当节能减排邂逅经济学

王戎通过数值模拟研究空气污染对气候变化的作用

■本报见习记者程唯珈记者黄辛

如果只从经济学角度出发，当用电的费用只占生活成本的很小部分时，你可能不会随手关灯或者有意识地使用节能电器。但是，假设有一天，当用电成本占据你生活开支的一半以上时，你会怎么办？你可能会想尽办法去省电，因为这样可以减少开支。

同理，当此情景出现在一个经济体的能源系统时，就会促进技术进步从而推进节能减排和经济发展。近日，复旦大学环境科学与工程系青年研究员王戎课题组与美国斯坦福大学、加拿大滑铁卢大学合作证实了这一设想，相关成果日前发表于《焦耳》。

来自诺贝尔奖的假设

近年来，能源与气候变化成为备受关注的国际问题。使用碳税成为节能减排的途径之一，其主要机制是提高化石能源的使用成本，减少化石能源的消耗，从而实现能源系统整体碳强度下降。但随之而来的，是巨大的经济损失和GDP下降。

“技术进步会提高相对稀缺要素的生产效率，获取更高的边际效益。”1932年，诺贝尔经济学奖获得者JohnRichardHicks在《工资理论》中提出假设。这就意味着，如果考虑碳排放的社会成本，化石能源使用成本增加、能源稀缺度升高，有可能会刺激能源效率技术更快进步，继而实现节能减排。

该假设看似合乎情理，不过想要实际解决问题还需要找到观测证据，或证明技术进步与能源成本的关系不可忽略。

此前，曾有研究分析能源价格对美国发明专利数的影响，发现当能源价格上升1%时，能源相关的技术专利数增加0.35%。但由于能源效率与宏观经济参数的关系复杂，缺乏简单有效的方法直接观测能源效率。

“环境污染问题起源于经济，有没有可能从经济学的角度出发，为解决环境问题提供一个比较切合实际且适合于发展中国家的方案？”论文第一作者兼通讯作者王戎发出了疑问。他告诉《中国科学报》，对于中国、印度、非洲等发展中国家而言，未来一个世纪将同时面临经济发展、环境污染、节能减排等三大挑战，研究该问题对未来发展有重要意义。

“自上而下”的研究

自2016年起，王戎开始接触生态经济学、福利经济学、计量经济学的基础知识和前沿研究。他告诉记者，在研究过程中，他没有通过模拟微观经济过程来推测能源效率的变化，而是应用了物理学中的“自上而下”的研究方法。

“如果使用一些已经发展比较成熟的微观经济模型，确实可以计算出技术进步对节能减排的影响，但当我深入了解这些模型后，发现这些计算基于的参数大多是假设出来的。例如，假设当1%的GDP用于技术研发，会提高2.25%的社会能源效率。”

王戎介绍，为了观测能源效率的变化，团队首先改进了诺贝尔经济学家SolowRobert的经典索洛（Solow）增长模型，引入三个技术因素：能源生产效率、能源使用效率和非能源效率，考虑了能源与非能源产品（或服务）在一定程度上的可相互替代性，建立基于技术水平的新型增长模型，模拟了GDP、能源、能源成本比重（Omega）及能源价格对技术变化的动态响应，解释了能源消耗量在能源使用效率提升时出现的反弹效应，对模型中的关键参数——能源与非能源的相互替代弹性系数（σ）进行了有效估计和不确定性分析。

随后，团队使用新建立的Solow生产模型，结合1971~2015年间中国、美国、欧洲和世界四个经济体的资产、劳动力、能源价格、Omega、GDP和能源消耗量等数据，根据20年移动时间窗方法，反算了能源生产效率、能源使用效率和非能源效率的变化趋势，首次直接观测了能源使用效率的变化与Omega的关系。

“例如在1980年，由于全球能源价格上涨，刺激了四个地区能源使用效率的加速增长，其机制可由模型中能源使用效率的边际效益与能源成本比重的关系解释，与观测的20世纪80年代美国能源使用技术的专利数据吻合，而非能源效率的增长除中国外均变化不大，与能源成本比重较低有关。”论文作者之一、美国斯坦福大学经济学家HarrySaunders告诉《中国科学报》。

基于Omega，研究人员建立了能源生产效率、能源使用效率和非能源效率变化的回归方程，其中能源生产效率、能源使用效率的增长与Omega显著正相关，即当Omega提高时，在随后20年内能源生产效率和能源使用效率的增长更快，而非能源效率只在中国与Omega呈显著负相关，与中国经济体中Omega较高有关。

最后，团队使用WilliamD.Nordhaus的经济—气候耦合模型（DICE），考虑观测得到的能源成本比重对能源使用效率的诱导机制，在福利最大化和全球增温2摄氏度这两种情景下，比较了有、无诱导性技术变化（IEC）对未来100年全球能源消耗量、工业二氧化碳排放量及消费水平的影响。在两种气候情景下，诱导性技术变化均减少能源消耗量和二氧化碳排放量，提高了节能减排的效益，降低了节能减排的成本，提升了GDP和消费水平，为经济发展提供了新动力。

技术创新促减排

在文章的同行评议中，评审人认为将自然科学的观测方法与经济学的研究相结合是这篇文章的主要创新点。“这个研究避免了传统的微观经济模型需要对主要机制和参数做假设的缺陷，为诱导性技术变化提供了直接证据，具有重大科学意义。”

王戎表示，在某种程度上，该研究验证了JohnRichardHicks的设想：当能源成本占社会总成本的比例较高，就会更强地刺激节能型的技术创新。而在环境污染和气候变化过程中，化石能源的实际社会成本是被低估的。

他介绍，这种节能型技术创新的“副作用”就是大量减少了二氧化碳等温室气体的排放，降低了减排成本，促进经济发展。如何调整能源成本相对其它消费成本的比例，会成为未来影响一个国家节能减排效益的重要因素。

“但是，这种技术进步对中国大气污染和气候变化的具体影响尚不确定，它与其它减排措施的相互作用也不清楚。”王戎补充说。

他表示，下一步团队计划将建立的能源经济模型与之前建立的大气化学气候模型耦合，研究如何将不同的减排方案（如风力、太阳能等新能源技术）结合，并通过学科交叉融合，探索技术创新和能源结构调整对中国空气质量和气候变化的综合影响。

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.joule.2019.07.024