中国省级排放模式与政策启示

研究背景

 

作为一个拥有超过14亿人口的发展中国家，中国在应对气候变化方面正面临着巨大的挑战。在此背景下，中国政府高度重视减少二氧化碳排放。第75届联合国大会的一般性辩论中，中国表示将扩大国家自主贡献（NDCs）的规模，旨在2030年前实现碳峰值，2060年前实现碳中和。为此，中国政府出台了一系列政策文件，包括《2030年前碳达峰行动方案》、《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》，以及 "十四五 "规划等。

 

然而，实施“双碳”政策面临着多个挑战。其中最大的挑战是二氧化碳排放模式的区域异质性。毫无疑问，中国不同的地区有不同的能源来源、消费结构和经济发展需求，需要为每个地区制定具有针对性的二氧化碳减排策略。一刀切的政策不会很好地服务于中国“双碳”的目标。因此，揭示不同地区的CO2排放模式，然后提出针对性的碳减排策略是一个关键问题。

 

研究目标与贡献

 

本研究的总体目标是基于二氧化碳排放源的相似性揭示CO2排放模式，并利用无监督机器学习技术提出关于区域异质性的政策建议。

 

本研究有两点贡献。第一，尽管先前的研究已经证实了机器学习技术有揭示未标记模式的潜力，但鲜有研究关注机器学习在CO2排放模式中的应用。本文的采用无监督机器学习分析CO2排放类型。与传统方法相比，无监督机器学习可以更好地识别潜在的类型，因为算法可以确保同一类型的省份在CO2排放模式上具有高度相似性，而不依赖于主观判断。从技术上看，K均值算法为聚类多维数据提供了一种理想的方法；因此，文章可以通过包含多维度指标而不是单一指标来识别CO2排放模式。第二，CO2排放类型的转换路径目前在现有文献中尚未出现，这限制了对排放类型转换动态和政策设计的理解。为了填补这一研究空白，本文从动态角度研究了基于机器学习聚类结果的CO2排放模式转换。结果表明，不同的转换路径存在，这可以为未来的CO2减排政策设计提供基础。

 

结果与讨论

 

01

 

描述性统计结果

 

描述性统计分析表明，CO2排放情况存在巨大差异。（1）省级单位总排放：总排放量存在巨大差异。最小值只有8.7×106吨，而最大的则高达912.2×106万吨。（2）CO2排放结构特点：以原煤燃烧排放为主，但也存在较大差异。在所有化石燃料中，原煤燃烧产生的二氧化碳排放量均值达到139×106吨，占总排放量的一半以上；同样，原煤的二氧化碳排放量也存在差异，最低和最高排放量之间的差距高达586.4×106吨，表明了不同的二氧化碳排放结构。（3）同样地，可以对其他的CO2排放源得出类似的结论。

 

02

 

CO2排放聚类：四种模式

 

K均值聚类算法确定了四种模式。

 

1. 模式一：欠发达模式。该模式占样本的69.47％。该组的二氧化碳排放相对较低，几乎所有省份最初都属于该组。虽然总排放量相对较低，但主要来自生煤及其相关产品，如洗净煤等。

 

2. 模式二：以煤炭为主导的模式。该模式占样本的21.40％。该组的二氧化碳排放量位居首位，表明其能源需求高。在排放结构方面，二氧化碳排放主要来自传统化石燃料。

 

3. 模式三：以石油为主导的模式。该模式占样本的3.51％。虽然该模式的总二氧化碳排放量相对较高，但二氧化碳排放主要来自与石油相关的燃料。

 

4. 模式四：以天然气为主导的模式。该模式占样本的5.61％。该模式具有最低的二氧化碳排放量。与其他三种模式的排放结构不同，清洁能源、天然气和精炼天然气显著贡献了该组的二氧化碳排放。

 

文章提供了雷达图来描述四种模式的CO2排放结构。

 

图片

四种模式的CO2排放结构

 

03

 

聚类的变迁

 

为了进一步了解二氧化碳排放模式在2000-2018年间的变迁，作者从动态角度研究了排放模式的转变路径。

 

结果显示，几乎所有省份都从欠发达模式（模式一）转变为其他模式或保持不变。（1）有12个省份从2000年至2018年一直保持在欠发达模式。这12个省份大多位于中国西部。

 

大多数省份的排放模式都发生了转变。（2）北京、上海、天津和福建扥四个地区从模式一转变为模式四。（3）有11个省份从模式一转变为模式二，这种转变显著增加了二氧化碳排放量。这些省份大多是重工业区，能源需求较大。这种现象的另一个原因可能是其中一些省份是中国重要的煤炭产区。

 

（4）浙江省经历了两阶段的转型路径。在第一阶段，浙江从模式一转向模式二。此后，浙江继续向模式三转变，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，广东省一直处于模式三。

 

政策与启示

 

K均值聚类算法得出的四种模式证实了中国30个省份之间CO2排放的异质性。不同模式的特征反映了CO2排放结构的差异，需要特定的政策干预。政策设计应考虑所有四种CO2排放模式，以实现“碳达峰碳中和”的目标。

 

1、对于模式一。尽管这些省份的CO2排放不高，但主要的碳排放来源是高排放的化石燃料。可以考虑两种策略：（1）鉴于模式一和模式四的CO2排放量相似，转向模式四是可行的，这意味着这些省份可以重塑能源结构，从高碳排放的化石燃料转向低碳燃料；（2）同时，这些省份大多位于中国西部，拥有丰富的可再生资源，在可再生能源开发方面有着良好的前景。

 

2.对于模式二，针对重工业的二氧化碳排放，这些地区应考虑产业结构转型等策略。值得注意的是，这种策略的关键是采用新的环保技术和更换设备，而不是简单地关停重工业。同时，将能源结构从高碳排放的化石燃料转向低碳排放的燃料，提高能源效率，也是至关重要的。

 

3.对于模式三，尽管此模式的CO2排放比模式二低，但仍有很大减排潜力。模式三仅涉及两个发达省份，浙江和广东。由于地理优势，这两个省份可以充分利用风能和海洋能源，提高可再生能源的使用比例。

 

4.在“碳达峰碳中和”的背景下，政策应优先关注那些转向模式二的省份。一方面，像江苏这样的发达省份可以逐渐将能源结构从煤炭主导能源转向环保能源。另一方面，新疆和内蒙古等地区，可以充分利用自然资源优势进行转型。

 

5.鉴于不同碳资源禀赋下的四种模式，建立一个全国统一的碳交易市场可以促进中国的能源转型，并防止不同地区之间的碳泄漏。

 

6.值得关注的另一个问题是政策的社会影响。应对气候变化的政策应服务于更广泛的目标，包括减少贫困与不平等，而不仅仅是出于改善环境的目的。在碳减排政策实施过程中，政策制定者应通过转移支付和优惠政策等方式为低收入人群和欠发达地区提供更多支持，以抵消对穷人的负面影响。

 

 

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

 

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1043951X23000263