“煤改氣”背景下江蘇省能源結(jié)構(gòu)升級(jí)減排潛力研究

曹雪梅 趙文昊 寇晨陽

摘要：本文基于江蘇省“十三五”的碳強(qiáng)度目標(biāo)約束和“煤改氣”的大環(huán)境，以江蘇省能源結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，以碳減排為目標(biāo)，運(yùn)用馬爾科夫鏈（MC）等方法預(yù)測(cè)了2018-2030年江蘇省碳強(qiáng)度趨勢(shì)，評(píng)估了能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化對(duì)實(shí)現(xiàn)江蘇省碳強(qiáng)度目標(biāo)的貢獻(xiàn)潛力。結(jié)論為若僅靠能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化，江蘇省目前還無法實(shí)現(xiàn)碳強(qiáng)度目標(biāo)，若能繼續(xù)推進(jìn)換煤減煤工作并采取一系列系統(tǒng)性對(duì)策，則完全可能實(shí)現(xiàn)江蘇省碳強(qiáng)度目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：能源結(jié)構(gòu);碳強(qiáng)度目標(biāo);碳排放;馬爾科夫鏈

1引言

能源結(jié)構(gòu)問題一直受到各界的關(guān)注。囿于“富煤、貧油、少氣”的能源稟賦格局，中國(guó)的能源結(jié)構(gòu)一直以煤炭為主。江蘇的GDP總量近年來一直高居全國(guó)前三甲。在經(jīng)濟(jì)飛速增長(zhǎng)的同時(shí)，能源消耗量也在快速增加。以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)也造成空氣污染嚴(yán)重等問題。為改善環(huán)境質(zhì)量，江蘇省出臺(tái)了一系列的文件，提出了優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)的目標(biāo)和措施，要求削減煤炭消費(fèi)總量，實(shí)施清潔能源替代，改善大氣環(huán)境質(zhì)量，切實(shí)提升生態(tài)文明建設(shè)水平。

學(xué)者們圍繞碳排放約束下能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整、能源結(jié)構(gòu)與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的關(guān)系、環(huán)境要素與能源結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系等方面展開的研究均顯示出優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)是降低碳強(qiáng)度的有效途徑之一。但現(xiàn)有研究多集中于國(guó)家層面，未考慮到各省市在資源稟賦、工業(yè)基礎(chǔ)等方面存在較大差異性，得到的結(jié)論和相關(guān)建議難以對(duì)各省市起到指導(dǎo)實(shí)踐的目的。此外，目前尚無文獻(xiàn)研究能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化對(duì)江蘇省節(jié)能減排的貢獻(xiàn)潛力，為了彌補(bǔ)該空白，本文以江蘇省能源結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，運(yùn)用情景模擬、MC等學(xué)科方法對(duì)未來的能源結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)測(cè)，探討能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級(jí)對(duì)江蘇省碳強(qiáng)度的貢獻(xiàn)潛力。本文的研究對(duì)江蘇省推進(jìn)換煤減煤工作、保護(hù)環(huán)境有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

2江蘇省GDP和一次能源消費(fèi)預(yù)測(cè)

本節(jié)基于對(duì)GDP和能源消費(fèi)總量的增長(zhǎng)率，對(duì)江蘇GDP和一次能源消費(fèi)量進(jìn)行預(yù)測(cè)，相關(guān)數(shù)據(jù)來自于歷年的《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》和《江蘇統(tǒng)計(jì)年鑒》。

2.1江蘇省GDP預(yù)測(cè)（2008-2030年）

能源消費(fèi)是推動(dòng)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）增長(zhǎng)的動(dòng)力之一，國(guó)家經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中對(duì)能源的利用程度，反映經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和能源利用效率的變化。江蘇省的GDP從2004年的15003.6億元達(dá)到了2017年的85869.8億元，經(jīng)計(jì)算，年均增長(zhǎng)率高達(dá)14.36%。江蘇省“十三五”規(guī)劃中，明確了該期間經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的總體目標(biāo)：GDP將達(dá)10萬億元左右，經(jīng)濟(jì)平均增速設(shè)定為7.5%左右。

江蘇省GDP情景預(yù)測(cè)模型：

其中，r為GDP年均增長(zhǎng)率。

對(duì)于江蘇省GDP未來變動(dòng)趨勢(shì)的設(shè)定，根據(jù)江蘇省“十三五”規(guī)劃要求并借鑒王平等（2013）的研究思路，本文把江蘇省未來13年的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)設(shè)定為高速、中速和低速三種情景：I高速：年增長(zhǎng)率13.21%;II中速：年增長(zhǎng)率7.5%;III低速：年增長(zhǎng)率5%。據(jù)此，2030年江蘇省GDP將達(dá)到：430866.3（情景I）、219862.1（情景II）和161920.2（情景III）億元。

2.2江蘇省一次能源消費(fèi)量預(yù)測(cè)

本節(jié)結(jié)合國(guó)家“十三五”進(jìn)一步加強(qiáng)能源消耗總量和強(qiáng)度“雙控”的目標(biāo)，運(yùn)用2007-2017年江蘇一次能源消費(fèi)量建立情景預(yù)測(cè)模型，來預(yù)測(cè)2018-2030年江蘇省一次能源消費(fèi)量。經(jīng)計(jì)算，江蘇省一次能源消費(fèi)量從2007年的19484.45萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤高速增長(zhǎng)至2017年的32035.20萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，年均增長(zhǎng)率為5.09%。我國(guó)明確要求，“十三五”時(shí)期能耗累計(jì)下降17%

江蘇省一次能源消費(fèi)量情景預(yù)測(cè)模型：

其中，Energy為一次能源消費(fèi)量，r為一次能源消費(fèi)量年均增長(zhǎng)率。

根據(jù)江蘇省一次能源消費(fèi)總量的歷史變化趨勢(shì)并結(jié)合“十三五”規(guī)劃中能源強(qiáng)度“雙控股”目標(biāo)，設(shè)定江蘇省一次能源消費(fèi)總量未來增長(zhǎng)趨勢(shì)三種情景：I維持不變：年增長(zhǎng)率5.09%;II適度控制：年增長(zhǎng)率2.53%;III強(qiáng)化控制：年增長(zhǎng)率0.50%。據(jù)此，2030年江蘇省一次能源消費(fèi)總量將達(dá)到：61083.7（情景I）、44329.2（情景II）和34181.1（情景III）萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤。

3江蘇省一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)

由于未來的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)通常根據(jù)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的過去情況和現(xiàn)在情況來進(jìn)行預(yù)測(cè)，且能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的變動(dòng)符合MC無后效性的特點(diǎn)，因此，本文采用馬爾可夫鏈模型進(jìn)行能源結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)。

3.1確定狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率矩陣

本文通過研究風(fēng)水核電，煤炭，石油以及天然氣這幾種能源占一次能源消費(fèi)總量比例來進(jìn)行江蘇省能源結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)。用Pij來表示一步狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率（即從狀態(tài)i轉(zhuǎn)移到狀態(tài)j的概率），其中每行的概率之和為1，由此可用矩陣表示為

3.2確定初始狀態(tài)向量

根據(jù)歷年江蘇省相關(guān)能源數(shù)據(jù)，選取合適的初始狀態(tài)來確定該模型的初始狀態(tài)向量，則S1，S2，S3，S4分別記為煤炭，石油，天然氣和其他能源占一次消費(fèi)能源的總量比例，可確定初始狀態(tài)向量S（0）=（S1（0），S2（0），S3（0）.S4（0））

3.3能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)

Sn=s（0）.Pn

據(jù)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移概率矩陣的算法，從n時(shí)刻到n+1時(shí)刻，若一種能源占總能源消費(fèi)量的比例增加，則該能源的保留概率為1，同時(shí)該能源不向其他能源進(jìn)行轉(zhuǎn)移。據(jù)轉(zhuǎn)移概率矩陣的設(shè)定，每行元素和為1，則該能源向其他能源的轉(zhuǎn)移概率元素都為0;若一種能源占總能源消費(fèi)量比例減少，則該能源保留概率為N+1時(shí)刻的比例除以N時(shí)刻的比例。同時(shí)該能源不會(huì)吸收其他能源的轉(zhuǎn)換，即該列的吸收概率元素值為0。據(jù)每行的元素和必須為1，計(jì)算出該能源向其他能源的轉(zhuǎn)移概率元素，得到2004年到2017年的轉(zhuǎn)移概率矩陣。

本文直接將多年的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移概率矩陣作為乘數(shù)，對(duì)未來能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)測(cè)，將N年作為一個(gè)時(shí)間段來構(gòu)建轉(zhuǎn)移概率矩陣，更符合馬爾科夫過程要求的平穩(wěn)性及長(zhǎng)期性。根據(jù)預(yù)測(cè)年份與已知年份的時(shí)間間隔，預(yù)測(cè)2030年的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，現(xiàn)已知2004年到2017年的一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，則將2004年到2017年時(shí)間間隔看作一個(gè)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的時(shí)段，計(jì)算2004年到2017年的能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移概率矩陣

將2017年能源結(jié)構(gòu)矩陣與十三年轉(zhuǎn)移概率矩陣相乘，得到2030年江蘇省一次能源消費(fèi)構(gòu)成為：風(fēng)水核電32.76%，煤炭28.65%，石油23.24%，天然氣44.55%。

4能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化對(duì)實(shí)現(xiàn)江蘇省碳強(qiáng)度目標(biāo)的貢獻(xiàn)潛力

4.1江蘇省能源消費(fèi)碳排放量測(cè)算

據(jù)聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）《國(guó)家溫室氣體排放清單指南（2006）》推薦的參考方法，測(cè)算江蘇省能源消費(fèi)碳排放量的公式如下：

其中，CO2為能源消費(fèi)碳排放量;Ki為第i種一次能源碳排放系數(shù)。本文采用中國(guó)國(guó)家發(fā)改委能源研究所推薦的各一次能源的碳排放系數(shù)（煤炭、石油、天然氣、非化石能源依次為0.7476、0.5825、0.4435、0，單位：t碳/t標(biāo)準(zhǔn)煤）（王鋒等，2011）;Ei為i種一次能源的消費(fèi)量，i為一次能源種類。基于本文2.2節(jié)的預(yù)測(cè)結(jié)果，三種不同情景下2030年江蘇省碳排放量：70067.08（情景I）、62181.45（情景II）和54011.78（情景III）萬t。

4.2各情景下江蘇省碳強(qiáng)度預(yù)測(cè)

如表1所示，到2030年，在能源結(jié)構(gòu) “小幅調(diào)整”下的碳強(qiáng)度為0.4481t/萬元，對(duì)比2017年下降幅度達(dá)40.38%;“中幅調(diào)整”下為0.4287t/萬元，下降幅度達(dá)42.96%;“大幅調(diào)整”下為0.4093t/萬元，下降幅度達(dá)45.54%。

4.3能源結(jié)構(gòu)升級(jí)對(duì)江蘇省碳排放目標(biāo)的減排潛力

據(jù)表1，以經(jīng)濟(jì)增速為中速為例，若不考慮江蘇省長(zhǎng)期能源發(fā)展規(guī)劃的影響，能源結(jié)構(gòu)在小幅調(diào)整模式下，對(duì)碳強(qiáng)度目標(biāo)的貢獻(xiàn)潛力為4.9451%;若煤炭的比例用天然氣（38%）和石油（14%）的比例來替代，即能源結(jié)構(gòu)在中幅調(diào)整的模式下，其對(duì)碳強(qiáng)度目標(biāo)的貢獻(xiàn)潛力為11.3939%;若在實(shí)現(xiàn)了江蘇省的能源調(diào)整規(guī)劃條件下又考慮了天然氣和石油的消費(fèi)引導(dǎo)，即能源結(jié)構(gòu)在大幅調(diào)整的模式下，碳強(qiáng)度目標(biāo)的貢獻(xiàn)潛力為17.8427%。通過表1、表2整體分析，在相同的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)下，能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整幅度越大，碳強(qiáng)度下降幅度就越大，能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化對(duì)實(shí)現(xiàn)碳強(qiáng)度目標(biāo)的貢獻(xiàn)潛力也就越高;在相同的能源結(jié)構(gòu)調(diào)整幅度下，經(jīng)濟(jì)增速越低，碳強(qiáng)度下降幅度越小，則能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化對(duì)碳強(qiáng)度的貢獻(xiàn)潛力越高。

5結(jié)論

本文基于情景預(yù)測(cè)模型對(duì)江蘇省2018-2030年能源的需求量和相關(guān)變量預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上，通過MC模型預(yù)測(cè)了不同約束條件下能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的變化趨勢(shì)，分為12種組合情景預(yù)測(cè)了2030年江蘇省的碳強(qiáng)度值，并分析了其中9種情景下2030年能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化對(duì)江蘇省碳強(qiáng)度目標(biāo)的貢獻(xiàn)潛力，得出以下結(jié)論：

（1）由于研究能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化對(duì)江蘇省碳強(qiáng)度目標(biāo)的貢獻(xiàn)潛力，應(yīng)排除其他因素如產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、技術(shù)水平、能源利用率等對(duì)江蘇省碳強(qiáng)度目標(biāo)的貢獻(xiàn)。因此，本文對(duì)“貢獻(xiàn)潛力”提出了新的定義，即指不同能源結(jié)構(gòu)調(diào)整幅度情景中碳強(qiáng)度的“下降幅度”相對(duì)于不調(diào)整時(shí)碳強(qiáng)度“下降幅度”的增加值與碳強(qiáng)度“目標(biāo)下降幅度”的比值。

（2）江蘇省降低碳強(qiáng)度的有效措施之一是能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化，江蘇省碳強(qiáng)度目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)也受經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)情況的影響。在同一種經(jīng)濟(jì)增速情景下，能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整幅度越大，碳排放量與碳強(qiáng)度值越小，碳強(qiáng)度下降幅度越大，對(duì)實(shí)現(xiàn)低碳目標(biāo)的貢獻(xiàn)潛力越大;在同一種能源結(jié)構(gòu)調(diào)整幅度情景下，經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)速度越低，碳排放量越小，碳強(qiáng)度值越大，碳強(qiáng)度下降幅度越小，但對(duì)實(shí)現(xiàn)江蘇省碳強(qiáng)度目標(biāo)的貢獻(xiàn)潛力越大。

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作者簡(jiǎn)介：

曹雪梅，女，1997.2.3，河北涿州人，漢族，南京信息工程大學(xué)，研究方向物流管理。

趙文昊，女，1998.4.10，河北平泉人，漢族，南京信息工程大學(xué)，研究方向物流管理。

寇晨陽，男，1998.5.2，河北深州人，漢族，南京信息工程大學(xué)，研究方向物流管理。