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碳减排影响的模拟研究

2017-10-6 17:03 来源: 中国科学软件网 |作者: 娄峰

碳税征收对我国宏观经济及碳减排影响的模拟研究:
基于动态CGE模型(GAMS软件)

一、引言
随着自然资源的急剧消耗、污染物的大量排放和生态环境的日益恶化,频频发生的严重雾霾天气使我们深刻体会和认识到发展低碳经济的迫切性和必然性。自 2007 年以来,我国 CO2排放总量首超美国,居世界第一;2009年我国政府第一次以约束性指标的方式宣布,到2020年,中国单位GDP二氧化碳排放将比2005年下降40%-45%。然而,我国“富煤、少气、缺油”的能源现状,以及伴随工业化、城镇化、现代化建设的巨量能源需求,使得我国未来碳排放形势日益严峻。随着国际气候谈判的进展和国内减排形势压力的加大,征收碳税已经迫在眉睫,但由于种种原因,我国迟迟没有实施碳税。从技术层面上讲,碳税如何征收?征收多少?征收碳税会对我国社会福利、宏观经济及相关行业生产什么影响?碳税的“双重红利”效应是否存在?这都是亟待解决和明确的问题
由于碳税征收的影响度和波及面较广,涉及行业、居民、政府等整个经济系统,因此,从国际文献上看,大多部分学者均采用了具有严密理论体系、能够模拟分析经济系统内相互作用机理的可计算一般均衡(CGE)模型进行模拟分析,其中代表性文献主要有:Whalley和Wigle(1990),Burniaux和Nicoletti (1992),Floros和Vlachou(2005),Galinato and Yoder(2009),Allan G. et al.(2014),总体说来,国外关于应用CGE模型进行碳税研究相对比较成熟。近年来,国内关于碳税的研究也不断增加。贺菊煌、沈可挺等(2002)建立了一个静态CGE模型分析了征收碳税对国民经济各部门的影响;朱永彬等(2010)基于一个静态CGE模型,通过引入碳税,假设六种情景对碳税政策的减排效果及其对宏观经济和各产业部门的影响进行了分析;郭正权等(2012)基于静态CGE模型分析了我国发展低碳经济中碳税政策对能源需求与二氧化碳排放的影响;石敏俊等(2013)利用CGE模型,设计了单一碳税、单一碳排放交易以及碳税与碳交易相结合的复合政策等不同情景,模拟分析了不同政策的减排效果、经济影响与减排成本。与以上国内文献不同的是,王灿(2005)基于1997年投入产出表构建了一个动态CGE模型,并用该模型模拟分析了基准情景下CO2排放总量消减10%-60%假设情况下对边际减排成本、经济增长和就业的影响。
从文献上看,国内相关碳税CGE模型大多为静态模型,应用动态CGE模型分析碳税的国内文献寥寥无几,由于静态CGE模型只能在基准年度范围内进行模拟分析,不能动态模拟碳税的长期累积效应,因此静态CGE模型的模拟分析功能较为有限。虽然王灿(2005)构建了一个动态CGE模型,然而该文的模拟假设缺乏现实意义,因为我国二氧化碳排放总量每年都在增加,在我国未完成城镇化、工业化发展阶段之前,二氧化碳总量减少的假设很难成立;国家“十二五”规划中的二氧化碳减排目标也是设定为单位GDP二氧化碳减排,属于相对指标,并非二氧化碳总量的减少。
在前人研究的基础上,结合我国经济特征,本文构建的可计算一般均衡模型主要有如下特点:①从技术层面上,本文根据最新的动态经济学理论,构建出一个递归动态CGE模型进行碳税政策模拟;②依据国家环境保护“十二五”规划,采用相对指标,即以单位GDP二氧化碳减排作为衡量目标;③进一步把能源分为清洁能源和石化能源(石化能源进一步细分为煤炭、石油和天然气),采用多层CES函数嵌套方式进行组合,并从碳税征收方式和碳税使用方式上综合模拟分析碳税及相关二氧化碳减排问题。
二、 动态可计算一般均衡(DCGE)模型构建
1.宏微观SAM表构造及数据来源
本文以中国2007年135部门的投入产出表为基础[1],合并扩展成包含1个第一产业部门、15个第二产业部门和5个第三产业部门,行为主体分为政府、家庭、企业、投资和储蓄、国外部门的宏观社会核算矩阵(SAM)表,该表中的数据除了来源于2007年投入产出表外,还来自《中国统计年鉴2008》、《中国金融年鉴2008》、《中国环境年鉴2008》、《国际收支平衡表2008》、《中国能源统计年鉴2008》等统计资料。在宏观SAM基础上构建微观SAM,其中一个重要的细节内容是对电力部门和石化能源部门的拆分(即使135部门投入产出表,石油和天然气作为一个部门;电力也作为一个部门,没有细分出火电、水电、风电等),拆分方法如下:根据《2008年中国电力统计年鉴》电力生产量的比重,把投入产出表中的电力部门按照火电占83.06%,核电、其它电力供应占16.94%的比例进行拆分,其中煤炭、石油、天然气只对火电的生产存在中间投入,对核电、其它电力供应不存在中间投入分解;石油与天然气开采的分解是根据我国2007年能源生产构成,其中石油占能源总消费量的19.70%;天然气占能源总消费量的3.50%,然后根据消费量的比例对投入产出表的数据进行拆分。
2.生产函数结构设计
本文的动态CGE模型的生产结构采用五层嵌套结构,这也是目前国际学术界的主流方法之一,即中间投入的组合只包含非能源投入(列昂惕夫函数表述其关系),而将能源、资本和劳动力采用不变替代弹性(Constant Elasticity of Substitution,CES)嵌套。资本-能源-劳动力CES合成的嵌套结构中依照各种能源投入的替代程度自下而上依次组合,如图1所示。
碳税征收对碳减排影响的模拟研究

图1: 生产函数结构示意图
三、 碳税设计与模拟分析
1.碳税设计

本文应用CGE模型进行政策模拟中,计税依据为CO2排放量,并且采用国际常用的在化石能源使用环节征税方式,具体碳税设计为以下方程所示:
碳税征收对碳减排影响的模拟研究
2.政策模拟一:碳税征收方式模拟分析
首先模拟2007-2020年期间不同碳税水平对我国二氧化碳排放强度及其边际变化率、以及部门产出和价格等变量的影响。由于碳税的征收,石化能源使用成本增加,势必会使得企业通过研发或其他途径积极提高能源使用效率,因此,本文在征收碳税的同时,假定能源使用效率也发生改变,从而综合模拟碳税征收的减排效果。

表4 碳税征收方案模拟情景设定表

情景类别

具体描述

基准情景

2007-2020年劳动力总供给外生,如表3所示,能源使用效率保持不变,不考虑征收碳税。

情景Ⅰ

在基准情景基础上,能源使用效率年增长率为0%,征收碳税。

模拟情景Ⅱ

在基准情景基础上,能源使用效率年增长率为0.5%,征收碳税。

模拟情景Ⅲ

在基准情景基础上,能源使用效率年增长率为1%,征收碳税。

模拟情景Ⅳ

在基准情景基础上,能源使用效率年增长率为2%,征收碳税。

(1)能源与碳排放影响分析

表5 2020年末不同碳税水平下我国二氧化碳排放强度及其边际变化率

碳税(元/吨)

情景Ⅰ

情景Ⅱ

情景Ⅲ

情景Ⅳ

二氧化碳排放强度(%)

单位碳税的二氧化碳排放强度边际变化率(%/单位碳税)

二氧化碳排放强度(%)

单位碳税的二氧化碳排放强度边际变化率(%/单位碳税)

二氧化碳排放强度(%)

单位碳税的二氧化碳排放强度边际变化率(%/单位碳税)

二氧化碳排放强度(%)

单位碳税的二氧化碳排放强度边际变化率(%/单位碳税)

0

0.000

-4.588

-8.701

-15.561

5

-4.957

0.000

-9.391

-0.480

-13.375

-0.467

-20.024

-0.446

10

-9.286

-0.496

-13.581

-0.419

-17.435

-0.406

-23.883

-0.386

15

-13.102

-0.433

-17.263

-0.368

-20.997

-0.356

-27.258

-0.337

20

-16.500

-0.382

-20.537

-0.327

-24.156

-0.316

-30.240

-0.298

25

-19.540

-0.340

-23.461

-0.292

-26.980

-0.282

-32.891

-0.265

30

-22.287

-0.304

-26.098

-0.264

-29.521

-0.254

-35.273

-0.238

35

-24.775

-0.275

-28.485

-0.239

-31.817

-0.230

-37.426

-0.215

40

-27.047

-0.249

-30.662

-0.218

-33.912

-0.209

-39.382

-0.196

45

-29.128

-0.227

-32.656

-0.199

-35.825

-0.191

-41.165

-0.178

50

-31.045

-0.208

-34.487

-0.183

-37.579

-0.175

-42.800

-0.163

55

-32.814

-0.192

-36.179

-0.169

-39.204

-0.163

-44.310

-0.151

60

-34.453

-0.177

-37.747

-0.157

-40.705

-0.150

-45.705

-0.140

65

-35.983

-0.164

-39.204

-0.146

-42.105

-0.140

-47.004

-0.130

70

-37.407

-0.153

-40.566

-0.136

-43.404

-0.130

-48.207

-0.120

75

-38.739

-0.142

-41.836

-0.127

-44.621

-0.122

-49.334

-0.113

80

-39.990

-0.133

-43.030

-0.119

-45.762

-0.114

-50.393

-0.106

85

-41.170

-0.125

-44.151

-0.112

-46.836

-0.107

-51.385

-0.099

90

-42.277

-0.118

-45.211

-0.106

-47.848

-0.101

-52.320

-0.093

95

-43.327

-0.111

-46.208

-0.100

-48.802

-0.095

-53.202

-0.088

100

-44.319

-0.105

-47.152

-0.094

-49.703

-0.090

-54.036

-0.083



从表5可以看出:⑴当不考虑碳税时,当能源使用效率提高分别0%、0.5%、1%、2%,可以使得2020年我国二氧化碳排放强度相对基准情景分别减少0%、4.59%、8.70%和15.56%;考虑碳税时,当能源使用效率分别提高0%、0.5%、1%、2%,可以使得2020年我国二氧化碳排放强度相对基准情景分别减少44.32%、47.15%、49.70%和54.04%;⑵要实现国家“十二五”规划中“到2020年中国单位GDP二氧化碳排放将比2005年下降40%-45%”的目标,在仅考虑提高能源使用效率和征收碳税两种手段的前提下,若能源使用效率年增长率为0%,则需要征收碳税大约为80元/吨;若能源使用效率年增长率为0.5%,则需要征收碳税大约为70元/吨;若能源使用效率年增长率为1%,则需要征收碳税大约为60元/吨;若能源使用效率年增长率为2%,则需要征收碳税大约为40元/吨;⑶四种情景下的单位碳税的二氧化碳排放强度边际变化率均呈现逐渐减小的变化趋势,相比较而言,能源使用效率越高,单位碳税的二氧化碳排放强度边际变化率越大。

表6 2007-2020年期间不同碳税水平下化石能源从价税税率表

年份

情景Ⅰ中,能源使用效率年增长率为0%,碳税为80元/吨

情景Ⅳ中,能源使用效率年增长率为2%,碳税为40元/吨

相对基准情景,单位GDP二氧化碳排放变化率(%)

煤炭税率(%)

石油税率(%)

天然气税率(%)

相对基准情景,单位GDP二氧化碳排放变化率(%)

煤炭税率(%)

石油税率(%)

天然气税率(%)

2007

-0.76

74.05

5.61

7.73

-0.51

31.24

2.35

3.18

2008

-0.78

76.91

5.87

8.12

-0.54

32.83

2.50

3.36

2009

-0.80

79.54

6.11

8.48

-0.58

34.30

2.66

3.53

2010

-0.82

81.92

6.34

8.81

-0.62

35.68

2.81

3.70

2011

-0.83

84.12

6.56

9.13

-0.64

37.00

2.96

3.85

2012

-0.85

86.15

6.78

9.43

-0.68

38.26

3.11

4.00

2013

-0.86

88.04

6.99

9.71

-0.70

39.46

3.27

4.15

2014

-0.87

89.83

7.20

9.97

-0.73

40.62

3.42

4.29

2015

-0.88

91.54

7.41

10.23

-0.75

41.74

3.58

4.43

2016

-0.89

93.19

7.61

10.48

-0.78

42.84

3.73

4.56

2017

-0.90

94.81

7.82

10.72

-0.81

43.93

3.90

4.69

2018

-0.91

96.82

8.15

11.03

-0.84

45.14

4.10

4.84

2019

-0.91

98.04

8.26

11.21

-0.86

46.13

4.23

4.96

2020

-0.92

99.70

8.48

11.46

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