王慧慧,劉恒辰,何霄嘉,曾維華*
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基于代際公平的碳排放權(quán)分配研究
王慧慧1,劉恒辰1,何霄嘉2,曾維華1*
(1.北京師范大學環(huán)境學院,北京 100875;2.中國21世紀議程管理中心,北京 100038)
以1901~2005年作為歷史碳排放分配時間段,從歷史代際和代內(nèi)公平的角度考慮,利用全球132個國家的人口、GDP和碳排放數(shù)據(jù),通過基尼系數(shù)優(yōu)化模型對全球132個國家的歷史碳排放配額進行優(yōu)化分配,同時對各國未來的碳排放權(quán)做了公平分配.研究結(jié)果表明,基于GDP和人口的各國歷史碳排放配額Gini系數(shù)值均低于實際的Gini系數(shù)值,并且低于0.4的警戒值,獲得綜合考慮各國的GDP和人口的歷史碳排放配額最優(yōu)分配結(jié)果.對各國的歷史碳排放的赤字量和剩余量分析表明,美國是歷史碳排放赤字最多的國家,印度、中國是歷史碳排放剩余最多國家;同時考慮各國的歷史碳排放情況得到各國未來的碳排放權(quán),其中中國、印度等國家人口最多,經(jīng)濟所占全球比例也較高,在未來能獲得最多的碳排放權(quán).
代際公平;碳排放權(quán)分配;碳排放配額;公平性
當前的氣候變化源自歷史上人類活動導致溫室氣體在空氣中不斷地聚集,自工業(yè)革命以來發(fā)達國家的生產(chǎn)活動是全球溫室氣體歷史排放的主要來源,占到總排放的95%,以至于擠占了發(fā)展中國家在工業(yè)化發(fā)展過程中理應獲得的碳排放空間[1-2].隨著國際上對全球氣候變化問題越來越重視,對CO2等溫室氣體總量的控制成為一種趨勢.當前,國際上針對碳排放權(quán)公平性分配作了大量研究.Heil[3-4]、Hedenus[5]、Duro[6]分別利用Gini系數(shù)、Atkinson指數(shù)和Theil指數(shù)方法測度了國家間人均碳排放的不公平性,提出建立在國家碳排放總量基礎(chǔ)上的國際公平會產(chǎn)生個體之間的不公平.Groot[7]構(gòu)建了基于人均年排放的碳洛倫茲曲線和碳基尼系數(shù).Golombek等[8]利用OBA模型分別以排放權(quán)自由與拍賣2種分配方法可能對減排成本和社會福利產(chǎn)生的影響,提出將2種分配方法結(jié)合可實現(xiàn)降低減排成本、社會福利最大化.Paloheimo等[9]提出將CO2排放權(quán)分配分攤到每個民眾,人人參與減排,該方法能兼顧碳排放權(quán)分配的公平性,但缺乏精確性.Chin等[10]提出一種基于古諾模型的排放權(quán)許可證分配,該分配方法能提高能源的利用效率,從而對CO2排放量增長進行限制.國內(nèi)學者[11-14]利用基于人均累計碳排放指標揭示在歷史責任方面發(fā)達國家與發(fā)展中國家之間的差異,提出了人均累計排放趨同原則.在該原則的指導下,我國學者又提出了碳預算和碳排放權(quán)賬戶等分配方法[15-17],作為劃分排放空間的制度設計.
總結(jié)世界各國根據(jù)自身需求提出多種碳排放權(quán)分配方案,主要分為3類:(1) 人均排放趨同分配方案:人均排放趨同分配方案[18]主要是要求發(fā)達國家逐漸減少其人均年碳排放量,發(fā)展中國家增加其人均年碳排放量,到某一目標年兩者趨同.該方法在一定程度上損害了發(fā)展中國家的人均排放權(quán)利.因為它不僅在發(fā)達國家與發(fā)展中國家的歷史排放責任差異上尚未考慮,同時若按該方案實施,在實現(xiàn)所謂人均排放趨同分配之前,發(fā)達國家的人均年排放量會一直高于發(fā)展中國家,將會導致兩者的人均歷史累計排放量的差距進一步加大,這對正處在發(fā)展中的國家是不公平的[14,19-20].
(2) 考慮各國歷史責任的分配方案:部分發(fā)展中國家提出考慮各國歷史責任的分配方法,如巴西提案和人均歷史累計排放量.該提案要求考慮到各國歷史碳排放責任,并提出發(fā)達國家應當建立清潔發(fā)展基金,用來幫助發(fā)展中國家進行減排,有利于發(fā)展中國家.但此提案存在著嚴重缺陷:由于各國計量方法不同,若僅以有效排放確定減排義務,各國的人均有效排放量必會有所不同,但所承擔的減排義務卻是相同的,將會導致不公平[21].同時提案沒有考慮處在不同發(fā)展階段的各國當前及未來的發(fā)展需求,僅僅強調(diào)污染者要為歷史付費[22].目前,國內(nèi)碳排放權(quán)分配方案[21]大多數(shù)是以“人均歷史累計碳排放”為基點,對未來全球碳排放限額進行分配.但是該方法在對發(fā)達國家與發(fā)展中國家所體現(xiàn)的歷史排放責任顯然不同,因為在考慮歷史責任的分配方案上,一定程度上會對發(fā)展中國家有利.在對未來碳排放權(quán)分配時,人均排放權(quán)是首先要考慮的指標,但不應是唯一考慮的指標,僅僅考慮一個指標尚不能體現(xiàn)出分配的公平性.遺憾的是,絕大部分方案在對未來碳排放權(quán)進行分配時均未綜合考慮各國的社會經(jīng)濟狀況.Bohm等[23]及Kverndokk[24]以人口規(guī)模為基礎(chǔ),對碳排放權(quán)配額進行研究發(fā)現(xiàn)人口規(guī)模是影響碳排放權(quán)配額分配的主要因素之一.丁仲禮等[14]提出各國之間以“人均累計排放指標”是最能體現(xiàn)“共同而有區(qū)別的責任”的原則,并對各國的碳排放配額進行了分配.潘家華等[25]在考慮了有限的地球生態(tài)系統(tǒng)承載力,提出以人文發(fā)展為目標,優(yōu)先考慮滿足人類社會的基本需求的全球碳預算,以人均分配方式給每個地球村民的一系列方案.Baer等[26]提出分別以各國的人均GDP和人均累計碳排放為基礎(chǔ),通過冪函數(shù)來構(gòu)建碳排放修正模型進行分配.徐玉高等[27]在考慮歷史排放情況下,分別以人口和GDP為指標,計算各國的碳排放權(quán)配額,發(fā)現(xiàn)基于人口的分配法對發(fā)展中國家有利,而基于GDP的分配法有利于發(fā)達國家.
(3) 其他分配方案:GDP碳排放強度分配原則[26]指出,世界各國的碳排放限額與其GDP碳排放強度成反比.該原則一度被認為能保證全球在一定的資源容量下達到產(chǎn)出的最大化.但若低排放強度的國家分得較多的碳排放權(quán),將會加大發(fā)達國家與發(fā)展中國家之間的差距;若高排放強度的國家分得較多的碳排放權(quán),這些經(jīng)濟技術(shù)相對落后的國家將會排放更多的溫室氣體,就會嚴重違背全球碳減排的初衷.因此,在對未來碳排放權(quán)進行分配時,不能僅僅依靠單一的GDP碳排放強度指標.但若對只存在內(nèi)部利益的體系中采用這一指標進行分配便于實現(xiàn),同時對提高該體系的未來碳排放權(quán)配額的整體利用效率也是有利的.
以上分配方案對未來碳排放限額進行分配提供了較好的思路,但在兼顧公平性方面還存在缺陷.首先,絕大部分的現(xiàn)有分配方案選取的分配指標單一,未能綜合考慮各國的社會經(jīng)濟環(huán)境因素的差異;其次,現(xiàn)有的分配方案對未來全球人口變化、碳總量變化等因素的定量化兼容較差.導致在一定程度上降低了全球未來碳排放限額分配的可操作性和公平性,并使得在各國之間始終難以達成共識,從而拖延了全球碳減排行動的有效實施[28].
對如何公平分配碳權(quán)目前主要存在2種傾向:一種是強調(diào)公平性原則,即以人均碳排放分配未來的碳權(quán);另一種則強調(diào)效率,是以GDP碳排放強度來分配未來的碳權(quán).第1種是對發(fā)展中國家有利,而在發(fā)達國家中基本支持第2種方法.因此綜合考慮采用GDP碳排放強度和人均碳排放量的混合分配方案將較容易被共同接受,同時更能體現(xiàn)出可持續(xù)發(fā)展基本內(nèi)涵和框架公約中共同但有區(qū)別的責任原則[29].本研究主要從歷史代際公平和代內(nèi)公平的角度考慮,選擇1901~2005年作為歷史碳排放分配時間段,并選取各國的GDP和人口作為研究指標利用基尼系數(shù)優(yōu)化分配模型對各國歷史碳排放配額和未來碳排放權(quán)進行優(yōu)化分配,為提高全球碳排放權(quán)分配方案的公平性和可操作性提供合理的評價方法.
以1901~2005年作為歷史碳排放分配時間段,對全球132個國家的歷史碳排放配額和未來碳排放權(quán)進行優(yōu)化分配,采用的人口數(shù)據(jù)來自Populstat網(wǎng)站[30],GDP數(shù)據(jù)來自于格羅寧根增長與發(fā)展中心(GGDC)[31],碳排放數(shù)據(jù)來于美國橡樹嶺國家實驗室CO2信息分析中心(CDIAC)[32],其中某國某年缺失的數(shù)據(jù)利用前后的數(shù)據(jù)進行插值計算來代替.
基尼系數(shù)是用來衡量收入和財富分配差距的不均等性.目前在國內(nèi)已被廣泛應用到污染物排放分配領(lǐng)域,如水污染、大氣污染.近年來,基于人口和GDP等基尼系數(shù)法也被改進應用到污染物總量分配的研究,研究表明[33-38],基于人口和GDP的基尼系數(shù)法的污染物總量分配方法在一定程度上體現(xiàn)了區(qū)域污染量分配的公平性和差異性,避免了傳統(tǒng)分配方案中僅依據(jù)地方經(jīng)濟狀況這單一指標制定的“一刀切”總量分配的缺陷.
全球碳權(quán)的分配實際上是對各國一種所有權(quán)進行分配,基本包括分配標準、總量以及結(jié)果.而其中碳權(quán)分配標準的選擇是分配方案是否公平性的主要因素.為了能兼顧發(fā)達國家減排成本較高和發(fā)展中國家的發(fā)展需求,選取各代的GDP碳排放強度以及人均碳排放作為代際與代內(nèi)碳排放分配的首要指標,即選取各國的GDP和人口指標作為分配的指標,通過基尼系數(shù)來優(yōu)化調(diào)整分配量.這樣不僅能兼顧代內(nèi)不同國家的實際需求,而且能深思各國的歷史碳排放責任,為今后全球氣候碳排放的分配提供新思路[39].依據(jù)文獻[14,40]評價結(jié)果,并參考文獻[35,41]進行基尼系數(shù)的碳排放權(quán)優(yōu)化分配.基尼系數(shù)是以橫坐標為累計人口百分比,縱坐標為累計收入百分比(圖1).設實際收入分配曲線與收入分配絕對平等曲線之間的面積為,實際分配曲線與收入分配絕對不平等曲線之間面積為,則的值被稱為基尼系數(shù).利用下梯形面積法[42-43],將Lorenz曲線下方面積視為若干梯形,則有:
指標的累計百分比由下式確定:
碳排放分配量的累計百分比由下式確定:
優(yōu)化模型約束條件:
(1)優(yōu)化后各分配指標的Gini系數(shù)小于初始分配各指標的Gini系數(shù):
(2)碳排放總量約束:
根據(jù)國際慣例:Gini系數(shù)在0.2以下表示絕對平均,0.2~0.3表示相對平均,0.3~0.4表示比較合理,0.4~0.5表示差距偏大,0.5以上表示差距懸殊,0.4作為分配差距的“警戒線”[44-45].
以1901~2005年作為碳排放優(yōu)化分配研究時間段,并以每10年為一代做代際劃分,共11代.基于Gini系數(shù)法碳排放分配模型主要技術(shù)步驟分為:(1)構(gòu)建各指標Gini系數(shù),該指標值反映單位指標在各分配對象碳排放差異性狀況;(2)用各分配對象的實際碳排放量作為初步分配,將Lorenz曲線的縱坐標用碳排放累計百分比來替換收入累計百分比,橫坐標用各指標的累計百分比來替換人口累計百分比,以此來衡量各指標碳排放公平性分配;(3)繪制各指標的Lorenz曲線,用各指標的Gini系數(shù)計算排序后各分配指標的累計百分比以及碳排放累計百分比,得到各指標的碳排放分配Gini系數(shù),根據(jù)各Gini系數(shù)分析實際的碳排放分配合理性;(4)將對應各碳排放分配指標的Gini系數(shù)之和最小為目標函數(shù),并根據(jù)模型的約束條件,利用lingo編程軟件,運用多約束單目標線性規(guī)劃法來求取最優(yōu)解,獲得各分配對象的最優(yōu)分配量,進而確定碳排放優(yōu)化分配方案.
表1 各代碳排放Gini系數(shù)值優(yōu)化結(jié)果Table 1 The optimization results of carbon emissions Gini coefficient values of various generations
利用Gini系數(shù)計算基于GDP和人口的代際初始Gini系數(shù)值分別為0.081和0.163,可知Gini系數(shù)值均小于0.2,根據(jù)國際上對Gini系數(shù)的評判標準,Gini系數(shù)值均小于0.2,說明歷史代際碳排放分配相對于人口和GDP是“絕對”平均.而通過對歷史代內(nèi)碳排放分析可知,各代基于GDP和人口歷史碳排放基本上都不平均,特別是基于人口的Gini系數(shù)值都超過了0.4,說明代內(nèi)的碳排放強度與人均碳排放相比差別很大,尤其人均碳排放.根據(jù)Gini系數(shù)優(yōu)化模型對歷史各代內(nèi)的碳排放進行重新優(yōu)化分配,使優(yōu)化后的歷史碳排放分配相對于GDP和人口最大程度的公平.各代碳排放分配優(yōu)化的Gini系數(shù)值,見表1.由表1、圖2和圖3中的Lorenz曲線對比可知,優(yōu)化后的各代歷史碳排放基于GDP和人口的Gini系數(shù)值均小于實際值,且均是低于0.4的警戒值,各代的Gini系數(shù)和也隨之降低,歷史的代內(nèi)碳排放分配得到優(yōu)化,同時代內(nèi)各國碳排放配額在代內(nèi)分配更加公平.
通過對各國歷史碳排放量研究發(fā)現(xiàn),各國代內(nèi)的碳排放分配不公平,代內(nèi)碳排放強度和人均碳排放差異很大,尤其人均碳排放.通過Gini系數(shù)優(yōu)化模型獲得歷史各代的碳排放最優(yōu)解,得到基于GDP和人口的歷史代內(nèi)碳排放最優(yōu)解,即基于這2個指標的歷史碳排放最公平配額.由于重新對歷史碳排放進行優(yōu)化分配,必會導致部分國家的歷史實際值高于優(yōu)化值,從而形成歷史碳排放赤字,另一部分國家歷史實際值低于優(yōu)化值,而形成歷史碳排放剩余.對各個國家的歷史碳排放配額與實際值進行求差,得到各國的歷史碳排放赤字量和剩余量,各國的歷史赤字與剩余分布情況,見圖4.通過對各國的歷史碳排放配額與實際值進行求差后,并進行排序,歷史碳排放赤字與剩余排名前5的國家,見表2.
通過計算赤字國家的總赤字量為745.05億t,即等于剩余國家的總剩余量,即歷史上美國等赤字國家占用了剩余量國家共745.05億t的碳排放.由表2可知,歷史赤字量前5的國家碳排放赤字量共計億t,占總赤字量的82.23%,其中美國占到57.22%;而剩余量前5國家歷史碳排放剩余量416.64億t,占到總的55.92%.
通過對各代內(nèi)碳排放國家的碳排放赤字量與剩余量進行分析,一些國家的歷史碳排放赤字情況表現(xiàn)出一定的規(guī)律,見表3.其中美國、加拿大等國家在各代內(nèi)均表現(xiàn)為赤字,表明這些國家的碳排放急需降低;英國、荷蘭、法國等國家由早期的代內(nèi)碳排放赤字轉(zhuǎn)為代內(nèi)剩余,表明這些國家隨著國內(nèi)的經(jīng)濟發(fā)展、技術(shù)進步等所占的碳排放比例相對于GDP、人口比例有所降低;中國、韓國等國家是由早期的代內(nèi)碳排放剩余轉(zhuǎn)為代內(nèi)赤字,表明這些國家的碳排放比例正逐漸升高,開始占用更多的碳排放空間,因此這些國家需要在未來通過提高能源利用效率、使用替代能源和技術(shù)等措施來逐步控制碳排放;而印度、巴西等國家在各代內(nèi)均表現(xiàn)為碳排放剩余,說明這些國家今后的一段時間內(nèi)仍可保持當前碳排放強度.
表3 部分典型國家碳排放剩余與赤字量(kt C)Table 3 The amount of carbon surplus and deficit of some typical countries (kt C)
根據(jù)廣泛接受的“2℃閾值”[27],即全球平均氣溫升高2℃是人類可以容忍的最高升溫,根據(jù)這個溫度閾值測算,2050年大氣CO2濃度控制目標設定為470′10-6,同時2006~2050年總碳排放權(quán)空間為348.43GtC.
利用Gini系數(shù)分配模型根據(jù)第11代的GDP和人口數(shù)據(jù)對未來的348.43GtC進行公平分配,得到各個國家在2005~2050年的碳排放配額.但未來各國的碳排放配額并不等于各個國家未來的碳排放權(quán),因為在1901~2005年各國的碳排放情況已經(jīng)造成了一些國家“排放赤字”和另一些國家“排放剩余”.為了能保證各國公平的發(fā)展、排放赤字的國家應主動承擔歷史責任,因此未來各國的碳排放權(quán)應在未來的排放配額上綜合考慮各國歷史碳排放情況.各國的未來碳排放權(quán)可將各國未來的碳排放配額加上其排放的剩余量或減去排放的赤字量,從而得到未來各國的碳排放權(quán),其分布情況見圖5.
從單一人口指標看,自世紀以來,發(fā)達國家的人均碳排放一直高于發(fā)展中國家.其中美國2006年的人均碳排放達到5.18t,其人均排放量是世界平均水平的3倍以上.而日本、英國、德國、法國、意大利等發(fā)達國家的人均排放量也均高于世界平均水平,其中人均排放最低的是法國的1.71t/人.中國、巴西、印度的人均碳排放量分別為1.27,0.51,0.37t/人自20世紀以來,世界人均累積碳排放量為48.2t.而在發(fā)達國家中,美國和英國的人均累積碳排放量達到250t/人以上;最低的是意大利,為86.6t/人.3個主要的發(fā)展中國家,包括中國、巴西、印度的人均累積碳排放量都在25t/人以下[46].若根據(jù)人口這單一指標分配,世界多個發(fā)達國家已經(jīng)沒有排放空間,甚至已超過排放限額,如美國1900~2050年的碳排放配額共計31.63GtC,而它在1963年就已達此值.同樣英國在1957年、德國在1969年、加拿大在1980年、法國在1999年都已用完其1900~2050年的碳排放總配額[14].
而從單一GDP指標看,受經(jīng)濟、技術(shù)水平和能源結(jié)構(gòu)等因素影響,發(fā)展中國家的碳排放強度明顯高于發(fā)達國家..2005年,中國和印度的碳排放強度分別是美國的5.6和4.2倍[46].碳排放強度作為一個強調(diào)效率的指標,它試圖在不損害經(jīng)濟增長的前提下控制CO2的排放速度.但僅用該指標對各國的碳排放權(quán)進行分配,將難以體現(xiàn)公正原則.,碳排放強度指標往往會高于發(fā)達國家,甚至大多數(shù)發(fā)展中國家的碳排放強度下降率也會因發(fā)展階段限制而比發(fā)達國家要低.因此,僅利用碳排放強度對未來碳排放權(quán)分配將會使發(fā)展中國家承擔比發(fā)達國家更多的減排義務,這無疑違背了平等主義原則.
表4 未來碳排放權(quán)最多與最少的5個國家Table 4 The most and the least amount of carbon emissions right of five countries in the future
因此,在綜合考慮各國人口和GDP指標,利用綜合Gini系數(shù)分配模型對未來的碳排放權(quán)進行分配,未來的碳排放權(quán)分配量排名前5與倒數(shù)前5的國家,見表4.由表4和表5可知,中國、印度和巴西等發(fā)展中國家因歷史碳排放剩余量較多,而且GDP和人口占了全球較大比例,因此未來所分配碳排放配額較多,即未來獲得的碳排放權(quán)較大;美國、英國等發(fā)達國家雖然歷史碳排放赤字量較高,但由于其GDP占全球比例是較高,所以在未來的碳排放配額也不低;日本的GDP和人口比例較高,歷史的碳排放對于較大的GDP和人口是相對較少的,歷史碳排放剩余,所以日本未來的碳排放權(quán)也較多;而波蘭、南非和烏茲別克斯坦等國家未來碳排放配額分配不足以抵消他們的歷史碳排放赤字.對于那些未來的碳排放空間不足的國家,可考慮通過全球碳交易方式向中國、印度等碳排放配額較多國家來購買碳排放權(quán).相比單個指標,綜合指標在對未來碳排放權(quán)分配能體現(xiàn)出更多的公正原則,同時未來的碳排放權(quán)分配機制還需要共同體現(xiàn)平等主義原則和責任原則,以期更有效地推動國際氣候機制的建設.
表5 部分典型國家的未來碳排放權(quán)(kt C)Table 5 Carbon emissions right of some typical countries in the future (kt C)
3.1 利用基尼系數(shù)優(yōu)化模型對各國基于GDP和人口歷史碳排放進行重新分配,得到各國歷史碳排放的配額,同時優(yōu)化后的碳排放基于GDP和人口Gini系數(shù)值均低于實際的Gini系數(shù)值,并且低于0.4的警戒值,得到綜合考慮GDP和人口歷史碳排放最優(yōu)的公平分配結(jié)果.
3.2 將全球132個國家的歷史碳排放配額與實際值進行求差,得到各國的歷史碳排放的赤字與剩余量,相當于各國歷史碳排放責任量.結(jié)果表明美國是歷史碳排放赤字最多的國家,印度、中國是歷史碳排放剩余最多國家.
3.3 綜合考慮各國各代GDP和人口指標,利用碳排放優(yōu)化分配模型得到各國未來的碳排放配額,并在綜合考慮各國歷史碳排放情況基礎(chǔ)上得到各國未來的碳排放權(quán),其中中國、印度等國家人口最多,經(jīng)濟所占全球比例也較高,在未來獲得最多的碳排放權(quán).
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* 責任作者, 教授, zengwh@bnu.edu.cn
Allocation of carbon emissions right based on the intergenerational equity
WANG Hui-hui1, LIU Heng-chen1, HE Xiao-jia2, ZENG Wei-hua1*
(1.School of Environment, Beijing Normal University, Beijing 100875, China;2.The Administrative Center for China's Agenda 21, Beijing 100038, China)., 2016,36(6):1895~1904
In this study we used the Gini coefficient optimization model to optimize the allocation of carbon emission quotas in history basing on data of population, GDP and carbon emissions from 132 countries by 1901 to 2005, taking the equity of historical intergenerational and intra-generational into account. We also allocated a equitable distribution of carbon emission permits for various countries in the future. The Gini coefficient value of carbon emission quotas in history were lower than the actual value based on GDP and population from various countries, and were below 0.4 of warning value, and obtained an optimal carbon emission quotas allocation that comprehensively considered the history of various countries’ GDP and population. The analysis of carbon emissions remaining quantity and the deficit quantity in history from various countries showed that the United States had the largest historical carbon deficit, India and China had the largest historical carbon remaining quantity. Meanwhile, considering the history of carbon emissions, the future carbon emission permits of various countries showed that China, India and other countries had the largest population, the economic proportion of the world were higher, and thus can get the most carbon emission permits in the future.
intergenerational equity;allocation of carbon emissions right;carbon emission quotas;equity
X51
A
1000-6923(2016)06-1895-10
王慧慧(1989-),男,安徽樅陽人,北京師范大學博士研究生,主要從事環(huán)境影響評價及環(huán)境規(guī)劃與管理研究.發(fā)表論文6篇.
2015-11-02
中國清潔發(fā)展機制基金贈款項目(2013049);國家水體污染控制與治理科技重大專項(2012ZX07102-002-05)