基于STIRPAT模型的新疆“碳達峰”預測與實現(xiàn)路徑研究?

閆新杰，孫 慧

(新疆大學 新疆創(chuàng)新管理研究中心，經(jīng)濟與管理學院，新疆 烏魯木齊 830046)

0 引言

全球變暖等氣候問題已成為當今世界人類發(fā)展所面臨的重大挑戰(zhàn)，導致全球變暖的主要原因是人類在近一個世紀以來大量使用化石燃料所排放出大量的二氧化碳等溫室氣體[1].中國是受氣候變化影響最大的國家之一，在應對全球氣候變化方面發(fā)揮著至關重要的作用.秉著對人類未來高度負責的態(tài)度，習近平主席在第七十五屆聯(lián)合國大會一般性辯論上鄭重承諾：“中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，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.”[2]

在此背景下，眾多學者圍繞中國碳排放現(xiàn)狀與“碳達峰”目標開展了大量的研究，內容涉及碳排放驅動因素、二氧化碳峰值預測、“碳達峰”前景等諸多領域.在碳排放驅動因素方面，林伯強、徐國泉、王鋒等分別建立了中國碳排放的因素分解模型，采用Kaya恒等式、對數(shù)平均Divisia指數(shù)分解等方法定量研究了人均GDP、城鎮(zhèn)化速率、能源結構、能源效率和產(chǎn)業(yè)發(fā)展等因素的變化對中國人均碳排放的影響[3-5]；陳詩一和李波分別對中國工業(yè)和農(nóng)業(yè)碳排放因素進行了進一步分解研究，分析了能源、資本和技術進步與碳排放的關系，并發(fā)現(xiàn)效率因素、結構因素、勞動力規(guī)模因素對碳排放量具有一定的抑制作用[6-7].在二氧化碳峰值預測方面，多數(shù)學者采用模型預測與情景分析相結合的方法，所涉模型主要包括IPAT模型[8]、STIRPAT模型[9]、Logistics模型[10]、Tapio脫鉤模型[11]等.在“碳達峰”前景方面，由于方法、數(shù)據(jù)以及情景設置的不同，學者間的研究結果存在一定的差異，全國層面的預測結果多為2030年左右[12-13]，東部省區(qū)普遍介于2025―2030年之間[14]，西部省區(qū)普遍介于2030―2035之間[9,15]，總體呈現(xiàn)出東部率先達峰、西部緊隨其后、全國如期達峰的局面.

新疆以煤炭等化石燃料為主的能源消費結構及碳排放總量快速增加的現(xiàn)狀成為新疆實現(xiàn)“低碳經(jīng)濟”的重要制約因素，各地州碳排放效率與碳排放經(jīng)濟效率仍有待提高[16-17]，在實現(xiàn)能耗總量與能源強度的“雙控目標”與“3060”雙碳目標方面將比其它省份面臨更艱巨的壓力，特別是2021年碳市場碳交易的全面鋪開對新疆來說既是機遇也是挑戰(zhàn).本文通過排放系數(shù)法對新疆2004―2019年化石能源碳排放量進行測算，選取STIRPAT拓展模型，運用OLS嶺回歸并結合情景分析法模擬新疆2020—2040年碳排放量，預測新疆“碳達峰”時間與碳排放峰值，并探索“碳達峰”實現(xiàn)路徑，以期為新疆實現(xiàn)二氧化碳排放控制目標，制定“十四五”減排措施，提高應對氣候變化能力以及推動新疆經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展提供一定的決策依據(jù).

1 研究方法與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究方法

1.1.1 二氧化碳排放量測算

二氧化碳作為最主要的溫室氣體，其主要來源為化石燃料的燃燒（約占排放總量的80%以上），與能源的生產(chǎn)和利用密切相關.目前關于二氧化碳排放量的測算方法主要以能源類碳源估算法居多[15]，其中使用最為廣泛的是《IPCC國家溫室氣體排放清單指南》中提供的碳排放系數(shù)法.本文參照IPCC指南，根據(jù)一次能源消費量對二氧化碳排放量進行測算，具體公式如下：

式中：I為二氧化碳排放量，i為一次能源的類型，F(xiàn)i為能源i的碳排放系數(shù)，Ei為能源i的消費量，Oi為能源i的碳氧化率，NCVi為能源i的平均低位發(fā)熱量，CCi為能源i的單位熱值含碳量，CFi為能源i的轉換系數(shù).式（1）中各類能源的碳排放系數(shù)參考《中國能源統(tǒng)計年鑒》（2004―2019），詳細情況見表1.

表1 各類能源碳排放系數(shù)

1.1.2 模型選擇

STIRPAT模型是目前研究碳排放峰值問題時應用最廣泛，且公認度較高的模型[18].該模型是由Dietz和Rosa在傳統(tǒng)IPAC模型的基礎上拓展得到的非線性模型[19]，可以定量研究碳排放與各影響因素之間的關系，具有較好的靈活性和一定的拓展空間，其基本表達式為：

式中：I表示環(huán)境壓力，P、A、T分別表示人口規(guī)模、富裕程度和技術水平，a為模型系數(shù)，b、c、d 分別表示對應變量的彈性系數(shù)，e為模型誤差項.

根據(jù)已有研究，人口、人均GDP、城鎮(zhèn)化率、產(chǎn)業(yè)結構、能源強度和能源結構6個因素廣泛應用于碳排放相關研究中，并且均能顯著影響二氧化碳排放.為此，本文將上述因素引入模型并對變量進行處理，將模型進一步拓展為：

式中：I為二氧化碳排放量，P為人口規(guī)模，A為人均GDP，U為城鎮(zhèn)化率，IS為產(chǎn)業(yè)結構，ES為能源結構，EI 為能源強度，a為模型系數(shù)，b、c、d、f、g、h分別表示對應變量的彈性系數(shù)，e為模型誤差項，具體變量說明見表2.

表2 主要變量及說明

1.2 數(shù)據(jù)來源

文中涉及的經(jīng)濟和人口數(shù)據(jù)均來源于《新疆統(tǒng)計年鑒》（2004―2019），能源消費數(shù)據(jù)來源于《中國能源統(tǒng)計年鑒》（2004—2019）和《新疆統(tǒng)計年鑒》（2004—2019），能源結構根據(jù)煤炭消費量占能源消費總量的比重計算所得，能源強度根據(jù)能源消費總量與GDP的比值計算所得，個別缺失數(shù)據(jù)采用插值法補齊.

2 STIRPAT模型回歸分析結果

本文基于新疆2004―2019年相關歷史數(shù)據(jù)，通過STIRPAT模型對二氧化碳排放量與各影響因素之間進行擬合.為避免各變量之間可能出現(xiàn)的多重共線性問題，本文采用嶺估計的方法進行回歸分析，最終確認在k=0.08時模型趨于平穩(wěn)，整體擬合度相對較好，最終構建出新疆碳排放預測模型，詳細回歸結果見表3，模型方程為：

表3 新疆碳排放預測模型回歸擬合結果

可以看出式(4)各主要因素均對新疆二氧化碳排放總量產(chǎn)生顯著的正向促進作用，同時各因素間的彈性系數(shù)存在一定差異，按照敏感度從大到小排序依次為產(chǎn)業(yè)結構（IS）、人均GDP（A）、能源結構（ES）、能源強度（EI）、城鎮(zhèn)化率（U）和人口規(guī)模（P）.

3 新疆碳達峰前景預測

3.1 情景設置

為探究新疆“碳達峰”前景，本文以新疆社會經(jīng)濟的歷史數(shù)據(jù)和發(fā)展趨勢為基礎，基于新疆碳排放預測模型，對未來新疆人口規(guī)模、人均GDP、城鎮(zhèn)化率、產(chǎn)業(yè)結構、能源結構和能源強度6個因素的變化率分別設定了快速、中速和慢速三種情景，并對應國家“五年”規(guī)劃，以5年為周期對不同情景的變化率進行調整.在情景設定時，綜合考慮了新疆經(jīng)濟發(fā)展現(xiàn)狀、新型冠狀病毒肺炎疫情的沖擊等問題對各因素變化的影響，設置依據(jù)如下：

人口規(guī)模（P）的情景設置：自改革開放以來，隨著新疆經(jīng)濟的快速發(fā)展和政府對醫(yī)療健康領域的巨大投入，新疆各族人民的營養(yǎng)水平和健康狀況得到了極大改善；使得新疆一直是中國人口自然增長速度最快的幾個省份之一.“十三五”規(guī)劃期間，新疆平均人口自然增長率為8.86‰，遠高于全國平均水平（4.70‰），平均增速為全國第二（僅次于西藏），人口增長趨勢較為平穩(wěn).另一方面，國務院發(fā)布的《國家人口發(fā)展規(guī)劃》中預測中國到2030年人口將達到峰值，之后人口將會趨于緩慢衰減.綜合考慮上述因素并結合新疆的實際情況，本文將2020年及“十四五”規(guī)劃期間（2021—2025年，后同）新疆人口自然增長率中速設定為8.80‰，并于2030年后逐步放緩.

人均GDP（A）的情景設置：在國家“西部大開發(fā)”戰(zhàn)略的支撐下，新疆依托豐富的自然資源和“亞洲之心”的區(qū)位優(yōu)勢，經(jīng)濟發(fā)展取得了豐碩的成果，近十年以來新疆GDP增速均高于全國同期平均水平，“一帶一路”倡議的提出又為新疆的發(fā)展提供了全新的歷史機遇；另一方面，新疆社會穩(wěn)定帶來的經(jīng)濟紅利也在不斷釋放，未來經(jīng)濟增長潛力巨大.然而新疆的發(fā)展也面臨著一定的阻力：短期而言，新疆仍需要從新型冠狀病毒肺炎疫情帶來的沖擊和影響中逐步恢復；長期而言，新疆需要面臨日漸惡化的國際環(huán)境和隨之帶來的貿(mào)易挑戰(zhàn).綜合上述情況，新疆《2020年度政府工作報告》中提出“‘十四五’期間全區(qū)地區(qū)生產(chǎn)總值年均增長6.00%以上”的發(fā)展目標.基于此，本文將2020年及“十四五”規(guī)劃期間新疆人均GDP增長率中速設定為6.50%，之后在此基礎上逐步放緩.

城鎮(zhèn)化率（U）的情景設置：近年來新疆推進城鎮(zhèn)化發(fā)展取得了一定的成效，全區(qū)城鎮(zhèn)化率已由2004年的35.15%提升至2019年的51.87%，然而目前仍低于全國平均水平（60.60%），未來有較大的提升空間.新疆《2020年度政府工作報告》中提出了“要推進沿邊境地區(qū)城鎮(zhèn)化，加快推進農(nóng)業(yè)轉移人口市民化······ 到2025年，全區(qū)常住人口城鎮(zhèn)化率達到60%以上”的發(fā)展目標.基于此，本文將2020年及“十四五”規(guī)劃期間新疆城鎮(zhèn)化增長率中速設定為2.00%，之后在此基礎上逐步放緩.

產(chǎn)業(yè)結構（IS）的情景設置：新疆地域遼闊、自然資源豐富，第二產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有得天獨厚的優(yōu)勢，2019年新疆第二產(chǎn)業(yè)占GDP的比重約為40.30%，與全國平均水平（40.70%）基本持平.然而資源型產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和對能源的依賴也為新疆帶來了環(huán)境問題，推動產(chǎn)業(yè)結構的轉型升級一直都是新疆發(fā)展的主要目標之一.“十三五”規(guī)劃期間，新疆第二產(chǎn)業(yè)占GDP的比重較“十二五”規(guī)劃期間有所降低，年平均變化率約為-1.00%.新疆《2020年度政府工作報告》中指出未來全區(qū)要“推動工業(yè)強基增效和轉型升級”“深入實施旅游興疆戰(zhàn)略”“大力發(fā)展現(xiàn)代服務業(yè)”.基于此，本文將2020年及“十四五”規(guī)劃期間新疆產(chǎn)業(yè)結構變化率中速設定為-1.00%，之后在此基礎上逐步放緩.

能源強度（EI）的情景設置：在可持續(xù)發(fā)展思想的指導下，新疆的環(huán)境規(guī)制力度不斷增強，綠色技術的創(chuàng)新、應用和普及也卓有成效，能源強度呈總體下降趨勢，“十三五”規(guī)劃期間，新疆能源強度年平均變化率為-5.50%.國家“十四五”規(guī)劃中明確提出了“單位國內生產(chǎn)總值能源消耗和二氧化碳排放分別降低13.50%、18.00%”的目標；新疆經(jīng)濟和社會發(fā)展計劃中也同時提出：“2021年將加快推動綠色低碳可持續(xù)發(fā)展，將節(jié)能減排指標控制在國家下達目標范圍內”.基于此，本文將2020年及“十四五”規(guī)劃期間新疆能源強度變化率中速設定為-5.00%，之后在此基礎上逐步放緩.

能源結構（ES）的情景設置：新疆有著豐富的礦產(chǎn)資源，特別是煤炭、石油和天然氣等化石燃料的已探明儲量均占全國的30%以上.然而豐富的資源稟賦使得新疆煤炭消費量占能源消費總量的比重常年居高不下，并仍有緩慢上升趨勢，2019年新疆煤炭占比約為66.63%，高于全國平均水平（63.90%），煤炭消費占比過大是新疆盡早實現(xiàn)“碳達峰”的重要阻礙.在國家“十四五”規(guī)劃中要求“加快發(fā)展非化石能源，堅持集中式和分布式并舉，大力提升風電、光伏發(fā)電規(guī)?！ぁぁぁぁぁ?非化石能源占能源消費總量比重提高到20%左右”.新疆風能和太陽能資源豐富，未來清潔能源的發(fā)展有較大潛力.基于此.本文將2020年及“十四五”規(guī)劃期間新疆能源結構變化率中速設定為-1.00%，并于2030年后逐步放緩.

各因素變化率設置的詳細情況見表4.

表4 各因素變化率設置

3.2 情景組合

根據(jù)前文中對各影響因素的變化率設置，本文建立了6種具有典型代表意義的情景組合，對新疆未來碳排放趨勢進行模擬預測，并試圖探究實現(xiàn)新疆“碳達峰”的優(yōu)化路徑.情景組合設置的詳細情況見表5.

表5 新疆碳排放情景組合

基準情景（S1）：各影響因素的變化率設置均為中速.旨在探究新疆基于歷史發(fā)展規(guī)律及“十四五”規(guī)劃發(fā)展目標下未來可能的碳排放變化趨勢，并預測在維持現(xiàn)有政策情況下新疆的碳達峰前景.

產(chǎn)業(yè)升級情景（S2）：產(chǎn)業(yè)結構的變化率設置為快速，其余因素的變化率設置為中速.新疆已將持續(xù)推動產(chǎn)業(yè)升級，大力發(fā)展現(xiàn)代服務業(yè)等作為全區(qū)未來發(fā)展的重點工作.該情景旨在探究新疆在基準情景基礎上，進一步加強產(chǎn)業(yè)升級力度，大力推進產(chǎn)業(yè)結構轉型升級情景下的碳排放趨勢.

節(jié)能發(fā)展情景（S3）：能源強度的變化率設置為快速，其余因素的變化率設置為中速.隨著環(huán)境規(guī)制力度不斷增強，新疆近五年來的能源強度取得了一定的改善，并且未來仍有較大空間.該情景反映了新疆在現(xiàn)有基礎上，加大能源相關政策的實施力度，深化與其它省份間的技術交流，推動技術進步，加速降低能源強度情境下的碳排放趨勢.

清潔發(fā)展情景（S4）：能源結構的變化率設置為快速，其余因素的變化率設置為中速.該情景反映了新疆在現(xiàn)有基礎上積極調整能源結構，充分發(fā)揮當?shù)刈匀粌?yōu)勢，大力推廣清潔能源的使用，進一步降低煤炭在能源消費中的占比，改善經(jīng)濟發(fā)展對資源依賴程度情景下的碳排放趨勢.

綠色發(fā)展情景（S5）：產(chǎn)業(yè)結構、能源強度和能源結構的變化率設置為快速，其余因素的變化率設置為中速.在該情景中，新疆能充分考慮未來社會、經(jīng)濟、環(huán)境發(fā)展需求，在保證經(jīng)濟平穩(wěn)發(fā)展的基礎上，綜合實施節(jié)能減排、推動產(chǎn)業(yè)升級、優(yōu)化能源結構等多種措施，最終實現(xiàn)綠色發(fā)展.

經(jīng)濟放緩情景（S6）：人均GDP和城鎮(zhèn)化率的變化率設置為慢速，其余因素的變化率設置為中速.該情景反映了新疆在國家“碳達峰”目標的硬性約束下，將低碳發(fā)展而非經(jīng)濟增長作為未來發(fā)展的主要目標情景下的碳排放趨勢.全區(qū)在實施節(jié)能降碳政策的同時適當放緩經(jīng)濟增長速度，以減少二氧化碳排放，進而實現(xiàn)二氧化碳排放盡快達到峰值.

4 新疆碳排放峰值預測結果與分析

本文基于新疆碳排放預測模型，結合6種情景組合設置，測算出不同情景下新疆2015—2040年的碳排放趨勢(圖1)，并得出不同情景下新疆二氧化碳排放達峰時間(表6).

圖1 不同情景組合下新疆碳排放趨勢

表6 不同情景組合下新疆“碳達峰”時間與二氧化碳峰值

通過分析不同情境組合的結果可以發(fā)現(xiàn)，在基準情境（S1）下新疆于2040年內沒有出現(xiàn)二氧化碳峰值.這意味著在現(xiàn)行政策下，新疆未來仍存在較大的碳減排壓力，需要在現(xiàn)有規(guī)劃的基礎上，進一步加強產(chǎn)業(yè)升級和節(jié)能降碳的決心，設立更高的目標和環(huán)保標準，以期縮短達到二氧化碳排放峰值的時間.

進一步對比S2、S3和S4三個情景可以看出，在現(xiàn)有政策基礎上，進一步提升產(chǎn)業(yè)結構、降低能源強度或改善能源結構均可以有效縮短新疆“碳達峰”時間.具體而言，在產(chǎn)業(yè)升級情景（S2）下，新疆將于2040年前達到碳排放峰值，峰值約為537.83×106t，在節(jié)能發(fā)展情景（S3）和清潔發(fā)展情景（S4）下，均可在2035年前實現(xiàn)達峰，峰值分別約為516.53×106t和513.56×106t.相比而言，加強能源相關政策的實施力度對新疆盡早實現(xiàn)“碳達峰”目標效果更為顯著，可能的原因是新疆對資源型產(chǎn)業(yè)的依賴和較高的煤炭消費占比是造成新疆二氧化碳高排放的主要因素，能源現(xiàn)狀的改善會對新疆整體碳減排產(chǎn)生較大的貢獻力.更加高效、清潔的利用能源，同時加快清潔能源對傳統(tǒng)能源的替代，是新疆盡早實現(xiàn)“碳達峰”最有效的手段.

從綠色發(fā)展情景（S5）的結果可以看出，若新疆在現(xiàn)有基礎上，全面提高各項環(huán)保及能源的規(guī)劃目標，加大政策落實力度，同時采取產(chǎn)業(yè)升級、節(jié)能發(fā)展與清潔發(fā)展“三管齊下”的減排手段，則可以在保障經(jīng)濟平穩(wěn)發(fā)展的同時有效降低二氧化碳的排放總量，并于2030年前實現(xiàn)“碳達峰”，預計峰值約為463.18×106t.綠色發(fā)展情景可以視為新疆實現(xiàn)“碳達峰”的最優(yōu)選擇.

經(jīng)濟放緩情景（S6）的模擬結果在理論上為新疆實現(xiàn)“碳達峰”提供了一個可能的路徑，即在繼續(xù)提高環(huán)境與能源政策目標困難較大的情況下，可以通過適當放緩經(jīng)濟增長來減少二氧化碳的排放總量，從而在2030年前實現(xiàn)“碳達峰”目標，碳排放峰值約為480.91×106t.在此情境下新疆的經(jīng)濟增長將低于國家“十四五”規(guī)劃的總體發(fā)展目標，會進一步擴大新疆與其它省份間的經(jīng)濟差距，不利于區(qū)域間協(xié)調發(fā)展，也不符合新疆經(jīng)濟發(fā)展需求，因此本情景僅為相關研究提供一定的理論參考，實踐中不予考慮.

5 研究結論與政策啟示

（1）在基準情景下，新疆在2040年內并未出現(xiàn)碳排放拐點，未來碳減排壓力較大.

（2）在產(chǎn)業(yè)升級、節(jié)能發(fā)展和清潔發(fā)展三種情景下，新疆碳排放峰值分別約為537.83×106t、516.53×106t和513.56×106t，分別將于2040、2035和2035年實現(xiàn)“碳達峰”.

（3）在經(jīng)濟放緩情景下，可于2030年實現(xiàn)“碳達峰”，碳排放峰值約為480.91×106t，然而會對新疆的長期發(fā)展造成一定的不利影響，不符合新疆經(jīng)濟發(fā)展需求，因此僅為相關研究提供一定的參考，實踐中不予考慮.

（4）在綠色發(fā)展情景下，新疆可以在維持經(jīng)濟平穩(wěn)發(fā)展的同時，于2030年實現(xiàn)“碳達峰”，碳排放峰值約為463.18×106t，是新疆實現(xiàn)“碳達峰”的最優(yōu)路徑.

上述研究的政策啟示如下：

（1）推動資源型產(chǎn)業(yè)轉型升級，走綠色低碳發(fā)展路徑.經(jīng)濟發(fā)展對資源型產(chǎn)業(yè)的依賴是新疆實現(xiàn)“碳達峰”的重要阻礙，應加快淘汰落后產(chǎn)能，改造提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)促進產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)化升級，與此同時大力提倡綠色生產(chǎn)，特別要加快煤炭、石油、化工三大重點行業(yè)的低碳轉型，發(fā)揮產(chǎn)業(yè)互補優(yōu)勢，持續(xù)推動經(jīng)濟體系全面綠色升級，為進一步節(jié)能降碳打下良好基礎.

（2）加大減排科技投入，推動節(jié)能減碳技術進步.新疆總體仍面臨著較強的減排壓力，在目前趨勢下于2030年前達到碳排放峰值有很大困難.企業(yè)作為碳減排的主體，需進一步加大對節(jié)能減排技術創(chuàng)新的投入，加強與高等院?？蒲性核a(chǎn)、學、研、用與成果轉化.政府應優(yōu)先支持節(jié)能減排技術創(chuàng)新項目，加快推進節(jié)能減污降碳技術的研發(fā)、推廣和應用，并激發(fā)市場活力，完善相關的財稅政策和市場體系.

（3）加強頂層設計，實施清潔能源替代戰(zhàn)略，大力發(fā)展新能源.在“碳達峰”目標約束下，清潔低碳是新疆能源工業(yè)發(fā)展的迫切要求和必然趨勢，新疆應充分利用自然優(yōu)勢，深入開發(fā)太陽能、風能和生物能潛力，減少化石能源占比，加大清潔能源占比，降低新疆的能源碳排放強度，以期盡早實現(xiàn)“碳達峰”.

（4）積極開展新疆碳市場、碳交易研究，在全國碳交易市場中發(fā)揮積極作用.2021年中國將全面上線并普及碳排放權交易市場，新疆應抓住機遇、直面挑戰(zhàn)，充分結合新疆實際開展相關研究，深度剖析地區(qū)碳排放現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢，分析碳交易市場的政策效應，主動利用市場機制控制和減少溫室氣體排放，進一步推動經(jīng)濟發(fā)展方式向綠色低碳轉型.