年度总结 | 基于IMED模型的双碳政策多维综合影响评估：2020~2022
IMED研究年度总结
#2022#
物候殊色，日就月将。悄然间，2022年已经结束了它的全部行程。这一年里，我们一同游览了北京冬奥的冰雪世界，一同见证了二十大的胜利召开。风云滔滔，物候变迁，我们亦在新冠疫情与全球动荡局势的重重逆境中，众志成城地经历了重重考验。在国家全面促进绿色转型、坚持双碳目标“1+N”顶层规划的政策背景下，北京大学LEEEP组始终坚持以匠心为轴，诚心为首，深耕精品知识传播、学术交流与优质信息发布，无论是每周坚持推出三到五篇前沿论文分享的“文献阅读”、以推荐科研技法、分享学习心得为主题的“研之有效”、发布优质信息的“讲座会议、工作机会”、还是展示课题组最新成果的“IMED研究”，都力争做到“传播科学、服务科学”，为绿色低碳发展事业持续贡献绵薄之力。壬寅之虎已是匆匆而过，癸卯兔年正踏步而来。站在这辞旧迎新的节点上，我们将总结北京大学LEEEP课题组近三年来的不足与收获，将研究成果概而括之，精心挑选出其中具有代表性的14篇期刊论文，以绿色低碳政策评估为主题，依据国家、地区、行业将研究分为3类：① 国家层面减碳政策评估
文章1 碳中和能使中国实现工业用水目标
文章6 中国温室气体减排的健康和经济效益
② 重点地区减污降碳政策评估
文章10 深度脱碳协同减污的关键机制：以粤港澳为例
③ 重点行业减碳技术评估
文章11 京津冀水泥行业能效提升对能源-排放-健康的协同效益
文章12 电动汽车政策对京津冀地区环境与健康影响
文章13 负排放技术：中国水泥行业脱碳的关键
文章14 从供给和需求两侧助力中国钢铁实现碳中和
下面将文章要点奉于诸君案前，与读者朋友们分享对于绿色低碳转型的浅薄认知，诚请批评指正，共同推进本领域不断向前发展。
2020~2022年度基于IMED模型的政策评估研究回顾
国家层面减碳政策评估
01
碳中和能使中国实现工业用水目标
标题：Achieving carbon neutrality enables China to attain its industrial water-use target
作者：Xiaoyu Liu, Hancheng Dai, Yoshihide Wada, Taher Kahil, Jinren Ni, Bin Chen, Yan Chen, Chaoyi Guo, Chen Pan, Xiaorui Liu, and Yong Liu
期刊：One Earth
时间：2022年2月
单位：College of Environmental Science and Engineering, State Environmental Protection Key Laboratory of All Materials Flux in Rivers, Peking University, Beijing 100871, China
亮点：中国是世界上主要CO2排放国和水资源消耗国，其中工业部门是实施减碳和节水政策的关键部门。中国政府于2012年制定了水资源“三条红线”政策，并颁布了“双碳”政策。实现节水降碳两大目标往往伴随着工业结构和能源结构的调整，会产生潜在的协同及权衡效应。然而，对于能否同时实现工业减排和节水目标仍缺乏共识，且尚不清楚碳中和目标是否会推动产业转移，以及这种产业转移会如何影响水资源政策下的工业用水。本研究采用了自主研发的水-能耦合IMED|CGE模型，并利用1998-2015年覆盖中国大陆31个省市14万多家企业的高分辨率工业普查数据，构建了中国省级工业用水清单，从而构建了IMED|CGE模型中工业用水模块，来评估未来多部门碳排放、经济指标和工业用水。研究表明实现碳中和将在2060年节省38 km3的用水，相当于全国工业用水的24%。研究建议制定更严格的全国工业用水总量目标和更差异化的省级用水目标，并更好地利用和促进关键部门的协同效益，在实现碳中和的同时实现更有效率的水资源配置。
02
中国多模型对比：碳税的一般均衡分析
标题：The General Equilibrium Impacts of Carbon Tax Policy in China: A Multi-model Comparison
作者：Jing Cao, Hancheng Dai*, Shantong Li*, Chaoyi Guo, Mun Ho, Wenjia Cai, Jianwu He, Hai Huang, Jifeng Li, Yu Liu, Haoqi Qian, Can Wang, Libo Wu, Xiliang Zhang
期刊：Energy Economics
时间：2021年
单位：School of Economics and Management, Tsinghua University, 100084, Beijing, P.R. China
亮点：在美国环保协会(EDF)支持下，中国能源模型论坛（China Energy Modeling Forum, CEMF）汇集了八个在当前中国学界较为代表性的CGE模型团队，历时三年共同评估了2050年中国碳税影响。考察在保持相同的GDP增速、人口等增长驱动力假设的基础上，施加相同的碳税政策，评估其对经济、产业、能源和排放的影响以及各模型间的差异。北京大学LEEEP团队作为协调团队之一全程参与这项模型对比工作。研究发现由于不同模型在基准情景中的政策假设、能源与其他投入品的替代弹性、技术进步假设、碳税收入的分配方式存在不同，故其结果在能源、排放上呈现总量大概一致，但结构与部门结果有所不同的局面。但所有模型均对中国完成甚至超额完成2030年NDC目标表示相当乐观，但本文中即便是高碳税情景也距离2060年碳中和有一定差距。
03
我国大气污染控制政策成本效益评估文献综述
标题：Evaluating cost and benefit of air pollution control policies in China: a systematic review
作者：Xinyuan Liu, Chaoyi Guo, Yazhen Wu, Chen Huang, Keding Lu, Yuanhang Zhang, Lei Duan, Miaomiao Cheng, Fahe Chai, Fengqiao Mei*, Hancheng Dai*
期刊：Journal of Environmental Sciences
时间：2022年3月
单位：Laboratory of Energy & Environmental Economics and Policy, College of Environmental Sciences and Engineering, Peking University, Beijing 100871, China
亮点：为更好地了解中国大气污染控制成本效益分析研究进展，北京大学LEEEP课题组与合作者一道对过去20年发表的100多篇核心成本效益研究进行了系统性综述，梳理了该领域的研究进展、常用方法、核心发现与演进历程。回顾过往研究，我们发现我国大气污染物防控目标经历了三个阶段：第一阶段为单一和一次污染物控制，第二阶段为多污染物和二次污染物联防联控，第三阶段转向大气污染和碳的协同控制。随着时空研究范围的不断扩大，中长期、多地区、复杂环境下的政策措施模拟变得尤为关键，综合评估模型因此逐渐成为主流评估方法。现有研究结果表明，为了确保未来长期空气质量、气候、人群健康和经济的可持续发展，中国需持续加强多区域与多部门的协同配合，系统性深入调整上游能源系统和产业结构。
04
中国2030年实现2℃目标的综合评估
标题：An integrated assessment for achieving the 2°C target pathway in China by 2030
作者：Yang Xie, Xiaorui Liu, Qi Chen, Shaohui Zhang
期刊：Journal of Cleaner Production
时间：2020年9月
单位：School of Economics and Management, Beihang University, Beijing, 100191, China
亮点：为了减缓全球变暖的负面影响，中国以国家自主贡献（NDC）的形式在《巴黎协定》中面向国际承诺了温室气体减排目标。本研究试图探讨中国如何通过不同减排对策与路径，实现碳排放达峰与经济脱碳。为定量评估不同减排路径带来的影响，本研究使用由北京大学能源环境经济与政策研究室自主开发的IMED/CGE模型建立了十种不同情景，包含不同严格程度的碳排放限制与不同减排方案两个维度，对中国减排路径进行评估。结果表明，无论是在NDC目标下，还是在2度目标下，低碳政策对降低碳排放都是非常有用的。在一个假设的情况下(例如NDC HC和2度HC情景)，经济体制并没有结构性变化，依然沉迷于传统发展模式，不进行低碳转型，2030年碳排放价格相当高(97.9美元/ 吨CO2 NDC情景和超过326.9美元/吨CO2的2度情景下)，从而导致2030年GDP分别损失3.8%（NDC）和11.6%（2度目标）。低碳转型在减少空气污染物排放的同时，也能带来显著的协同效益，有利于人类健康。对于降低经济成本，最被强烈建议部署的低碳对策是在采用非化石能源，采用更有效的技术，引导居民采用绿色和低碳行为,减少能源密集型产业的产量，调整产业结构，从长远来看，采用CCS技术也意义深远。
05
中国碳交易体系中不同初始限额分配的情景分析
标题：Allowance allocation matters in China's carbon emissions trading system
作者：Yana Jin, Xiaorui Liu, Xiang Chen, Hancheng Dai
期刊：Energy Economics
时间：2020年
单位：Environmental Defense Fund, 257 Park Avenue South, New York, NY 10010, USA; William & Mary, VA, 23185, USA; Beijer Institute of Ecological Economics, Royal Swedish Academy of Sciences, Box 50005, SE-104 05 Stockholm, Sweden
亮点：文章针对我国第一阶段国家碳排放交易计划（ETS）的设计方案，详细梳理了现阶段法案中对于初始排放配额的设计原理和未来国家自主减排承诺（NDC）背景下的潜在改革，针对初始配额分配方案的影响这一问题，依托可计算一般均衡模型IMED|CGE构建了一个全国性、多部门碳排放交易计划的模型，情景模拟并对比了碳交易基础情景、基于绝对减排额与部门产出相结合的配额情景（mass-based-OBA）、基于部门历史排放水平分配情景的结果，研究发现在所有情景中，受影响最大的部门是那些排放强度更高、需求变化更为显著的部门如发电、航空业等。在均衡市场条件的决定上，OBA下的排放交易量与经济规模将远小于历史法。本文为未来ETS体系的演进提供了模型基础，同时评估了这种演进在效率与公平方面的进步。
06
中国温室气体减排的健康和经济效益
标题：Health and economic benefit of China’s greenhouse gas mitigation by 2050
作者：Yang Xie, Yazhen Wu, Mingjun Xie, Baodi Li, Hui Zhang, Teng Ma, Yuqiang Zhang
期刊：Environmental Research Letters
时间：2020年
单位：School of Economics and Management, Beihang University, Beijing, 100191, China
亮点：本研究应用综合评估模型研究中国气候减缓政策对中国及其他地区空气质量和人群健康的影响。研究发现，中国的气候政策将给中国、韩国和日本等东南亚国家的空气质量改善带来协同效益，特别是中国华北和华东地区的空气质量和人群健康得到明显改善。中国各省实施气候减缓政策的“成本-效益”差异较大，山东、河南、湖北等人口密度较大、重工业较多的省份能获得显著的协同效益，而云南、贵州等空气质量较好、人口较少的省份获得的协同效益较少。
重点地区减污降碳政策评估
07
中国清洁空气政策的健康和经济效益：
京津冀地区的研究
标题：Health and economic benefits of clean air policies in China: A case study for Beijing-Tianjin-Hebei region
作者：Meng Xu, Zhongfeng Qin, Shaohui Zhang, Yang Xie
期刊：Environmental Pollution
时间：2021年7月
单位：School of International Trade and Economics, University of International Business and Economics, Beijing 100029, China
亮点：本文旨在解决两个关键问题。首先，本研究侧重于评估京津冀地区到2030年蓝天保卫战计划的健康和经济影响。其次，本研究将分析京津冀地区到2030年蓝天保卫战计划的成本和收益。它从三个方面对现有的研究做出了贡献。（1）量化京津冀区域内蓝天保卫战计划的健康影响。（2）评估包含卫生支出和生命统计价值(VSL)的经济影响。（3）探索清洁空气政策的成本效益比。本研究将为论证蓝天保卫战计划在京津冀中的可行性和必要性做出一定贡献，并为决策者提供参考。
08
京津冀地区减污降碳政策的异质性
协同效应与互馈影响
标题：Mutual effects of CO2 emission reduction and air pollution control policies in beijing-tianjin-hebei region
作者：Kai Wu, Xiaorui Liu, Hancheng Dai, Silu Zhang, Ziqiao Zhou, Teng Ma, Chaoyi Guo, Xiaojia He*, and Yan Ru Fang*
期刊：Frontiers in Environmental Science
时间：2022年9月
单位：College of Environmental Sciences and Engineering, Peking University, Beijing, China
亮点：减污降碳协同控制是解决气候变化和环境污染双重挑战的一个基本战略。本研究选取生态文明先行示范区京津冀地区作为研究对象，聚焦于未来中短期（至2030年）时间尺度，重点关注以下几个问题：1. 倚重末端治理的减污政策还有多少潜力？2. 双碳政策的实施能否协同实现深度减污目标？3. 减污降碳政策应怎样协同实现减排效果最大化？通过深度耦合北京大学LEEEP团队自主开发的IMED能源经济模型、IMED人群健康模型和IIASA开发的空气污染物排放模型(GAINS)，定量分析碳减排目标和空气污染控制技术的环境改善和碳减排效果，本研究重点考察通过碳减排、污染物排放、空气质量改善和人群健康影响等方面来刻画不同政策带来的协同效益，以探究碳中和目标与空气质量改善目标之间的相互协同影响，为制定气候与环境协同控制战略的经济可行性路径提供参考，同时也为我国其他省市提供相应的研究范式和政策参考。
09
四川省深度碳减排对健康和空气质量的影响
标题：Co-benefits of deep carbon reduction on air quality and health improvement in Sichuan Province of China
作者：Silu Zhang, Yazhen Wu, Xiaorui Liu, Jun Qian, Junhui Chen, Li Han and Hancheng Dai
期刊：Environmental Research Letter
时间：2021年9月
单位：College of Environmental Sciences and Engineering, Peking University, Beijing 100871, People's Republic of China
亮点：本研究将北京大学LEEEP团队自主开发的IMED体系中能源经济模型和人群健康模型与空气污染物排放模型深度耦合，聚焦于未来中短期（2025-2035年）的省市尺度，选取近年来经济发展迅速且碳排放量高的四川省为例，定量分析空气污染控制技术、气候减缓目标和地区性空气污染防治等措施在空气质量和人群健康改善方面所能实现的效益，以评估空气污染控制的必要性、碳减排政策的经济可行性以及部门协同、减污降碳等协调措施所能起到的总体优化作用，为我国各省市提供研究范式和政策支撑。
10
深度脱碳与协同减污的关键机制：
以粤港澳大湾区为例
标题：Uncovering the key mechanisms of how deep decarbonization benefits air pollution alleviation in China
作者：Xiaorui Liu, Chaoyi Guo, Xiaotian Ma, Kai Wu, Peng Wang, Zhijiong Huang, Ziqiao Zhou, Chen Huang, Silu Zhang, Minghao Wang, Hancheng Dai
期刊：Environmental Research Letters
时间：2022年10月
单位：College of Environmental Sciences and Engineering, Peking University, Beijing 100871, China
亮点：本研究选取粤港澳大湾区为案例，借助动态、多区域、环境多要素融合的能源—经济可计算一般均衡模型，从部门关联、贸易通道、减排成本边际效果等经济分析的视角，探讨不同路径表象背后分阶段与大气污染物减排协同的关键机制和节点，弥补了已有文献从核算分析视角出发的不足。研究发现1.5度情景下能源强度的降低是两个地区最主要的减排驱动力，碳强度的降低是部门减排的显著贡献因素，但投入产出系数（IO）和最终能源需求（FD）这两种因素对于碳排放变化的影响都不高，同时本文还定位了不同阶段碳影子价格对于污染物减排的边际影响。本研究的结果揭示了气候政策和空气污染之间的影响机制，为协同治理提供了有益的见解：交通部门是大湾区污染物排放最重的部门，也是碳排放量最大的部门，可以优先考虑这些重点行业的能源使用，降低能源强度等。
重点行业减碳技术评估
11
京津冀水泥行业能效提升对能源-排放-健康
的协同效益影响
标题：Potentials of energy efficiency improvement and energy-emission-health nexus in Jing-Jin-Ji’s cement industry
作者：Shaohui Zhang, Yang Xie, Robert Sanderb, Hui Yuee, Yun Shu
期刊：Journal of Cleaner Production
时间：2020年8月
单位：School of Economics and Management, Beihang University, International Institute for Applied Systems Analysis
亮点：中国的水泥产量占全球的52%，水泥产量占中国能源消费总量的8%，京津冀(JJJ)地区更是占中国水泥市场份额的4%。京津冀地区的水泥行业对二氧化碳排放有显著贡献，并需要大量的石灰石和能源，因而对京津冀地区的水泥行业能效提升及能源环境分析十分值得关注。本研究构建了综合评价模型定量评估2010年到2030年在不同尺度上京津冀水泥产业的：能源效率改进、CO2及空气污染物减排以及与空气污染相关的公共健康效益的潜力。研究表明，通过制定恰当的政策可以为提高能源效率、清洁空气和延长人类寿命创造更多的可能性，因此建议设计和实施一项综合政策(将碳、空气质量和健康因素整合到能源效率中)，可以提高污染治理效率降低政策实施成本。与此同时，使用综合评估的方法来评估应对多方挑战的解决方案，如能源和资源安全、减缓气候变化以及环境污染和健康等等也是有益的。
12
电动汽车政策对京津冀地区环境与健康的影响
标题：Impact of the Electric Vehicle Policies on Environment and Health in the Beijing–Tianjin–Hebei Region
作者：Chenen Ma, Lina Madaniyazi and Yang Xie
期刊：International Journal of Environmental Research and Public Health
时间：2021年1月
单位：Department of Industrial Engineering and Economics, Tokyo Institute of Technology, Ookayama, Tokyo, Japan
亮点：中国大多数城市PM2.5的重要来源之一便是交通部门的化石能源汽车。近年，中国已成为世界最大汽车销售国，且仍有巨大的市场潜力，交通部门的化石能源消耗对于环境的影响不容小觑。中国大力发展电动汽车，以期减少交通部门的污染物排放。但中国目前能源结构主要依赖火力发电，电动汽车的发展同时会导致能源部门污染物排放增多。京津冀地区是中国人口最密集的地区之一，也是汽车保有量最高的地区之一，探讨京津冀地区电动汽车发展对于人群健康效益的影响，具有重要意义。本研究使用综合评估模型，来评估京津冀地区电动汽车发展引起的健康效益，并货币化过早死亡带来的经济影响。文章建立两个情景，情景一是不考虑电动汽车政策（认为汽车增量没有电动汽车），情景二为考虑电动汽车发展（认为汽车增量包括电动汽车，且符合政策目标），基准年定为2010年（市场无电动汽车）。电动汽车政策可以为京津冀地区环境和公共健康带来重大利益。政策可以显著减少城市地区的污染物排放，尤其是PM2.5。即使没有电动汽车政策，随着时间的流逝，京津冀地区的PM2.5浓度也会不断降低，健康益处也会不断增加。但是电动汽车政策可以通过减少化石燃料的使用来加快这一进程。
13
负排放技术：中国水泥行业脱碳的关键
标题：Negative emission technology is key to decarbonizing China’s cement industry
作者：Ming Ren, Teng Ma, Chen Fang, Xiaorui Liu, Chaoyi Guo, Silu Zhang, Ziqiao Zhou, Yanlei Zhu, Hancheng Dai, Chen Huang*
期刊：Applied Energy
时间：2023年1月
单位：College of Environmental Sciences and Engineering, Peking University, Beijing 100871, China
亮点：北京大学LEEEP团队任明与黄晨博士后基于自上而下的可计算一般均衡模型（IMED|CGE）、自下而上的技术优化模型（IMED|TEC）和生命周期评估，构建了探索水泥行业的碳中和路径和相应环境影响的综合评估框架，从三个方面开展分析：
（1）预测全社会碳中和背景下未来中国水泥需求
（2）识别水泥行业碳中和的技术路径与关键技术
（3）评估不同碳中和情景下产生的环境经济影响
最终该研究通过构建综合评估框架评估了未来水泥行业碳中和转型的可行路径、关键技术与相应环境经济影响。可从中得出如下几点政策启示：
（1）在近期要加快能效技术普及；远期要依赖BECCS技术与需求侧控制手段；
（2）碳中和将带来额外经济成本，考虑产业链耦合的政策优于单一行业政策，将降低转型经济负担；
（3）碳中和可能会深度加剧碳-水，碳-土地权衡，要降低生物质和捕集技术水耗、提升单位土地生物质产出，推动碳中和与负面环境影响解耦。
14
从供给和需求两侧助力中国钢铁实现碳中和
标题：Decarbonizing China’s Iron and Steel Industry from the Supply and Demand Sides for Carbon Neutrality
作者：Ming Ren, Pantao Lu, Xiaorui Liu, M. S. Hossain, Yanru Fang, Tatsuya Hanaoka, Brian O’Gallachoir, James Glynn, and Hancheng Dai
期刊：Applied energy
时间：2021年6月
单位：College of Environmental Sciences and Engineering, Peking University, Beijing, China
亮点：本研究显示，在生产侧，推广节能技术、提高基于废钢的电弧炉炼钢比例有助于促进钢铁行业的短期减排。创新技术，例如CCS技术和基于氢气的直接还原铁技术，在2030年以后将逐步发挥重要作用。在CCS技术不可用的情况下，基于氢气的直接还原铁技术将在2035年左右进入市场，其技术比例到2050年增长为23%-25%。在CCS技术可用的情况下，CCS技术将在2034年左右进入市场，其技术比例到2050年增长为30%。
学术服务及引用状况
LEEEP课题组负责人受联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）委任，作为贡献作者参与撰写了IPCC AR6第三卷第二章有关全球温室气体排放社会经济驱动力等方面内容。与此同时，也受国家科技部和国家节能中心邀请，两次代表中方审阅IPCC AR6第三卷决策者摘要。此外，还领衔组织了中国能源模型论坛（CEMF）CGE多模型对比，提升了国内模型透明度和可比性（报道链接：中国多模型对比：碳税的一般均衡分析）。牵头评估了20年来中国大气污染控制成本效益分析领域的方法、发现与演变历程（报道链接：我国大气污染控制政策成本效益评估文献综述）。
LEEEP组研究成果受到国内外同行的密切关注。最新研究连续多年受到欧盟气候变化评估模型进展追踪报导。多篇研究成果支撑了IPCC AR6 气候变化科学评估报告，被正面引用20余次，位列WG3国内学者前列（报道链接：LEEEP组多篇论文被IPCC AR6引用），贯穿了第一工作组的健康影响及第三工作组报告10个章节，涉及减污降碳政策的政策减排效果、经济代价和协同效益评估等重要议题（报道链接：LEEEP组支撑IPCC AR6的论文一览）。相关研究工作为提升学界对气候变化的环境健康影响及低碳转型政策效果评估做出了一定贡献。
展望未来，作为以朝气蓬勃的80后~00后为主的年轻团队，LEEEP组将继续攻坚克难，与学界同仁一道相互勉励，勇攀科学高峰，持续为气候环境政策研究贡献绵薄力量！
最后，祝大家工作顺利，阖家幸福，新年快乐！
文字：郭超艺、潘羽杰、吴凯、马啸天、戴瀚程
排版：郭超艺、肖逸龙
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