基于灰色模型的湖南省能源碳排放預(yù)測分析

舒　懿，周躍云

（湖南工業(yè)大學(xué) 建筑與城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)院，湖南 株洲 412007）

基于灰色模型的湖南省能源碳排放預(yù)測分析

舒懿，周躍云

（湖南工業(yè)大學(xué) 建筑與城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)院，湖南 株洲 412007）

通過模型計算2008—2013年湖南省因能源消耗而導(dǎo)致的碳排放、地均碳排放、人均碳排放、碳排放強(qiáng)度等碳排放量指標(biāo)；基于灰色模型對湖南省未來5年能源碳排放量進(jìn)行預(yù)測。研究結(jié)果表明，湖南省能源消耗仍以工業(yè)方面的能源消耗為主，且所占比重較大；對于清潔能源使用率還有較大的上升空間；經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平對湖南省能源碳排放量影響較大。預(yù)測結(jié)果表明，從能源消耗結(jié)構(gòu)上來看，工業(yè)能源消耗正在逐漸下降；從能源消耗的種類上來看，對清潔能源的使用率正在增加，但其速率相對于經(jīng)濟(jì)增長仍然較緩慢。因此，要促進(jìn)湖南省低碳發(fā)展還需要進(jìn)一步調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，增加清潔能源的使用。

灰色模型；湖南省；能源碳排放；地均碳排放；人均碳排放

0　引言

2007年12月國務(wù)院批準(zhǔn)長株潭城市群和武漢城市群為全國資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會建設(shè)綜合配套改革試驗區(qū)，要求改革試驗區(qū)深入貫徹落實科學(xué)發(fā)展觀［1］。2011年，湖南省政府發(fā)布了《湖南省國民經(jīng)濟(jì)與社會發(fā)展“十二五”規(guī)劃綱要》，該綱要指出要堅持把建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會作為加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的重要著力點，加快建設(shè)“綠色湖南”［2］。無論是兩型社會的建設(shè)還是綠色湖南的建設(shè)都離不開低碳發(fā)展，由此可見低碳發(fā)展的重要性以及必須性。

張?zhí)招碌龋?］的研究表明，2005—2009年湖南省株洲市單位GDP能耗有所下降，但其下降速度仍然低于GDP的增長速度，以煤炭為主的能源消耗形式仍未得到根本轉(zhuǎn)變。本文將通過碳排放量計算模型對湖南省能源消耗所產(chǎn)生的的碳排放量進(jìn)行計算，同時基于灰色理論構(gòu)建灰色模型，利用MATLAB軟件對湖南省2014—2018年能源消耗碳排量放進(jìn)行預(yù)測，并對預(yù)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以期能為湖南省低碳的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整提供借鑒。

1　湖南省能源消耗情況及分析

兩型社會指的是環(huán)境友好型社會和資源節(jié)約型社會，與低碳發(fā)展的概念雖然存在差異，但其根本目的是一致的，因此，可以將其視為湖南省低碳發(fā)展的實踐目標(biāo)。湖南省2008—2013年能源消耗總量以及各種能源消耗所占比重見表1（數(shù)據(jù)來源：湖南省統(tǒng)計年鑒）。

表1　湖南省2008—2013年能源消耗總量以及各種能源消耗比重Table 1　The total energy consumption and the proportion of various energy consumption in Hunan Province in 2008—2013

由表1可知，湖南省的能源消耗主要以煤品燃料為主，煤品燃料的消耗比重達(dá)到了湖南省能源消耗總量的60%以上。2008—2013年湖南省煤品燃料的消耗比重 呈整體降低趨勢，但降低的速度較緩慢，煤品燃料仍然是能源消耗的主要組成部分。2008—2013年，湖南省煤品燃料的消耗在這5年期間下降了3.81%，但2013年比2012年增長了1.42%，2013年煤品燃料消耗所占比重高達(dá)62.23%。2008—2013年，湖南省油品燃料消耗比重基本持平，僅11%左右，與煤品燃料消耗有較大的差距，但其對碳排放量的影響不容忽視。2008—2013年，湖南省對天然氣的使用所占比重呈逐年增長趨勢，但增長速率較慢，5年期間內(nèi)僅增長了0.67%，年均增長率為12%。2008—2013年湖南省對水電、風(fēng)電、核電以及天然氣等清潔能源使用率整體呈下降趨勢，5年來下降了3.05%。2008—2013年湖南省對其他能源的使用率所占比重逐漸增長，5年增長了6.12%。

綜上所述，2008—2013年，湖南省的能源消耗年均增長率為7.29%。煤品燃料的使用所占比重雖有所下降，但仍然是湖南省能源消耗的主要組成部分；對于天然氣以及水電、風(fēng)電、核電等清潔能源的使用比重也有所下降，但不是能源消耗的主要部分。

2　湖南省碳排放數(shù)據(jù)核算

2.1能源碳排放計算模型選擇

能源消耗碳排放是個復(fù)雜的動態(tài)化過程，特別是由于能源消耗碳排放具有驅(qū)動因子多、涉及領(lǐng)域廣、影響范圍較大等特征。通過比較多種碳排放的計算模型，參考聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）的碳排放計算指南，并考慮湖南省能源使用現(xiàn)狀，在計算湖南省因能源消耗引起的碳排放量（簡稱能源碳排放）時，選擇式（1）的模型進(jìn)行估算［4］。

式中：C為能源消耗引起的總碳排放量；

Ci為第i類能源消耗引起的的碳排放量；

Ei為第i類能源的消耗量；

Fi為第i類能源消耗的碳排放強(qiáng)度，即能源的碳排放系數(shù)。

湖南省能源消耗量逐年遞增，主要消耗的能源有煤品燃料、油品燃料、天然氣、電能4種，其中電能是指水電、風(fēng)電、核電等新能源。因此，在應(yīng)用式（1）的模型估算碳排放量時，i類能源是指煤品燃料、油品燃料、天然氣、電能4種。根據(jù)《中國可持續(xù)發(fā)展能源暨碳排放情景分析》（2003），國家發(fā)改委能源研究所采納的4種能源的碳排放系數(shù)如表2［5］所示。

表2　4種能源的碳排放系數(shù)Table 2　Carbon emission coefficient of four kinds of energy

2.2能源碳排放的計算與分析

根據(jù)湖南省2008—2013年各種能源消耗量，利用公式（1）碳排放估算模型，計算得到2008—2013年湖南省能源消耗引起的碳排放量結(jié)果如表3和圖1所示。

表3　2008—2013年湖南省各種能源消耗引起的碳排放量及總能源碳排放量Table 3　The carbon emissions from kinds of energy consumption and total energy carbon emission of Hunan Province in 2008—2013

圖1　2008—2013年湖南省各種能源消耗引起的碳排放量Fig.1　The carbon emissions from kinds of energy consumption of Hunan Province in 2008—2013

從表3以及圖1中可以看出，2008—2013年湖南省不僅各類能源消耗整體呈增長趨勢，由能源消耗引起的碳排放量也呈增長趨勢。通過計算得出由能源消耗引起的碳排放量5年來年均增長率為5.84%。能源消耗結(jié)構(gòu)正在進(jìn)行轉(zhuǎn)變，由大量消耗高碳能源逐漸向利用清潔能源轉(zhuǎn)變，但整體上轉(zhuǎn)變力度不大。

2.3湖南省能源碳排放量指標(biāo)計算與分析

根據(jù)2008—2013年湖南省各種能源碳排放量的估算結(jié)果，計算湖南省能源消耗碳排放強(qiáng)度、人均碳排放量、地均碳排放量這3項指標(biāo)。這3項指標(biāo)是從經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人口數(shù)量以及土地面積來反映能源消耗碳排放量的程度。能源碳排放強(qiáng)度表示單位GDP的能源碳排放量，是經(jīng)濟(jì)增長對高能耗產(chǎn)業(yè)依賴程度的反應(yīng)，并按公式（2）計算［6］。2008—2013年，湖南省能源消耗碳排放強(qiáng)度、人均碳排放量、地均碳排放量3項指標(biāo)的計算結(jié)果見表4。

表4　2008—2013年湖南省碳排放量指標(biāo)Table 4　The carbon emission index of Hunan Province in 2008—2013

根據(jù)表4可以得出，2008—2013年，湖南省能源消耗產(chǎn)生的碳排放量年均增長率為5.84%，GDP年均增長率為16.22%；湖南省地均碳排放量以及人均碳排放量整體呈上升趨勢，只有碳排放強(qiáng)度指標(biāo)在下降。2008—2013年，碳排放強(qiáng)度5年來下降了0.29。從表4的數(shù)據(jù)可以看出，能源消耗與經(jīng)濟(jì)發(fā)展存在正向影響關(guān)系，能源消耗情況將直接影響碳排放結(jié)果。周躍云等人［7］的研究表明，經(jīng)濟(jì)增長的變動將引起能源消耗的同向變動，經(jīng)濟(jì)增長也促進(jìn)了能源消耗的增長，即 GDP 的增加或減少，將會引起能源消耗量同向的增加或減少。2008—2013年湖南省能源消耗結(jié)構(gòu)如表5所示（數(shù)據(jù)來源：湖南省統(tǒng)計年鑒）。

表5　2008—2013年湖南省能源消耗結(jié)構(gòu)Table 5　The energy consumption structure of Hunan Province in 2008—2013 %

從表5中的數(shù)據(jù)可以看出，2008—2013年，湖南省能源消耗主要產(chǎn)生在工業(yè)方面，其次是生活消費。湖南省能源消耗結(jié)構(gòu)也正在發(fā)生轉(zhuǎn)變。轉(zhuǎn)變體現(xiàn)在工業(yè)方面的能源消耗逐年減少，生活消費等其他6個方面整體呈增長趨勢。

3　湖南省碳排放數(shù)據(jù)預(yù)測與分析

灰色理論是一門研究信息部分清楚、部分模糊并且數(shù)據(jù)帶有不確定性現(xiàn)象的應(yīng)用數(shù)學(xué)學(xué)科?；疑Ｐ蛣t是通過少量的、不完全的信息，建立灰色微分預(yù)測模型，對事物發(fā)展規(guī)律作出模糊性的長期描述。根據(jù)2008—2013年湖南省的現(xiàn)有數(shù)據(jù)情況，還不足以構(gòu)建一個完整的大數(shù)據(jù)庫。要對湖南省未來幾年的低碳發(fā)展情況進(jìn)行預(yù)測，需要利用灰色模型。通過MATLAB軟件建立灰色模型，基于灰色系統(tǒng)理論對2014—2018年湖南省5年的能源消耗、GDP、能源碳排放強(qiáng)度、地均碳排放、湖南省人口以及人均碳排放進(jìn)行預(yù)測。預(yù)測結(jié)果分別如表6和表7所示。

表6　2014—2018年湖南省各種能源消耗量預(yù)測結(jié)果Table 6　Forecast of various energy consumption of Hunan Province 2014—2018萬t標(biāo)準(zhǔn)煤

由表6可知，2014—2018年，湖南省對天然氣的使用量將持續(xù)增長，但年均增長率相對于2008—2013年略有下降，為19.54%；對水電、核電、風(fēng)電等能源的使用量持續(xù)增長，且年均增長率為5.27%；對油品燃料的使用年均增長率有所下降，為7.79%。

表7　2014—2018年湖南省能源碳排放相關(guān)數(shù)據(jù)預(yù)測結(jié)果Table 7　Forecast of the related data of energy carbon emission of Hunan Province in 2014—2018

根據(jù)表7中的預(yù)測數(shù)據(jù)計算得出，2014—2018年湖南省能源碳排放指標(biāo)增長量及年均增長率，結(jié)果見表8。

由表7和表8中的預(yù)測結(jié)果可知，2014—2018年，湖南省GDP將增長23 709.33億元，年均增長率將達(dá)到16.04%。人口將增長242.05萬人，年均增長率為0.82%。能源消耗引起的碳排放量將增加3 595.00萬t，年均增長率將達(dá)到6.62%。地均碳排放量將增加169.74 t/ km2，年均增長率為5.84%。

根據(jù)表5中的數(shù)據(jù)，通過MATLAB軟件建立灰色模型，基于灰色理論對2014—2018年湖南省能源消耗構(gòu)成進(jìn)行預(yù)測，預(yù)測結(jié)果如表9所示。

表8　2014—2018年湖南省能源碳排放相關(guān)指標(biāo)增長量及年均增長率Table 8　The energy carbon emission index growth and annual growth rate of Hunan Province in 2014—2018

表9　2014—2018年湖南省預(yù)測能源消耗構(gòu)成Table 9　The forecast of energy consumption structure of Hunan Province in 2014—2018%

從表9中的預(yù)測結(jié)果可知，2014—2018年，湖南省能源消耗仍然以工業(yè)消耗為主，但比例有所下降；交通運輸、倉儲和郵政業(yè)，批發(fā)零售業(yè)和住宿餐飲業(yè)，以及生活消費的能源消耗所占比例均有提升。

4　結(jié)語

近年來，湖南省經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源消耗日益增長，能源需求進(jìn)一步加大，對湖南省的能源安全構(gòu)成了巨大挑戰(zhàn)，節(jié)能減排變得尤為重要。

2008—2013年，湖南省能源消耗的構(gòu)成中，雖然工業(yè)能源消耗占一半以上的比例，但整體呈下降趨勢，表明湖南省正在對產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，能源消耗結(jié)構(gòu)也開始改變。根據(jù)2014—2018年的預(yù)測結(jié)果，湖南省對清潔能源的使用有所增加，同時對煤品燃料和油品燃料的使用有所降低。

加快低碳發(fā)展和低碳轉(zhuǎn)型，是湖南省建設(shè)“兩型社會”的重要內(nèi)容。低碳產(chǎn)業(yè)在工業(yè)、交通和建筑等眾多行業(yè)都存在許多發(fā)展機(jī)會，同時我國相對較低的減碳成本有利于低碳產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。不同低碳產(chǎn)業(yè)間的發(fā)展戰(zhàn)略也不盡相同，有必要進(jìn)一步對低碳產(chǎn)業(yè)及其發(fā)展戰(zhàn)略進(jìn)行優(yōu)化、升級。

從低碳發(fā)展的角度來看，湖南省產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型勢在必行。湖南省產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型不能僅依靠于抑制第二產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，還可以通過加強(qiáng)第一產(chǎn)業(yè)以及第三產(chǎn)業(yè)的建設(shè)來實現(xiàn)。

從低碳轉(zhuǎn)型的角度出發(fā)，可以采取的措施有：改變工業(yè)的使用能源，如加強(qiáng)對清潔能源的使用，采用低碳能源；提高工業(yè)技術(shù)，如，引進(jìn)先進(jìn)的低碳技術(shù)。

［1］歐陽澍. 基于低碳發(fā)展的我國環(huán)境制度架構(gòu)研究［D］. 長沙：中南大學(xué)，2011. OUYANG Shu. A Study on the Construction Environmental Legislation in the Prespective of Low-Carbon Development［D］. Changsha：Central South University，2011.

［2］［佚名］. 國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展十二五規(guī)劃綱要［EB/OL］.［2013-10-29］. http://hn.rednet.cn/c/2013/10/29/3182829. html.［Anon］. Twelfth “Five-Year” Plan for National Economy and Social Development［EB/OL］. ［2013-10-29］. http://hn. rednet.cn/c/2013/10/29/3182829.html.

［3］張?zhí)招拢苘S云，張旺，等. 株洲市低碳發(fā)展的基礎(chǔ)評價［J］. 湖南工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2010，24（6）：67-71. ZHANG Taoxin，ZHOU Yueyun，ZHANG Wang，et al. Evaluation on the Status of Zhuzhou City Low-Carbon Development［J］. Journal of Hunan University of Technology，2010，24（6）：67-71.

［4］Pew Center on Global Climate Chang. A Look at Emission Targets［EB/OL］. ［2010-10-12］. http://www.pewclimate. org/what_s_being_done/targets.

［5］國家發(fā)改委能源所，中國可持續(xù)發(fā)展能源暨碳排放情景分析課題組. 中國可持續(xù)發(fā)展能源暨碳排放情景分析綜合報告［R/OL］. ［2015-12-01］. http://down.pinggu.org/html/ 20100613/14757.html. China Sustainable Energy and Carbon Emission Scenario Analysis Task Group， Energy Institute of National Development and Reform Commission. Comprehensive Report on China's Sustainable Energy and Carbon Emission Scenario Analysis［R/OL］. ［2015-12-01］. http://down.pinggu. org/html/20100613/14757.html.

［6］岳超，胡雪洋，賀燦飛，等. 1995—2007年我國省區(qū)碳排放及碳強(qiáng)度的分析：碳排放與社會發(fā)展III［J］. 北京大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2010，46（4）：510-516. YUE Chao，HU Xueyang，HE Canfei，et al. Provincial Carbon Emissions and Carbon Intensity in China from 1995 to 2007：Carbon Emissions and Social Development，Ⅲ［J］. Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis，2010，46（4）：510-516.

［7］周躍云，趙先超，李昊. 湖南省能源消費與經(jīng)濟(jì)增長均衡關(guān)系實證分析［J］. 湖南工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2011，25（6）：75-80. ZHOU Yueyun，ZHAO Xianchao，LI Hao. Empirical Analysis on Equilibrium Relationship Between Energy Consumption and Economic Growth of Hunan［J］. Journal of Hunan University of Technology，2011，25（6）：75-80.

（責(zé)任編輯：鄧光輝）

Prediction and Analysis of Energy Carbon Emission in Hunan Province Based on Grey Model

SHU Yi，ZHOU Yueyun
（School of Architecture and Urban Planning，Hunan University of Technology，Zhuzhou Hunan 412007，China）

By model calculation of the carbon emission， carbon emission per square kilometer， per capita carbon emission and carbon emission intensity in Hunan Province from energy consumption in 2008—2013， predicts the energy carbon emission in Hunan Province in the next five years based on grey theory. The research results indicate that the energy consumption in Hunan province is still mainly in terms of industrial energy consumption， and the proportion is larger. For clean energy usage， there is a large increase space， and the level of economic development has a great impact on the energy carbon emission of Hunan Province. The predicted results show that from the energy consumption structure， the industrial energy consumption is gradually declining； from the energy consumption types， the use of clean energy is increasing， but its rate is still slow relative to the economic growth. Therefore in order to promote the development of low carbon in Hunan Province， it needs to further adjust the industrial structure and increase the use of clean energy.

grey model；Hunan Province；energy carbon emission；carbon emission per square kilometer；per capita carbon emission

X-01

A

1673-9833（2016）02-0058-05

10.3969/j.issn.1673-9833.2016.02.011

2016-01-19

舒懿（1991-），女，湖南株洲人，湖南工業(yè)大學(xué)碩士生，主要研究方向為低碳城鄉(xiāng)規(guī)劃與管理，E-mail：shuyi20140811@163.com