2005年降低68.9%，能夠更好地超出預期實現我國的自主貢獻目標。但就長期發展趨勢來看，2030年我國單位國內生產總值CO2排放量比2005年降低49.0%，未能達到這一目標。這也在一定程度上反映出，近些年中國正在為尋求節能減排的有效路徑做不懈努力。盡管預測結果顯示中期的經濟增長、能源消費和可再生能源發展趨勢最適于使中國實現《巴黎協定》下降低碳排放的自主貢獻目標，但是中國仍應為合理發展經濟、有效控制能源消費量增長以及可持續地發展可再生能源尋求路徑。提高可再生能源比例對減少碳排放的重要性應引起關注。
中國的經濟發展需要能源作為基礎，石油、天然氣和煤炭等傳統的化石燃料消費量只增不減，而美國、歐盟和日本早已將可再生能源的發展賦予了重要的戰略地位。在可再生能源發展方面可以借鑒歐盟經驗，比如德國，就是目前主要經濟體中推動可再生能源發展力度最大的國家之一，其可再生能源占一次能源消費比例由2000年的2.9%上升到2014年的11.1%[17]。現階段我國各省份可再生能源發展環境和條件迥然各異，在經濟發展水平、能源消費結構、可再生能源資源稟賦以及環境法律法規等方面不盡相同。為了促進我國可再生能源清潔、可靠、經濟地發展，提出的建議包括：①完善可再生能源相關法律法規及配套制度。雖然我國2005年頒布了《可再生能源法》，但畢竟可再生能源產業發育程度相對較低，部分條款的操作性不強，實際操作中有時還會依靠地方政府部門文件，這些情況不利于引導投資者積極參與可再生能源產業的基礎設施建設，不能保證投資者的投資回報收益，也不利于促進相關企業增加對可再生能源技術方面的投資。因此，在國家和地方法律法規中應進一步明確對參與可再生能源技術研究與開發項目的企業和投資者予以稅收優惠及補貼等，對購買可再生能源設備的市場主體給予一定優惠措施，鼓勵可再生能源消費。②開展分布式可再生能源開發利用模式。與常規化石能源不同，風能、水能、太陽能等可再生能源都具有分散性、間歇性和不穩定性，而且建設發電設施與輸送通道投入較大，因此應該積極開展分布式開發，就地利用。③鼓勵可再生能源技術攻關。如在可再生發電儲能工具和技術的研發方面，要加大研發力度，提高裝備制造水平，降低能源的損耗和棄置，實現可再生能源與傳統化石能源的集成并用。只有技術進步，才能降低可再生能源開發利用的成本，真正提高可再生能源產業的競爭力，最終使可再生能源企業能源生存盈利、可再生能源擺脫補貼依賴并融入市場化發展。
具體來看，在我國的可再生能源中，技術最為成熟、最具備規模化開發條件的就是水電。但水電發展要以保護生態環境為前提，其發展模式則要從生產效益型向服務型水電轉變。要正確處理好整體與局部、干流與支流、上中下游、資源開發與環境保護等關系，妥善處理好國民經濟各部門對水資源開發的需求。堅持水電前期工作和核準程序，做好全國電力綜合平衡和水電開發規劃，保持合理規模、堅持連續開發和梯級開發，加快開發資源富集水域，充分發揮水電對于應對低碳形勢、改善能源結構、協調區域發展、保障人民生計的作用。同時，在大力發展風電過程中，實行陸地與海上、分散與集中相結合的開發模式，加快風電技術研發和設備自主化生產，擴展風電裝機容量，完善入網政策，提高風能開發規模和利用效率。風電的發展以陸上為主，內陸地區的開發重點是“三北”以及東部沿海地區，宜于開發較大規模的風電場。同時，對于一些中小型的風電項目，只要它們的建設具有經濟性、有利于當地的發展，也應該予以鼓勵。應把這些中小風電項目并入最近的電網，就近利用。在技術方面，提高對國內風電技術基礎性研究的重視程度，將自主創新與技術引進和消化吸收再創新相結合，提高風電技術研發能力，建立和形成以國內制造為主的風電裝備能力。在政策法規方面，為了降低風電企業的生產成本，幫助它們提高市場競爭力，應該不斷完善風電發展的法律法規，制定激勵性投資政策，多給予財稅政策上的支持。此外，全球碳減排的壓力在不斷增加，國際碳減排的治理方式也在不斷發生變化，中國所承擔的國際角色也在發生轉變。中國不應該僅僅依靠國內自身的條件稟賦去實現減排目標，也應當及時關注所處的國際碳市場中的機遇和挑戰。如碳交易市場的發展前景，中國政府應充分發揮市場在資源配置中的決定性作用，即階段性地推進中國的碳排放交易市場建設，加強同歐盟和美國兩大區域性碳交易市場的合作，為成為國際碳排放交易市場的重要組成部分、提高在世界碳市場的話語權、實現一系列減排目標做出努力。
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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.中國石油大學（北京），2.對外經濟貿易大學