中美碳排放與經濟發展、電力消費相互關系分析

胡 杰,那廣宇，劉奭昕

(1．東北電力設計院有限公司，吉林 長春 130021；2．國網遼寧省電力有限公司，遼寧 沈陽 110006)

美國和中國作為全球第一和第二大經濟體，也是二氧化碳排放量最高的兩個國家。根據2021年兩國簽署的《中美應對氣候危機聯合聲明》和《中美關于在21世紀20年代強化氣候行動的格拉斯哥聯合宣言》，兩國共同提出應對氣候變化的相關行動與合作任務。

考慮到2020年新冠疫情影響，全球經濟及碳排放數據具有特殊性，本文采用1990—2019年相關數據，對中美碳排放情況進行對比分析，表明我國碳排放總量始終處于增長狀態，碳排放強度較高，碳排放尚未實現達峰，而美國近期碳排放量呈減少狀態，碳排放強度較低，并已實現碳達峰。通過散點圖分析中美碳排放與經濟發展相互關系，證明中美兩國CO2排放量與人均國民收入(GNI)的關系均基本符合環境庫茲涅茨曲線，且在達峰前，兩國經濟增長與CO2排放量基本保持正相關性；通過Eviews軟件對中美碳排放與電力能源消費占比的Granger因果關系檢驗分析，證明兩國電力能源消費占比是碳排放量的單向Granger原因。在此基礎上，為促進中國盡早實現碳達峰提出有關電力消費方面的建議。

1 碳排放量分析

1.1 碳排放總量分析

2019年，中國碳排放總量約9876.5×106t，美國碳排放總量約為4744.5×106t[1]。1990—2019年，中國碳排放總量年均增速約為5.5%；而美國在2007年達到峰值后，碳排放總量呈現下降趨勢。2006年，中國碳排放總量超過美國，成為全球碳排放量最高的國家。1990—2019年中美碳排放量變化情況見圖1。

根據歷史碳排放量已達最高水平且在碳排放量達峰后5年左右時間內，地區碳排放量減少10%以上等[2]評判標準，美國已實現碳達峰，而中國尚未實現碳達峰。

1.2 碳排放強度分析

2019年，中國碳排放強度約為1.56 kg/美元(GDP為2000年可比值，下同)，美國碳排放強度約為0.32 kg/美元[1,3-4]，中國約是美國的4.9倍。中國碳排放強度呈現波動性下降趨勢，美國碳排放強度下降趨勢較為平緩，從量值看，中國與美國碳排放強度差距較大，可下降潛力巨大。1990—2019年中美碳排放強度變化情況見圖2。

2 電力消費分析

2.1 電力消費總量

2019年，中國電力消費總量約為71 542.7 億kWh，美國電力消費總量約為41 867 億kWh[5]。1990—2019年，中國電力消費年均增速約為9.1%，近10年由于基數的增加，年均增速降至7.5%，但仍明顯高于3.1%的全球平均增速；而美國電力消費增速基本保持在1%左右，近10年的平均增速降至0.6%。2011年，中國電力消費總量超過美國，成為全球電力消費量最高的國家。1990—2019年中美電力消費總量變化情況見圖3。

2.2 電力能源消費占比

2019年，中國電力能源消費占比約為26.80%，美國電力能源消費占比約為20.73%[6]。1990—2019年，中國電力能源消費占比基本處于穩定提高的狀態，而美國電力能源消費占比相對穩定，近期基本保持在20%左右。1990—2019年中美電力能源消費占比變化情況見圖4。

3 經濟增長與碳排放量關系分析

1991年，Grossman等對二氧化硫和煙2種污染物濃度與經濟增長之間關系的研究發現，在國民收入水平較低的情況下，其濃度隨人均GDP的增長而增加，而在收入水平較高的情況下，其濃度隨人均GDP的增長而降低[7]。Panayotou在庫茲涅茨“倒U字形曲線”假說基礎上，首次將環境質量與人均收入之間的關系稱為環境庫茲涅茨曲線[8-9](environment kuzents curve，EKC)。

本文利用散點圖對中美人均CO2排放量[1,10]與人均GNI數據[11]進行分析，初步論證中美經濟增長與碳排放量之間的關系。由于中國尚未實現碳達峰，國家經濟增長與CO2排放量基本保持了正相關性，且擬合優度R2很高，擬合程度較好。美國已經實現碳達峰，達峰前國家經濟增長與CO2排放量和中國情況相似，基本保持了正相關性，而達峰后，隨著人均GNI的增加，CO2排放量呈現減少的趨勢。中美兩國CO2排放量與人均GNI的關系均基本符合環境庫茲涅茨曲線。圖5和圖6分別為1990—2019年中美兩國人均CO2排放量與人均GNI的散點圖。

4 碳排放與電力消費Granger因果關系檢驗分析

本文通過協整理論和分析方法論證中美碳排放與電力消費的相互關系。為消除數據的異方差性，使模型更具實際意義，對1990—2019年中美碳排放量、電力消費量、電力能源消費占比3類數據進行數據變換，分別用lnCO2、lnPC、lnPCP表示。

4.1 數列穩定性分析

實施經濟計量和預測的基本前提是樣本數據反映的統計特征具有代表性、可延續性，均值、方差、協方差等統計量的取值在未來仍能保持不變，稱這樣的樣本時間序列為平穩序列。在經濟系統中，非平穩的時間序列通常均可通過差分變換的方法轉換成為平穩序列。在應用協整理論進行分析前，需檢驗被分析序列變量是否平穩[12]。本文應用Eviews軟件，采用ADF檢驗方法驗證數據穩定性，檢驗結果如表1所示。

表1 中美CO2、PC、PCP數據單位根檢驗結果

由表1檢驗結果表明，1990—2019年中國及美國的lnCO2序列不平穩，但一階差分后能夠滿足相應的平穩性。中國的lnPC序列不平穩，在一階差分后仍不能滿足相應的平穩性要求。因此，本文選取中美一階差分后均穩定的dlnCO2和dlnPCP序列進行Granger因果關系檢驗。

4.2 Granger因果關系檢驗

Granger因果關系檢驗主要用于分析經濟變量之間的因果關系，從時間序列的意義上提出了因果關系的計量經濟學定義，“欲判斷X是否引起Y，則考察Y的當前值在多大程度上可以由Y的過去值解釋，然后考察加入X的滯后值是否能改善解釋程度，如果X的滯后值有助于改善對Y的解釋程度，則認為X是Y的Granger原因”[13]。中美CO2和PCP的Granger因果關系的檢驗結果見表2。

表2 中美CO2和PCP的Granger因果關系的檢驗結果

檢驗結果表明，在滯后階數(本文為數據滯后年數)分別為1、2、3時，認為中國的dlnPCP不是dlnCO2的Granger原因的假設概率分別為0.1399、0.0397、0.0438，除滯后階數為1的情況外，均小于0.05，假設不能被接受；認為美國的dlnPCP不是dlnCO2的Granger原因的假設概率分別為0.0364、0.0003、0.0006，均小于0.05，假設不能被接受。在滯后階數(本文為數據滯后年數)分別為1、2、3時，認為中國的dlnCO2不是dlnPCP的Granger原因的假設概率分別為0.1379、0.7465、0.1384，均大于0.05，假設可以被接受；認為美國的dlnCO2不是dlnPCP的Granger原因的假設概率分別為0.0834、0.0180、0.0809，除滯后階數為2的情況外，均大于0.05，假設可以被接受。上述結果分析表明，在95%以上的置信水平下，中美兩國的dlnPCP是dlnCO2的Granger原因。因此，根據1990—2019年中美兩國碳排放量和電力能源消費占比數據分析，電力能源消費占比是碳排放量的單向Granger原因。

5 結論

a.1990—2019年，中國碳排放總量始終處于增長態勢，美國在2007年達到峰值后，碳排放總量呈現下降趨勢，目前美國已實現碳達峰，而中國尚未實現碳達峰；中國碳排放強度呈現波動性下降趨勢，美國碳排放強度下降趨勢較為平緩，中國與美國碳排放強度差距較大，可下降潛力巨大。

b.通過散點圖對中美人均CO2排放量與人均GNI數據的分析，初步證明中國經濟增長與CO2排放量基本保持了正相關性，且擬合優度R2很高，擬合程度較好；美國在碳達峰后，隨著人均GNI的增加，CO2排放量呈現減少的趨勢。中美兩國CO2排放量與人均GNI的關系均基本符合環境庫茲涅茨曲線。

c.中美碳排放量與電力能源消費占比存在長期穩定的均衡關系，且電力能源消費占比是碳排放量的單向Granger原因。因此，提高能源消費電氣化程度可有效促進碳排放量的下降。結合近期中國提出的建議以新能源為主體的新型電力系統，建議應進一步加大電力在能源消費終端的利用率，提高清潔能源在電力消費中的占比，促進用能結構的優化改善，盡早實現中國碳達峰。