中國省級排放模式與政策啟示

研究背景

 

作為一個擁有超過14億人口的發展中國家，中國在應對氣候變化方面正面臨著巨大的挑戰。在此背景下，中國政府高度重視減少二氧化碳排放。第75屆聯合國大會的一般性辯論中，中國表示將擴大國家自主貢獻（NDCs）的規模，旨在2030年前實現碳峰值，2060年前實現碳中和。為此，中國政府出臺了一系列政策文件，包括《2030年前碳達峰行動方案》、《關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》，以及 "十四五 "規劃等。

 

然而，實施“雙碳”政策面臨著多個挑戰。其中最大的挑戰是二氧化碳排放模式的區域異質性。毫無疑問，中國不同的地區有不同的能源來源、消費結構和經濟發展需求，需要為每個地區制定具有針對性的二氧化碳減排策略。一刀切的政策不會很好地服務于中國“雙碳”的目標。因此，揭示不同地區的CO2排放模式，然后提出針對性的碳減排策略是一個關鍵問題。

 

研究目標與貢獻

 

本研究的總體目標是基于二氧化碳排放源的相似性揭示CO2排放模式，并利用無監督機器學習技術提出關于區域異質性的政策建議。

 

本研究有兩點貢獻。第一，盡管先前的研究已經證實了機器學習技術有揭示未標記模式的潛力，但鮮有研究關注機器學習在CO2排放模式中的應用。本文的采用無監督機器學習分析CO2排放類型。與傳統方法相比，無監督機器學習可以更好地識別潛在的類型，因為算法可以確保同一類型的省份在CO2排放模式上具有高度相似性，而不依賴于主觀判斷。從技術上看，K均值算法為聚類多維數據提供了一種理想的方法；因此，文章可以通過包含多維度指標而不是單一指標來識別CO2排放模式。第二，CO2排放類型的轉換路徑目前在現有文獻中尚未出現，這限制了對排放類型轉換動態和政策設計的理解。為了填補這一研究空白，本文從動態角度研究了基于機器學習聚類結果的CO2排放模式轉換。結果表明，不同的轉換路徑存在，這可以為未來的CO2減排政策設計提供基礎。

 

結果與討論

 

01

 

描述性統計結果

 

描述性統計分析表明，CO2排放情況存在巨大差異。（1）省級單位總排放：總排放量存在巨大差異。最小值只有8.7×106噸，而最大的則高達912.2×106萬噸。（2）CO2排放結構特點：以原煤燃燒排放為主，但也存在較大差異。在所有化石燃料中，原煤燃燒產生的二氧化碳排放量均值達到139×106噸，占總排放量的一半以上；同樣，原煤的二氧化碳排放量也存在差異，最低和最高排放量之間的差距高達586.4×106噸，表明了不同的二氧化碳排放結構。（3）同樣地，可以對其他的CO2排放源得出類似的結論。

 

02

 

CO2排放聚類：四種模式

 

K均值聚類算法確定了四種模式。

 

1. 模式一：欠發達模式。該模式占樣本的69.47％。該組的二氧化碳排放相對較低，幾乎所有省份最初都屬于該組。雖然總排放量相對較低，但主要來自生煤及其相關產品，如洗凈煤等。

 

2. 模式二：以煤炭為主導的模式。該模式占樣本的21.40％。該組的二氧化碳排放量位居首位，表明其能源需求高。在排放結構方面，二氧化碳排放主要來自傳統化石燃料。

 

3. 模式三：以石油為主導的模式。該模式占樣本的3.51％。雖然該模式的總二氧化碳排放量相對較高，但二氧化碳排放主要來自與石油相關的燃料。

 

4. 模式四：以天然氣為主導的模式。該模式占樣本的5.61％。該模式具有最低的二氧化碳排放量。與其他三種模式的排放結構不同，清潔能源、天然氣和精煉天然氣顯著貢獻了該組的二氧化碳排放。

 

文章提供了雷達圖來描述四種模式的CO2排放結構。

 

圖片

四種模式的CO2排放結構

 

03

 

聚類的變遷

 

為了進一步了解二氧化碳排放模式在2000-2018年間的變遷，作者從動態角度研究了排放模式的轉變路徑。

 

結果顯示，幾乎所有省份都從欠發達模式（模式一）轉變為其他模式或保持不變。（1）有12個省份從2000年至2018年一直保持在欠發達模式。這12個省份大多位于中國西部。

 

大多數省份的排放模式都發生了轉變。（2）北京、上海、天津和福建扥四個地區從模式一轉變為模式四。（3）有11個省份從模式一轉變為模式二，這種轉變顯著增加了二氧化碳排放量。這些省份大多是重工業區，能源需求較大。這種現象的另一個原因可能是其中一些省份是中國重要的煤炭產區。

 

（4）浙江省經歷了兩階段的轉型路徑。在第一階段，浙江從模式一轉向模式二。此后，浙江繼續向模式三轉變，表明一些高碳排放化石燃料被低碳排放化石燃料所取代。（5）值得注意的是，在所有省份中，廣東省一直處于模式三。

 

政策與啟示

 

K均值聚類算法得出的四種模式證實了中國30個省份之間CO2排放的異質性。不同模式的特征反映了CO2排放結構的差異，需要特定的政策干預。政策設計應考慮所有四種CO2排放模式，以實現“碳達峰碳中和”的目標。

 

1、對于模式一。盡管這些省份的CO2排放不高，但主要的碳排放來源是高排放的化石燃料?？梢钥紤]兩種策略：（1）鑒于模式一和模式四的CO2排放量相似，轉向模式四是可行的，這意味著這些省份可以重塑能源結構，從高碳排放的化石燃料轉向低碳燃料；（2）同時，這些省份大多位于中國西部，擁有豐富的可再生資源，在可再生能源開發方面有著良好的前景。

 

2.對于模式二，針對重工業的二氧化碳排放，這些地區應考慮產業結構轉型等策略。值得注意的是，這種策略的關鍵是采用新的環保技術和更換設備，而不是簡單地關停重工業。同時，將能源結構從高碳排放的化石燃料轉向低碳排放的燃料，提高能源效率，也是至關重要的。

 

3.對于模式三，盡管此模式的CO2排放比模式二低，但仍有很大減排潛力。模式三僅涉及兩個發達省份，浙江和廣東。由于地理優勢，這兩個省份可以充分利用風能和海洋能源，提高可再生能源的使用比例。

 

4.在“碳達峰碳中和”的背景下，政策應優先關注那些轉向模式二的省份。一方面，像江蘇這樣的發達省份可以逐漸將能源結構從煤炭主導能源轉向環保能源。另一方面，新疆和內蒙古等地區，可以充分利用自然資源優勢進行轉型。

 

5.鑒于不同碳資源稟賦下的四種模式，建立一個全國統一的碳交易市場可以促進中國的能源轉型，并防止不同地區之間的碳泄漏。

 

6.值得關注的另一個問題是政策的社會影響。應對氣候變化的政策應服務于更廣泛的目標，包括減少貧困與不平等，而不僅僅是出于改善環境的目的。在碳減排政策實施過程中，政策制定者應通過轉移支付和優惠政策等方式為低收入人群和欠發達地區提供更多支持，以抵消對窮人的負面影響。

 

 

原文信息：

 

Wang, H., Yu, X., 2023. Carbon dioxide emission typology and policy implications: Evidence from machine learning. China Economic Review 78.

 

https://doi.org/10.1016/j.chieco.2023.101941

 

原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1043951X23000263