碳减排绝对量约束目标下京津冀低碳经济发展路径分析
摘要：分析了影响京津冀地区碳排放的因素，构建了京津冀地区低碳经济发展的系统动力学模型，以2017年碳排放量比2012年减少122亿吨为绝对量约束目标进行系统仿真，得到了可行性减排路径，即当2017年京津冀地区实现第
一、
二、三次产业固定资产投资比例为00285：02458：07257，单位GDP科技投入达到3125%或者3145%，生产中煤、石油、天然气、电力及新能源比例为05262：01759：00836：02143时或者05762：01759：00836：01643时，可完成2017年目标。
关键词：低碳经济；系统动力学模型；京津冀地区
DOI：10.13956/j.ss.1001-8409.2015.11.23
中图分类号：F1245；F0622；F127文献标识码：A 文章编号：1001-8409（2015）11-0105-05
Abstract：This paper analyzes the influence factors of carbon emissions in BeijingTianjinHebei， and builds up the System Dynamics model on low carbon economy and simulated the system by the goal of carbon emissions in 2017 decreased by 122 million tons than 2012. Results show that， the goal of 2017 cant be reached by keeping the energy structure， industrial structure and science and technology investment unchanged. At last， it provids feasible path to reduce carbon emissions， that is， the goal of 2017 can be reached when proportions of fixed assets investment in the primary， secondary and tertiary industry are 0.0285：0.2458：0.7257， research investment of per unit GDP reaches 3.125%， proportions of coal， oil， gas， electricity and other new energies in production are 0.5262：0.1759：0.0836：0.2143. Perhaps， the goal can also be achieved when proportions of fixed assets investment in the primary， secondary and tertiary industry are 0.0285：02458：0.7257， research investment of per unit GDP reaches 3.145%， proportions of coal， oil， gas， electricity and other new energies in production are 0.5762：0.1759：0.0836：0.1643.
Key words：low carbon economy； System Dynamics model； BeijingTianjinHebei region
京津冀地区在国家发展战略中具有重要地位，在降低单位GDP碳排放量的基础上，还应实现更高目标的绝对量碳减排任务。《中国低碳发展报告（2014）》中提出了2017年京津冀地区碳排放量比2012年减少122亿吨的绝对量减排目标，这对于京津冀地区而言具有较大压力。而北京、天津、河北碳排放量差异很大，天津市和河北省都面临着巨大的减排压力。虽然三个地区碳排放情况不同，但为促进区域协同一体化发展，必须将京津冀地区作为整体来研究其碳排放现状及减排路径。另外，当前北京、天津、河北在经济发展、产业结构、能源消费结构和科技发展水平上也存在很大差异。
已有学者对碳排放的影响因素进行了研究1～5，关于京津冀地区的碳排放现状及低碳发展对策，Zhaohua Wang 和Lin Yang[6]认为京津冀地区碳排放量主要受第二产业的影响；Kuishuang Feng等[7]认为资本积累是北京、天津等大型城市城市化过程中碳排放产生的主要原因；Feng和Zhang[8]认为建筑业和交通行业将成为未来北京市控制能源消费和碳排放的关键行业；张焕波、齐晔[9]提出产业集群、区域分工与协作、构建低碳城市联盟、政府加强管制、发展分散型小城市以促进京津冀经济圈低碳经济的发展；孙乾、周耀光[10]计算了京津冀地区的碳排放走势，提出了低碳发展产业集群和产业链模式；王彦超等[11]构建了低碳经济综合评价指标体系，对京津冀及周边地区低碳经济发展水平进行了初步评估，得到了北京属于中碳发展水平区，天津、河北属于高碳水平区的结论；叶堂林、曾梦华[12]分别对北京、天津、河北产业低碳化升级的优劣势进行分析，认为北京应重点发展低碳科技和高端服务业，天津重点发展现代制造业并提升服务业，河北应利用高新技术改造、提升传统产业并发展新能源产业。
虽然已有一些关于京津冀低碳经济发展路径的研究，但已有研究未能通过模型展示低碳经济系统中各因素之间的相互影响关系，也未能定量分析某一影响因素具体变化到何种程度时可实现低碳发展目标。通过系统动力学方法能实现对低碳经济定量与定性分析的统一[13～16]。因此，本文将通过构建京津冀地区低碳经济系统动力学模型展现系统内各因素的相互影响关系，将2017年碳排放量比2012年减少122亿吨作为绝对量约束目标，实现低碳发展目标提供具体的路径。 1京津冀低碳经济影响因素分析
11京津冀产业结构
京、津、冀三地在经济发展速度和产业结构上具有较大差异。京津冀地区中，北京市经济平稳较快发展，产业结构以现代服务业为主，产业结构最为合理，处于后工业化阶段；自天津滨海新区被纳入国家发展战略以来，天津经济取得了飞速发展。航空航天、装备制造、石油化工、电子信息等支柱产业极大地带动了经济的发展，但2008～2013年第二产业比例一直高于50%，产业结构有待优化；河北省经济增长率波动较大，产业结构以传统农业和工业为主，畜牧、蔬菜、果品业是三大农业支柱产业，钢铁、食品、石油化工、装备制造、医药、建材、纺织是七大工业主导产业。但河北省第三产业发展落后，产业结构亟待优化；受河北影响，京津冀地区整体的经济增长率也呈现较大幅度的波动，第三产业比例在2009年后虽过半，但产业结构仍有很大的优化空间。
12 京津冀能源消费结构
受资源禀赋限制以及产量大且价格低等特点使得煤炭一直是我国的主要能源，就京津冀地区而言，煤炭消耗量更大，其“煤耗空间密度”是全球平均值的30倍之多[17]。为实现低碳发展，京津冀地区必须逐步减少耗煤比例。
2005～2012年，北京市煤炭消费比例迅速下降，石油、天然气、电力及新能源所占比例逐年上升，能耗结构趋于合理；天津市能源消费以煤炭和石油为主，天然气和电力及新能源所占比例非常小，自2009年后煤炭比例虽呈下降趋势，但仍居于主导地位；河北省是我国的产煤省之一，具有较为丰富的煤炭资源，这决定了其以煤为主的能耗结构，2010～2013年煤炭消费比例虽呈下降趋势，但2013年仍达到887%。天津和河北巨大的耗煤量使得京津冀地区整体的煤耗比例高于全国平均水平，不利于低碳经济的发展。
13科技投入水平
京津冀地区的科技发展水平悬殊很大，2005～2013年京津冀地区科技投入占GDP的比例，单位GDP科技投入在北京、天津和河北虽均呈逐年上升趋势，但差异巨大。北京单位GDP科技投入远大于天津和河北，2013年达608%，天津和河北分别为298%和1%。2013年京津冀地区整体的单位GDP科技投入达305%，整体科技投入比例不高，天津市和河北省科技发展水平比较落后，是制约低碳经济发展的一大因素。
另外，本文认为在研究京津冀地区低碳经济系统时还需考虑京津冀地区人口增涨因素、林业碳汇因素、社会固定资产投资情况和京津冀区域政策等因素。
2 低碳经济发展系统动力学模型构建
21系统边界的确定
本文将京津冀地区低碳经济发展系统作为研究对象，构建系统动力学模型。根据上文提出的京津冀低碳经济发展影响因素，将京津冀低碳经济发展系统分为人口子系统、经济子系统、能源子系统、环境子系统和碳排放子系统。系统的主要变量见表1。
22因果回路图
本文根据人口子系统、经济子系统、能源子系统、环境子系统和碳排放子系统之间的关系，建立京津冀地区低碳经济发展系统的系统动力学模型。因果回路图如图1所示。
23存量流量图
在因果关系图的基础上，绘制出存量流量图，共涉及4个状态变量、4个速率变量、6个常量以及40个辅助变量，如图2所示。
3碳减排绝对量约束目标下低碳经济发展路径分析
本文以2017年碳排放量比2012年减少122亿吨为京津冀地区的碳减排绝对量约束目标，2013～2017年的固定资产投资比例、能耗结构和科技投入比例保持2012年不变，对2013～2017年碳排放情况进行模拟，得到了2017年碳减排量不为零的结论。表明按照当前的产业、能耗结构和科技投入情况，京津冀地区不能完成2017年的碳减排目标。故本节通过分别调整三次产业结构、单位GDP科技投入、能源消费结构来设置不同情景，分析京津冀地区低碳经济发展的可行性路径。
31调节京津冀产业结构
调整三次产业固定资产投资比例来实现减排目标，情景设置见表2，代入系统动力学模型后，可以得到2013～2017年不同的碳减排量和GDP增长率。
32 调节单位GDP科技投入
科技进步在促进经济发展的同时可以降低单位GDP能耗，调整单位GDP科技投入的情景设置见表4，代入系统动力学模型后，可以得到2013～2017年不同的碳减排量和GDP增长率。
当单位GDP科技投入比2012年增加04%时，2017年碳减排量为0，完成了减排目标。由表5可知，随着单位GDP科技投入的增加，京津冀地区2013～2017年的GDP增长率逐渐增大，但增幅较小。方案4中，其他变量保持不变，单位GDP科技投入比2012年增加04%时，京津冀地区2017年碳减排量为0，且GDP增长率为1144%，达到了经济发展与环境保护的双重目标。
在方案4情景下，2017年的碳减排量为0，即当2017年京津冀地区生产能耗结构中煤、石油、天然气、电力及新能源的比例为00262：01759：01836：06143时，可实现2017年的减排目标，如图5所示。由表7可知不同生产能耗结构下的GDP增长率变化不大，五种情景下2017年京津冀地区GDP增长率都达到9%以上，说明经济以较快速度平稳发展，2017年京津冀地区可达到减排和经济发展的双重目标。
34三种因素综合调节
本节综合上述三种调节因素为京津冀地区实现低碳发展提供可行性路径。不同的情景设计见表8，代入系统动力学模型，得到了不同情景下的碳减排量和GDP增长率情况。
在方案4和方案5两种情景下，京津冀地区2017年的碳减排量为0，达到了减排目标，如图6所示。由表9可知，在方案4和方案5中，GDP增长率一致，且二者都达到2017年的碳减排目标，所以方案4和方案5都是京津冀地区发展低碳经济的可行性路径。 综上，当2017年京津冀地区实现第三产业固定资产投资所占比例比2012年增加15%，单位GDP科技投入比2012年增加026%，生产能耗中煤炭所占比例减少20%，天然气比例增加5%，电力及新能源比例增加15%时，可实现经济保增长与碳减排的双重目标；或者，当2017年京津冀地区实现第三产业固定资产投资所占比例比2012年增加15%，单位GDP科技投入增加028%，生产能耗中煤炭所占比例减少15%，天然气比例增加5%，电力及新能源比例增加10%时，同样可实现经济保增长与碳减排的双重目标。
4结论
本文分析了京津冀地区低碳经济的影响因素并构建了低碳经济发展系统动力学模型，以2017年碳排放量比2012年减少122亿吨为碳减排绝对量目标，代入系统进行仿真。通过改变系统关键变量进行仿真模拟，得到了当2017年京津冀地区实现第
一、
二、三次产业固定资产投资比例为00285：02458：07257，单位GDP科技投入达到3125%，生产中煤炭、石油、天然气、电力及新能源比例为05262：01759：00836：02143时，京津冀地区可完成2017年碳排放量比2012年减少122亿吨的目标，实现经济保增长与碳减排的双重性目标；或者，当2017年京津冀地区实现第
一、
二、三次产业固定资产投资比例为00285：02458：07257，单位GDP科技投入达到3145%，生产中煤炭、石油、天然气、电力及新能源比例为05762：01759：00836：01643时，京津冀地区同样可实现经济保增长与碳减排的双重性目标。
参考文献：
[1]曾贤刚，庞含霜.我国各省区CO2排放状况、趋势及其减排对策[J].中国软科学，2009：64-70.
[2]Chaofeng Shao，Yang Guan， Zheng Wan，et al. Performance and Decomposition Analyses of Carbon Emissions from Industrial Energy Consumption in Tianjin， China[J]. Journal of Cleaner Production，2014，64： 590-601.
[3]吴振信，谢晓晶，王书平.经济增长、产业结构对碳排放的影响分析――基于中国的省际面板数据[J].中国管理科学，2012，20
（3）：161-166.
[4]查冬兰，周德群.中国工业能源消耗与CO2排放影响因素研究[A].第九届中国管理科学学术年会论文集[C]，2007，15：621-626.
[5]中国可持续发展能源暨碳排放情景分析课题组.中国可持续发展能源暨碳排放情景分析综合报告[R].北京：国家发改委能源研究所，2003.
[6]Zhaohua Wang， Lin Yang. Delinking Indicators on Regional Industry Development and Carbon Emissions： BeijingTianjinHebei Economic Band Case[J].Ecological Indicators， 2015，
（48）： 41-48.
[7]Kuishuang Feng， Klaus Hubacek， Laixiang Sun， et al. Consumptionbased CO2 Accounting of Chinas Megacities： The Case of Beijing， Tianjin， Shanghai and Chongqing [J]. Ecological Indicators， 2014，
（47）：26-31.
[8]YY Feng， LX Zhang. Scenario Analysis of Urban Energy Saving and Carbon Abatement Policies： A Case Study of Beijing City， China [J]. Procedia Environmental Sciences， 2012，
（13）：632-644.
[9]张焕波，齐晔.中国低碳经济发展战略思考：以京津冀经济圈为例[J].中国人口.资源与环境，2010，20
（5）：6-11.
[10]孙乾，周耀光.低碳经济视角下京津冀产业协作模式探讨[J].社会科学论坛，2011，
（1）： 223-229.
[11]王彦超，许艳玲，蒋春来.京津冀及周边地区低碳经济发展水平评价[J].环境与可持续发展，2014，39
（3）：107-111.
[12]叶堂林，曾梦华.京津冀产业低碳化升级优劣势分析及战略[J].中国经贸导刊，2012，
（17）：48-51.
[13]Dagnija Blumberga， Andra Blumberga， Aiga Barisa， et al. System Dynamic Modeling of Low Carbon Strategy in Latvia[J]. Energy Procedia，2014，
（61）：2164-2167.
[14]Naoum Tsolakis，Leonidas Anthopoulos. Eco-cities： An Integrated System Dynamics Framework and a Concise Research Taxonomy [J]. Sustainable Cities and Society，2015，
（17）：1-14.
[15]Ehsan Shafiei，Brynhildur Davidsdottir，Jonathan Leaver， et al. Simulation of Alternative Fuel Markets Using Integrated System Dynamics Model of Energy System [J]. Procedia Computer Science，2015，
（51）：513-521.
[16]樊毅斌，宗刚. 西藏普兰县可持续发展的系统动力学分析[J].软科学，2012，26
（1）：115-119.
[17]杜祥琬.能源革命――为了可持续发展的未来[J].北京理工大学学报，2014，16
（5）：1-8.