模擬情形下中國能源消費和碳排放的預測分析

金婷婷，童 霞，劉靜嫻

（南通大學 經濟與管理學院， 江蘇 南通 226019）

碳排放是關于溫室氣體全排放的總稱或簡稱，由于二氧化碳是主要的溫室氣體，因此，往往將“碳排放”理解為“二氧化碳排放”。目前，中國已成為全球碳排放較大的國家之一。2019 年，中國二氧化碳排放量達101．7 億噸，占全球總量的28%。較低的煤炭價格限制了能源消費結構的優化，使能源消費呈現“煤多、油貧、氣少”的狀況[1-2]。同時，低效的能源使用率，會加劇二氧化碳的排放。能源消費與碳排放情形預測分析已成為眾多學者熱議的課題。灰色預測模型[3]、logistic 回歸模型[4]和STIRPAT[5]模型被廣泛運用于碳排放量預測。為改善我國能源消費和排放現狀，政府層面通過再生能源的中長期規劃構建合理的工業發展和城市化的區域框架[6]，企業層面采取優化能源消費結構等舉措[7]，破解經濟增長與環境保護的“兩難”悖論。本文擬根據中國能源消耗和碳排放現狀，構建STIRPAT 模型，預測分析三種情形下2025—2050 年的能源消費量和碳排放量，以期為科學調控提供決策參考。

1 中國能源消費和碳排放現狀

1．1 能源消費現狀

中國的能源消費總量整體上保持逐年遞增，1978 年絕對消費總量為 5．71 億噸標準煤，而2018 年增至 46．4 億噸標準煤，40 年間年均增長 1億噸標準煤。長期以來，能源消費呈“煤多、油貧、氣少”之狀，以煤炭消費處于主體地位。1978—2018 年，煤炭消費占比基本在70 %上下浮動，2012 年后低碳經濟盛行，煤炭消費占比開始呈下降趨勢，并于2018 年達最低，為59 %。石油消費以2000 年為分界點，呈倒U 型態勢，2018 年占比為18．9 %。天然氣和核電、水電、風電等能源占比在2005 年后均逐年遞增。這充分顯示了中國在清潔能源方面有著較好的發展趨勢。

1．2 碳排放現狀

化石燃料燃燒會帶來大量碳排放，中國的碳排放大多來自能源消費。本文依據IPCC2006 提供的數據計算碳排放量，具體公式為：

其中，Aj表示第j 種能源的碳排放系數。

由測算結果可知，1978—2018 年間，碳排放量由 3 8 594．20 萬噸升至 2 71 968．50 萬噸，增長率呈先增后降態勢。2000 年前碳排放增長率較為穩定，為 4 ．2 %，2001 年中國加入 W TO 后，經濟高速增長，由于粗放的經濟發展方式消耗大量能源，二氧化碳排放急劇增長，碳排放量年均增長率達15．47 %。2012 年后，碳排放年增長率逐步穩定，保持在1．11 %的水平，處于平穩碳排放階段。隨著技術的不斷創新及人們的減排意識增強，碳排放增長速度漸漸變緩。

2 碳排放量影響因素的實證分析

2．1 數據選取

影響能源消費碳排放的因素眾多，綜合國內外學者的分析，考慮因素的相關性及數據的可獲取性，本文主要關注人口規模、經濟發展水平、能源消費強度三個影響因子。

（1）人口規模。由于中國人口絕對增長較多，自然環境的壓力不斷增加。人口規模和人口結構的變化，將會直接影響能源消費和二氧化碳排放的規模和結構。人口增加還將通過生產和生活等各種方式促進能源消費增長。

（2）經濟發展水平。中國產業發展正處于轉型升級階段，經濟的急劇增長對能源需求影響很大，高能耗部門仍是未來較長時期內中國主要的基礎產業部門。這一特征顯示，經濟發展水平與二氧化碳排放呈同向變化，同時對碳排放的增長有正貢獻作用。

（3）能源消費強度。能源消費強度代表特定地區對能源的利用情況，可以有效反映節能水平和能源消費水平，也能夠反映能源利用率[8]。

2．2 模型構建

STIRPAT 模型是研究影響大氣污染物排放因素的經典模型, 在學術界得到普遍認可和廣泛應用。STIRPAT 模型如式（2）所示：

其中：I 為污染物排放總量，P 為人口總數，A 為人均 G DP，T 為技術水平；a 為整個模型的系數，b、c、d 為各變量的指數，e 為模型的隨機誤差項。將式（2）兩邊分別取對數可得：

參考STIRPAT 模型構建模型如下：

其中，Y 為碳排放總量（萬噸），X1為人口總數（萬人），X2為人均 GDP（元/人），X3為能源消費強度。能源消費強度是可以反映技術水平的，ln e 是隨機誤差項，ln a 是常數項，b、c、d 是彈性系數。

2．3 模型檢驗及結果分析

采取平穩性檢驗法驗證該模型的有效性。取碳排放量Y 為因變量，人口總數X1、人均GDP X2、能源消費強度X3為自變量，分析碳排放量和各影響因素間的相互關系。首先，進行ADF 檢驗，討論數據的平穩性。如表1 所示，原序列的檢驗統計量對應的檢驗值和概率值均遠比10 %水平下的值大，因此，原序列是非平穩的。序列的二階差分的ADF 檢驗統計量對應的檢驗值和概率值比10 %水平下的小，可見4 個時間序列的二階差分具有平穩性。

表1 差分ADF 檢驗結果

變量間是否有因果關系，可通過格蘭杰檢驗值進行檢驗。碳排放及其影響因素的相互關系檢驗結果見表2。表2 顯示，人口總數X1對碳排放Y 具有單向格蘭杰因果關系，說明人口總數上升會使碳排放量增加。人均GDP X2與碳排放Y 間具有單向格蘭杰因果關系，表示人們生活水平的提高會導致二氧化碳排放的增加。能源消費強度X3是碳排放Y 的格蘭杰因果關系，表明能源消費強度的增加導致碳排放量的增長，故降低能源消費強度可抑制二氧化碳排放。

表2 碳排放影響因素的因果關系檢驗

3 中國能源消費和碳排放的情形預測

3．1 不同模擬情形下的參數設定

情形預測是指依據客觀現實，采用定性與量化相結合的方法，在對問題進行具體分析并全方位了解的基礎上，對將來可能發生的情況進行模擬預測。本文以2018 年為基期，分別預測2025、2030、2035、2040、2045、2050 年能源消費和碳排放情況，分三種情形進行預測。

（1）協同低碳情形。政府改善產業結構，促進產業升級；優化資源配置；完成經濟增長方式的高增長和低消耗；可再生能源比例持續上升；鼓勵開發利用清潔能源；公民節能減排意識大幅提高；提高技術水平、增強能源利用效率。

（2）低碳情形。政府積極施行人口政策；適當推廣清潔能源，轉變能源消費結構；積極變革經濟發展方式；增強節能減排的認識，促進經濟、能源、環境和諧發展。

（3）基準情形。完成發展目標，并依照目前節能減排力度，不采取更多的強制措施；愈加注重經濟發展；增加技術投入，提高節能技術，卻不能夠滿足節能的需要。

為確?？茖W研究的嚴謹性，本文做如下假設：

（1）假設在協同低碳、低碳、基準三種情形下GDP 增速保持不變。以2018 年GDP 增速為基礎，2019—2050 年期間年平均增速見表3。

表3 2019—2050 年期間年GDP 平均增速

（2）假設在基準情形下GDP 能耗降低速度保持歷史水平，同期協同低碳和低碳情形全國減排率分別上升1 %和0．5 %。由于中國提出在2030年將一次能源中非化石能源的比例提高到20%，因此，在設定基準情形下，2019—2030 年、2030—2040 年、2041—2050 年全國單位 GDP 能耗節能率分別為 4．5 %、4 %、3 %。

（3）隨著節能減排意識的加強，我國單位GDP 二氧化碳排放呈明顯遞減趨勢，2012 年后趨于穩定。因此，假設基準情形中單位GDP 能耗下降的速度保持歷史水平。取2012—2018 年的年平均值為7 %，低碳情形下設為8 %，協同低碳情形下設為 8．5 %。

綜上，計算方法如下：

其中：E0表示基期能源消費量；G0表示基期GDP；當期單位GDP 能耗；m 表示年度單位GDP 節能率（主要因為技術提高、結構改善、政策支持等導致的單位GDP 耗能量減少）；n 表示GDP 增長速度。

3．2 模擬情形下中國能源消費和碳排放的預測

能源消費計算結果如圖1 所示。由圖1 可見，基準情形下，中國能源需求在2050 年之前都沒有拐點；低碳情形下，中國能源需求在2045 年出現拐點，拐點值為557 645 萬噸標準煤；協同低碳情形下，中國能源需求在2035 年出現拐點，拐點值為494 945 萬噸標準煤。

圖1 2025—2050 年中國能源需求預測

三種情形下碳排放計算如圖2 所示。由圖2可見，2025—2050 年中國二氧化碳排放總量在三種情形下均呈上升趨勢?；鶞是樾蜗拢?030 年中國二氧化碳排放總量為1 793 628．55 萬噸，2050年碳排放總量達3393292．09 萬噸。低碳情形下，2030 年中國二氧化碳排放總量為1 755 263．27 萬噸；2050 年達 3180171．32 萬噸。在協同低碳情形下，2030 年中國二氧化碳排放總量為1736 236．17萬噸，2050 年達 3077868．90 萬噸。其中人口數參照文獻[ 9 ]附錄表C2 計。

圖2 2025—2050 年中國二氧化碳排放預測計算

4 研究結論及政策建議

通過構建線性計量模型，探究碳排放與其影響因素間的關系，并依據建立的STIRPAT 模型設置三種模擬情形，預測2025—2050 年中國能源消費量和碳排放量。研究表明：（1）未來人口規模對碳排放量增長將產生促進作用，經濟發展水平也將對碳排放的增長提供正貢獻，而能源消費強度可抑制二氧化碳的排放。（2）在三種設定情形下，低碳情形和協同低碳情形之中國能源需求分別會在2045 年和2035 年出現拐點。因此，協同低碳情形是實現碳排放峰值的最佳方式，基準情形是最差方式。（3）雖然在不同情形下中國的碳排放強度有較大差異，但都表現出明顯的上升趨勢。

基于上述結論，提出建議如下：

（1）完善低碳經濟立法。政府應通過規范宏觀政策，有效調控引導企業節能減排，健全能源消費方面的法律制度，促進市場良性競爭，優化能源消費結構，促成經濟發展與環境生態的共贏。對于碳排放較低的地區，必須進一步挖掘減排潛力，而較高的地區則應加快推進低碳減排。各地區必須以整體減排為發展方向，加速實現綠色低碳發展區域間和區域內的雙重協調[10]。

（2）加快可再生能源發展。政府要根據不同的區域狀況對可再生能源進行開發和利用，增強區域政策創新，推進清潔能源發展，加快可再生能源的發展進程。政府也應不斷提供財政補貼，逐漸降低中小企業的投資風險，鼓勵多種方式投資，促進企業實現長期、有效的綠色發展。

（3）鼓勵低碳工業化生產。低碳工業化生產的途徑包括傳統產業的低碳化和大力推廣新興低碳產業。依托新能源替代優化能源消費結構，構建實現綠色增長的長效機制。一方面，政府要建設綠色、低碳、循環的發展體系，支持企業工藝技術設備的更新改造，轉變發展觀念，關注長期利益，強調經濟和環境效益相結合，加快傳統產業的技術變革速度，力求用先進技術促進污染型產業轉型變革；另一方面，政府要努力支持第三產業的發展，逐步推進第三產業結構優化升級。

（4）加強科技創新。政府要發揮科技創新的重要作用，強化能源技術的引導和支持，提高企業自主研發水平，優化能源勘探與開采技術，縮小和發達國家的差距。企業也應學習借鑒西方國家的先進技術，推動技術變革，提高能源利用率，促進技術創新轉型，實現能源的多重利用。