碳達峰目標與經(jīng)濟增長約束下我國能源結(jié)構(gòu)調(diào)整測算

劉 影，王建民，范玉環(huán)

(安徽理工大學經(jīng)濟與管理學院 安徽 淮南 232001)

2021年3月15日，習近平主持召開中央財經(jīng)委員會第九次會議，會議強調(diào)，我國力爭2030年前實現(xiàn)“碳達峰”，2060年前實現(xiàn)“碳中和”，這是黨中央經(jīng)過深思熟慮的決策，在今年的兩會上，這兩個關(guān)鍵字更是頻頻被提。

經(jīng)濟增長會帶來能源消費，而能源消費勢必會導致碳排放的增加，因為能源消費是碳排放增長的主要原因，明確調(diào)整能源消費結(jié)構(gòu)是解決這一矛盾的關(guān)鍵。目前關(guān)于實現(xiàn)碳達峰的研究較少，特別是在疫情影響下經(jīng)濟的發(fā)展有了很多的不確定性，因此，為了實現(xiàn)碳達峰，在考慮了技術(shù)進步的前提下如何實現(xiàn)碳達峰目標至關(guān)重要。

研究者把能源分為化石能源和非化石能源兩類，其中化石能源分為煤炭、石油和天然氣。在考慮了經(jīng)濟增長與產(chǎn)出彈性和替代彈性變化的情況下，采用超越對數(shù)生產(chǎn)函數(shù)模型可以更好地分析能源結(jié)構(gòu)與經(jīng)濟增長的動態(tài)關(guān)系，比較各能源對經(jīng)濟增長的貢獻，得出現(xiàn)我國能源結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀，以此來探究實現(xiàn)碳達峰目標的途徑。

1 文獻綜述

學者們對碳排放的研究方向的區(qū)別主要表現(xiàn)在研究角度和內(nèi)容不同，在研究角度上主要圍繞碳排放與經(jīng)濟之間的關(guān)系和碳減排的關(guān)鍵之處的研究，何凌云[1]采用格蘭杰檢驗了碳排放和經(jīng)濟、能源效率和可再生能源投資的關(guān)系，結(jié)果表明他們之間存在調(diào)節(jié)作用。王鋒[2]等人運用對數(shù)平均Divisia指數(shù)分解法研究表明碳排放增長的主要因素是經(jīng)濟的快速發(fā)展，兩位學者的研究都表明了經(jīng)濟與碳排放之間存在正向關(guān)系。還有一些學者從碳減排的關(guān)鍵角度出發(fā)，發(fā)現(xiàn)減少碳排放主要在于提高非化石能源的占比以及優(yōu)化能源效率等，如陳進行[3]通過構(gòu)建模型分析得到非化石能源的增長對碳排放達到峰值的目標最為關(guān)鍵。周彥楠[4]等通過實證分析得到合理推進城市化進程可以間接地達到降低碳排放和優(yōu)化能源消費結(jié)構(gòu)的目的。朱勤[5]等人對我國1980—2007年的能源消費碳排放進行分析得出我國碳減排的關(guān)鍵在于調(diào)整能源結(jié)構(gòu)和優(yōu)化能源效率。胡鞍鋼[6]分析了碳達峰、碳中和的重大意義和實現(xiàn)路徑。可以看出，不管是過去十年還是現(xiàn)在，學者們的研究方向都致力于如何實現(xiàn)碳達峰、實現(xiàn)碳達峰的意義以及節(jié)能減排的路徑，表明優(yōu)化我國的能源結(jié)構(gòu)和能源效率是今后努力的方向。Nezahat[7]探討了可再生能源的消費量對碳排放的影響，結(jié)果表明可再生能源消費可以減少CO2的排放量，進一步證實了國家倡導提高非化石能源消費占比的戰(zhàn)略是符合節(jié)能減排目標的。Rahman[8]發(fā)現(xiàn)經(jīng)濟增長和貿(mào)易開放程度與CO2排放、之間存在雙向因果關(guān)系。Jie Dingfei[9]提出非化石能源的開發(fā)和碳價格策略對碳減排具有積極作用。 Xie Wu[10]分析表明煤炭調(diào)控政策對碳達峰、碳中和至關(guān)重要。

結(jié)合以上文獻的查閱和思考發(fā)現(xiàn)，至今國內(nèi)針對碳達峰目標結(jié)合當前能源結(jié)構(gòu)的剖析來預測未來能源消費量的文章較少，但是有效預測我國各種能源消費量可以大概知道今后的著重點在哪里，例如王妍[11]152采用主要耗煤部門法和間接法兩種方法測算了2020年的煤炭需求量，結(jié)果表明煤炭的消費量在一次能源中占比逐漸減少，但是主體地位不易改變。這也是我國一直以來的能源結(jié)構(gòu)特點，這樣的預測結(jié)果是符合我國的發(fā)展趨勢的，可以為國家的發(fā)展提出有效的建議。李德波[12]等人也采用了不同的方法預測了2020年煤炭需求量，其結(jié)果與王妍[11]155等人預測結(jié)果相差不大，建議政府要加大科技投入，提高煤炭的回采率，增加競爭力，一定程度上推動社會的發(fā)展。王建民[13]34根據(jù)國家提出的經(jīng)濟發(fā)展目標和二氧化碳排放強度的目標測算了2014—2020年的碳排放量，計算了未來5年非化石能源的消費增長率以及煤炭消費量的占比，其預測結(jié)果和2020年的實際情況一致。研究表明，根據(jù)當前能源消費情況預測未來能源消費量的文章可以為政府制定相關(guān)節(jié)能減排政策提供指導性意見。

本文的研究進展包括，首先，研究方法上，C-D生產(chǎn)函數(shù)假設(shè)產(chǎn)出彈性是一個常數(shù)，而現(xiàn)實情況卻是產(chǎn)出彈性是隨著社會進步而變化的，而超越對數(shù)生產(chǎn)函數(shù)模型是一種易于估計且具有高度包容性的變彈性生產(chǎn)函數(shù)模型，在考慮了能源結(jié)構(gòu)之間的相互作用以及技術(shù)進步差異的前提下，該模型更加準確客觀地分析產(chǎn)出彈性和替代彈性的動態(tài)變化。因此本文采用了超越對數(shù)生產(chǎn)函數(shù)模型研究了2000—2019年的GDP和不同類型的能源消費量之間的關(guān)系，計算各能源的投入產(chǎn)出以及替代彈性。其次，為了減少時間變化對模型產(chǎn)生的影響，引入時間虛擬變量τ(初始值為1)，每年按照10%的增速增加，這樣就把技術(shù)進步的因素也考慮在了模型中[13]28。最后估計2020—2029年中國的各能源的增長率以及碳排放量，為實現(xiàn)碳達峰，做好節(jié)能減排提出建議。

2 模型構(gòu)建與數(shù)據(jù)來源

2.1 模型構(gòu)建

建立反應能源結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)模型

Yt=f(Ct,Pt,Gt,Nt,τ)

(1)

表達式中Yt、Ct、Pt、Gt、Nt分別是中國第t年的國內(nèi)生產(chǎn)總值、煤炭消費量、石油消費量、天然氣消費量、非化石能源消費量。(1)式兩邊對時間取對數(shù)，得到經(jīng)濟增長的方程為

(2)

對(2)進行變形得反映中國能源結(jié)構(gòu)變化的模型

LnYt=β0+βττ+βτττ2+βτcτLnCt+βτpτLnPt+βτgτLnGt+

βτnτLnNt+βcLnCt+βpLnPt+βgLnGt+βnLnNt+

βcc(LnCt)2+βpp(LnPt)2+βgg(LnGt)2+βnn(LnNt)2+

βcpLnCtLnPt+βcgLnCtLnGt+βcnLnCtLnNt+

βpgLnPtLnGt+βpnLnPtLnNt+βgnLnGtLnN

(3)

式(3)中β0是函數(shù)模型中的人力資本、管理水平等驅(qū)動因素。

煤炭的產(chǎn)出彈性公式

ηc=βc+βcpLnPt+βcgLnGt+βcnLnNt+2βccLnCt+βcτ

(4)

石油的產(chǎn)出彈性公式

ηp=βp+βcpLnCt+βpgLnGt+βpnLnNt+2βppLnPt+βpτ

(5)

天然氣的產(chǎn)出彈性公式

ηg=βg+βpgLnPt+βcgLnCt+βgnLnNt+2βggLnGt+βgτ

(6)

非化石能源的產(chǎn)出彈性公式

ηn=βn+βpnLnPt+βgnLnGt+βcnLnCt+2βnnLnNt+βnτ

(7)

替代彈性反映了兩個要素之間的可替代性，彈性越大替代性就越強。替代彈性的計算公式為

(8)

ηi，ηj分別表示各能源的產(chǎn)出彈性，下標i，j=1,2,3,4分別對應C、P、G、N。技術(shù)進步差異為

(9)

式(9)中BIAS代表的是兩種能源要素的技術(shù)進步差異，若BIAS=0代表兩種能源技術(shù)進步相等，若BIASij大于零指的是i的技術(shù)進步大于j。

2.2 數(shù)據(jù)來源

國內(nèi)生產(chǎn)總值GDP折算為以1990年為基期的可比價格。煤炭、石油、天然氣和非化石能源消費量的數(shù)據(jù)來源于《中國統(tǒng)計年鑒》(2000—2019)，非化石能源指的是水能、風能、太陽能、海洋能等可再生資源，非化石能源中火電主要使用的煤炭不再重復計算。各能源消費量的單位均用“萬噸標準煤”表示。

3 數(shù)據(jù)處理與分析

3.1 模型估計

首先使用SPSS21.0對數(shù)據(jù)進行線性回歸，發(fā)現(xiàn)自變量的共線性很強，于是使用嶺回歸來解決這個問題，使用SPSS21.0對(3)做嶺回歸參數(shù)估計，得到k=0.5，其結(jié)果如表1。

從表1可知，模型調(diào)整后的R2是0.916866，P值均小于0.05說明方程的擬合度較好，回歸系數(shù)均為正，說明自變量都對因變量產(chǎn)生了正向的影響，中國經(jīng)濟中的規(guī)模報酬是遞增的；各交叉影響項的系數(shù)均為正，這與中國各能源的消費量不斷上升的實際情況相吻合；同時時間趨勢變量的系數(shù)均大于零，與實際相符。因此可以認為模型的估計結(jié)果是有意義的。

表1 超越對數(shù)生產(chǎn)函數(shù)的嶺回歸參數(shù)估計結(jié)果

3.2 驅(qū)動因素產(chǎn)出彈性及貢獻率計算

根據(jù)表2中的各回歸參數(shù)以及式(4)至(7)可以計算出各能源要素的產(chǎn)出彈性，結(jié)果如表2。

驅(qū)動因素的產(chǎn)出彈性反映了各能源要素的能源效率，從表2中可以看出4種能源要素中，石油消費量對經(jīng)濟增長的產(chǎn)出彈性系數(shù)最大，年均達到0.3216，表示石油消費量每增加1%，GDP產(chǎn)出就會增加0.3216%，也說明石油消耗的產(chǎn)出效率較高。產(chǎn)出效率最低的是天然氣，年均僅為0.1376，這是因為目前我國天然氣的開采技術(shù)還未成熟，雖然近幾年國家大力提倡擴大天然氣在生活用氣中的比例，但這并沒有完全普及到一家一戶，然而這一舉措極大地提升了天然氣的使用率，也符合表2中天然氣的產(chǎn)出彈性增長趨勢是最快的情況，天然氣是最清潔的化石能源，提高天然氣在化石能源消費中的比例是我國碳減排的主要途徑。

根據(jù)式(2)計算驅(qū)動因素對GDP產(chǎn)出的貢獻率。結(jié)果如圖1所示。

從圖1中可以看出各能源要素對GDP產(chǎn)出的貢獻率基本上呈現(xiàn)上升趨勢，也就是說都對經(jīng)濟增長產(chǎn)生了正向影響。其中綜合要素的貢獻率最大，年均達到27.689%，其次是非化石能源，達到20.696%，煤炭和石油的平均貢獻率分別是18.1059%和19.5483%，最少的是天然氣。可以觀察到，非化石能源的貢獻率增長速度最快，從1995年17.6487%到2019年的20.5189%，這是因為國家對節(jié)能減排的重視，不斷強調(diào)盡早實現(xiàn)碳達峰，也因此出臺了很多政策來減少人們對化石能源的依賴，不斷利用非化石能源來滿足人們的生活需要?？偟膩砜?，能源對經(jīng)濟增長的貢獻率超過了60%，這與我國是高依賴能源投入的情況相吻合。

表2 驅(qū)動因素產(chǎn)出彈性系數(shù)計算結(jié)果

還有個別年份的綜合要素貢獻率出現(xiàn)負值，如2003年和2004年出現(xiàn)較大的異常，主要是我國煤炭的開采和消費量出現(xiàn)異常的增長，因此導致二氧化碳排放量增加，這與多數(shù)學者的預測一致[13,14]。而1997出現(xiàn)負值是因為能源消費的增長速度為負值。為了使能源消費保持在穩(wěn)定范圍內(nèi)，需要響應國家政策，積極實施綠色生態(tài)，控制二氧化碳的排放與非化石能源的利用。

3.3 驅(qū)動因素替代彈性計算

根據(jù)式(8)計算各能源要素與投入之間的替代彈性，計算結(jié)果如圖2所示。

圖1 驅(qū)動因素對經(jīng)濟增長貢獻率

從圖2中可以看出，石油、煤炭和天然氣與非化石能源的替代彈性都超過了1但是不超過1.02，也就是說化石能源可代替非化石能源，但是可替代性很小。石油和煤炭對非化石能源的替代性又大于天然氣與非化石能源的替代彈性，這與閆曉霞[15]759等人的測算一致。

圖2 驅(qū)動因素替代彈性

國家能源局印發(fā)《2021年能源工作指導意見》提出為了深入落實碳達峰行動，提高非化石能源的占比，明確把煤炭消費比重下降到56%以下，且電能占能源消費比重力爭達到28%左右，盡力做到以電代煤，以電代油。在國外有些地方的非化石能源占比已經(jīng)超過了化石能源，而我國也提出了要優(yōu)先發(fā)展非化石能源，可再生能源替代化石能源，在能源合理開采的同時走低碳能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化路線。

3.4 驅(qū)動因素技術(shù)進步差異分析

由式(9)計算得出化石能源與非化石能源的技術(shù)進步差異，結(jié)果如圖3。

如圖3，煤炭和石油與非化石能源的技術(shù)進步差異均小于0，只有天然氣與非化石能源的技術(shù)進步大于0，表示煤炭和石油的技術(shù)進步明顯比非化石能源慢，這也是國家對非化石能源發(fā)展的重視以及走可持續(xù)發(fā)展道路的結(jié)果。天然氣作為一種清潔能源可以減緩溫室效應改善環(huán)境，天然氣的消費量一直以較快的速度增長，近年來政府也慢慢地擴大了民生用氣的范圍，所以天然氣的技術(shù)進步大于非化石能源，但是兩者之間的差距正在逐漸減小，這主要是因為非化石能源的快速發(fā)展。

圖3 驅(qū)動因素技術(shù)進步差異

技術(shù)進步對能源消費量的碳強度產(chǎn)出彈性起抑制作用[16]，且技術(shù)進步可以在一定程度上實現(xiàn)節(jié)能減排[17]，大力發(fā)展非化石能源，提高非化石能源占能源消費的比例可以有效降低二氧化碳的排放量，走綠色發(fā)展道路。

4 碳達峰目標下碳排放量預測

4.1 碳達峰目標下的驅(qū)動因素投入量預測

根據(jù)上文中各能源要素的貢獻率公式可以推導得出驅(qū)動因素的增長率計算公式

驅(qū)動因素的增長率=

假設(shè)2020—2029年驅(qū)動因素對經(jīng)濟增長的貢獻率與1995—2019年的貢獻率相同，即煤炭、石油、天然氣、非化石能源對經(jīng)濟增長的貢獻率分別是： 18.11%、19.55%、13.96%、20.70%、。假設(shè)2020—2030年GDP的年均增長率與1995—2019年的相同，即2020—2030年GDP的年均增長率為7.35%。而驅(qū)動因素的產(chǎn)出彈性系數(shù)可以根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的產(chǎn)出彈性使用灰色預測模型來預測得出。

灰色預測模型是根據(jù)事物的客觀發(fā)展規(guī)律，由已知的數(shù)據(jù)對未來的事物狀況進行科學性預測的方法。本文采用MATAB 2020a軟件對2020—2029年的驅(qū)動因素的產(chǎn)出彈性進行預測。預測結(jié)果為，中國2020—2029年煤炭對經(jīng)濟增長的產(chǎn)出彈性由2020年的0.2819增長到2029年的0.2871；石油對經(jīng)濟增長的產(chǎn)出彈性由2020年的0.3340增長到2029年的0.3417；天然氣對經(jīng)濟增長的產(chǎn)出彈性由2020年的0.1419增長到2029年的0.1449；非化石能源對經(jīng)濟增長的產(chǎn)出彈性由2020年的0.2463增長到2029年的0.2514；使用方差C檢驗和小誤差P檢驗結(jié)果顯示天然氣消費量方差比C=0.00564，P=1；非化石能源消費量方差比C為0.0481，P=1，石油消費量方差比C為0.0539，P=1；煤炭消費量誤差P=1，檢驗結(jié)果均合格，表示預測模型結(jié)果具有可信度，可以用作預測。

根據(jù)以上方法可以計算得出各驅(qū)動因素2020—2029年增長率，結(jié)果如圖4。

如圖4所示，預計到2029年我國煤炭消費量將達到399819.9萬噸標準煤，年均增長率達到3.58%，在能源消費總量的比重從2019年的57.7%下降到2029年的47.63%；石油消費量將達到142994.19萬噸標準煤，年均增長率達到4.03%，在能源消費總量的比重從2019年的18.9%下降到2029年的17.03%；天然氣消費量將達到95830.3萬噸標準煤，年均增長率達到7.28%，在能源消費總量的比重從2019年的8.1%增長到2029年的11.42%；非化石能源消費量將達到200856.81萬噸標準煤，年均增長率達到7.42%，在能源消費總量的比重從2019年的15.3%增長到2029年的23.93%(符合我國在氣候雄心峰會上宣布的目標)?？偟膩碚f，預測結(jié)果與大多學者一致[15,18]，煤炭和石油的消費比例下降，說明碳排放對能源消費具有約束作[19]。

圖4 2020—2029年驅(qū)動因素消費量占能源消費總量占比

預測結(jié)果表明，在技術(shù)不斷進步的情況下，各能源要素2020—2029年的年均增長率均小于1995—2019年的年均增長率，表示實現(xiàn)2030年前碳排放量達到峰值具有可行性。

4.2 碳達峰目標下的碳排放量預測

根據(jù)上文中預測，可以計算2020—2029年的化石能源的碳排放量，計算公式為

C=∑i(Si×Fi×E)

(10)

式(10)中，C是碳排放量，單位t；Si是第i種能源消費量占總消費量的比重；Fi是第i種能源的碳排放系數(shù)；E是能源消費總量，單位萬噸標準煤。

根據(jù)以上計算方法，可以預測我國2020—2029年的二氧化碳排放量，結(jié)果如圖5。

圖5 2020—2029年碳排放量預測

預測結(jié)果顯示，未來十年內(nèi)我國的碳排放量緩慢上升，預計2028年左右可以達峰，碳排放量將會保持在108億噸左右，也就是說，我國會實現(xiàn)2030年“碳達峰”的目標并且有希望提前達峰。在這種情況下，到2028年左右達到峰值的原因是非化石能源等清潔能源的發(fā)展使得中國的碳排放增長緩慢，我國在2017年引入了碳交易機制以及大力倡導使用低碳能源促使了這個目標的實現(xiàn)。

5 結(jié)論與建議

要想走好可持續(xù)發(fā)展道路，就必須重視中國能源問題和生態(tài)環(huán)境問題，生態(tài)環(huán)境的問題已經(jīng)受到了世界各國的關(guān)注，這也驗證了習近平總書記所說的人類只有一個地球，各國共處一個世界，倡導“人類命運共同體”的意識才是可持續(xù)發(fā)展觀的關(guān)鍵。具體的，根據(jù)對中國能源結(jié)構(gòu)的分析與預測結(jié)果，主要結(jié)論與建議如下：

第1，嚴格執(zhí)行每一個“五年規(guī)劃”。根據(jù)每一個五年目標制定年度目標，不同省份以及城市規(guī)劃碳達峰年份，先實現(xiàn)區(qū)域碳達峰。當前的重點是完成“十四五”規(guī)劃中對于單位GDP能源消耗降低和單位GDP二氧化碳排放降低的約束性目標，不同省份、產(chǎn)業(yè)、行業(yè)制定碳減排目標，全方位各方面著手進行碳達峰行動。

第2，大力發(fā)展、優(yōu)先發(fā)展非化石能源。根據(jù)預測結(jié)果，2020—2029年非化石能源的年均增長率達到10%，一次能源的年均增長率均小于1995—2019年的年均增長率，這是因為國家大力支持火電、核電和水電發(fā)展，導致非化石能源的快速發(fā)展以及化石能源的緩慢增長。煤炭對非化石能源的替代性大于天然氣與非化石能源的替代彈性，可以通過非化石能源替代煤炭的使用來減少煤炭的消費量，尤其是工業(yè)企業(yè)，根據(jù)企業(yè)規(guī)模大小控制企業(yè)的化石能源消費量，控制工業(yè)三廢的排放以及實行綠色獎勵制度，以促進清潔能源的使用，從而實現(xiàn)碳減排。

第3，推進煤炭產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新。從目前的情況以及預測結(jié)果來看，煤炭占能源消費總量的比例在下降，煤炭的需求峰值提前到來。為了更好地應對氣候的變化和生態(tài)環(huán)境保護，綠色、安全、智能、高效的開采技術(shù)將成主流，煤炭產(chǎn)業(yè)升級成為必然，建議政府制定綠色政策福利，煤炭企業(yè)可以引進科技人才組建研發(fā)團隊、多元化發(fā)展，組織城鄉(xiāng)間企業(yè)合作交流，形成以大代小，以小促大的融洽氛圍。煤炭消費量一直占據(jù)能源消費總量的大頭，依舊是能源供應的主體，推進煤炭產(chǎn)業(yè)的智能發(fā)展，不僅可以保障能源安全，又可以為節(jié)能減排貢獻一份力量。

第4，倡導全民低碳行動。加大鄉(xiāng)鎮(zhèn)宣傳力度，對于落后發(fā)展的城鎮(zhèn)應當作為重點宣傳和培訓對象，低碳發(fā)展不僅需要國家政策的強制要求，還需要我們每個人重視起來。二氧化碳的來源大部分是人們在生活中的衣、食、住、行、用，如汽車尾氣、房屋面積、生活方式等。我們所生活的地球只有一個，必須要愛護它，樹立低碳意識，從每件小事做起，如減少汽車的使用次數(shù)、循環(huán)利用生活用水、購買應季食品、采用環(huán)保面料的衣物等，相信只要我們每個人都從這些小事做起，中國偉大的碳減排目標一定會實現(xiàn)。