模擬情形下中國能源消費和碳排放的預(yù)測分析

金婷婷，童 霞，劉靜嫻

（南通大學(xué) 經(jīng)濟與管理學(xué)院， 江蘇 南通 226019）

碳排放是關(guān)于溫室氣體全排放的總稱或簡稱，由于二氧化碳是主要的溫室氣體，因此，往往將“碳排放”理解為“二氧化碳排放”。目前，中國已成為全球碳排放較大的國家之一。2019 年，中國二氧化碳排放量達101．7 億噸，占全球總量的28%。較低的煤炭價格限制了能源消費結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，使能源消費呈現(xiàn)“煤多、油貧、氣少”的狀況[1-2]。同時，低效的能源使用率，會加劇二氧化碳的排放。能源消費與碳排放情形預(yù)測分析已成為眾多學(xué)者熱議的課題?；疑A(yù)測模型[3]、logistic 回歸模型[4]和STIRPAT[5]模型被廣泛運用于碳排放量預(yù)測。為改善我國能源消費和排放現(xiàn)狀，政府層面通過再生能源的中長期規(guī)劃構(gòu)建合理的工業(yè)發(fā)展和城市化的區(qū)域框架[6]，企業(yè)層面采取優(yōu)化能源消費結(jié)構(gòu)等舉措[7]，破解經(jīng)濟增長與環(huán)境保護的“兩難”悖論。本文擬根據(jù)中國能源消耗和碳排放現(xiàn)狀，構(gòu)建STIRPAT 模型，預(yù)測分析三種情形下2025—2050 年的能源消費量和碳排放量，以期為科學(xué)調(diào)控提供決策參考。

1 中國能源消費和碳排放現(xiàn)狀

1．1 能源消費現(xiàn)狀

中國的能源消費總量整體上保持逐年遞增，1978 年絕對消費總量為 5．71 億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，而2018 年增至 46．4 億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，40 年間年均增長 1億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。長期以來，能源消費呈“煤多、油貧、氣少”之狀，以煤炭消費處于主體地位。1978—2018 年，煤炭消費占比基本在70 %上下浮動，2012 年后低碳經(jīng)濟盛行，煤炭消費占比開始呈下降趨勢，并于2018 年達最低，為59 %。石油消費以2000 年為分界點，呈倒U 型態(tài)勢，2018 年占比為18．9 %。天然氣和核電、水電、風(fēng)電等能源占比在2005 年后均逐年遞增。這充分顯示了中國在清潔能源方面有著較好的發(fā)展趨勢。

1．2 碳排放現(xiàn)狀

化石燃料燃燒會帶來大量碳排放，中國的碳排放大多來自能源消費。本文依據(jù)IPCC2006 提供的數(shù)據(jù)計算碳排放量，具體公式為：

其中，Aj表示第j 種能源的碳排放系數(shù)。

由測算結(jié)果可知，1978—2018 年間，碳排放量由 3 8 594．20 萬噸升至 2 71 968．50 萬噸，增長率呈先增后降態(tài)勢。2000 年前碳排放增長率較為穩(wěn)定，為 4 ．2 %，2001 年中國加入 W TO 后，經(jīng)濟高速增長，由于粗放的經(jīng)濟發(fā)展方式消耗大量能源，二氧化碳排放急劇增長，碳排放量年均增長率達15．47 %。2012 年后，碳排放年增長率逐步穩(wěn)定，保持在1．11 %的水平，處于平穩(wěn)碳排放階段。隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新及人們的減排意識增強，碳排放增長速度漸漸變緩。

2 碳排放量影響因素的實證分析

2．1 數(shù)據(jù)選取

影響能源消費碳排放的因素眾多，綜合國內(nèi)外學(xué)者的分析，考慮因素的相關(guān)性及數(shù)據(jù)的可獲取性，本文主要關(guān)注人口規(guī)模、經(jīng)濟發(fā)展水平、能源消費強度三個影響因子。

（1）人口規(guī)模。由于中國人口絕對增長較多，自然環(huán)境的壓力不斷增加。人口規(guī)模和人口結(jié)構(gòu)的變化，將會直接影響能源消費和二氧化碳排放的規(guī)模和結(jié)構(gòu)。人口增加還將通過生產(chǎn)和生活等各種方式促進能源消費增長。

（2）經(jīng)濟發(fā)展水平。中國產(chǎn)業(yè)發(fā)展正處于轉(zhuǎn)型升級階段，經(jīng)濟的急劇增長對能源需求影響很大，高能耗部門仍是未來較長時期內(nèi)中國主要的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)部門。這一特征顯示，經(jīng)濟發(fā)展水平與二氧化碳排放呈同向變化，同時對碳排放的增長有正貢獻作用。

（3）能源消費強度。能源消費強度代表特定地區(qū)對能源的利用情況，可以有效反映節(jié)能水平和能源消費水平，也能夠反映能源利用率[8]。

2．2 模型構(gòu)建

STIRPAT 模型是研究影響大氣污染物排放因素的經(jīng)典模型, 在學(xué)術(shù)界得到普遍認可和廣泛應(yīng)用。STIRPAT 模型如式（2）所示：

其中：I 為污染物排放總量，P 為人口總數(shù)，A 為人均 G DP，T 為技術(shù)水平；a 為整個模型的系數(shù)，b、c、d 為各變量的指數(shù)，e 為模型的隨機誤差項。將式（2）兩邊分別取對數(shù)可得：

參考STIRPAT 模型構(gòu)建模型如下：

其中，Y 為碳排放總量（萬噸），X1為人口總數(shù)（萬人），X2為人均 GDP（元/人），X3為能源消費強度。能源消費強度是可以反映技術(shù)水平的，ln e 是隨機誤差項，ln a 是常數(shù)項，b、c、d 是彈性系數(shù)。

2．3 模型檢驗及結(jié)果分析

采取平穩(wěn)性檢驗法驗證該模型的有效性。取碳排放量Y 為因變量，人口總數(shù)X1、人均GDP X2、能源消費強度X3為自變量，分析碳排放量和各影響因素間的相互關(guān)系。首先，進行ADF 檢驗，討論數(shù)據(jù)的平穩(wěn)性。如表1 所示，原序列的檢驗統(tǒng)計量對應(yīng)的檢驗值和概率值均遠比10 %水平下的值大，因此，原序列是非平穩(wěn)的。序列的二階差分的ADF 檢驗統(tǒng)計量對應(yīng)的檢驗值和概率值比10 %水平下的小，可見4 個時間序列的二階差分具有平穩(wěn)性。

表1 差分ADF 檢驗結(jié)果

變量間是否有因果關(guān)系，可通過格蘭杰檢驗值進行檢驗。碳排放及其影響因素的相互關(guān)系檢驗結(jié)果見表2。表2 顯示，人口總數(shù)X1對碳排放Y 具有單向格蘭杰因果關(guān)系，說明人口總數(shù)上升會使碳排放量增加。人均GDP X2與碳排放Y 間具有單向格蘭杰因果關(guān)系，表示人們生活水平的提高會導(dǎo)致二氧化碳排放的增加。能源消費強度X3是碳排放Y 的格蘭杰因果關(guān)系，表明能源消費強度的增加導(dǎo)致碳排放量的增長，故降低能源消費強度可抑制二氧化碳排放。

表2 碳排放影響因素的因果關(guān)系檢驗

3 中國能源消費和碳排放的情形預(yù)測

3．1 不同模擬情形下的參數(shù)設(shè)定

情形預(yù)測是指依據(jù)客觀現(xiàn)實，采用定性與量化相結(jié)合的方法，在對問題進行具體分析并全方位了解的基礎(chǔ)上，對將來可能發(fā)生的情況進行模擬預(yù)測。本文以2018 年為基期，分別預(yù)測2025、2030、2035、2040、2045、2050 年能源消費和碳排放情況，分三種情形進行預(yù)測。

（1）協(xié)同低碳情形。政府改善產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，促進產(chǎn)業(yè)升級；優(yōu)化資源配置；完成經(jīng)濟增長方式的高增長和低消耗；可再生能源比例持續(xù)上升；鼓勵開發(fā)利用清潔能源；公民節(jié)能減排意識大幅提高；提高技術(shù)水平、增強能源利用效率。

（2）低碳情形。政府積極施行人口政策；適當(dāng)推廣清潔能源，轉(zhuǎn)變能源消費結(jié)構(gòu)；積極變革經(jīng)濟發(fā)展方式；增強節(jié)能減排的認識，促進經(jīng)濟、能源、環(huán)境和諧發(fā)展。

（3）基準(zhǔn)情形。完成發(fā)展目標(biāo)，并依照目前節(jié)能減排力度，不采取更多的強制措施；愈加注重經(jīng)濟發(fā)展；增加技術(shù)投入，提高節(jié)能技術(shù)，卻不能夠滿足節(jié)能的需要。

為確?？茖W(xué)研究的嚴(yán)謹性，本文做如下假設(shè)：

（1）假設(shè)在協(xié)同低碳、低碳、基準(zhǔn)三種情形下GDP 增速保持不變。以2018 年GDP 增速為基礎(chǔ)，2019—2050 年期間年平均增速見表3。

表3 2019—2050 年期間年GDP 平均增速

（2）假設(shè)在基準(zhǔn)情形下GDP 能耗降低速度保持歷史水平，同期協(xié)同低碳和低碳情形全國減排率分別上升1 %和0．5 %。由于中國提出在2030年將一次能源中非化石能源的比例提高到20%，因此，在設(shè)定基準(zhǔn)情形下，2019—2030 年、2030—2040 年、2041—2050 年全國單位 GDP 能耗節(jié)能率分別為 4．5 %、4 %、3 %。

（3）隨著節(jié)能減排意識的加強，我國單位GDP 二氧化碳排放呈明顯遞減趨勢，2012 年后趨于穩(wěn)定。因此，假設(shè)基準(zhǔn)情形中單位GDP 能耗下降的速度保持歷史水平。取2012—2018 年的年平均值為7 %，低碳情形下設(shè)為8 %，協(xié)同低碳情形下設(shè)為 8．5 %。

綜上，計算方法如下：

其中：E0表示基期能源消費量；G0表示基期GDP；當(dāng)期單位GDP 能耗；m 表示年度單位GDP 節(jié)能率（主要因為技術(shù)提高、結(jié)構(gòu)改善、政策支持等導(dǎo)致的單位GDP 耗能量減少）；n 表示GDP 增長速度。

3．2 模擬情形下中國能源消費和碳排放的預(yù)測

能源消費計算結(jié)果如圖1 所示。由圖1 可見，基準(zhǔn)情形下，中國能源需求在2050 年之前都沒有拐點；低碳情形下，中國能源需求在2045 年出現(xiàn)拐點，拐點值為557 645 萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤；協(xié)同低碳情形下，中國能源需求在2035 年出現(xiàn)拐點，拐點值為494 945 萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤。

圖1 2025—2050 年中國能源需求預(yù)測

三種情形下碳排放計算如圖2 所示。由圖2可見，2025—2050 年中國二氧化碳排放總量在三種情形下均呈上升趨勢?；鶞?zhǔn)情形下，2030 年中國二氧化碳排放總量為1 793 628．55 萬噸，2050年碳排放總量達3393292．09 萬噸。低碳情形下，2030 年中國二氧化碳排放總量為1 755 263．27 萬噸；2050 年達 3180171．32 萬噸。在協(xié)同低碳情形下，2030 年中國二氧化碳排放總量為1736 236．17萬噸，2050 年達 3077868．90 萬噸。其中人口數(shù)參照文獻[ 9 ]附錄表C2 計。

圖2 2025—2050 年中國二氧化碳排放預(yù)測計算

4 研究結(jié)論及政策建議

通過構(gòu)建線性計量模型，探究碳排放與其影響因素間的關(guān)系，并依據(jù)建立的STIRPAT 模型設(shè)置三種模擬情形，預(yù)測2025—2050 年中國能源消費量和碳排放量。研究表明：（1）未來人口規(guī)模對碳排放量增長將產(chǎn)生促進作用，經(jīng)濟發(fā)展水平也將對碳排放的增長提供正貢獻，而能源消費強度可抑制二氧化碳的排放。（2）在三種設(shè)定情形下，低碳情形和協(xié)同低碳情形之中國能源需求分別會在2045 年和2035 年出現(xiàn)拐點。因此，協(xié)同低碳情形是實現(xiàn)碳排放峰值的最佳方式，基準(zhǔn)情形是最差方式。（3）雖然在不同情形下中國的碳排放強度有較大差異，但都表現(xiàn)出明顯的上升趨勢。

基于上述結(jié)論，提出建議如下：

（1）完善低碳經(jīng)濟立法。政府應(yīng)通過規(guī)范宏觀政策，有效調(diào)控引導(dǎo)企業(yè)節(jié)能減排，健全能源消費方面的法律制度，促進市場良性競爭，優(yōu)化能源消費結(jié)構(gòu)，促成經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境生態(tài)的共贏。對于碳排放較低的地區(qū)，必須進一步挖掘減排潛力，而較高的地區(qū)則應(yīng)加快推進低碳減排。各地區(qū)必須以整體減排為發(fā)展方向，加速實現(xiàn)綠色低碳發(fā)展區(qū)域間和區(qū)域內(nèi)的雙重協(xié)調(diào)[10]。

（2）加快可再生能源發(fā)展。政府要根據(jù)不同的區(qū)域狀況對可再生能源進行開發(fā)和利用，增強區(qū)域政策創(chuàng)新，推進清潔能源發(fā)展，加快可再生能源的發(fā)展進程。政府也應(yīng)不斷提供財政補貼，逐漸降低中小企業(yè)的投資風(fēng)險，鼓勵多種方式投資，促進企業(yè)實現(xiàn)長期、有效的綠色發(fā)展。

（3）鼓勵低碳工業(yè)化生產(chǎn)。低碳工業(yè)化生產(chǎn)的途徑包括傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的低碳化和大力推廣新興低碳產(chǎn)業(yè)。依托新能源替代優(yōu)化能源消費結(jié)構(gòu)，構(gòu)建實現(xiàn)綠色增長的長效機制。一方面，政府要建設(shè)綠色、低碳、循環(huán)的發(fā)展體系，支持企業(yè)工藝技術(shù)設(shè)備的更新改造，轉(zhuǎn)變發(fā)展觀念，關(guān)注長期利益，強調(diào)經(jīng)濟和環(huán)境效益相結(jié)合，加快傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)變革速度，力求用先進技術(shù)促進污染型產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型變革；另一方面，政府要努力支持第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，逐步推進第三產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級。

（4）加強科技創(chuàng)新。政府要發(fā)揮科技創(chuàng)新的重要作用，強化能源技術(shù)的引導(dǎo)和支持，提高企業(yè)自主研發(fā)水平，優(yōu)化能源勘探與開采技術(shù)，縮小和發(fā)達國家的差距。企業(yè)也應(yīng)學(xué)習(xí)借鑒西方國家的先進技術(shù)，推動技術(shù)變革，提高能源利用率，促進技術(shù)創(chuàng)新轉(zhuǎn)型，實現(xiàn)能源的多重利用。