基于一次能源的重慶市碳排放環境庫茲涅茨曲線研究*

傅俊越

(重慶工商大學環境與資源學院，重慶 400067)

隨著經濟的快速發展，尤其是工業化和城鎮化的不斷推進，顯著增加了對化石燃料的使用量，CO2等溫室氣體也持續增加，溫室效應加劇，從而對生態系統和全球氣候造成了巨大影響[1-3]。因此，減少并遏制溫室效應勢在必行。重慶市位于中國西南部、長江上游地區。直轄以后重慶社會經濟取得了巨大的發展。統計數據顯示，2001年重慶人均GDP為7096元，2020年達到78173元，20年間增漲了10倍多。重慶在汽車摩托車制造、化工醫藥、裝備制造、電子、材料，以及能源等方面產業基礎雄厚，工業發展迅速由此帶來的能源消耗量也迅速增加。2001年，重慶能源消耗總量為2208.95萬噸標煤，到2020年能源消耗總量達到了7621.87萬噸標煤[4]，由能源消耗所產生的溫室氣體排放量大幅增加。同時，由此引起的環境污染等問題也日益突出，給重慶市的綠色可持續發展和碳達峰碳中和帶來了巨大的挑戰，因此，揭示重慶市經濟發展與能源消耗和碳排放之間的關系具有重要意義[5]。

Grossman和Krueger(1991)[6]提出了環境庫茲涅茨曲線(environmental Kuznets curve，EKC)的概念，該理論假設經濟增長與環境污染之間存在倒“U”形關系，國內外諸多學者[7-13]研究驗證了該理論，發現不同地區人均碳排放量與人均GDP之間的關系，既有呈“倒U”型關系，也有呈“N”型、“U”型關系的。環境庫茲涅茨曲線理論是基于經驗的假設，因而數據的選取和模型的構建將決定其具體的關系類型，但建立在客觀數據與有效的分析技術之上的模型仍然具有指導作用[14]。

本文利用重慶市一次能源消耗數據，僅從不同能源的角度，考察其產生的碳排放量。采用IPCC給出的碳排放計算模型，研究重慶市人均GDP與碳排放量之間的關系，考察其環境庫茲涅茨曲線特征。在此基礎上，預測重慶市碳排放量拐點，闡明經濟發展與碳排放之間的關系，以期為重慶市產業結構調整、能源結構優化、減污降碳提供理論支撐，為推動現有產業全面綠色轉型提供參考，為重慶市實現碳達峰碳中和提供對策建議。

1 研究方法

1.1 數據來源與處理

一次能源數據來源于《重慶市統計年鑒》，并按煤炭、天然氣、油料、一次電力及其它能源分類。采用《重慶市統計年鑒》中2001—2020年共20年的能源消耗數據，煤炭以0.7143、天然氣以1.33、油料以1.4286、一次電力及其它能源以1.1229折算標準煤系數。產業的分類按《重慶市統計年鑒》。不同類型能源的碳排放系數參照《2006年IPCC國家溫室氣體清單指南》第二卷(能源)給出的碳排放系數，如表1所示。

表1 不同能源的碳排放系數(噸碳/噸標準煤)

1.2 模型構建

1)EKC曲線模型

Grossman和Krueger提出了環境庫茲涅茨曲線(EKC曲線)概念[6]，即：在經濟發展水平不高的情況下，環境污染隨著經濟的增長而增加，當經濟增長到一定水平并超過某一閾值后，環境污染會隨著經濟的發展而改善，即環境污染與經濟增長之間存在所謂倒“U”形關系。建立的二次多項式模型估算重慶市碳排放與人均GDP之間的關系如下：

Cit=b2Git2+b1Git+b0+δ

(1)

式中：Cit表示地區t時期的碳排放量；Git為地區t時期的人均GDP；b0、b1、b2為待定參數；δ為隨機誤差項。當b1>0，b2<0時，經濟發展與碳排放量之間存在倒“U”型關系。

2)碳排放量的計算

根據IPCC提出的碳排放量計算方法[14-16]，按公式(2)計算：

(2)

式中：C為年碳排放總量，萬t；Ei為i類能源的消費量，萬t；Ci為不同類型能源的碳排放系數，噸碳/噸標準煤。

2 結果與討論

2.1 不同能源的碳排放

查閱2021年《重慶市統計年鑒》，可獲得2001—2020年共20年的能源消耗按煤炭、天然氣、油料、一次電力及其它能源分類的年消耗量。按(2)式計算獲得基于一次能源消耗的年碳排放總量和不同類型能源消耗產生的碳排放量，相關計算結果如圖1所示。

圖1 不同年份不同能源類型產生的碳排放量

2001—2020年的20年間，重慶市能源消耗量、碳排放量保持持續的上升趨勢，碳排放以原煤碳排放為主。由圖1看出，隨著時間的推移，碳排放總量持續增加：2001—2005年，碳排放總量增加緩慢，2005年碳排放比2000年增加了45.33%，2006—2015年碳排放總量增速加快，碳排放增加了104.47%，2016—2020年增速變緩，2020年比2016年僅增加了5.3%。這是由于政府提倡低碳經濟以及產業結構的調整，加之太陽能、風能等新型能源的迅速崛起，使得近年來碳排放量增長趨緩。

從能源類型看，原煤產生的碳排放量遠高于天然氣、燃料油和電力產生的碳排放，但2013—2020年煤炭產生的碳排放量變化不大。2001—2005年天然氣、燃料油和電力產生的碳排放增加不多，從2006年開始，其碳排放量持續穩定增加。但從2018年開始電力和其它能源產生的碳排放明顯降低。

2.2 EKC曲線與碳排放

根據《重慶市統計年鑒》的人均GDP數據，結合年度碳排放總量，采用SPSS軟件以二次模型建立人均GDP與碳排放量的關系：

C=887.09795+0.10893G-7.08487×10-7G2

(3)

二次線性回歸擬合R2為0.99817。當R2> 0.9時，相關關系成立，R2越接近1，表明擬合效果越好。擬合曲線F值檢驗，其對應的概率P<0.05時，回歸模型成立，當P< 0.01時，表明差異極顯著，兩者的回歸關系具有高度的統計學意義。二次模型在0.01的顯著性水平下，皮爾遜相關系數為R2=0.99817，Sig=0.000，F=279.168，可以用于描述重慶市人均GDP與碳排放之間的關系。該二次模型表明，一次項系數為正值，二次項系數為負值。重慶市人均GDP與碳排放量的散點圖(如圖2所示)。由圖2可知，2001—2020年，重慶市碳排放量與人均GDP之間的曲線關系符合所謂“倒U型”關系的環境庫茲涅茨曲線。

圖2 重慶市人均GDP與碳排放的回歸關系曲線

2.3 碳排放強度與人均碳排放量

由圖3看出，隨著人均GDP快速增加，單位GDP碳排放持續降低。重慶市2001年的單位GDP碳排放為0.76335噸/萬元、人均碳排放0.54356噸，10年后的2010年碳排放強度下降到0.42499噸/萬元，下降了44.30%，人均碳排放增加到1.188245噸。重慶市在“十五”“十一五”期間，經濟總量、國內生產總值快速增長，產業結構、生態環境建設進一步調整優化，到2020年單位GDP碳排放下降到0.202822噸/萬元，2001—2020年的20年間，單位GDP碳排放下降72.7%，而2001—2020年的地區人均生產總值增長了983.34%。“十二五” “十三五”期間，重慶市煤炭消費占比降低，清潔能源消費占比提高，生態環境保護投入進一步增大，這也是單位GDP碳排放持續降低的重要原因之一。

圖3 重慶市地區生產總值和碳排放強度變化

2.4 經濟發展水平與碳排放量拐點特征

由(3)式得到：

dC/dG=-2×7.08487×10-7G+0.10893

(4)

令dC/dG=0，可知當人均GDP=76875.087元時，碳排放量達到拐點值C=5065.43。根據以上模型，重慶市在2020年左右，一次能源引起的碳排放量達到最高點，之后會逐步降低。即隨著重慶市人均GDP的增加重慶市碳排放增加，當人均GDP達到76875.087元/人時，也就是在2020年左右重慶市基于一次能源的碳排放達到峰值5074.79萬噸。這一方面主要是重慶市的產業結構由“工業型經濟”向“服務型經濟”加速轉型，另一方面，重慶市的能源產品從原煤為主的單一格局向原煤、天然氣、水電、風電等多元化格局發展，同時也是重慶市能源利用效率提高的結果。

3 結論與建議

1)重慶原煤消耗產生的碳排放量遠高于天然氣、燃料油和電力產生的碳排放，因此，有必要進一步推進重慶市產業結構調整，降低對化石能源的依賴程度，調整并優化能源結構，提高水電、風電、太陽能、生物質能等清潔能源占比；從2001年到2020年的20年間，單位GDP碳排放從0.763噸/萬元下降到0.203噸/萬元，說明重慶市的能源利用率、經濟效益日趨向好。堅持技術創新、發展低碳經濟，是實現碳達峰碳中和的必然要求。

2)基于一次能源數據構建了重慶市經濟發展與碳排放之間的環境庫茲涅茨曲線，重慶市經濟發展與碳排放之間的關系符合環境庫茲涅茨曲線特征，當人均GDP達到76875.087元后，基于一次能源的碳排放達到峰值5074.791萬噸。重慶市將在2020年左右碳排放量達到一個相對高點，這得益于重慶市產業結構的調整和能源產品的多元化。這也表明重慶市的經濟發展朝著有利于環境保護的方向發展，伴隨著經濟發展的環境治理的效果開始顯現，重慶市總體上實現了經濟發展與生態環境保護的協調發展。