碳税对于发展非化石能源的作用——基于能源—环境—经济模型的分析，本文主要内容关键词为：能源论文,化石论文,模型论文,作用论文,环境论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
2009年11月，中国政府宣布了控制温室气体排放的行动目标，到2020年单位国内生产总值的
排放量比2005年下降40%～45%，非化石能源占一次能源消费的比重达到15%左右。由于中国正处于工业化和城镇化的中期阶段，未来相当一段时期内，以“土木钢石”为主的发展格局难以扭转，这就意味着短期内排放仍将呈增加趋势。可以预见，中国控制温室气体排放增长面临着巨大的压力和困难。
迄今为止，已经有大量研究关注中国的减排问题。这些研究主要有三个方面：一是关于减排目标以及实现目标的可能性。在中国政府宣布2020年减排目标之前，学者的研究主要是围绕如何确定减排目标[1]，包括国际气候机制、减排目标分解的原则等[2]。在中国政府宣布了减排目标之后，研究目标转向减排目标是否可能实现[3]。二是关于减排成本的研究，主要关注的是中国实现减排目标所需要付出的成本。三是如何实现减排目标的政策手段，开始关注减排政策所能带来的减排效果，也有一些学者从成本效益分析的角度，对可供选择的政策手段进行筛选。
关于我国实现2020年减排目标的成本，邹骥课题组[4]的研究表明，2020年排放强度相对2005年下降45%，相对基准情景的对应增量减排成本约为300×
美元。韩一杰等[5]采用的边际减排成本估计排放强度在2020年相对2005年降低40%～45%，到2020年每年所需的增量成本为104×～318×美元。根据Dai等[6]的研究，排放强度相对2005年下降40%～45%，GDP相对基准情景下降0.032%～0.24%。上述研究并没有考虑减排带来的直接和间接收益，减排的直接收益可以看作由于排放减少所能避免的危害，但这部分影响的估算还存在很大的不确定性，不同的研究对其估计的范围非常大[7-8]。而由于的减排所伴随的
和PM10排放的减少所产生的协同环境效益则相对易于计量[9-11]。
在减排政策手段的研究中，碳税是国内外学者关注的热点。关于碳税的研究包括为达到某一减排目标需要施加的碳税税率[12-16]；以及实施不同碳税税率可能产生的减排量以及对经济造成的影响[17-20]。但这些研究存在以下不足：一是对于基准情景下能源技术进步的估计过于乐观，导致关于碳税政策效果的判断过于乐观[18]；二是碳税收入的使用方式大多是基于税收中性原则，或返还给居民或归政府所有，没有把碳税收入的使用与非化石能源投资结合起来考虑。
我国的减排目标既包括碳排放强度的降低，也包括非化石能源对化石能源的替代和能源结构的转换，还包括碳汇的增加。因此，本文的研究视角是综合考虑碳排放强度下降的目标以及非化石能源的发展目标，把碳税政策与非化石能源发展相结合，分析碳税收入对于发展非化石能源的作用及其对实现减排目标的贡献，同时考虑等环境污染物排放的减少所带来的协同环境效益，从成本效益分析的角度考察碳税政策的减排效果与经济影响。此外，考虑到未来低碳技术进步带来的能源利用效率提高的现实性，本文参考能源技术模型(AIM)的研究结果，基准情景设定了更加合理的能源效率提高系数。
1 方法
1.1 模型：基于CGE模型的中国能源-环境-经济模型
基于CGE模型的中国能源—环境—经济模型以Lofgren等[21]的模型为基础，在生产技术板块中加入能源模块，并对模型进行动态化处理。模型使用多层嵌套的结构并用常替代弹性(CES)函数来描述它们之间的替代关系。假设中间投入品之间，以及中间投入品与资本—劳动力—能源复合品之间的替代弹性为0，CES函数转换为列昂惕夫(Leontief)形式。模型的生产结构详见图1。
图1 CGE模型生产模块结构
Fig.1 Structure of production module in dynamic CGE model
模型包括38个行业，2组居民家庭(城市和农村)，3种生产要素(劳动力、资本和能源)。38个生产行业中包括1个农业部门，35个工业部门和2个服务业。能源要素的投入来自8个能源部门。模型的动态化通过资本积累、劳动力增长和要素技术进步来实现。
模型的数据基础是通过2007年投入产出表以及2007年相应的海关、税收、国际收支、资金流量等数据编制的2007年社会核算矩阵(SAM)。能源消耗来自《能源统计年鉴2008》，排放因子参考IPCC[22]。生产要素之间替代弹性的设定参考了武亚军等[23]的研究，以及Paltsev等[24]的参数设定。进口与国产商品之间的替代弹性参考全球贸易分析模型(GTAP)第六版①中经验值。行业劳动力的数据来自《中国第五次人口普查数据》。固定资产投资、人口等数据来自《中国统计年鉴2008》。
1.2 发电技术的嵌入
中国的能源消费结构以煤炭为主，能源利用效率与国际先进水平相比还有一定差距，提高非化石能源消费比例，促进能源技术进步具有较大的减排潜力。然而，一般的CGE模型并不能很好地刻画能源技术信息。鉴于电力部门是最主要的排放源，本文参考EPPA模型[25]和Dai等[6]的研究，将电力部门划分为不同的发电技术纳入CGE模型，包括化石能源发电，如煤炭、石油和天然气发电，以及非化石能源发电技术，如水能、核能、风能、生物质、太阳能发电等。其中，2007年不同发电技术的发电量来自于IEA[26]，不同技术的投入成本来自于IEA[27-28]分析和Paltsev等[24]。与其他部门的产出直接由非能源中间投入商品，资本—劳动力—能源要素决定(图2)不同，电力部门的产出由不同的电力技术进行复合，而不同的电力技术消耗非能源中间投入商品、资本、劳动力和能源(图3)。
图2 部门产出(除电力部门外)结构简化图
Fig.2 Simple structure of sectors(ex.electricity sector)
图3 电力部门产出结构简化图
Fig.3 Simple structure of electricity sector
1.3 减排带来的环境效益
旨在针对减排的政策同时会抑制其他大气污染物的排放，如、PM10等。减排的环境效益可看作与基准情景相比，在政策情景下其他大气污染物排放的减少所能避免的危害。和PM10的排放主要来自于煤炭和石油的燃烧。不同部门的排放因子根据基年不同部门的和PM10的排放(《中国环境统计年鉴2008》)除以各部门相应的煤炭和石油的消耗(《中国能源统计年鉴2008》)。未来不同部门的和PM10排放则根据所预测的煤炭和石油的量乘以相应的排放因子。
由于受数据、计量方法和时间等的限制，本文参考於方等[29-30]以及石敏俊等[31]的研究核算了由于和PM10排放相对减少所带来的显著环境效益，包括：①PM10引起的人体健康的损失；②和酸雨带来的农业经济损失；③和酸雨对建筑材料的影响。
大气污染对人体健康损失主要有三项：①与大气污染有关的全死因造成的损失；②与大气污染有关的呼吸系统和循环系统疾病病人的住院损失及休工损失；③大气污染导致慢性支气管炎带来的失能损失。首先需要建立PM10浓度与人体健康的剂量反应关系，即一定大气污染浓度下，造成的人口死亡，呼吸系统、循环系统和慢性支气管炎等疾病的住院率。采用人力资本法来衡量大气污染对人体健康带来的损失。对人类健康影响造成的损失主要有三方面：①过早的死亡、疾病或病休造成的收入损失；②医疗费开支的增加；③精神或心理上的代价。此外，还有因此带来的间接经济损失，包括病人耽误工作造成的经济损失，非医务人员护理、陪住影响工作造成的经济损失。
和酸雨会造成农作物的产量降低。农作物产量减少的经济价值可以用市场价值法来计量。首先，根据耗煤量与污染面积的关系确定受污染的作物面积；第二，根据作物减产量与污染程度的关系确定受污染地区的减产比例；第三，根据不同作物的价格，计算大气污染造成的农业损失。
酸雨会对建筑物产生腐蚀作用，本文根据建筑物正常使用和实际使用寿命采用市场价值法对其进行货币化评价。第一，计算材料的临界损伤阈值；第二，计算对照清洁区的材料寿命；第三，计算污染条件下的材料寿命；第四，计算一次维修或更换的总费用；第五，计算酸雨和污染的材料损失。
2 情景设计
2.1 基准情景
经济增长趋势：2007-2010年GDP增长率为实际值，2011-2020年GDP年均增长率参考国家“十二五”规划目标，国务院发展研究中心[32]以及EIA[33]等的研究(表1)。政府和居民消费价格指数(CPI)，2007-2010年参考CPI的实际值设定，2011-2020年根据近20a的历史数据设定(表1)。关于人民币汇率变动，外生设定至2020年人民币升值10%，相当于年均升高0.8%，商品的国际价格来自Peterson等[34]。
能源价格：随着政府放宽对煤炭价格的管制，煤炭价格逐渐市场化，因此在模型中煤炭价格为内生。成品油和天然气价格由政府定价，但由于石油的对外依存度达到50%，因此假设国内油气价格变化趋势与国际趋势相似，参考IEA[26]和POLES模型[35]对能源产品国际市场价格的分析结果外生给出石油和天然气价格的变化趋势。
能源利用效率提高率：参考AIM模型对自动能效提高系数的估计值②、“节能中长期专项规划”目标，以及国内外主要高耗能产品的能耗差距，假设2020年中国能源利用效率和能源技术水平接近或达到目前的世界先进水平，据此设定各部门的能源利用效率提高率[36]。
2.2 碳税政策情景
碳税的征税范围：化石燃料燃烧产生的排放占我国温室气体排放的绝大比重，且相对集中和易于计量，因此，在碳税开征之初主要是针对化石燃料燃烧产生的排放征收碳税。
碳税的征收方式：一是在能源消费端征税，二是在生产环节征收。从生产环节征税利于税收的征管和从源头控制。本文采用对生产环节征税的方式。
碳税的开征时间：根据“巴厘岛路线图”达成的协议，2012年后要求发展中国家采取可测量、可报告、可核实的适当减排行动。利用我国费改税和资源税改革的契机，本文建议开征碳税的起始时间为2013年，每年保持相同税率。
碳税税率：从碳税实施的国际经验，在已经采取碳税的国家，其碳税税率主要从7～44欧元/t 不等[37]。考虑到实施碳税可能对中国企业造成的负担以及对中国产品国际竞争力等影响，碳税实施之初税率水平不宜过高。参考国际市场上清洁发展机制(CDM)平均价格从2004年的3.1欧元到14.8欧元。本文设置40元/t的税率水平进行模拟。
碳税收入的使用方式主要有以下4种：一是碳税归政府所有(S-gov)；第二，将税收作为居民的转移支付(S-hou)；第三，在征收碳税的同时削减受影响较大的行业(能源生产和能源密集型行业)的生产税(S-sec)；第四是综合考虑到我国2020年的碳排放强度目标和非化石能源消费比重的目标，将碳税用于非化石能源的投资(S-ren)。
3 结果分析
3.1 基准情景模拟结果分析
模拟结果显示，基准情景下2020年全国GDP(2007年价格)将达到68.77×10[12]元。第一、二、三产业所占比例将分别为7.62%、49.34%和43.04%。其中，六大高耗能部门占GDP的比例将从2010年的15.45%下降到2020年的14.32%。随着时间的推移，最终消费占GDP的比例从2007年的48.5%增加到2020年的60.6%。受到人民币汇率变动和国际市场价格变化的影响，净出口比例逐渐下降，2020年净出口占GDP的比例为1.9%。
2020年全国能源消费量预期达到47.6×t标准煤(电热当量计)，比2010年增加51.93%。万元GDP消耗的能源比2010年下降21.29%。这说明，由于能源技术进步带来能源效率提高，同期我国可以51.93%的能源消费增长实现93.03%的GDP增长。按发电煤耗计算的非化石能源占能源消费总量的比例将从2010年的7.45%上升到2020年的9.93%。
2020年全国排放总量将达到103.9×t，比2010年增长50.42%。万元GDP的排放量比2005年降低30.85%。可见基准情景尚不能达到我国2020年的减排目标，需要采取进一步的减排措施。
3.2 基准情景的敏感性分析
考虑到外生参数的设定对模拟结果和模型稳定性的影响，本文选取了一些关键参数进行敏感性分析，主要包括能源利用效率提高率在基准情景基础上增加20%(M1a)和减少20%(M1b)，资本—劳动力与能源的替代弹性增加20%(M2a)和减少20%(M2b)，资本与劳动力的替代弹性增加20%(M3a)和减少20%(M3b)，以及人民币升值12%(M4a)和8%(M4b)。
如表2所示，能源消费总量和排放对能源利用效率非常敏感，较高的能源利用效率会减少能源消耗，从而降低排放，能源利用效率对产业结构的影响微乎其微。相比资本—劳动力与能源的替代弹性，资本与劳动力的替代弹性对排放和能源消费量的影响更大。此外，汇率的变化也会对模拟结果产生一定的影响。
3.3 碳税情景的模拟结果分析
3.3.1 不同碳税情景下的节能减排效果
不同情景下排放和能源消费水平见表3。征收碳税的同时削减受影响较大行业的生产税(S-sec)所产生的减排效果最小。将碳税用于非化石能源投资(S-ren)实现的减排效果最佳，2020年相对基准情景减排13.53%，2020年所能实现的减排量相当于排放强度在2005年的基础上下降40.13%。
能源消费总量从2007年的25.3×t标准煤增加到2020年的42.8×～45.1×t标准煤。在S-gov、S-hou、S-sec和S-ren情景下，2020年能源强度分别相当于在2005年的基础上下降了34.88%、34.81%、34.17%和37.49%。能源强度与排放强度下降程度的差异主要源自于能源结构的转换，尤其是在S-ren情景下，这种差异更为明显，按发电煤耗计，非化石能源的消费量将占到总消费量的15.82%。以上结果显示，将碳税收入作为非化石能源投资，不仅有利于促进我国实现2020年碳排放强度目标，并且对于实现非化石能源消费占一次能源消费比重的目标也将发挥重要的作用。
3.3.2 不同碳税情景的经济影响
如表4所示，征收碳税对GDP的影响不是十分明显，尤其是在征收碳税的同时减少受影响较大行业的生产税的情景下产生了双重红利，GDP相对基准情景增加了0.08%。
将碳税作为政府收入有利于刺激政府消费。将碳税转移给居民有利于增加居民收入，改善居民的消费水平。征收碳税会提高能源生产和高耗能行业的生产成本，从而削弱这些行业的国际竞争力，在征收碳税的同时减少影响较大的其他行业税收有利于改善征收碳税对这些行业的负面影响。
2007年到2020年，产业结构有了一定幅度的调整，其中，第一产业和第二产业分别下降了约3%和2%，第三产业增加了超过5个百分点。总的来说，征收碳税对三次产业结构的影响有限。碳税对产业结构的影响主要体现在第二产业内部。如表5所示，能源生产行业，尤其是煤炭开采和洗选业受到的负面影响最大，其次是能源密集型行业。征收碳税的同时减少受影响较大行业的生产税能在一定程度上缓解这种负面影响。将碳税收入作为发展非化石能源的投资有利于促进非化石能源对煤炭等高碳能源的替代，从而加剧了对煤炭开采和洗选行业的负面影响。
3.4 协同环境效益的意义
的减排成本定义为与基准情景相比GDP的损失量除以减排量，如表6所示，在S-gov和S-hou情景下，的减排成本分别从2013年的54.81元/t和103.87元/t增加到2020年的81.29元/t和147.89元/t。在S-ren情景下，随着减排量的迅速增加，减排的成本从2013年的77.66元/t下降到2020年的66.12元/t。与其他政策情景相反，在S-sec情景下，减排成本为负，意味着在该情景下产生了减排收益。
碳税政策有利于促进节能和能源结构的转换，从而使得和PM10排放减少。除了S-hou情景外，其他碳税政策情景下减排带来的环境效益可以抵消减排成本，对经济增长将转为不同程度的正面影响。
4 结论与启示
综上所述，本文的研究结果可以归纳为以下几点：
(1)征收碳税可以产生一定的减排效果，碳税的作用主要通过促进能源结构转换和产业结构变化对减排做出贡献。当碳税收入用于非化石能源投资时，可以达到2020年碳排放强度比2005年下降40%的目标。
(2)碳税对宏观经济的负面影响不显著。这是因为如果按40元/t 的税率征收碳税，2020年有相当于3 400×～3 700×元的碳税收入重新投入经济系统循环，所产生的GDP增量可以抵消部分由碳税带来的GDP损失。如果考虑到减排带来的协同环境效益，减排对GDP的负面影响可以减轻。除了将碳税收入作为居民的转移支付的情景外，其他碳税情景下减排带来的协同环境效益大于减排成本，有利于促进我国绿色经济发展。
(3)碳税与发展非化石能源相结合，不仅可以收到较好的减排效果，减轻对宏观经济的冲击，还可以扩大非化石能源的减排贡献。如果碳税收入用于非化石能源投资，2020年有3 400×元的投资用于发展非化石能源，这部分投资额相当于2007年我国税收总额的7.45%，相当于碳税收入用于发展非化石能源情景下2020年税收总额的2.50%。碳税收入用于非化石能源投资可以使非化石能源占能源消费总量的比例从基准情景的9.9%提高到15%，实现2020年减排目标中非化石能源占一次能源消费比例的目标。
基于以上结果，本文建议碳税可以作为减排政策考虑，按40元/t 税率征收碳税，并将碳税收入用于增加非化石能源产业投资。
从政策可操作性的角度考虑，碳税税率可以采取循序渐进的方针。为了减轻对社会的影响，开征碳税的起始阶段可以采用较低的碳税，同时发出明确的政策信号，使生产者和消费者形成未来的碳税税率将会提高的预期，鼓励生产者和消费者积极采取各种减排行动。
①http://www.gtap.agecon.purdue.edu/databases/default.asp.
②自动能效提高系数(AEEI)估计值由国家发展与改革委员会能源所刘强副研究员提供。
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