基于研发投入的碳减排与经济增长协调下的最优控制研究

China has been encountering immense pressure to alleviate the carbon emission due to its absolute volumn and rapid growth trend of carbon dioxide, so the abatement of carbon emission is an inevitable choice for China. However, as a developing country, economic development is still the primary mission of China. So it is of great realistic meaning to study the issue of optimal economic development under the abatement objectives. This project is aimed to analyze the effect of R&D investment - as an effective instrument, on the energy intensity reduction, energy substitution characteristics and international technology spillover, and finally construct an optimal control model by incoporating the model of energy consumption and emission accounting model into the optimal economic growth model. Moreover, based on the abatement mechanism of R&D investment, we will bring various kinds of abatement objectives that may be proposed in the future into our optimal control model, and simulate the optimal path of R&D investment and balanced economic growth path. At last, a visible real-time simulation platform to assist the policy-makers and model-researchers will be developed based on the former researches.

当前,我国正面临巨大的减排压力，减排已成为不可回避的选择，而作为发展中国家，发展经济仍然是主要任务。因此在实现减排目标的同时，研究如何兼顾经济发展具有重要的现实意义。本项目拟从最优经济增长模型入手，引入能源消费需求和碳排放核算模型，将研发投资作为碳减排的主要手段，重点分析研发投资对能源强度降低、能源替代机制以及国际技术溢出的影响，在研究减排机制的基础上针对不同减排目标类型构建最优经济增长减排控制模型，模拟分析最优的研发投资路径和经济平稳增长路径。最后，基于以上模型研究，开发出一个可供政策制订者和模型研究人员使用的可视化实时模拟平台。

在气候变化大背景下，世界主要国家均作出了减排承诺，如何以较小的经济代价实现减排目标成为各国面对的难题。从碳排放因素分解研究中可以得到启示，碳排放主要取决于经济增长、产业结构、能源强度和排放强度等四大因素。因此从保证经济持续平稳增长和实现减排目标出发，减排将更多依靠其他三个因素。其中研发活动对降低能源强度，提升产业结构水平和促进能源技术进步等方面发挥着重要作用。为此，本项目从研发投资入手，揭示其在能源效率改进、能源技术进步和产业结构调整上的减排机制，模拟研究实现减排目标且使社会福利最大的最优减排路径，为科学减排提供政策指导。.模拟结果显示，在排放强度下降40-45%目标下，最优减排路径为将研发强度从2015年提高到3%。同时为使社会福利最大化，需推迟研发投资，且最终消费率需提高到55%的水平。若以实现大气浓度目标中国需承担的排放总量为目标，研发投资同样不宜过早提高，否则会损害经济增长，降低社会福利。当减排目标由500ppm减少到450ppm时，研发投资强度开始提高的时点从2032年提前到2016年。相比500ppm减排目标，450ppm目标下2050年的GDP减少约72万亿元，而2010-2050的累积损失将达到1765万亿元。如果单纯考虑能源供给成本最低，煤炭仍将是能源主要供给品种，若要实现碳减排，必须减少煤炭在能源中的占比。在减排目标约束下，燃煤发电技术的电力供给比例显著下降，水电与核电两大成熟的低碳技术将得到快速发展。从产业结构演变情况来看，在减排总量目标约束下，到2050年高耗能行业中各部门比重均有所降低，非高耗能部门比重从65.9%分别提高到69.5%（减排10%）、70.8%（减排15%）和71.8%（减排20%）。具体而言，其它服务业比重显著提高2~5个百分点，农业、衣食制造业部门比重提高1~2个百分点，轻工业与重工业的比重略有下降，建筑业比重下降2个百分点左右。.本项目面向国家需求，探讨完成减排承诺的最优路径选择问题。在方法上以研发投资为控制变量，以能源效率、产业结构和能源结构为减排手段，将减排机制引入平稳最优增长模型框架，开发了最优减排控制模型。并针对排放强度和排放总量目标，模拟了中国最优研发投资路径、能源技术发展路径以及能源结构和产业结构转型方向，为国家制订减排政策提供了科学依据。