近年來，能源與氣候變化成為備受關(guān)注的國際問題。當前氣候減排的途徑包括使用碳稅，其主要機制是提高化石能源的使用成本，減少化石能源的消耗，目標是實現(xiàn)能源系統(tǒng)整體碳強度（carbon intensity）的下降，但伴隨巨大的經(jīng)濟損失和GDP下降。

本研究強調(diào)了碳稅減排的另外一種機制，即當能源使用成本增加時，會誘導技術(shù)創(chuàng)新來提高能源使用效率，不僅可降低碳強度，可同時促進GDP增長，為經(jīng)濟發(fā)展提供新的動力。以往研究（以諾貝爾經(jīng)濟學家William D. Nordhaus為代表）假設(shè)第二種機制作用較弱，雖然有相關(guān)學者對此提出不同看法，但由于缺乏直接觀測數(shù)據(jù)，是否可通過誘導技術(shù)創(chuàng)新促進氣候減排已成為氣候變化領(lǐng)域亟待解決的關(guān)鍵科學問題。

針對這一問題，復旦大學環(huán)境科學與工程系王戎課題組與美國斯坦福大學、加拿大滑鐵盧大學合作，在經(jīng)典的經(jīng)濟增長理論中引入技術(shù)因子，通過結(jié)合歷史數(shù)據(jù)與經(jīng)濟模型，揭示了能源成本的誘導機制如何調(diào)節(jié)能源效率變化，結(jié)合氣候模型，證明了誘導性技術(shù)創(chuàng)新對氣候減排的重要作用，從理論上探索了如何實現(xiàn)從粗放高能耗經(jīng)濟向節(jié)能減排低碳經(jīng)濟的轉(zhuǎn)型，該研究對全球及中國能源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的制定有指導意義。北京時間8月23日凌晨，研究成果以《誘導性節(jié)能技術(shù)創(chuàng)新提高氣候減排效益》（“Induced energy-saving efficiency improvements amplify effectiveness of climate change mitigation”）為題的Research Article全文發(fā)表于Cell出版基團旗下的能源旗艦刊《焦耳》（Joule）雜志。

復旦大學為該研究第一完成單位，王戎博士為論文第一作者和唯一通訊作者，共同作者包括斯坦福大學Ken Calderia教授和Harry Saunders研究員、加拿大滑鐵盧大學Juan Moreno-Cruz教授，該研究得到國家海外高層次引進人才計劃和國家自然科學基金（41877506）資助。

碳價作用于GDP和碳強度的第二種機制

研究解讀：自然科學與經(jīng)濟學相結(jié)合，為國家探索粗放能源消耗型經(jīng)濟向節(jié)能低碳經(jīng)濟的轉(zhuǎn)型

諾貝爾經(jīng)濟學家John Richard Hicks在1932年的The Theory of Wages中提出，技術(shù)進步會提高相對稀缺要素的生產(chǎn)效率，獲取更高的邊際效益。能源作為當代全球經(jīng)濟增長的核心動力，其稀缺程度變化會顯著影響技術(shù)進步速度，如果考慮碳排放導致的氣候變化，化石能源的經(jīng)濟成本增加，能源稀缺度升高，會刺激更快的能源相關(guān)技術(shù)進步，Hicks假設(shè)對當前全球關(guān)注的氣候減排（如巴黎協(xié)定）有重要意義，是否可通過技術(shù)進步實現(xiàn)氣候減排已成為關(guān)鍵問題。而解決該問題需要找到觀測證據(jù)，或證明技術(shù)進步與能源成本的關(guān)系，因此有研究分析了能源價格對美國發(fā)明專利數(shù)的影響，例如發(fā)現(xiàn)當能源價格上升1%時，能源相關(guān)的技術(shù)專利數(shù)增加0.35%。更為直接的證據(jù)是觀測到能源效率，但由于能源效率與宏觀經(jīng)濟參數(shù)的關(guān)系復雜（例如，反彈效應導致能源使用效率上升1%，能源使用量下降往往低于1%，詳見Jevons Paradox），缺乏簡單有效的方法直接觀測能源效率，因此誘導技術(shù)進步是否可促進氣候減排缺乏直接證據(jù)。

本研究針對這一科學問題，建立一個基于經(jīng)典經(jīng)濟增長理論、同時考慮技術(shù)變化的能源系統(tǒng)一般均衡模型，從宏觀經(jīng)濟數(shù)據(jù)中直接觀測能源效率。首先改進了經(jīng)典索洛（Solow）經(jīng)濟增長模型，將經(jīng)濟生產(chǎn)分為能源與非能源部門，引入三個技術(shù)因素：能源生產(chǎn)效率、能源使用效率和非能源效率，考慮了能源與非能源產(chǎn)品（或服務(wù)）在一定程度上的可相互替代性，根據(jù)經(jīng)濟利潤最大化原則，建立基于資產(chǎn)、勞動力、技術(shù)水平的新型經(jīng)濟增長模型，模擬了GDP、能源、生產(chǎn)成本中能源所占比例（Omega）、能源價格對技術(shù)變化的動態(tài)響應過程，解釋了能源消耗量在能源使用效率提升時出現(xiàn)的反彈效應，結(jié)合觀測的反彈效應，對模型中的關(guān)鍵參數(shù) – 能源與非能源的相互替代彈性系數(shù)（σ）進行了有效估計和不確定性分析。

使用新建立的索洛（Solow）經(jīng)濟生產(chǎn)模型，結(jié)合1971-2015年間中國、美國、歐洲和世界四個經(jīng)濟體的資產(chǎn)、勞動力、能源價格、Omega、GDP、能源消耗量等數(shù)據(jù)，使用20年移動時間窗方法，計算了能源生產(chǎn)效率、能源使用效率和非能源效率的變化趨勢，觀測到能源使用效率的變化與生產(chǎn)成本中能源所占比例（Omega）相關(guān)，例如在1980年，由于全球能源價格上漲，刺激了四個地區(qū)能源使用效率的加速增長，其機制可被模型中能源使用效率的邊際效益與Omega的關(guān)系解釋，并與觀測的80年代美國能源使用技術(shù)的專利數(shù)據(jù)吻合，而非能源效率的增長除中國外，美國、歐洲和世界三個經(jīng)濟體均變化不大，與這三個經(jīng)濟體的生產(chǎn)成本中能源所占比例較低有關(guān)。

基于Omega，建立了能源生產(chǎn)效率、能源使用效率和非能源效率變化的回歸方程，其中能源生產(chǎn)效率、能源使用效率的增長與Omega顯著正相關(guān)，即當Omega提高時，在隨后20年內(nèi)能源生產(chǎn)效率和能源使用效率的增長加快，而非能源效率只在中國與總成本中能源所占比例呈顯著負相關(guān)，與中國經(jīng)濟體中Omega較高有關(guān)。在考慮了數(shù)據(jù)自相關(guān)、能源與非能源因素的相互替代彈性系數(shù)及其它參數(shù)的不確定性后，結(jié)合蒙特卡洛誤差分析方法，發(fā)現(xiàn)能源使用效率變化與Omega的相關(guān)性在統(tǒng)計水平上保持穩(wěn)定。

結(jié)合William D. Nordhaus的經(jīng)濟-氣候耦合模型（DICE），考慮觀測得到的碳價對能源使用效率的誘導機制，在福利最大化和全球增溫2攝氏度的兩種情景下，比較了有、無誘導性技術(shù)變化（IEC）對未來100年全球能源消耗量、工業(yè)二氧化碳排放量及消費水平的影響。在福利最大化情景下，誘導性技術(shù)變化會刺激更高的碳價，減少能源消耗量和二氧化碳排放量，增加人均消費水平；在全球增溫2度目標情景下，誘導性技術(shù)變化顯著降低了減排的成本，更早地實現(xiàn)人均消費水平的提高。在兩種氣候情景下，誘導性技術(shù)變化均提高了氣候減排的效益，降低了氣候減排的成本，增加了GDP和消費水平，為經(jīng)濟發(fā)展提供了新動力。

作為本研究的主要結(jié)論，在未來氣候減排中，需要充分考慮能源價格變化對技術(shù)創(chuàng)新的影響，如何通過政策調(diào)控實現(xiàn)節(jié)能型技術(shù)創(chuàng)新和經(jīng)濟轉(zhuǎn)型是影響未來氣候減排成本的重要因素。

據(jù)王戎介紹，下一步希望研究如何將本研究建立的能源經(jīng)濟模型與課題組之前建立的空氣污染氣候模型結(jié)合，依托復旦大學在環(huán)境科學、大氣化學、氣候變化、經(jīng)濟學、大數(shù)據(jù)科學等學科上的整體優(yōu)勢，實現(xiàn)多學科交叉融合，探索技術(shù)創(chuàng)新和能源調(diào)整對未來中國空氣質(zhì)量、經(jīng)濟發(fā)展和氣候變化的綜合影響。