模拟情形下中国能源消费和碳排放的预测分析

金婷婷，童 霞，刘静娴

（南通大学 经济与管理学院， 江苏 南通 226019）

碳排放是关于温室气体全排放的总称或简称，由于二氧化碳是主要的温室气体，因此，往往将“碳排放”理解为“二氧化碳排放”。目前，中国已成为全球碳排放较大的国家之一。2019 年，中国二氧化碳排放量达101．7 亿吨，占全球总量的28%。较低的煤炭价格限制了能源消费结构的优化，使能源消费呈现“煤多、油贫、气少”的状况[1-2]。同时，低效的能源使用率，会加剧二氧化碳的排放。能源消费与碳排放情形预测分析已成为众多学者热议的课题。灰色预测模型[3]、logistic 回归模型[4]和STIRPAT[5]模型被广泛运用于碳排放量预测。为改善我国能源消费和排放现状，政府层面通过再生能源的中长期规划构建合理的工业发展和城市化的区域框架[6]，企业层面采取优化能源消费结构等举措[7]，破解经济增长与环境保护的“两难”悖论。本文拟根据中国能源消耗和碳排放现状，构建STIRPAT 模型，预测分析三种情形下2025—2050 年的能源消费量和碳排放量，以期为科学调控提供决策参考。

1 中国能源消费和碳排放现状

1．1 能源消费现状

中国的能源消费总量整体上保持逐年递增，1978 年绝对消费总量为 5．71 亿吨标准煤，而2018 年增至 46．4 亿吨标准煤，40 年间年均增长 1亿吨标准煤。长期以来，能源消费呈“煤多、油贫、气少”之状，以煤炭消费处于主体地位。1978—2018 年，煤炭消费占比基本在70 %上下浮动，2012 年后低碳经济盛行，煤炭消费占比开始呈下降趋势，并于2018 年达最低，为59 %。石油消费以2000 年为分界点，呈倒U 型态势，2018 年占比为18．9 %。天然气和核电、水电、风电等能源占比在2005 年后均逐年递增。这充分显示了中国在清洁能源方面有着较好的发展趋势。

1．2 碳排放现状

化石燃料燃烧会带来大量碳排放，中国的碳排放大多来自能源消费。本文依据IPCC2006 提供的数据计算碳排放量，具体公式为：

其中，Aj表示第j 种能源的碳排放系数。

由测算结果可知，1978—2018 年间，碳排放量由 3 8 594．20 万吨升至 2 71 968．50 万吨，增长率呈先增后降态势。2000 年前碳排放增长率较为稳定，为 4 ．2 %，2001 年中国加入 W TO 后，经济高速增长，由于粗放的经济发展方式消耗大量能源，二氧化碳排放急剧增长，碳排放量年均增长率达15．47 %。2012 年后，碳排放年增长率逐步稳定，保持在1．11 %的水平，处于平稳碳排放阶段。随着技术的不断创新及人们的减排意识增强，碳排放增长速度渐渐变缓。

2 碳排放量影响因素的实证分析

2．1 数据选取

影响能源消费碳排放的因素众多，综合国内外学者的分析，考虑因素的相关性及数据的可获取性，本文主要关注人口规模、经济发展水平、能源消费强度三个影响因子。

（1）人口规模。由于中国人口绝对增长较多，自然环境的压力不断增加。人口规模和人口结构的变化，将会直接影响能源消费和二氧化碳排放的规模和结构。人口增加还将通过生产和生活等各种方式促进能源消费增长。

（2）经济发展水平。中国产业发展正处于转型升级阶段，经济的急剧增长对能源需求影响很大，高能耗部门仍是未来较长时期内中国主要的基础产业部门。这一特征显示，经济发展水平与二氧化碳排放呈同向变化，同时对碳排放的增长有正贡献作用。

（3）能源消费强度。能源消费强度代表特定地区对能源的利用情况，可以有效反映节能水平和能源消费水平，也能够反映能源利用率[8]。

2．2 模型构建

STIRPAT 模型是研究影响大气污染物排放因素的经典模型, 在学术界得到普遍认可和广泛应用。STIRPAT 模型如式（2）所示：

其中：I 为污染物排放总量，P 为人口总数，A 为人均 G DP，T 为技术水平；a 为整个模型的系数，b、c、d 为各变量的指数，e 为模型的随机误差项。将式（2）两边分别取对数可得：

参考STIRPAT 模型构建模型如下：

其中，Y 为碳排放总量（万吨），X1为人口总数（万人），X2为人均 GDP（元/人），X3为能源消费强度。能源消费强度是可以反映技术水平的，ln e 是随机误差项，ln a 是常数项，b、c、d 是弹性系数。

2．3 模型检验及结果分析

采取平稳性检验法验证该模型的有效性。取碳排放量Y 为因变量，人口总数X1、人均GDP X2、能源消费强度X3为自变量，分析碳排放量和各影响因素间的相互关系。首先，进行ADF 检验，讨论数据的平稳性。如表1 所示，原序列的检验统计量对应的检验值和概率值均远比10 %水平下的值大，因此，原序列是非平稳的。序列的二阶差分的ADF 检验统计量对应的检验值和概率值比10 %水平下的小，可见4 个时间序列的二阶差分具有平稳性。

表1 差分ADF 检验结果

变量间是否有因果关系，可通过格兰杰检验值进行检验。碳排放及其影响因素的相互关系检验结果见表2。表2 显示，人口总数X1对碳排放Y 具有单向格兰杰因果关系，说明人口总数上升会使碳排放量增加。人均GDP X2与碳排放Y 间具有单向格兰杰因果关系，表示人们生活水平的提高会导致二氧化碳排放的增加。能源消费强度X3是碳排放Y 的格兰杰因果关系，表明能源消费强度的增加导致碳排放量的增长，故降低能源消费强度可抑制二氧化碳排放。

表2 碳排放影响因素的因果关系检验

3 中国能源消费和碳排放的情形预测

3．1 不同模拟情形下的参数设定

情形预测是指依据客观现实，采用定性与量化相结合的方法，在对问题进行具体分析并全方位了解的基础上，对将来可能发生的情况进行模拟预测。本文以2018 年为基期，分别预测2025、2030、2035、2040、2045、2050 年能源消费和碳排放情况，分三种情形进行预测。

（1）协同低碳情形。政府改善产业结构，促进产业升级；优化资源配置；完成经济增长方式的高增长和低消耗；可再生能源比例持续上升；鼓励开发利用清洁能源；公民节能减排意识大幅提高；提高技术水平、增强能源利用效率。

（2）低碳情形。政府积极施行人口政策；适当推广清洁能源，转变能源消费结构；积极变革经济发展方式；增强节能减排的认识，促进经济、能源、环境和谐发展。

（3）基准情形。完成发展目标，并依照目前节能减排力度，不采取更多的强制措施；愈加注重经济发展；增加技术投入，提高节能技术，却不能够满足节能的需要。

为确保科学研究的严谨性，本文做如下假设：

（1）假设在协同低碳、低碳、基准三种情形下GDP 增速保持不变。以2018 年GDP 增速为基础，2019—2050 年期间年平均增速见表3。

表3 2019—2050 年期间年GDP 平均增速

（2）假设在基准情形下GDP 能耗降低速度保持历史水平，同期协同低碳和低碳情形全国减排率分别上升1 %和0．5 %。由于中国提出在2030年将一次能源中非化石能源的比例提高到20%，因此，在设定基准情形下，2019—2030 年、2030—2040 年、2041—2050 年全国单位 GDP 能耗节能率分别为 4．5 %、4 %、3 %。

（3）随着节能减排意识的加强，我国单位GDP 二氧化碳排放呈明显递减趋势，2012 年后趋于稳定。因此，假设基准情形中单位GDP 能耗下降的速度保持历史水平。取2012—2018 年的年平均值为7 %，低碳情形下设为8 %，协同低碳情形下设为 8．5 %。

综上，计算方法如下：

其中：E0表示基期能源消费量；G0表示基期GDP；当期单位GDP 能耗；m 表示年度单位GDP 节能率（主要因为技术提高、结构改善、政策支持等导致的单位GDP 耗能量减少）；n 表示GDP 增长速度。

3．2 模拟情形下中国能源消费和碳排放的预测

能源消费计算结果如图1 所示。由图1 可见，基准情形下，中国能源需求在2050 年之前都没有拐点；低碳情形下，中国能源需求在2045 年出现拐点，拐点值为557 645 万吨标准煤；协同低碳情形下，中国能源需求在2035 年出现拐点，拐点值为494 945 万吨标准煤。

图1 2025—2050 年中国能源需求预测

三种情形下碳排放计算如图2 所示。由图2可见，2025—2050 年中国二氧化碳排放总量在三种情形下均呈上升趋势。基准情形下，2030 年中国二氧化碳排放总量为1 793 628．55 万吨，2050年碳排放总量达3393292．09 万吨。低碳情形下，2030 年中国二氧化碳排放总量为1 755 263．27 万吨；2050 年达 3180171．32 万吨。在协同低碳情形下，2030 年中国二氧化碳排放总量为1736 236．17万吨，2050 年达 3077868．90 万吨。其中人口数参照文献[ 9 ]附录表C2 计。

图2 2025—2050 年中国二氧化碳排放预测计算

4 研究结论及政策建议

通过构建线性计量模型，探究碳排放与其影响因素间的关系，并依据建立的STIRPAT 模型设置三种模拟情形，预测2025—2050 年中国能源消费量和碳排放量。研究表明：（1）未来人口规模对碳排放量增长将产生促进作用，经济发展水平也将对碳排放的增长提供正贡献，而能源消费强度可抑制二氧化碳的排放。（2）在三种设定情形下，低碳情形和协同低碳情形之中国能源需求分别会在2045 年和2035 年出现拐点。因此，协同低碳情形是实现碳排放峰值的最佳方式，基准情形是最差方式。（3）虽然在不同情形下中国的碳排放强度有较大差异，但都表现出明显的上升趋势。

基于上述结论，提出建议如下：

（1）完善低碳经济立法。政府应通过规范宏观政策，有效调控引导企业节能减排，健全能源消费方面的法律制度，促进市场良性竞争，优化能源消费结构，促成经济发展与环境生态的共赢。对于碳排放较低的地区，必须进一步挖掘减排潜力，而较高的地区则应加快推进低碳减排。各地区必须以整体减排为发展方向，加速实现绿色低碳发展区域间和区域内的双重协调[10]。

（2）加快可再生能源发展。政府要根据不同的区域状况对可再生能源进行开发和利用，增强区域政策创新，推进清洁能源发展，加快可再生能源的发展进程。政府也应不断提供财政补贴，逐渐降低中小企业的投资风险，鼓励多种方式投资，促进企业实现长期、有效的绿色发展。

（3）鼓励低碳工业化生产。低碳工业化生产的途径包括传统产业的低碳化和大力推广新兴低碳产业。依托新能源替代优化能源消费结构，构建实现绿色增长的长效机制。一方面，政府要建设绿色、低碳、循环的发展体系，支持企业工艺技术设备的更新改造，转变发展观念，关注长期利益，强调经济和环境效益相结合，加快传统产业的技术变革速度，力求用先进技术促进污染型产业转型变革；另一方面，政府要努力支持第三产业的发展，逐步推进第三产业结构优化升级。

（4）加强科技创新。政府要发挥科技创新的重要作用，强化能源技术的引导和支持，提高企业自主研发水平，优化能源勘探与开采技术，缩小和发达国家的差距。企业也应学习借鉴西方国家的先进技术，推动技术变革，提高能源利用率，促进技术创新转型，实现能源的多重利用。