• 摘要
• 简介
• 创新路径的描述
• 分析和结果
• 结论
• 反应
• 致谢
• 文献引用

本文介绍并讨论了一套旨在减少美国未来40年碳排放的综合政策。这创新路径还旨在提高环境质量，特别是通过减少标准空气污染物的排放，减少美国对进口石油的依赖，并在能源生产和消费中促进技术创新和扩散。创新路径将使整个经济的碳排放比2010年的基线预测减少26%，比2030年的基线预测减少62%;这意味着2010年比1990年的水平低10%，2030年比1990年的水平低45%。标准污染物的排放也将大幅减少，美国的石油进口也将大幅减少。此外，到2010年，这条创新之路将为美国累计净节省2180亿美元(1993年美元)，按年平均计算为190亿美元，到2010年将在全国新增80万个就业岗位。尽管创新路径分析的总体结果是稳健的，但由于未来成本、价格、技术性能和消费者行为的不确定性，结果应该被视为指示性的，而不是精确的预测。

关键词:空气污染、碳排放、气候变化政策、成本与收益、创新路径分析、美国经济。beplay竞技

主要由化石燃料燃烧向大气中排放的二氧化碳造成的全球气候破坏的可能性，对物理、经济、生态、健康、人口和政治造成严重后果。这一威胁已经动员国际社会就具有法律约束力的碳排放限制进行谈判。美国每年的碳排放量占世界碳排放量的20%(世界资源研究所，1996年)，虽然美国已原则上同意在2000年后期间实行这种限制，但它还没有提出具体的目标。

美国的碳排放量与GDP之比非常高，这源于其能源的高强度使用，这可能意味着遵守气候保护目标将使经济付出高昂的代价。然而，在减少美国经济各个部门的温室气体和污染物排放方面，仍有许多具有成本效益的机会。这篇论文总结了一项政策分析，这些政策将在未来40年里大幅减少美国的能源使用和碳排放。在近中期(2010年之前)的技术假设是有意谨慎的，仅限于商业上可用的产品或现有产品直接的进化改进。旨在在短期内加速传播这些更有效和低碳技术的政策，以及由此产生的这些技术的部署和使用，可有助于在长期内刺激更大的重大技术进步。

完整的“能源创新(1997)”研究可在http://www.tellus.org/ei．它是由五个组织合作进行的:节约能源联盟、美国节能经济委员会、自然资源保护委员会、特勒斯研究所和忧思科学家联盟。

构成创新路径的个别政策措施针对美国经济的五个主要能源使用部门:住宅建筑、商业建筑、工业、交通和电力，它们旨在实现各自的不同目标，相互加强和补充。评估的政策通过增加节能技术在经济中的渗透、促进改用更清洁的燃料以及降低对能源服务的需求来减少碳排放。

在住宅、商业、工业和交通四大最终用途领域，创新路径的总体重点是市场转型。通过结合效率标准、激励措施、研究、开发和示范(RD&D)、自愿计划、定价策略、补贴、信息传播和消费者教育来减少需求，并以更清洁的燃料满足需求。

在电力部门，使用了资源组合标准(RPS)和系统收益收费(SBC)来增加可再生技术的渗透。与此同时，减少碳、二氧化硫、氮氧化物和颗粒物总排放量的上限鼓励人们放弃使用碳密集、污染严重的燃料。2010年以后，老旧的燃煤电厂将有系统地退役，以加快电厂的更新换代，并促进电力部门减少碳排放。

创新路径的影响是通过计算构成政策或政策组对能源服务需求以及燃料和技术选择的影响来确定的。截至2010年，大部分综合创新路径分析是使用美国能源部(DoE)的国家能源建模系统(NEMS)进行的，辅以工业部门和交通运输以及供需端可再生能源渗透率的一些方面的辅助分析。NEMS模型是美国能源部能源信息管理局开发的一种能源经济模型，目的是预测能源生产、消费和价格，并为国内能源政策分析提供一个框架。如《1996年能源年度展望》所述，燃料价格、技术成本和特性等关键参数已在1996年版本的NEMS中更新为它们的值。在2010年后的时期，创新路径的分析完全是“离线”进行的，NEMS模型仅用于对标目的。

在40年的时间范围内，创新路径将基本情况下一次能源消费的40%增长(从85 Quads到119 Quads)逆转为20%的下降(下降到69 Quads)，如图1a和b所示。在2010年前的时期，创新路径的消费总体减少更为温和，一次能源使用基本稳定。从2010年以后创新路径上一次能源消耗的迅速下降可以看出，长期的节能效应是由于所有部门的能源效率提高的叠加。

图1所示。(a)基本情况下的一次能源消耗，和(b)创新情况下的一次能源消耗。 一) b)

在运输部门，所有运输方式的燃油节约大大增加，而总的旅行需求同时减少。在工业方面，先进的天然气技术和极其高效的热电联产(CHP)设施到2030年完全消除了从电网购买电力的工业需求，从而相对于2030年的基本情况显著减少电力部门的总发电量。由于建筑部门采用了更有效的最终使用技术，电力需求也降低了。在发电方面，高效天然气联合循环和燃料电池发电技术在2010 - 2030年期间的作用显著提高，进一步减少电力部门的一次能源消耗。

在基本情况下，最终用途能源消耗将增加48%，从1990年的64 quadad增加到2030年的近95 quadad，代表每年平均增长1%。然而，在创新的道路上，最终用途的消费在这40年期间下降到57个四分之一，比1990年的水平低11%左右。这表示每年减少0.3%。

最终用途能源消耗的降幅最大的是电力和石油，在2030年的创新路径中，这两种能源消耗都比基本情况下降低了50%，与1990年的水平相比下降了约30%。这些各自减少的主要原因是燃料经济性的改善和交通部门可再生燃料的出现，以及由于现场热电联产设施，到2030年工业部门将不再购买电力。与1990年相比，到2030年，可再生燃料的总最终用途消费在创新路径上几乎翻了两倍，比基本情况下的预测高出80%。

到2030年，可再生资源约占一次能源的三分之一，远高于基本情况预测中40年8%至11%的增幅。图2为创新路径中一次可再生能源消费的分解情况。在1990年至2010年的创新路径上，风能，尤其是生物质能和地热，在可再生能源消费中占了近一倍的比例。1990年的生物质贡献主要是用于发电的城市固体废物和用于工业能源设施的木材。2010年以后，由于生物质在工业和交通运输中作为燃料的使用增加，其消耗迅速增加，太阳能的使用也急剧增加。

图2所示。一次可再生能源消费创新路径。

到2030年，50%的一次可再生能源由生物质提供。大约三分之一的生物量用于发电;因此，到2020 - 2030年，可再生能源发电的组合将相当均匀地分散在各种资源上。根据该部门发电量的减少，到2030年，电力部门对一次可再生能源消费的贡献将下降到约60%。

图3显示了1990年、2010年和2030年的基本情况和创新路径下，五个部门中每个部门的化石燃料燃烧产生的碳排放快照。在基本情况演变下，碳排放总量以每年近1%的速度增长，接近1900 x 10⁶公吨，这一数字比1990年高出40%(图3a)。另一方面，在创新路径中，2010年碳排放较1990年水平减少10%，2030年较1990年水平减少45%(图3b)。2030年，创新路径的碳排放总量将比基本情况低60%。

图3所示。化石燃料燃烧产生的碳排放为基本情况(base)和创新路径(Policy)。

图4a和4b分别比较了基本情况和创新路径下的碳排放，并根据电力消耗将发电部门的排放分配给四个最终使用部门。在基本情况下(图4a)，工业和交通部门的碳排放在1990年至2030年期间稳步增长。另一方面，在住宅和商业部门，由于基本情况下潜在的效率提高，碳排放仅略有增长。在创新路径中(图4b)，由于能源效率的提高，燃料转向低碳燃料(包括可再生能源)，以及创新路径中发电的低碳强度，所有四个部门的碳排放都急剧下降。

图4所示。(a)基本情况和(b)创新路径中的碳排放。 一) b)

一般来说，实现创新路径中所描述的碳减排的成本来自于相对于基本情况的部门资本存量的增量投资(即加热器、汽车、发电厂)，以及管理政策所产生的任何额外成本(即住宅和商业部门的器具标准)。与基本情况相比，这一创新路径的好处在于这五个部门的政策节省了燃料。

图5显示了相对于基本情况，住宅部门创新路径的累积成本和收益。结果表明，2008年累计收益超过了累计成本。然而，基于净现值(NPV)，折现成本略高于折现收益。直到2000年之后，收益才开始显著增加，因为创新路径上的住宅零售电价相对于基本情况(根据NEMS计算)增加，有效地抵消了该部门因能效政策而减少的用电量。

图5所示。住宅领域创新路径的累积成本和收益。

图6显示了在商业部门，相对于基本情况，创新路径的累积成本和收益。1995年以后，这一部门的累计收益超过了累计费用;到2010年，收益是净现值基础上成本的8倍。这个部门比住宅部门有更多的保育机会。此外，市场转型政策鼓励相当一部分商业实体将几种最终用途的燃料转换为在其生命周期内比以前的燃料更便宜的技术。

图6所示。商业领域创新路径的累积成本和收益。

在工业部门，与创新路径相关的成本直接使用长期工业能源预测(LIEF)模型计算(Ross et al. 1993)。该模型计算了每个工业分部门的电力和非电力节约能源的平均成本，按该工业的平均能源价格计算。然后，该模型将该因子乘以年度电力和非电力能源节约，得出一系列年度资本投资。图7显示，创新路径的累积成本和收益几乎是同步增加的，到2010年，成本最终略高于收益。

图7所示。工业部门创新路径的累积成本和收益。

在运输部门，图8显示燃料节省几乎从一开始就超过成本，因为在短期内，由政策引起的轻型车辆的燃料经济性改善机会的增量成本非常低。2010年之前的所有效率提升都是通过对传统汽车技术的改进实现的，这主要源于对现有技术的重新优化，以实现更高的燃油经济性，而不是像当前市场趋势所显示的那样，追求更高的豪华和性能。整个期间，该行业创新路径的收益成本比约为4:1。

图8所示。运输部门创新路径的累积成本和收益。

在电力部门(图9)，由于供应方面的政策，资本、操作和维护(运维)和批发成本都比基本情况增加，反映燃料转换所产生的资源成本增加。另一方面，由于可再生能源发电的增加而没有燃料成本，以及由于电价上涨而降低的需求，总燃料成本下降了。碳排放的减少来自于转向更清洁的资源，该行业每减少一吨二氧化碳的成本为20美元₂．如果电力部门减少碳排放的成本也分配给减少标准污染物的排放，那么成本就降低到每公吨二氧化碳14美元₂．

图9所示。电力部门创新路径的累积成本和收益。

创新路径的总收益大大超过了总成本，在世纪之交之前，收益超过了成本，到2010年，以净现值为基础，最终增加了4000亿美元。图10按部门提供了创新路径的年度、水平化、全经济成本和效益的细目。在此期间，每年的平均增量投资成本接近290亿美元。然而，每年的燃油平衡节约将超过480亿美元，每年的平衡节约将超过190亿美元。

图10所示。按部门计算创新路径的年度、水平化、全经济范围的成本和效益。

创新路径对宏观经济的影响显然是积极的。2010年预计的GDP增长为28亿美元，与2010年预计的9.3万亿美元GDP相比，这只是一个零头。2010年工资和薪金收入增加了140亿美元，相对于基本情况增加了0.27%。最后，创新路径预计将对全国就业产生积极的总体影响，在2010年增加近80万个新就业岗位。

除了显著改变美国“一切照旧”的碳排放轨迹外，创新路径还显著减少了经济各部门标准污染物的排放。图11a - e比较了来自所有经济部门的五种主要污染物的预计排放轨迹:二氧化硫(SO₂)、氮氧化物(NO_x)、一氧化碳(CO)、微粒物质(PM₁₀)和挥发性有机化合物(VOC)。

FIG.11。在标准污染物创新路径下的预测排放轨迹:(a)二氧化硫(SO2)， (b)氮氧化物(NOx)， (c)一氧化碳(CO)， (d)微粒物质(PM10)和(e)挥发性有机化合物(VOC)。 一个)2 b)没有x c)有限公司 d)点10 e)挥发性有机化合物

本文总结的分析探讨了美国在减少碳排放方面的技术和经济潜力。研究结果表明，一个综合的、多部门的创新路径可以显著减少碳排放，同时为美国经济带来净效益。创新路径使碳排放比2010年的基线预测减少26%，比2030年的基线预测减少62%，相当于在2010年比1990年的水平减少10%，在2030年比1990年的水平减少45%。这些构成政策还提供了实质性的附加利益，包括标准污染物排放的减少、美国石油进口的减少以及刺激与能源相关的技术创新和向经济扩散。

创新路径对经济和宏观经济的影响是积极的。到2010年，它每年平均节省190亿美元(1993年美元)，并相对于“一切照旧”的情况增加了GDP、个人收入和就业。

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作者要感谢以下人员的投入和贡献:美国节能经济委员会的John DeCicco和Neal Elliott;杰森·马克和罗兰·黄，忧思科学家联盟;美国环境保护局斯基普·莱特纳;自然资源保护委员会的彼得·米勒和丹·拉什夫;以及特勒斯研究所的迈克尔·鲁斯。作者还想对忧思科学家联盟的奥尔登·迈耶、美国节能经济理事会的霍华德·盖勒和节能联盟的道格·诺兰德表示感谢，感谢他们的投入和指导。

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