不同能源結(jié)構(gòu)下浙江省能源消費碳達峰預(yù)測研究*

□ 辛金國 童佳耀

關(guān)鍵字：碳達峰預(yù)測；能源消費結(jié)構(gòu)；新能源；IPAT 模型

|引 言

隨著全球氣候變暖，碳排放量已成為各個國家經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境保護的關(guān)注熱點。作為全球最大的碳排放國家，中國在第七十五屆聯(lián)合國大會上提出了“中國二氧化碳排放力爭于2030 年前達到峰值，努力爭取2060 年前實現(xiàn)碳中和”。這一目標不僅彰顯大國責(zé)任和擔(dān)當(dāng)，同時在加速我國經(jīng)濟和能源轉(zhuǎn)型方面具有高瞻遠矚的戰(zhàn)略意義。浙江省作為長三角地區(qū)經(jīng)濟最活躍最發(fā)達的地區(qū)之一，正致力于優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，努力爭取非化石能源占一次能源比重提高到20.8%，煤電裝機占比下降兩個百分點，把握能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要機遇期，在“碳達峰、碳中和”的目標下加快推動能源革命，促進生產(chǎn)生活方式綠色低碳轉(zhuǎn)型，力爭提前實現(xiàn)碳達峰。因此，本文試圖通過建立IPAT 模型對浙江省2005-2019 年的能源數(shù)據(jù)進行回歸分析，對未來的浙江省碳達峰時間進行預(yù)測，并提出相應(yīng)的對策與建議，具有重要的實際指導(dǎo)意義。

|能源消費與碳排放量相關(guān)文獻回顧

在碳達峰、碳中和的背景下，我國學(xué)者對中國及各省份碳排放量進行了大量研究。朱永彬（2009）利用情景分析法對中國能源消費碳峰值進行了預(yù)測，根據(jù)不同能源消費結(jié)構(gòu)設(shè)置了三種情景，分別為能源消費按比例增長的基準情景，根據(jù)發(fā)展目標大力發(fā)展可再生能源的情景以及按照馬爾可夫過程調(diào)整能源結(jié)構(gòu)的情景。席細平（2014）在IPAT 模型的基礎(chǔ)上，加入能源消費中煤炭所占的比例和石油所占的比例作為新的解釋變量，對模型進行了修正并以此預(yù)測了江西省碳達峰到達時間約在2032-2035 年之間，并指出擴大清潔能源消費，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)是完成碳達峰的重點任務(wù)。黃蕊（2017）模擬了蘇浙滬在不同能源政策下能源消費碳排放量達到高峰的時間點，結(jié)果表明能源消費對碳排放量有直接影響，優(yōu)化能源消費結(jié)構(gòu)會顯著減少各省的碳排放峰值并提早碳達峰的時間節(jié)點。鮑健強（2021）分析了浙江省在爭做碳達峰碳中和先行省中有壓力有挑戰(zhàn)，但是也有基礎(chǔ)有能力，分階段規(guī)劃了浙江省碳達峰碳中和的路徑與方法，依靠核能、水能、太陽能發(fā)電，預(yù)測浙江省在2025 年實現(xiàn)碳達峰是有可能的。

|預(yù)測模型的建立

伴隨工業(yè)文明發(fā)展環(huán)境問題日益凸顯，以馬爾薩斯人口論為代表認為“人口的極限增長是導(dǎo)致資源匱乏的關(guān)鍵因素”，這是人們關(guān)注環(huán)境問題“因何而生”的開端。基于單因素決定論的局限性，學(xué)者逐漸綜合各單因素形成多元論模型和框架，如環(huán)境社會學(xué)創(chuàng)始人鄧拉普（Dunlap）等人提出人類生態(tài)學(xué)理論解釋模型。在此基礎(chǔ)上，埃利奇與霍爾登將人類對環(huán)境影響加以概念化，形成IPAT 模型。IPAT 模型構(gòu)建了關(guān)于環(huán)境影響（I）、人口（P）、富裕度 (A) 和技術(shù) (T) 三因素之間的恒等式，其一般形式為：

對方程兩邊取對數(shù)處理可以轉(zhuǎn)化為：

在碳排放量的預(yù)測研究中，可以利用碳排放量作為對環(huán)境的影響因子I，P 為人口數(shù)量，A 為人均生產(chǎn)總值，T 為能源強度（單位GDP碳排放）。除了人口、經(jīng)濟和能源強度因素，浙江省能源消費結(jié)構(gòu)對其碳排放量也具有非常重要的影響。因此，本文借鑒其他學(xué)者關(guān)于碳排放峰值的預(yù)測研究對IPAT 模型進行修正，將新能源消費所占能源消費的比例R1 作為新的解釋變量添加到模型中，得到如下修正模型：

|浙江省能源消費碳達峰預(yù)測分析

（一）數(shù)據(jù)來源與數(shù)據(jù)處理

1.數(shù)據(jù)來源。本文數(shù)據(jù)均來自2005-2019 年的《浙江統(tǒng)計年鑒》、《中國統(tǒng)計年鑒》及浙江省數(shù)據(jù)庫。由于能源各個種類的消費量并沒有詳細的分類和相關(guān)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，因此，本文將水能、核能、太陽能和其他能源（包括一些生物能等占比比較小的能源）歸為新能源，煤炭、石油、天然氣的具體消費量則通過消費比例計算得出。

2.數(shù)據(jù)處理。當(dāng)前普遍認為社會活動產(chǎn)生的二氧化碳90%以上是含碳能源消費導(dǎo)致，因此國內(nèi)大部分研究將能源消費碳排放直接作為國家或地區(qū)的實際碳排放總量。本文采取同樣的方法，利用各種能源消費的碳排放系數(shù)測算能源消費導(dǎo)致的碳排放量，計算公式如下，將能源消費導(dǎo)致的碳排放量作為浙江省碳排放總量。

表1 能源碳排放系數(shù)

（二）浙江省能源消費碳排放現(xiàn)狀分析

隨著浙江省經(jīng)濟的高速發(fā)展，對能源的需求量也是不斷增加。據(jù)統(tǒng)計，2019 年浙江省的能源消費總量達到22393 萬噸標準煤，其中傳統(tǒng)能源消費為15697 萬噸標準煤，占比為全省能源消費的70.1%，新能源消費為6695 萬噸標準煤，占比為29.9%。

隨著國家新能源補貼政策的落實以及依靠其自身具備的能源優(yōu)勢，水電、核能、太陽能、風(fēng)能等可再生能源在浙江省的消費比例中也在逐年提升（圖1）。截至2020 年年底，浙江全省發(fā)電裝機容量突破1億千瓦。其中，太陽能發(fā)電裝機容量為1517 萬千瓦，占比為15%，是省內(nèi)第二大發(fā)電來源；水電、核電裝機容量分別為1171 萬千瓦、911萬千瓦。

圖1 浙江省歷年新能源與傳統(tǒng)能源消費

隨著浙江省經(jīng)濟的高速發(fā)展，2005-2019 年碳排放量表現(xiàn)為逐漸上升與平穩(wěn)期兩個明顯不同的階段（圖2）。在2011 年突破1 億萬噸后，浙江省碳排放量進入平穩(wěn)期，至今無明顯增長趨勢，與經(jīng)濟增長初顯“脫鉤”狀況，預(yù)示著浙江省即將出現(xiàn)碳達峰。

圖2 浙江省能源消費CO2排放與生產(chǎn)總值

浙江省能源消費結(jié)構(gòu)變化引起的碳排放比例改變?nèi)鐖D3 所示，由于浙江省能源消費結(jié)構(gòu)以煤炭消費為主，帶來的碳排放量占比長期在50%以上。隨著2011 年碳排放量進入平穩(wěn)期，煤炭消費碳排放量也達到峰值7943 萬噸，以后年度出現(xiàn)緩慢減少趨勢。浙江省天然氣消費碳排放量在2005年開始“西氣東輸”后，占比顯著提升，碳排放量由2005 年的的9 萬噸增長至2019 年757 萬噸，增長84 倍。

圖3 浙江省各能源消費CO2 排放比例

能源強度指每單位生產(chǎn)總值的碳排放量，可以用來衡量能源消耗與產(chǎn)出的比重，能源強度的下降可以體現(xiàn)在兩方面：一是在保持經(jīng)濟穩(wěn)步增長的同時有效控制碳排放量，二是通過優(yōu)化經(jīng)濟結(jié)構(gòu)降低高能耗消費。浙江省能源消費產(chǎn)生的碳排放量與能源強度的變化趨勢如圖4所示，能源強度呈現(xiàn)逐年下降趨勢，到2019 年能源強度為0.36 噸標準煤/萬元，從全國范圍來看浙江省是走在前列的，但與發(fā)達國家相比仍有較大差距，能源強度還有充分的下降空間。

圖4 能源消費碳排放與能源強度

（三）不同情景下浙江省碳達峰預(yù)測分析

“情景分析法”可以用來預(yù)測未來碳排放量變化的某些趨勢，通過設(shè)置參數(shù)來控制預(yù)測的精確程度。為早日實現(xiàn)“碳達峰、碳中和”這一宏偉目標，需要對未來浙江省碳排放量峰值進行預(yù)測，為此本文設(shè)置三種不同的能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化情景。

情景1:基準情景。根據(jù)2015-2019 年近五年浙江省各變量的年均增長率計算平均值，即在能源技術(shù)及相關(guān)政策都保持變化的情況下，以歷史發(fā)展趨勢為基準情景。

情景2:規(guī)劃情景。在基準情景的基礎(chǔ)上，能源消費結(jié)構(gòu)按照“十四五”規(guī)劃及浙江省能源中長期規(guī)劃，完成能源消費戰(zhàn)略性調(diào)整指標，預(yù)計到2030 年水電、核能、太陽能及其他能源消費占比重達45%以上。

情景3:低碳情景。假設(shè)浙江省積極落實全民低碳經(jīng)濟意識，政府大力倡導(dǎo)新能源消費，企業(yè)加大節(jié)能減排投入，擴大新能源消費比例，能源實際消費結(jié)構(gòu)在浙江省2030 年中長期規(guī)劃的基礎(chǔ)上得到進一步優(yōu)化，預(yù)計水電、核能、太陽能及其他能源消費占比達50%及以上，浙江省在“碳達峰、碳中和”的道路中走在全國前列。

1.預(yù)測模型選擇。依據(jù)修正后的IPAT 模型，代入浙江省2005-2019 年度相應(yīng)的人口、經(jīng)濟、能源消費結(jié)構(gòu)和碳排放量的數(shù)據(jù)，應(yīng)用SPSS 軟件進行最小二乘法回歸，計算結(jié)果如下：

圖5 二氧化碳模型擬合與實際情況對比

2.不同情景下浙江省碳達峰預(yù)測的實證分析。根據(jù)2015-2019 年浙江省各變量的年均增長率對浙江省人均GDP 增長速度、人口增長率、能源強度變化分別取值為7%、1%和-5.4%。三種情景的新能源消費比例參數(shù)設(shè)置如表2 所示，可以看出以最近5 年平均發(fā)展速度為基準，能源消費結(jié)構(gòu)調(diào)整優(yōu)化速度快于規(guī)劃目標的要求，按照這樣的發(fā)展趨勢浙江省有潛力有能力提前實現(xiàn)“碳達峰、碳中和”。

表2 不同情景新能源比例

下面逐一對三種情景下浙江省碳排放量峰值及達到時間進行具體預(yù)測，預(yù)測結(jié)果如圖6 所示：

圖6 不同情景下浙江省未來碳排放量預(yù)測

情景1:浙江省碳排放量預(yù)計在2024-2025 年達到峰值，峰值量為10718.97 萬噸，2030 年碳排放量將減少至10447.77 萬噸。

情景2:浙江省碳排放量預(yù)計在2024-2026 年達到峰值，峰值量為10748.41 萬噸，2030 年碳排放量將減少至10511.01 萬噸。

情景3:浙江省碳排放量預(yù)計在2023 年前后達到峰值，峰值量為10616.44 萬噸，2030 年碳排放量將減少至10199.01 萬噸。

3.結(jié)果討論。綜上所述，在三種能源消費結(jié)構(gòu)情景設(shè)置之下，未來十年浙江省碳排放量均會出現(xiàn)先增后減的發(fā)展趨勢，并且在2024 年前后出現(xiàn)二氧化碳排放量峰值。在保持現(xiàn)有經(jīng)濟增長速度的情況下，2030 年之前可以順利達到浙江省碳達峰的目標。當(dāng)然，在不同的情景下，能源消費結(jié)構(gòu)的不同導(dǎo)致碳峰值出現(xiàn)的時間及達到的峰值大小也是有較大差異的。在低碳情景下，擴大新能源消費比例，優(yōu)化能源消費結(jié)構(gòu)可以顯著提前碳達峰到達的時間，大幅度減少碳排放量。

|結(jié)論與對策

（一）研究結(jié)論

第一，從IPAT 回歸結(jié)果來看，新能源消費占比與碳排放量之間存在顯著的負相關(guān)關(guān)系，新能源消費占比的增加會顯著減少二氧化碳的排放量，在其他條件不變的情況下，每上升1 個百分點的新能源消費占比會減少二氧化碳排放量0.285 個百分點。

第二，從情景模擬的結(jié)果來看，如果維持當(dāng)前經(jīng)濟快速發(fā)展步伐，通過優(yōu)化能源消費結(jié)構(gòu)，浙江有機會在2025 年率先完成“碳達峰”的目標與要求。

（二）對策建議

浙江省要率先完成2030 年碳達峰目標，成為“碳達峰、碳中和”的先行者，必須把握未來十年發(fā)展的重要機遇期，擴大新能源消費比例，有重點有次序地做好“碳達峰、碳中和”工作。

第一，認清自身優(yōu)勢，挖掘發(fā)展?jié)撃?。浙江省具備諸多發(fā)展新能源的良好基礎(chǔ)，從地理因素來看，浙江省沿海地區(qū)具備風(fēng)電發(fā)展的基礎(chǔ)；從技術(shù)因素來看，浙江省核能發(fā)電居各省份第二，2019 年核能發(fā)電量為629 億千瓦時，相關(guān)設(shè)施完善、技術(shù)成熟，浙江有能力有條件落實核電發(fā)展規(guī)劃。

第二，淘汰落后產(chǎn)能，加速產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型。浙江省經(jīng)濟處在由高速發(fā)展向高質(zhì)量發(fā)展轉(zhuǎn)型期，現(xiàn)階段要嚴格限制高能耗、高污染、低產(chǎn)出的企業(yè)及產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，促進“高碳低能”產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，從以前粗放式的經(jīng)濟增長方式逐步轉(zhuǎn)變?yōu)楦哔|(zhì)量、高效率的經(jīng)濟增長方式。同時根據(jù)浙江省的實際發(fā)展情況，大力發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)、數(shù)字經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)和新能源產(chǎn)業(yè)，不斷優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，走綠色低碳的發(fā)展道路。

第三，深化能源消費結(jié)構(gòu)改革，推動構(gòu)建新能源消費體系。雖然在近幾年，浙江省逐步將新能源的發(fā)展放在重要的位置，出臺落實了多項扶持政策，但是新能源在浙江省能源消費結(jié)構(gòu)中仍只占一小部分。因此，要加大政策扶持力度，真正把以煤炭、石油等化石燃料為主的消費結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變到以新能源為代表的清潔可再生能源為主，逐步改變當(dāng)前對傳統(tǒng)能源的過度依賴的局面，實現(xiàn)能源消費結(jié)構(gòu)的低碳化。

第四，加大科研投入，加速新能源研發(fā)進程。新能源產(chǎn)業(yè)相較于其他產(chǎn)業(yè)來說是一個新興產(chǎn)業(yè)，是一個比較年輕的產(chǎn)業(yè)。因此，浙江省要加大對新能源產(chǎn)業(yè)的科研投入，培養(yǎng)新能源企業(yè)的自主研發(fā)與科技創(chuàng)新能力，從生產(chǎn)源頭上提高新能源供給，同時帶動新能源消費的擴大。