碳中和愿景下浙江省工業(yè)部門碳達峰預測與實現(xiàn)策略

蔣惠琴，李奕萱，陳苗苗，邵鑫瀟

(浙江工業(yè)大學 公共管理學院，杭州 310023)

0 引言

眾所周知，碳達峰和碳中和已經(jīng)成為我國應(yīng)對全球氣候變化、實現(xiàn)綠色低碳可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略。2020年9月22日，習近平主席在第七十五屆聯(lián)合國大會一般性辯論上提出，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。中國尚處于工業(yè)化和城市化快速發(fā)展的重要歷史時期，2021年，我國工業(yè)增加值占GDP的比重為32.6%，同期的美國、英國分別為17.65%和19.6%。因此，雖然工業(yè)部門為我國經(jīng)濟的發(fā)展提供了強有力的支撐，但同時其高能耗、高污染、高排放的特征也成為國家實現(xiàn)低碳轉(zhuǎn)型和高質(zhì)量發(fā)展所必須面對的重點難題。

隨著“雙碳”戰(zhàn)略的提出，“碳達峰、碳中和”已成為政界、學界、商界的熱詞，目前學界對碳達峰的研究日趨豐富。在國家層面，大多數(shù)學者研究認為中國有望在2030年之前實現(xiàn)碳達峰，峰值在100億t左右[1]。王迪等通過情景預測的方法，發(fā)現(xiàn)在深度能源轉(zhuǎn)型情景下我國CO2排放將在2025年達峰，峰值水平為102.54億t[2]。當然，也有個別研究預測峰值水平較高，如H.Wang等運用EKC方法，發(fā)現(xiàn)我國可以在2021—2025年實現(xiàn)碳達峰，峰值水平在130億～160億t之間[3]。

在區(qū)域?qū)用?，城市的碳排放、碳達峰研究較為豐富[4-5]。王勇等對6個超大城市碳達峰的影響因素及達峰情景進行研究，得出在能源強度以高速率下降的情景下可實現(xiàn)2030年前碳達峰[6]。李惠民等測算了1995—2016年北京市能耗碳排放，發(fā)現(xiàn)北京市已于2010年實現(xiàn)碳達峰[7]。潘棟等對中國東部地區(qū)達峰展開研究，認為東部地區(qū)均可以在2030年左右達峰[8]。蔣含穎等對中國36個典型大城市碳排放情況進行了分析，昆明、深圳和武漢已實現(xiàn)碳達峰，其余城市均尚未達峰[9]。郭芳等對全球274個城市和中國286個城市進行分類，并針對不同類型城市碳達峰路徑提出差異化建議[10]。

在工業(yè)部門層面，碳達峰研究仍存在諸多重點和難點。柴麒敏等發(fā)現(xiàn)工業(yè)部門能源消費和碳排放趨于穩(wěn)定[11]。王勇等對工業(yè)及其9個細分行業(yè)的碳排放達峰進行了情景預測，得出最早于2030年達到最低峰值140.43億t，最晚于2036年達到最高峰值150.09億t[12]。還有對工業(yè)分行業(yè)展開碳達峰研究[13-16]，包括電力行業(yè)、鋼鐵行業(yè)、水泥行業(yè)等。

綜上，目前針對全國、城市及部門的碳達峰研究日漸豐富，但省域?qū)用娴墓I(yè)部門及分行業(yè)碳達峰系統(tǒng)性研究相對較少。本研究以浙江省為研究對象，將生產(chǎn)端作為研究視角建立STIRPAT模型，對浙江省工業(yè)及重點行業(yè)進行碳達峰研究，以期對浙江省乃至全國工業(yè)部門碳達峰碳中和提供借鑒。

1 研究區(qū)域、研究方法與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)域

浙江省是中國東部沿海經(jīng)濟最為發(fā)達的省份之一，在國家“3060”發(fā)展目標和愿景下，浙江省理應(yīng)走在前列，率先達峰，為中西部地區(qū)發(fā)展預留空間。同時，浙江省工業(yè)經(jīng)濟和民營經(jīng)濟發(fā)達，2021年工業(yè)產(chǎn)值位居全國第4。初步測算，2019年浙江工業(yè)部門CO2排放總量為3.29億t，約占全省碳排放總量的61%。浙江工業(yè)部門經(jīng)濟體量大，能耗總量高，碳排放占比重，同時又面臨產(chǎn)業(yè)低碳轉(zhuǎn)型難度不斷加大等巨大挑戰(zhàn)。依據(jù)《中國國民經(jīng)濟行業(yè)分類》將工業(yè)行業(yè)分為采掘工業(yè)、原材料工業(yè)和加工工業(yè)等三大類，細分為41個子行業(yè)。根據(jù)相關(guān)文獻和實際需要，本研究歸類為九大工業(yè)行業(yè)(表1)。

表1 工業(yè)九大行業(yè)分類

1.2 研究方法

碳排放預測相關(guān)研究已有很多模型適用，如CMRCGE模型[17]、STIRPAT模型[18]等，本研究選用STIRPAT 模型用于碳排放預測，其能夠彌補所有因素均衡影響的不足[19]。表達式為：

CE=αGPβ1ECβ2CCβ3EEβ4u。

(1)

對式(1)兩邊取對數(shù)得到：

ln CE=c+β1ln GP+β2ln EC+β3ln CC+β4ln EE+μ。

(2)

式中：CE表示工業(yè)碳排放量； GP表示工業(yè)產(chǎn)值，反映部門經(jīng)濟發(fā)展狀況和工業(yè)化發(fā)展水平；EC表示能源消費，是影響工業(yè)碳排放量重要且直接的因素；CC表示煤炭消耗，用以指征能源結(jié)構(gòu)；EE表示能源效率，用工業(yè)總產(chǎn)值/能源消耗量表示，以指征技術(shù)因素[20-21]；c=lnα,為常數(shù)項；β1，β2，β3，β4為變量系數(shù);μ=lnu,為隨機誤差項。

1.3 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)來源于浙江省統(tǒng)計局官網(wǎng)公開數(shù)據(jù)、《浙江統(tǒng)計年鑒》《中國工業(yè)統(tǒng)計年鑒》等。研究時間為2004—2019年。

2 工業(yè)分行業(yè)碳排放峰值預測分析

2.1 模型檢驗

由于式(2)中4個指標之間存在多重共線性問題，選取嶺回歸法消除變量之間的多重共線性[22]。從工業(yè)整體回歸結(jié)果來看，能源消費和煤炭消耗對整體工業(yè)碳排放的影響程度最大。工業(yè)總產(chǎn)值對整體工業(yè)部門碳排放的影響程度較小。此外，能源效率提升會引起碳排放量的下降，其對工業(yè)部門碳排放的負向作用甚至超過了產(chǎn)值增長帶來的正向影響，因此，以能效提升為目標的技術(shù)進步及技術(shù)創(chuàng)新需要重點關(guān)注[23]。

除了對浙江省工業(yè)部門整體嶺回歸及模型檢驗外，還對細分的九大工業(yè)行業(yè)進行了回歸及檢驗，結(jié)果均在0.01%水平上顯著(表2)。可以看出，第一，紡織、石油、化工、機電、鋼鐵和電力行業(yè)工業(yè)產(chǎn)值呈正向影響，說明這些行業(yè)增長與碳排放未脫鉤；采掘、輕工、建材3個行業(yè)工業(yè)產(chǎn)值呈負向影響，說明除了市場因素外，已經(jīng)實現(xiàn)產(chǎn)值與碳排放的脫鉤，但由于經(jīng)濟體量不大，無法改變整體工業(yè)產(chǎn)值與碳排放之間的正向關(guān)系。第二，能源消費對9個行業(yè)均呈現(xiàn)正向影響，其中對紡織行業(yè)的影響最強，能源消耗系數(shù)達0.87，浙江紡織行業(yè)占比大，也是未來浙江省工業(yè)部門乃至全省碳達峰的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。第三，煤炭消耗對大部分行業(yè)呈現(xiàn)正向影響，但紡織行業(yè)出現(xiàn)特殊值為負數(shù)，究其原因，紡織行業(yè)原煤消耗量降幅非常大，從2004年的1 010.9萬t標煤減少到2019年的93.3萬t標煤，說明此行業(yè)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整效應(yīng)非常明顯。鋼鐵行業(yè)的煤炭消耗影響最強，其系數(shù)為0.95，這與元立鋼鐵、寧波鋼鐵等企業(yè)長流程煉鋼有直接的關(guān)系。因此，如何增長短流程煉鋼比例、在降低煤炭消耗的基礎(chǔ)上保障市場鋼材需求是需要重點關(guān)注的問題。第四，較為意外的是能源效率對輕工、石油、機電、鋼鐵、電力行業(yè)均呈正向影響，原因是這些行業(yè)在研究期內(nèi)的能效提升不足以抵消能耗增加所帶來的碳排放，甚至引起消費回彈，從而導致碳排放量進一步增加。

表2 工業(yè)九大行業(yè)碳排放嶺回歸系數(shù)與模型檢驗Tab.2 Ridge regression coefficient and model test for nine industrial sectors

2.2 情景設(shè)置

對行業(yè)預測模型中的4個自變量設(shè)置低位值、中位值、高位值三類情景(表3)。高位值情景中，行業(yè)工業(yè)產(chǎn)值、能源消費、煤炭消耗按照年度平均變化率設(shè)定。能源效率低位值按年度平均變化率設(shè)定，高位值在此基礎(chǔ)上增長0.2%～2%。中位值情景中，行業(yè)工業(yè)產(chǎn)值、能源消費、煤炭消耗設(shè)置按照“十四五”規(guī)劃中的發(fā)展要求，在高位值的基礎(chǔ)上設(shè)定逐年降低0.05%～0.2%，能源效率則在低位值的基礎(chǔ)上增長0.2%～1%。低位值情景中，能源效率按照年度平均變化率設(shè)定，工業(yè)產(chǎn)值、能源消費、煤炭消耗則根據(jù)原本設(shè)定的中位值進一步調(diào)整。

在變量漲跌幅設(shè)定的基礎(chǔ)上，選擇3種情景，對各行業(yè)的碳排放達峰情況及發(fā)展趨勢進行預測分析(表4)。

表3 變量漲跌幅設(shè)定 %/a

表4 變量情景設(shè)定

高耗情景(A1)。在高耗情景下，分行業(yè)工業(yè)產(chǎn)值設(shè)定為高位值。能源消費及煤炭消耗設(shè)為高位值，能源效率設(shè)定為低位值。2021年1—2月，浙江省規(guī)模以上工業(yè)增加值同比增長49.4%，疫情后的快速生產(chǎn)發(fā)展態(tài)勢可能會對現(xiàn)有的低碳發(fā)展產(chǎn)生沖擊，各行業(yè)相關(guān)變量設(shè)置呈現(xiàn)高位值。

政策情景(A2)。各影響因素均選擇中位值。政策情景反映了各工業(yè)行業(yè)按照浙江省“十四五”規(guī)劃和能源發(fā)展等相關(guān)政策目標下碳排放將呈現(xiàn)的排放趨勢。

低碳情景(A3)。低碳情景下，分行業(yè)工業(yè)產(chǎn)值設(shè)定為中位值，能源消費及煤炭消耗則根據(jù)不同行業(yè)的發(fā)展情況設(shè)定為低位值及中位值，能源效率設(shè)定為中位值及高位值。該情景設(shè)置充分考慮《浙江省綠色循環(huán)低碳發(fā)展“十四五”規(guī)劃》要求。

2.3 工業(yè)分行業(yè)碳達峰趨勢分析

根據(jù)對工業(yè)分行業(yè)的回歸結(jié)果，得出相應(yīng)的預測公式，結(jié)合前述設(shè)定的低碳、政策、高耗3個情景，對2020—2050年的碳排放量進行預測(圖1)。

在高耗發(fā)展情景下，浙江省工業(yè)各行業(yè)發(fā)展維持較高增速，在高耗情景下均未出現(xiàn)峰值。采掘行業(yè)則呈現(xiàn)先快后緩的下降趨勢，未來仍有減排空間。其余行業(yè)在高耗情景下呈現(xiàn)穩(wěn)步增長的態(tài)勢，其中需要注意鋼鐵、石油、電力、化工、輕工5個行業(yè)，其碳排放受市場需求及發(fā)展慣性影響，在沒有約束的發(fā)展情景下容易出現(xiàn)爆發(fā)式增長，相對于其他行業(yè)更需要頂層計劃性的政策安排，嚴控能源消耗及產(chǎn)業(yè)規(guī)模。

在政策情景下，除石油行業(yè)外，浙江省其余工業(yè)行業(yè)在政策規(guī)制下均出現(xiàn)了峰值，其中建材行業(yè)最早于2027年達峰，峰值為0.341億t，表明近些年供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革政策下水泥過剩產(chǎn)能已經(jīng)得到較好化解。剩余行業(yè)達峰均在2030年后實現(xiàn)，其中輕工、電力行業(yè)最晚于2047年達峰，其峰值分別為0.063億t和4.365億t。值得注意的是石油行業(yè)在政策情景下仍未達峰。因此，需要在重點關(guān)注輕工、電力、石油行業(yè)的基礎(chǔ)上推動晚達峰行業(yè)制定壓力化減排目標，提高化石能源替代率，加快超低排放創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用。

在低碳發(fā)展情景下，各工業(yè)行業(yè)均實現(xiàn)了達峰，其中建材行業(yè)最早于2023年達峰，峰值為0.339億t，石油行業(yè)最晚于2048年達峰，峰值為0.093億t。除石油行業(yè)外，其余工業(yè)行業(yè)均可實現(xiàn)2030年前達峰。低碳發(fā)展情景可基本滿足浙江省內(nèi)工業(yè)碳達峰要求，但電力及石油行業(yè)仍存在巨大的減排壓力，需要加大重點行業(yè)綠色技術(shù)賦能，著力提升清潔能源占比，同時關(guān)注石油行業(yè)發(fā)展規(guī)模及產(chǎn)能過剩問題。

3 工業(yè)部門整體達峰策略設(shè)置及分析

3.1 浙江省達峰策略設(shè)置

基于浙江省工業(yè)各行業(yè)不同情景，設(shè)置5種工業(yè)達峰策略(表5)。

高耗情景策略(B1)：各行業(yè)均選擇高耗情景(A1)，該策略表示各行業(yè)在現(xiàn)有的發(fā)展狀況下浙江省工業(yè)整體未來碳排放發(fā)展狀況。

政策情景策略(B2)：各行業(yè)均選擇政策情景(A2)，該策略體現(xiàn)政府遵循“十四五”相關(guān)綠色發(fā)展規(guī)劃下的浙江省工業(yè)整體未來碳排放發(fā)展狀況。

低碳情景策略(B3)：各行業(yè)均選擇低碳情景(A3)，該策略體現(xiàn)浙江工業(yè)整體在碳中和愿景下詳細制定碳達峰目標，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)及能源結(jié)構(gòu)，降低碳排放。

能源協(xié)同策略(B4)：該政策設(shè)立旨在通過對不同行業(yè)的不同能源發(fā)展情況進行分類，針對能源消費量大小為各行業(yè)選擇不同的情景。依據(jù)2019年浙江省工業(yè)各行業(yè)能源消費量，將九大行業(yè)分為三類：第一類指能源消費大于1 000萬t標煤的行業(yè)(A3)；第二類指能源消費量在700萬～1 000萬t/標煤的行業(yè)(A2)；第三類指能源消費量在小于700萬t/標煤的行業(yè)(A1)。

圖1 九大行業(yè)碳排放峰值預測趨勢

表5 工業(yè)整體達峰策略的對應(yīng)情景設(shè)置

經(jīng)濟協(xié)同策略(B5)：該策略旨在推動碳達峰目標和經(jīng)濟兩者協(xié)同發(fā)展，推動不同發(fā)展程度的行業(yè)選擇不同的發(fā)展速度。本研究根據(jù)2019年浙江省各行業(yè)工業(yè)產(chǎn)值，將九大行業(yè)分為三類：第一類指工業(yè)產(chǎn)值大于5 000萬元的行業(yè)(A3)；第二類指工業(yè)產(chǎn)值在1 000萬～5 000萬元的行業(yè)(A2)；第三類指工業(yè)產(chǎn)值不足1 000萬元的產(chǎn)業(yè)(A1)。

3.2 浙江省工業(yè)部門整體碳達峰策略分析

浙江省工業(yè)部門整體5種達峰策略(圖2)。在高耗情景策略下，浙江省工業(yè)整體碳排放處于增速上升的狀態(tài)，2050年前未出現(xiàn)峰值，無法如期實現(xiàn)碳達峰的目標。在政策情景策略下，浙江省工業(yè)整體在2047年達到峰值，其峰值達到5.481億t，無法實現(xiàn)2030年前達峰，因此，單純的減緩發(fā)展速度無法實現(xiàn)工業(yè)整體預期目標，必須有計劃地針對不同行業(yè)進一步加大對能源消費及煤炭消耗的控制。在低碳情景策略下，浙江省工業(yè)整體將在2028年達到峰值，峰值為3.516億t，與政策情景策略相比，峰值減小1.965億t，表明在嚴格的綠色發(fā)展低碳情景下，浙江省工業(yè)整體可以實現(xiàn)2030年前達峰的目標。在能源協(xié)同策略下，浙江省工業(yè)整體碳排放在2030年達峰，且峰值為3.577億t，這表明考慮不同行業(yè)能源消費能力實施選擇不同情景，可使工業(yè)整體在2030年當年實現(xiàn)達峰。在經(jīng)濟協(xié)同策略下，浙江省工業(yè)整體碳排放也同樣在2030年實現(xiàn)達峰，峰值為3.568億t，因此，深度節(jié)能減排與有針對性地推動行業(yè)經(jīng)濟發(fā)展并不沖突，同樣可以實現(xiàn)在2030年碳達峰。

圖2 工業(yè)整體碳排放峰值預測趨勢

綜上所述，浙江省工業(yè)行業(yè)碳達峰時間在2028年及以后實現(xiàn)，峰值區(qū)間為3.516億～5.481億t。在綜合考慮各策略達峰時間和峰值大小以后，5種策略的先后選擇次序依次為低碳情景策略(2028年)、經(jīng)濟協(xié)同策略(2030年)、能源協(xié)同策略(2030年)、政策情景策略(2047年)、高耗情景策略(無峰值)。與其他省份預測研究相比較，山東省工業(yè)部門峰值區(qū)間為4.075億～7.938億t，低碳、政策、高耗3種情景下達峰時間分別為2018年、2025年、2030年[24]。對比來看，山東省工業(yè)部門對能源依賴性強，通過緊縮性的能源政策可實現(xiàn)達峰，但需要進一步降低峰值，而浙江省工業(yè)部門峰值較小，更側(cè)重于利用技術(shù)創(chuàng)新提早達峰時間。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

浙江省工業(yè)部門各行業(yè)碳排放差異較大，除采掘行業(yè)已經(jīng)實現(xiàn)碳達峰外，高耗情景下各行業(yè)均無法實現(xiàn)達峰，在基準情景下除建材行業(yè)可在2030年前達峰外，其余7個行業(yè)均無法實現(xiàn)提前達峰，在低碳情景下，除石油行業(yè)以外，其余行業(yè)均可在2030年前達峰。

低碳情景策略最吻合浙江省工業(yè)整體未來發(fā)展要求，在該策略下，浙江省工業(yè)部門整體將于2028年實現(xiàn)達峰，其余策略均無法實現(xiàn)2030年前達峰。

在達峰峰值方面，浙江省工業(yè)整體達峰峰值在3.516億～5.481億t，其中最早于2028年實現(xiàn)峰值3.516億t，最晚于2047年實現(xiàn)峰值5.481億t，在分行業(yè)中峰值最大的是電力行業(yè)，最早可于2028年實現(xiàn)峰值272.121億t，最晚于2047年實現(xiàn)峰值436.535億t。

4.2 建議

制定具有行業(yè)特色的減排措施和相應(yīng)政策，精準施策,減少碳排放。采掘、石油行業(yè)的碳排放對工業(yè)產(chǎn)值最為敏感，尤其是石油行業(yè)，經(jīng)濟體量大，首要調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)布局，化解過剩產(chǎn)能，嚴控新上項目。紡織、化工、建材行業(yè)的碳排放對能源消費最為敏感，應(yīng)著力控制能源消費量，降低化石能源消費比例。機電、鋼鐵、電力行業(yè)應(yīng)將節(jié)煤控煤落到實處，提高分布式光伏等在能源使用中的比例。輕工行業(yè)對能源效率最為敏感，應(yīng)提高綠色環(huán)保技術(shù)的應(yīng)用，嚴控生產(chǎn)環(huán)節(jié)及終端環(huán)節(jié)碳排放。

針對各行業(yè)實際情況制定差異化達峰目標，分批次推進。針對已經(jīng)實現(xiàn)達峰的采掘行業(yè)和能夠在政策情景下實現(xiàn)提前達峰的建材行業(yè)，政府應(yīng)在控制其能源消耗和碳排放的同時，適當放寬要求以保證行業(yè)經(jīng)濟穩(wěn)定發(fā)展。對于在低碳情景下達峰的輕工、紡織、機電、化工、鋼鐵、電力行業(yè)，政府應(yīng)實施較為穩(wěn)健的綠色措施以推動其盡早達峰。對于石油行業(yè)，政府應(yīng)采取嚴格的政策規(guī)制，推動石油行業(yè)盡早靠攏2030年達峰目標。

推動工業(yè)部門整體統(tǒng)籌規(guī)劃，有效落實各行業(yè)低碳政策。工業(yè)部門各行業(yè)無論從能源協(xié)同還是經(jīng)濟協(xié)同的角度采取策略，都無法保證工業(yè)整體在2030年前達峰。因此，必須對所有行業(yè)實行低碳情景，并做出前瞻性的減排規(guī)劃，讓不同行業(yè)的減排策略形成有機整體，從而實現(xiàn)2030年前整體達峰的目標。