能源-环境-经济系统工程研究新进展(专辑序言)

1出版本专辑的背景 20世纪70年代的两次石油危机以来,能源领域发生了巨大的变化.传统化石能源作为可耗竭资源的稀缺性逐步体现,能源供应的地缘政治风险不断凸显,能源市场波动剧烈,能源安全挑战突出.同时,能源的使用带来环境污染、生态退化以及全球气候变化等严重的环境问题,给经济发展带来新的挑战,决策难度增加.由于能源在经济系统中具有基础性战略性地位,而环境影响决定着经济发展的质量和方式,因此能源、环境和经济系统是如此密切的联系在了一起,能源-环境-经济系统（简称3E系统）研究成为新的研究热点.

中国燃煤电厂CCS改造投资建模和补贴政策评价

在应对气候变化的背景下,是否对已经投入运营的燃煤电厂进行改造,加装碳捕获与封存技术(CCS),是一个重要的低碳投资决策问题。本文针对已投入运营的燃煤电厂进行CCS改造的投资决策问题,从成本节约的角度出发,综合考虑CCS面临的诸多不确定因素,将序贯投资决策的实物期权方法与Monte-Carlo模拟相结合,建立了基于偏均衡分析的CCS投资评价模型,研究电力企业投资CCS技术改造现有火电可以带来的成本节约收益价值和温室气体减排量,结合案例,论述了燃煤电厂投资CCS改造的期权价值和投资风险。并应用该模型分析了补贴政策对CCS投资行为的影响。模拟计算结果显示:在现有参考碳价格水平下,基准燃煤电厂投资改造CCS的风险很大,CCS改造投资被放弃的比例接近35%,可见现有的技术水平和政策框架不足以促进企业对现有燃煤电厂进行CCS改造投资。对比政府补贴投资和补贴发电两种政策的效果,在总预算补贴额度较小时,政府补贴企业的研发投入效果要优于直接补贴发电的效果。从评价结果看:首先,在CCS技术发展初期,我国政府应该侧重鼓励大型电力企业对CCS技术的消化学习,通过补贴研发投入,降低技术使用成本,为CCS技术未来的大规模采用打下基础。其次,一个较为有效的碳排放交易机制的构建,可以在长期促进国内电厂对CCS进行改造投资。

重大能源工程事故定量风险评价思路与方法研究——以三高气田钻完井重大事故为例

风险评价研究以分析三高气田(高压、高产、高含硫)钻完井事故的机理及原因,建立钻完井事故的事故树概率模型及概率计算,通过基于钻完井事故后果的环境风洞物理模拟实验和三维数值模拟定量确定空间硫化氢浓度值。在此基础上进行事故的个人风险及社会风险评价,这种风险定量评价方法将对国内外同类油气田的安全开发有一定的指导意义。

中国高铁建设投资对国民经济和环境的短期效应综合评估

近年来,传统铁路发展远不能满足各行业对综合交通运输体系的需求,中国政府正加大对高铁行业的规划与投资。现有高铁网络与其他铁路共同构成的快速客运网,推动了产业的空间布局,加速了产业结构调整,提高了就业率,提升了区域间劳动力、资本、自然资源等配置效率,促进了区域经济协调发展。在中国政府大力建设高铁网络的当下,综合评估中国高铁建设投资给国民经济和环境带来的影响具有必要性和十分重要的现实意义。本文基于中国2012年投入产出表,利用投入产出技术和计量经济学模型,通过重新刻画投入产出模型中农村居民、城镇居民部门"收入-消费"内生关系,区分高铁与传统铁路在生产结构和投资结构的差异,构建基于居民消费局部内生化的高铁投资投入产出局部闭模型,评估中国高铁建设投资对经济、就业和能源环境的短期效应。结果表明:12012年中国高铁投资每亿元拉动总产出增加3.72亿元,GDP增长1.21亿元,投资总量给国民经济共带来总产出增长19 373.44亿元、GDP增长6 296.04亿元;2在拉动经济增长同时,高铁建设投资对就业拉动显著,每亿元高铁投资创造1 084个就业岗位,2012年因高铁投资新增就业岗位高达565.23万人。这意味着,在短期内,中国高铁建设投资会在发展社会经济、促进居民就业等方面注入强大的动力;3在环境层面,2012年高铁前期基础建设共带来83.42 Mt CO2排放,略大于传统铁路投资,但考虑到建成运营后,高铁具有清洁、稳定、高速等特点,高铁建设投资在环境层面优势会慢慢显现。

基于CDECGE模型的中国能源需求情景分析

从我国未来经济社会发展目标出发,根据不同的政策目标设定了3种经济发展情景:基准情景、强化低碳情景和粗放型情景。分析了3种情景下我国未来的一次能源需求量、能源消费结构及CO2排放趋势,为把握我国未来的能源安全形势、控制温室气体排放提供了有效的政策分析工具。研究方法是在Monash模型的基础上构造的我国能源经济动态可计算一般均衡模型(CDECGE)。结果显示,按照现在的经济增长方式和增长率预期,如果没有额外的政策措施,2020年之前我国能源需求仍将快速增长,但在适度的低碳政策引导下,我国2020年的能源需求将控制在45.52亿t标煤,CO2排放强度将达到1.635 t/万元,相对2005年下降45%。碳税作为一种经济减排政策,会有效的降低CO2排放,减少化石能源的需求,使经济向低碳社会转型,从而实现2020年CO2排放强度降低的减排目标。因此,为减缓能源需求量的快速增长趋势,实现减排目标,可以从改善产业结构、实行碳税政策等方面采取措施,优化能源结构,实现经济结构转型,从而保障能源供应安全和控制温室气体排放。

美国能源战略发展史对中国能源战略发展的启示

我国正处于经济结构转型阶段,能源消费逐年攀升,能源安全问题日益突出。美国作为世界上最发达的国家,其能源战略对整个世界都有借鉴作用。美国能源战略的特点为:通过提升能源利用率、鼓励能源多元化和倡导节能来实现能源自主和独立,同时减少对不稳定能源来源地的依赖,提高各方对全球经济、安全和环境的关注度。而能源立法主要用来保障能源战略的有效实施,美国能源立法主要将焦点集中在应对能源危机、鼓励能源多元化和发展新能源三个方面,以全面反映能源发展战略作为总体指导思想,采用综合性能源立法为主、专门性能源立法和配套性能源立法为辅的模式,并随着时代变迁不断发展。美国还建立了世界上数量最大的政府应急原油储备。中国作为世界上最大的发展中国家和最大的能源消费国,可以借鉴美国经验,改变能源消费结构,实现能源多元化,大力发展核能和可再生能源,寻找长期、稳定的能源进口地区,适时更新能源立法保障能源战略的有效实施,增加基础性重要法律解决能源安全问题,建立能源储备机制应对国际能源危机,积极提升在全球能源领域的主导性。

碳捕获和封存技术认知、政策现状与减排潜力分析

在综合大量相关资料的基础上,研究总结了碳捕获和封存(CCS)技术的发展现状、示范项目进展和相关的国际法规政策,分析了其大规模应用的障碍,并将CCS技术与提高能效、发展可再生能源等减排技术方案进行了对比。分析认为,一方面我国需审慎评估CCS技术推广使用可能产生的负面影响;另一方面我国也需要适当加大对CCS关键技术的研发投入,避免在技术上受制于人。此外,有关CCS推广的财税政策的推出,需要视CCS技术的实际发展情况而定。我国还需要根据现实情况,重点考虑如何对现有火电厂进行改造,为CCS技术未来的大规模推广打下基础。

基于碳减排贡献原则的绿色气候基金分配研究

本文讨论了"后京都"时代绿色气候基金(GCF)如何在发展中国家间分配的问题,提出一种基于碳减排贡献原则的分配方案,在此方案下一国的减排贡献越大其所能获得的资金也将越多。研究采用环境版全球贸易分析模型(GTAP-E)定量分析了GCF分配方案对各国的经济环境影响。结果发现,基于减排贡献的分配原则,所有发展中国家均能获得一定额度的减排基金和适应基金,并且在政策实施初期100亿美元和1 000亿美元的GCF能够促使发展中国家分别减排14.7亿tCO2和31.8亿tCO2。GCF分配方案对各国居民福利的影响依赖于绿色基金融资额度,只有当GCF达到一定融资水平时,才会出现所有发展中国家居民福利均改善的情况。总的看来,基于减排贡献原则的GCF分配方案,不仅能为发展中国家募集一定的适应基金,也能取得较为明显的减排效果,是对"后京都"时代全球气候变化适应和温室气体减排的一种兼顾。

基于减排成本曲线演化的碳减排策略研究

为应对气候变化,各国纷纷采取相应的碳减排策略,制定减排目标,而减排目标的实现主要是依靠科技进步和结构优化,强制减排要付出较大的经济代价。本文通过建立减排成本评估的投入产出-计量优化组合模型,研究了我国减排成本曲线的动态变化,在国际比较的基础上,得到发展中国家减排的宏观经济损失更大的结论,提出了实现我国碳强度减排目标的非等量递增减排路径。

低碳经济是实现科学发展观的必由之路

发展低碳经济、应对全球气候变暖已经成为世界密切关注的主题。本文围绕当今世界发展低碳经济的大环境,发展低碳经济的必要性和重要性,发展低碳经济的瓶颈等问题,分析指出向低碳经济转型已经成为世界经济发展的大趋势;化石能源消费将持续增长,温室气体减排形势严峻;发展低碳经济刻不容缓,而技术进步是发展低碳经济的关键,但技术瓶颈问题还长期存在。

气候政策不确定条件下的发电投资优化模型

在温室气体减排背景下,本文研究了不确定条件下的大型发电企业的投资决策问题.采用实物期权方法评估发电企业投资燃煤发电+CCS技术,天然气联合循环发电(NGCC)+CCS技术,风电技术的收益,并采用蒙特卡洛模拟法得到多种场景下的投资收益分布,之后采用投资组合优化模型得到最优的发电组合决策.该模型同时考虑了投资者的收益、主观风险偏好和碳减排目标.情景分析所得结论如下:相比风险中性电力企业,谨慎电力企业的最优组合决策中天然气发电比例减小,煤电比例增加;国家碳减排政策走势、行业CO_2减排目标、燃料价格不确定性及CCS技术的投资成本是影响发电企业投资决策的主要因素.对该模型的情景分析结果可以为国家宏观决策提供依据.

中国区域产业终端能源消费的影响因素分析

本研究利用LMDI分解方法,建立区域能源消费分解模型,分析1995～2004年间中国区域产业终端能源消费变化、主要影响因素及各因素的贡献程度,并提出相关政策建议。

基于周期理论的2010年中国能源需求预测

本文运用周期理论对我国能源消费量变化进行分析,发现能源消费量与经济增长具有明显的周期性变化,两者之间存在长期协整关系;通过采用分解理论和滤波方法得到了能源消费量的周期性规律,结果验证了能源消费与经济增长的周期性关系。在此基础上,建立ARIMA乘积季节模型对2010年我国的能源消费总量和分品种消费量进行了预测,并简要分析了我国2010年能源需求可能面临的不确定性。

中国能源消费结构演进特征

本研究采用产业经济学、计量经济学、统计学和GIS中的相关方法和技术,对中国1953～2006年间能源消费结构演进的特征进行定量评价,并提出相关政策建议。

基于DEA视窗分析理论的普通高中教育效率研究

合理、准确的进行普通高中教育效率评价有利于引导教育投资方向,提高教育效率,推进教育改革。利用DEA模型,在假设规模收益不变条件下,采用基于投入的视窗分析方法研究1999-2009年我国各省市区普通高中的教育效率发现:同一时间段不同省份之间的教育效率差别很大,但同一省份不同时间段间的效率差别不大;与经济发展情况不同,中西部地区的教育效率高于东部地区;经济发达地区的各种投入的影子价格均低于欠发达地区。针对各地教育效率现状,政府应针对不同地区实际,制定鼓励民间资本投资普通高中的优惠政策,扩大对自然条件恶劣或少数民族聚居区异地教学支持的帮扶,加大财政转移支付,改善欠发达地区教育投入不足的现状,从而从总体上提高全国普通高中教育的效率水平。

三高气田重大钻完井事故定量风险评价研究

针对我国三高(高压、高产、高含硫)气田勘探开发的安全性丞待解决的严峻形势和风险定量评价(QRA)研究的落后状况,进行了三高气田的QRA实例研究。该项研究分析了三高气田钻完井事故的机理及原因,建立了钻完井事故的事故树概率模型并完成了概率计算,通过基于钻完井事故后果的环境风洞物理模拟实验和三维数值模拟定量确定了空间硫化氢浓度值,在此基础上进行了事故的个人风险及社会风险评价,这种风险定量评价方法将对国内外同类油气田安全开发实践有一定的指导意义。

碳市场价格稳定机制探索及对中国碳市场建设的建议

通过总结欧盟碳排放权交易市场(EU ETS)的实践经验,提出了碳市场运行过程中潜在的碳排放权价格过度波动的问题,深入剖析了碳市场过度波动性的根源及其负面影响,在此基础上提出了引入碳市场价格稳定机制的必要性。文章系统分析了几种主要的碳市场价格稳定机制、相应的实施手段及可能存在的问题。根据EU ETS等国际碳市场的经验,建议中国在碳市场建立之初,应该考虑设计一套系统灵活、简单易行且实施成本较低的碳市场价格稳定方案,包括整个试点期内价格暴涨预防机制、价格暴跌预防机制以及试点期内各年份之间的价格波动平抑机制,使得碳市场充分发挥作用,以较低成本达成既定减排目标。

基于多目标规划的中国二氧化碳减排的宏观经济成本估计

CO2减排的宏观经济代价对处于不同发展阶段的国家有着巨大的差异,对此给出科学的估计具有重要的科学和现实意义。本文运用基于投入产出的多目标规划对中国CO2减排的宏观经济成本进行了估算。结果表明:CO2排放控制对我国经济的影响十分显著,在目前条件下,我国2010年CO2减排的宏观经济成本为3100～4024元/tCO2;而且减排的力度越大,相应的单位减排的宏观经济成本越高。采掘业、石油行业、化学工业、金属冶炼等行业和部门是CO2的高排放部门,但同时也是实现减排较有潜力的部门。

中国水泥行业节能潜力和CO_2减排潜力分析

中国水泥行业生产了全球水泥总产量的一半以上,能耗和CO2排放仅次于电力行业.通过国际比较和宏观经济驱动力分析,预估了水泥产量在2010-2030年间3种可能的发展趋势.采用基于工艺流程的自底向上核算方法,评估了每种产量趋势下中国水泥行业在2010-2030年间的节能潜力和CO2减排潜力.结果显示,相比基准情景,在最佳技术情景下,水泥行业存在13.4％～ 14.6％的节能潜力和15.3％～ 16.3％的CO2减排潜力,分别带来平均4.2亿t标煤的累积节能量和37.2亿t的累积CO2减排量.总体上,燃料和熟料替代措施的节能减排效应要优于能效提高措施.在3种CO2排放源中,过程减排约贡献了总减排量的42％,其次是燃烧减排(36％)和电力减排(22％).

中国能耗碳排量宏观驱动因素的Hi·PLS模型分析

弄清楚碳排量的重要宏观驱动因素可以为我们设计与碳减排相关的政策机制提供理论支撑。本文采用递阶偏最小二乘方法(Hi-PLS)进行了宏观驱动因素的研究,并将其与传统PLS模型进行了比较。实证过程采集了1952-2006年我国大陆区的社会、经济、人口及自然环境等方面共36个指标的数据进行。结果表明:与传统PLS模型相比,Hi-PLS用于该主题的研究更加有效,解释起来也更加方便具体;我国碳排放重要的宏观驱动因素来自于人类生活和生产等活动强度均较大的领域(如,邮电运输活动与教育文化活动等)及人口数量与经济发展水平,不重要的宏观驱动因素则来自于几乎无法反映人类活动强度的领域,如自然环境要素和艺术表演团体的个数等。