中部地區崛起的能源需求及碳達峰路徑研究

程云鶴，董洪光，耿紀超，何繼善

（1. 安徽理工大學經濟與管理學院，安徽淮南 232001；2. 中南大學，長沙 410083）

一、前言

使用煤炭、石油等化石能源，在為經濟社會發展提供基本動力的同時，也產生了硫化物、氮化物、可吸入顆粒物等污染物和CO2，帶來了環境污染和全球氣候變化，因此推動能源轉型一直是國際社會的熱點和前沿問題 [1,2]。我國自2006年起成為世界上最大的能源消費和CO2排放國，2019年煤炭消費量占世界的51.7%、CO2排放占世界的28.8%，以煤為主的能源結構面臨著國內要求改善環境、國際上減少CO2排放的壓力。此外，我國的石油、天然氣對外依存度較高，能源安全面臨潛在威脅。因此，推動我國能源轉型、進行能源結構優化，是能源、經濟、環境可持續協調發展亟需解決的問題。

國家高度重視能源轉型問題，作出了推進能源生產和消費革命，構建清潔低碳、安全高效的能源體系等戰略部署 [3,4]。學術界開展了較多研究，試圖將能源發展戰略規劃與新時代中國特色社會主義建設實踐相結合：探討能源革命背景下的煤炭產業、可再生能源產業、煤層氣產業的前沿技術、發展路徑、風險因素等 [5～7]；研究提出要將能源轉型與國情結合，走一條具有特色的能源轉型道路 [8]；研究指出能源生產和消費革命的核心是能源供給側、能源消費改革與創新，對促進低碳清潔轉型起到重要作用；還有研究認為，通過促進能源生產和消費改革，加快能源價格機制和能源體制改革，完善能源制度 [9]。也要注意到，我國幅員遼闊，地區間的能源稟賦和發展水平差異較大，能源革命必然要因地制宜并與區域發展戰略相結合 [10]，而目前有關將能源革命與具體區域發展戰略相結合的文獻尚不多見。尤其對于中部地區，其工業化、城鎮化水平與沿海地區發展差異較大，地區崛起意味著更多、更高質量的能源需求。應對國家宏觀要求 [11]，將能源革命戰略與中部地區崛起戰略相結合，從能源革命推動中部地區高質量發展的角度開展研究，具有現實意義。

能源革命助推中部地區相關省份（河南省、安徽省、湖北省、湖南省、江西省，以下稱“中部五省”）崛起，不僅是經濟水平的單一提升，更應是經濟、社會、生態環境的全方位提升。①在經濟維度上，能源革命指保障中部地區經濟發展的能源安全、滿足經濟發展的高品質能源需求；在生產投入上積極利用科技進步來合理配置能源，推動產業轉型升級、能源效率提升；在產出上積極推動能源質量變革、動力變革，提升產出的能源品質及相應經濟效益。②在社會維度上，能源革命應使中部地區居民共享高質量生活，推動由發展不平衡不充分向和諧社會發展；區域差距、城鄉差距、收入差距是經濟發展中的客觀現實，能源消費水平作為生活質量高低的一個重要參考指標，不僅要縮小與東部沿海地區的差距，更要彌合城鄉差距、居民收入差距。③在生態維度上，長期以來中部地區資源開采和應用造成了生態破壞和環境污染，生態效率與節能減排技術水平均低于東部地區 [12]；中部地區崛起戰略可能加劇中部地區城市的環境污染問題 [13]，能源革命需要扭轉和消除這種生態退化狀況。中部地區的高質量崛起，需要以高品質能源為支撐；能源革命應助推中部地區經濟、社會、環境多個維度協調發展、高質量崛起（見圖1）。因此，本文嘗試將能源革命戰略與中部地區崛起戰略相對接，對中部地區在工業化、城鎮化、現代化進程中的能源需求與CO2排放峰值路徑等開展初步探討，以期為中部地區能源發展提供理論參考。

二、中部地區崛起的能源需求預測模型

（一）工業化和城鎮化發展的能源需求建模

Kaya恒等式以簡潔的數學公式描述社會、經濟、能源、碳排放等宏觀總體因子之間的關系，原理清晰簡明，分解出的驅動具有可觀測性、可控性、解釋性 [14]。為了捕捉能源在地區經濟、社會、環境中的特征，文中將能源消費需求分解為生產性、生活性兩部分：前者對應中部地區經濟發展中產業結構優化的能源需求，反映能源革命推動經濟維度的發展；后者對應中部地區城鎮化進程中城鄉社會結構優化而引致的需求，反映能源革命推動社會維度的進步。此外，以能源碳含量的降低來代表能源結構的優化，反映能源革命對生態環境的保護作用。

文中參考調整的方程式有公式（1）～（5），有關變量的解釋性說明見表1。其中，公式（1）考察工業化與城鎮化的能源需求；公式（2）主要運用產業結構演化規律來體現不同產業發展的能源需求；公式（3）和（4）中引入可支配人均收入中間變量，體現人均可支配收入的提高會提高生活質量并進而增加對能源需求；公式（5）表示清潔低碳的能源品質，可據此測算CO2排放量。

圖1 能源革命推動中部高質量崛起的內在機理

表1 變量名稱及其設計思路與來源

（二）模型基礎參數設定

能源需求預測的基礎參數有2010—2019年GDP、人均GDP、三次產業結構、產業能耗強度、城鎮化進程等，預測時間跨度為2020—2035年；其中模型分析的情景驅動因素為GDP、人口規模、產業結構、能源效率、城鎮化、生活能源、人均收入等。模型的基礎參數涉及人口數、第二產業和第三產業結構、第二產業能耗強度、城鎮化率、GDP增長率、人均GDP（見表2），具體包括：①依據現有人口增長情況（以第六次全國人口普查數據為依據），基于中部五省2010—2018年的人口總和生育率情況，考慮到“二孩”政策因素，采用PADIS-INT人口預測軟件（設定河南省、安徽省、湖北省、湖南省、江西省的總和生育率分別為 1.9、1.8、1.75、1.85、1.85），預測 2035年之前中部五省常住人口；②第二產業和第三產業結構參數依據2010—2018年各省產業結構演化規律進行外推；③三次產業能耗強度根據2010—2018 年各省產業能耗變化規律進行外推；④城鎮化率依據2010—2018年各省城鎮化政策和規律，結合發達國家城鎮化規律進行推演得到；⑤GDP增長率依據各省2010—2018年GDP增長率趨勢進行擬合外推；⑤人均GDP以2005年為基期乘以GDP增長率，再除以人口總數得到。

三、中部地區崛起的能源需求情景設計

（一）產業結構和能耗情景設計

根據中部地區2010—2018年經濟、社會、生態環境發展走勢，綜合了影響中部地區未來能源需求的驅動因子，將產業結構優化設置為基準情景、加速情景（見表3）：前者主要是各省份過去趨勢的延伸，后者假設未來能源革命即將實施的額外市場導向機制。能源革命推進產業結構高級化，即地區經濟發展重點或產業結構重心由第一產業向第二產業、第三產業逐次演化的歷程，體現著中部地區經濟發展水平的高低和發展階段與方向。

表2 中部地區崛起的基礎參數設定（2020—2035年）

表3 中部地區三次產業能源強度變化的預測(2020—2035年)

（二）城鎮化進程及城鄉生活能源消耗情景設計

2019年，我國城鎮化率為60.6%，城鎮化已進入中后期；預計2030年，我國城鎮化水平達到70%，之后進入后期發展階段，發展速度將會趨緩[15]。中部五省中，只有湖北省（61%）略高于全國平均水平，而其他省份均不同程度地低于全國平均水平；各省份的城鎮化速度也存在差異，如河南省、安徽省、湖北省、湖南省、江西省的相應數值分別為1.55%、1.19%、1.0%、1.4%、1.4%。鑒于中部地區現實情況，文中以0.1個百分點為間隔，設置3種城鎮化情景預測。

應同時強調中部地區的協調發展，即重點促進城鄉區域協調發展。盡管河南省、安徽省、湖北省、湖南省、江西省的城鄉收入差距比分別由2005 年的 3.02、3.21、3.03、3.05、2.64 下降到 2018 年的 1.52、2.46、2.30、2.30、2.34，而國際勞工組織資料（2012年）顯示 [16]，大多數國家的城鄉收入差距比約為1.5；中部地區唯有河南省接近這個比例，而安徽省的城鄉差距比最高，湖南省、湖北省、江西省的城鄉收入差距比居中。

中部地區崛起必然是城鄉收入差距逐步縮小的過程，主要表現為：隨著工業化和新型城鎮化的推進，中部五省的城鎮人口比例會逐步提升，收入水平也會相應提高，到2035年基本實現現代化；在此過程中，人均收入水平由中等收入向高收入組別過渡，同時還需要完成縮小城鄉收入差距的目標。為此，在設定農村居民收入彈性時，農村居民的可支配收入增長速度高于城鎮居民；在此假定下，編制了收入彈性系數的高、低、基準情景，并假設該系數在過渡點附近保持在1或更高水平。表4給出了居民收入方面的3種備選方案，用于比較分析。

表4 中部五省收入彈性系數預測情景（2020—2035年）

隨著經濟發展、人均收入水平增長、居住條件和家用電器的普及，居民生活能源消費水平將穩步增長。從國際經驗來看，在經濟合作與發展組織的國家中，家庭住宅能源消耗平均占據能源消費總量的19%（不含私人交通能源消費） [17]。合理預計，中部地區的生活能源消費量將持續攀升，2020年后人均生活能源消耗量在能源消費“量”和“質”兩個方面均會提升。

文中參照上海市等一線城市的發展規律來設定中部五省城鄉能源消費的彈性系數，從而體現中部地區崛起并縮小與東部地區的差距。選取上海市作為參考基準，這是因為上海市已經率先完成了由中等收入向高收入水平的過渡，走過的歷程可作為中部省份城鎮化生活能源消費的參照。具體而言：在人均GDP方面，上海市從2005年的6138美元增長到2017年的18 756美元，中部五省當前的人均收入正處于該區間；上海市的能源消耗彈性表現為“由低到高再向低”，轉折點出現在2011年；相關趨勢在北京市、深圳市等一線城市同樣存在 [17]。至于農村居民能源消費彈性系數，當前中部五省能源消費量的絕對水平仍然較低，但隨著收入增長，能源需求潛力增量較大；假設該系數開始時為1，城鄉收入差距縮小一段時間后逐漸減小。表5給出了用于比較分析的生活能源消費彈性預測。

（三）能源革命助推能源結構轉型的情景設計

能源革命的核心是發展清潔低碳能源，在能源消費量上表現為能源結構的變化。中部五省的能源消費結構以煤為主，煤炭消費占總能源的比重較高。近年來，得益于技術創新驅動，煤炭直接消費的比例呈現下降趨勢，煤炭的清潔轉換率有了較大提高；各省份大力發展風能、光能、水能、生物質能等可再生能源，形成風光互補、水光互補等多能體系；區域能源合作中的“西氣東輸”“西電東送”“北煤南運”、特高壓智能電網等，為中部地區能源結構轉換提供了便利條件；據此構建了能源革命推動中部地區能源結構轉變情景（見表6）。

借鑒文獻 [18]研究思路，文中在給定的變量和假設條件下共有144個不同崛起路徑的能源消費情景組合。總結這些情景，根據GDP增長率的高、中、低來設定3類主要情景，然后在主要情景中研究選擇GDP增長率基準情景，高增長率、低增長率情景下的4種關鍵子情景。不同崛起路徑下的能源需求情景總體描述見表7。

四、能源革命助推中部地區崛起的路徑選擇

（一）中部地區崛起不同路徑的能源需求

將中部地區崛起過程中的各種宏觀總體因子，如經濟增長、產業發展、新型城鎮化、能源效率、人均收入和生活能源等整合為發展路徑的不同選項，通過政策的引導實施以獲得不同的發展路徑及相應效果。根據不同的情境設定，可以得到中部五省2020—2035年在不同路徑下的能源需求量。

表5 中部五省生活能源消費彈性預測（2020—2035年）

表6 中部五省一次能源結構情景（2020—2035年）

表7 中部地區崛起產業結構優化、城鎮化情景設定的總體描述

以經濟高增長情景為例（見圖2），至2035 年，中部地區崛起的能源需求呈現遞增趨勢，沒有出現拐點，能源需求量約為 8.45×108～1.0×109tce。如采用能源革命推動產業結構優化和提升能源效率（SE11路徑），2035年能源需求量約為9.12×108tce；如果能源革命不能推動產業結構優化和提升能源效率，同時城鎮化進程加速（SE14路徑），則能源的需求量約為1.0×109tce；如果推動產業結構升級、提升能源效率二者選一，即為SE12、SE13路徑，但SE13路徑的能源需求量要比SE12路徑低4.55×107tce，這表明能源技術效率的提升效應要高于產業結構優化。

在基準經濟增長背景下，至2035年，中部五省的能源需求量約為 9.01×108～9.74×108tce。在產業結構升級和能源效率提升的情況下（SE24路徑），中部地區的能源需求量約為9.01×108tce；如果能源革命無法推動產業結構升級、提升能源效率，則能源需求量約為9.74×108tce；其他情況介于二者之間。能源革命中如果調整產業結構、提升能源效率同步（SE22路徑），則能源需求約為9.11×108tce；僅推動產業結構升級而不提升能源效率（SE23路徑），則能源需求量約為9.60×108tce；在城鎮化加速的背景下，產業結構和能源效率保持不變（SE25路徑），能源的需求量約為9.58×108tce。

圖2 經濟高增長情景的能源需求量

在經濟低增長背景下，至2035年，能源需求分為4種情況：基準情景（SE31路徑），能源需求量約為9.11×108tce；基準情景且能源革命提升能源效率（SE32路徑），能源需求量約為8.57×108tce；SE32路徑附加能源革命加速產業結構優化升級（SE33路徑），能源需求量約為8.99×108tce；SE33路徑附加能源革命既促進產業結構優化又提升能源效率，能源需求量約為8.45×108tce。

由此可見，能源革命在推動中部地區崛起的過程中，推進產業結構優化、提升能源效率起著至關重要的作用：一方面可以節約能源消費量，即能源消費革命；另一方面可為中部地區崛起提供了路徑選擇。

（二）中部地區崛起CO2排放量拐點出現路徑

能源革命的核心任務之一是推進能源轉型，即通過優化能源結構，朝著清潔低碳方向發展。根據不同的崛起路徑假設，加上能源革命、基準能源供給情景假設，共有432個不同崛起路徑的CO2排放情景組合。總結這些情景，將經濟基準增長、經濟高增長、低增長與能源革命、能源基準發展情景相組合，可以得到能源碳達峰的拐點年份情況。

同樣以經濟高增長為例，如果中部地區能源按照基準情景發展（見圖3），在4種不同崛起路徑下的中部地區CO2排放量均在2022年達到峰值，2022年之后開始緩慢下降。對比基準情景和能源革命情景（SE11、SE13路徑），CO2排放量峰值年份均為2020年，但能源革命情景下（見圖4）的總排放量更少。對于SE12、SE14路徑，基準情景下的峰值年份為2022年，能源革命情景下的峰值年份為2021年；同樣，能源革命情景下的總排放量更少。

在經濟基準增長背景下，如果中部地區能源按照基準情景發展，在5種不同崛起路徑下，中部地區的CO2排放峰值均出現在2021年，此后隨著能源結構的轉型呈現出逐年遞減趨勢。關于CO2排放量，能源革命情景較基準能源結構條件低1.434×107～1.474×107tce。

圖3 經濟高增長+能源基準路徑的CO2排放

在經濟低增長背景下，如果中部地區能源按照基準情景發展，在4種不同崛起路徑下，中部地區CO2排放峰值均出現在2021年，此后隨著能源結構的轉型呈現出逐年遞減趨勢。同樣，能源革命將明顯降低CO2排放量，有利于全球氣候變化治理，也有利于區域環境改善。

由此可見，能源革命戰略與中部地區崛起戰略相結合，有助于促進中部地區高質量發展。能源革命以轉變能源結構、提升能源效率的方式，推進中部地區產業結構轉型升級，為地區新型城鎮化發展、居民生活水平提高發揮積極作用。

五、對策建議

在綜合考慮經濟增長、產業發展、城鎮化、現有節能政策等條件下，中部地區的能源需求將隨著工業化、城鎮化的推進而持續上升，2035年之前不會出現拐點，但能源效率提升、產業結構優化有助于降低能源需求量；以構建多元互補能源體系為目標的能源革命情景，有助于中部地區碳達峰時間盡快到達，促進中部地區經濟、社會、環境的協調發展。應對中部地區崛起的時代背景，對地區能源革命提出如下發展建議。

（一）重點發展節能清潔技術，提升能源效率和清潔低碳能源供給

圖4 經濟高增長+能源革命路徑的CO2排放

中部地區能源消費主要以煤炭為主，煤炭在一次能源中的主導地位短期內難以改變。由于火電是我國煤炭轉化的主要方式，開展火電技術創新是相關清潔化技術發展的重要方面。煤炭的清潔利用是未來能源革命的重點，節能提效是我國能源戰略之首 [19]；一方面加大中部地區火電機組升級換代、小規模機組淘汰的力度，對區域內各產業的能源投入產出效率進行調控，持續提升能源的利用效率；另一方面規劃和實施水電、風電、光伏、生物質能等可再生能源的發展。

（二）加大產業結構調整力度，向綠色低碳生態化轉型

能源革命推動中部地區崛起，不僅是能源產業結構本身的問題，更是區域內整個產業結構發展高度化、生態化的問題。在生態優先、綠色發展的新理念下，中部地區應改變傳統的依賴資源的粗放發展方式，聚焦產業轉型升級，因地制宜推動產業結構調整，朝著低碳生態化方向發展。建議將生態文明建設納入產業轉型升級過程，發展新型工業化以調整優化產業結構；改變工業文明“資源-產品-廢物排放”產業模式，逐步轉向生態文明、人與自然和諧共生的發展方式；采用先進技術改造提升傳統產業，實施傳統工藝改造升級，運用信息技術、新能源技術來推動產業生態化發展。

（三）推動能源體制變革，構建多能競爭市場體制

新能源發展壯大離不開市場突破，我國當前的“煤電聯營”“煤電一體化”運行體制事實上形成了煤電對電網的獨占，而風能、光伏等新能源在價格上已基本具備與傳統火電競爭的條件。建議發揮新能源分散性特點，結合“美麗鄉村”“安全社區”等工程建設，采用先農村后城市、由生活到生產的發展路徑，設計競爭市場，更好發揮市場在資源配置中的決定性作用。鑒于風能、太陽能分布的區域性差異，建議中部地區各省份構建協商機制、打破行政分割，在新能源使用方面充分加強區域協作；推動能源體制變革，破除體制約束并打破區域間隔，倡導可再生能源的優先發展、優先利用，更好落實生態優先發展理念。