碳中和愿景下浙江省工业部门碳达峰预测与实现策略

蒋惠琴，李奕萱，陈苗苗，邵鑫潇

(浙江工业大学 公共管理学院，杭州 310023)

0 引言

众所周知，碳达峰和碳中和已经成为我国应对全球气候变化、实现绿色低碳可持续发展的重要战略。2020年9月22日，习近平主席在第七十五届联合国大会一般性辩论上提出，中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。中国尚处于工业化和城市化快速发展的重要历史时期，2021年，我国工业增加值占GDP的比重为32.6%，同期的美国、英国分别为17.65%和19.6%。因此，虽然工业部门为我国经济的发展提供了强有力的支撑，但同时其高能耗、高污染、高排放的特征也成为国家实现低碳转型和高质量发展所必须面对的重点难题。

随着“双碳”战略的提出，“碳达峰、碳中和”已成为政界、学界、商界的热词，目前学界对碳达峰的研究日趋丰富。在国家层面，大多数学者研究认为中国有望在2030年之前实现碳达峰，峰值在100亿t左右[1]。王迪等通过情景预测的方法，发现在深度能源转型情景下我国CO2排放将在2025年达峰，峰值水平为102.54亿t[2]。当然，也有个别研究预测峰值水平较高，如H.Wang等运用EKC方法，发现我国可以在2021—2025年实现碳达峰，峰值水平在130亿～160亿t之间[3]。

在区域层面，城市的碳排放、碳达峰研究较为丰富[4-5]。王勇等对6个超大城市碳达峰的影响因素及达峰情景进行研究，得出在能源强度以高速率下降的情景下可实现2030年前碳达峰[6]。李惠民等测算了1995—2016年北京市能耗碳排放，发现北京市已于2010年实现碳达峰[7]。潘栋等对中国东部地区达峰展开研究，认为东部地区均可以在2030年左右达峰[8]。蒋含颖等对中国36个典型大城市碳排放情况进行了分析，昆明、深圳和武汉已实现碳达峰，其余城市均尚未达峰[9]。郭芳等对全球274个城市和中国286个城市进行分类，并针对不同类型城市碳达峰路径提出差异化建议[10]。

在工业部门层面，碳达峰研究仍存在诸多重点和难点。柴麒敏等发现工业部门能源消费和碳排放趋于稳定[11]。王勇等对工业及其9个细分行业的碳排放达峰进行了情景预测，得出最早于2030年达到最低峰值140.43亿t，最晚于2036年达到最高峰值150.09亿t[12]。还有对工业分行业展开碳达峰研究[13-16]，包括电力行业、钢铁行业、水泥行业等。

综上，目前针对全国、城市及部门的碳达峰研究日渐丰富，但省域层面的工业部门及分行业碳达峰系统性研究相对较少。本研究以浙江省为研究对象，将生产端作为研究视角建立STIRPAT模型，对浙江省工业及重点行业进行碳达峰研究，以期对浙江省乃至全国工业部门碳达峰碳中和提供借鉴。

1 研究区域、研究方法与数据来源

1.1 研究区域

浙江省是中国东部沿海经济最为发达的省份之一，在国家“3060”发展目标和愿景下，浙江省理应走在前列，率先达峰，为中西部地区发展预留空间。同时，浙江省工业经济和民营经济发达，2021年工业产值位居全国第4。初步测算，2019年浙江工业部门CO2排放总量为3.29亿t，约占全省碳排放总量的61%。浙江工业部门经济体量大，能耗总量高，碳排放占比重，同时又面临产业低碳转型难度不断加大等巨大挑战。依据《中国国民经济行业分类》将工业行业分为采掘工业、原材料工业和加工工业等三大类，细分为41个子行业。根据相关文献和实际需要，本研究归类为九大工业行业(表1)。

表1 工业九大行业分类

1.2 研究方法

碳排放预测相关研究已有很多模型适用，如CMRCGE模型[17]、STIRPAT模型[18]等，本研究选用STIRPAT 模型用于碳排放预测，其能够弥补所有因素均衡影响的不足[19]。表达式为：

CE=αGPβ1ECβ2CCβ3EEβ4u。

(1)

对式(1)两边取对数得到：

ln CE=c+β1ln GP+β2ln EC+β3ln CC+β4ln EE+μ。

(2)

式中：CE表示工业碳排放量； GP表示工业产值，反映部门经济发展状况和工业化发展水平；EC表示能源消费，是影响工业碳排放量重要且直接的因素；CC表示煤炭消耗，用以指征能源结构；EE表示能源效率，用工业总产值/能源消耗量表示，以指征技术因素[20-21]；c=lnα,为常数项；β1，β2，β3，β4为变量系数;μ=lnu,为随机误差项。

1.3 数据来源

数据来源于浙江省统计局官网公开数据、《浙江统计年鉴》《中国工业统计年鉴》等。研究时间为2004—2019年。

2 工业分行业碳排放峰值预测分析

2.1 模型检验

由于式(2)中4个指标之间存在多重共线性问题，选取岭回归法消除变量之间的多重共线性[22]。从工业整体回归结果来看，能源消费和煤炭消耗对整体工业碳排放的影响程度最大。工业总产值对整体工业部门碳排放的影响程度较小。此外，能源效率提升会引起碳排放量的下降，其对工业部门碳排放的负向作用甚至超过了产值增长带来的正向影响，因此，以能效提升为目标的技术进步及技术创新需要重点关注[23]。

除了对浙江省工业部门整体岭回归及模型检验外，还对细分的九大工业行业进行了回归及检验，结果均在0.01%水平上显著(表2)。可以看出，第一，纺织、石油、化工、机电、钢铁和电力行业工业产值呈正向影响，说明这些行业增长与碳排放未脱钩；采掘、轻工、建材3个行业工业产值呈负向影响，说明除了市场因素外，已经实现产值与碳排放的脱钩，但由于经济体量不大，无法改变整体工业产值与碳排放之间的正向关系。第二，能源消费对9个行业均呈现正向影响，其中对纺织行业的影响最强，能源消耗系数达0.87，浙江纺织行业占比大，也是未来浙江省工业部门乃至全省碳达峰的关键环节。第三，煤炭消耗对大部分行业呈现正向影响，但纺织行业出现特殊值为负数，究其原因，纺织行业原煤消耗量降幅非常大，从2004年的1 010.9万t标煤减少到2019年的93.3万t标煤，说明此行业能源结构调整效应非常明显。钢铁行业的煤炭消耗影响最强，其系数为0.95，这与元立钢铁、宁波钢铁等企业长流程炼钢有直接的关系。因此，如何增长短流程炼钢比例、在降低煤炭消耗的基础上保障市场钢材需求是需要重点关注的问题。第四，较为意外的是能源效率对轻工、石油、机电、钢铁、电力行业均呈正向影响，原因是这些行业在研究期内的能效提升不足以抵消能耗增加所带来的碳排放，甚至引起消费回弹，从而导致碳排放量进一步增加。

表2 工业九大行业碳排放岭回归系数与模型检验Tab.2 Ridge regression coefficient and model test for nine industrial sectors

2.2 情景设置

对行业预测模型中的4个自变量设置低位值、中位值、高位值三类情景(表3)。高位值情景中，行业工业产值、能源消费、煤炭消耗按照年度平均变化率设定。能源效率低位值按年度平均变化率设定，高位值在此基础上增长0.2%～2%。中位值情景中，行业工业产值、能源消费、煤炭消耗设置按照“十四五”规划中的发展要求，在高位值的基础上设定逐年降低0.05%～0.2%，能源效率则在低位值的基础上增长0.2%～1%。低位值情景中，能源效率按照年度平均变化率设定，工业产值、能源消费、煤炭消耗则根据原本设定的中位值进一步调整。

在变量涨跌幅设定的基础上，选择3种情景，对各行业的碳排放达峰情况及发展趋势进行预测分析(表4)。

表3 变量涨跌幅设定 %/a

表4 变量情景设定

高耗情景(A1)。在高耗情景下，分行业工业产值设定为高位值。能源消费及煤炭消耗设为高位值，能源效率设定为低位值。2021年1—2月，浙江省规模以上工业增加值同比增长49.4%，疫情后的快速生产发展态势可能会对现有的低碳发展产生冲击，各行业相关变量设置呈现高位值。

政策情景(A2)。各影响因素均选择中位值。政策情景反映了各工业行业按照浙江省“十四五”规划和能源发展等相关政策目标下碳排放将呈现的排放趋势。

低碳情景(A3)。低碳情景下，分行业工业产值设定为中位值，能源消费及煤炭消耗则根据不同行业的发展情况设定为低位值及中位值，能源效率设定为中位值及高位值。该情景设置充分考虑《浙江省绿色循环低碳发展“十四五”规划》要求。

2.3 工业分行业碳达峰趋势分析

根据对工业分行业的回归结果，得出相应的预测公式，结合前述设定的低碳、政策、高耗3个情景，对2020—2050年的碳排放量进行预测(图1)。

在高耗发展情景下，浙江省工业各行业发展维持较高增速，在高耗情景下均未出现峰值。采掘行业则呈现先快后缓的下降趋势，未来仍有减排空间。其余行业在高耗情景下呈现稳步增长的态势，其中需要注意钢铁、石油、电力、化工、轻工5个行业，其碳排放受市场需求及发展惯性影响，在没有约束的发展情景下容易出现爆发式增长，相对于其他行业更需要顶层计划性的政策安排，严控能源消耗及产业规模。

在政策情景下，除石油行业外，浙江省其余工业行业在政策规制下均出现了峰值，其中建材行业最早于2027年达峰，峰值为0.341亿t，表明近些年供给侧结构性改革政策下水泥过剩产能已经得到较好化解。剩余行业达峰均在2030年后实现，其中轻工、电力行业最晚于2047年达峰，其峰值分别为0.063亿t和4.365亿t。值得注意的是石油行业在政策情景下仍未达峰。因此，需要在重点关注轻工、电力、石油行业的基础上推动晚达峰行业制定压力化减排目标，提高化石能源替代率，加快超低排放创新技术应用。

在低碳发展情景下，各工业行业均实现了达峰，其中建材行业最早于2023年达峰，峰值为0.339亿t，石油行业最晚于2048年达峰，峰值为0.093亿t。除石油行业外，其余工业行业均可实现2030年前达峰。低碳发展情景可基本满足浙江省内工业碳达峰要求，但电力及石油行业仍存在巨大的减排压力，需要加大重点行业绿色技术赋能，着力提升清洁能源占比，同时关注石油行业发展规模及产能过剩问题。

3 工业部门整体达峰策略设置及分析

3.1 浙江省达峰策略设置

基于浙江省工业各行业不同情景，设置5种工业达峰策略(表5)。

高耗情景策略(B1)：各行业均选择高耗情景(A1)，该策略表示各行业在现有的发展状况下浙江省工业整体未来碳排放发展状况。

政策情景策略(B2)：各行业均选择政策情景(A2)，该策略体现政府遵循“十四五”相关绿色发展规划下的浙江省工业整体未来碳排放发展状况。

低碳情景策略(B3)：各行业均选择低碳情景(A3)，该策略体现浙江工业整体在碳中和愿景下详细制定碳达峰目标，优化产业结构及能源结构，降低碳排放。

能源协同策略(B4)：该政策设立旨在通过对不同行业的不同能源发展情况进行分类，针对能源消费量大小为各行业选择不同的情景。依据2019年浙江省工业各行业能源消费量，将九大行业分为三类：第一类指能源消费大于1 000万t标煤的行业(A3)；第二类指能源消费量在700万～1 000万t/标煤的行业(A2)；第三类指能源消费量在小于700万t/标煤的行业(A1)。

图1 九大行业碳排放峰值预测趋势

表5 工业整体达峰策略的对应情景设置

经济协同策略(B5)：该策略旨在推动碳达峰目标和经济两者协同发展，推动不同发展程度的行业选择不同的发展速度。本研究根据2019年浙江省各行业工业产值，将九大行业分为三类：第一类指工业产值大于5 000万元的行业(A3)；第二类指工业产值在1 000万～5 000万元的行业(A2)；第三类指工业产值不足1 000万元的产业(A1)。

3.2 浙江省工业部门整体碳达峰策略分析

浙江省工业部门整体5种达峰策略(图2)。在高耗情景策略下，浙江省工业整体碳排放处于增速上升的状态，2050年前未出现峰值，无法如期实现碳达峰的目标。在政策情景策略下，浙江省工业整体在2047年达到峰值，其峰值达到5.481亿t，无法实现2030年前达峰，因此，单纯的减缓发展速度无法实现工业整体预期目标，必须有计划地针对不同行业进一步加大对能源消费及煤炭消耗的控制。在低碳情景策略下，浙江省工业整体将在2028年达到峰值，峰值为3.516亿t，与政策情景策略相比，峰值减小1.965亿t，表明在严格的绿色发展低碳情景下，浙江省工业整体可以实现2030年前达峰的目标。在能源协同策略下，浙江省工业整体碳排放在2030年达峰，且峰值为3.577亿t，这表明考虑不同行业能源消费能力实施选择不同情景，可使工业整体在2030年当年实现达峰。在经济协同策略下，浙江省工业整体碳排放也同样在2030年实现达峰，峰值为3.568亿t，因此，深度节能减排与有针对性地推动行业经济发展并不冲突，同样可以实现在2030年碳达峰。

图2 工业整体碳排放峰值预测趋势

综上所述，浙江省工业行业碳达峰时间在2028年及以后实现，峰值区间为3.516亿～5.481亿t。在综合考虑各策略达峰时间和峰值大小以后，5种策略的先后选择次序依次为低碳情景策略(2028年)、经济协同策略(2030年)、能源协同策略(2030年)、政策情景策略(2047年)、高耗情景策略(无峰值)。与其他省份预测研究相比较，山东省工业部门峰值区间为4.075亿～7.938亿t，低碳、政策、高耗3种情景下达峰时间分别为2018年、2025年、2030年[24]。对比来看，山东省工业部门对能源依赖性强，通过紧缩性的能源政策可实现达峰，但需要进一步降低峰值，而浙江省工业部门峰值较小，更侧重于利用技术创新提早达峰时间。

4 结论与建议

4.1 结论

浙江省工业部门各行业碳排放差异较大，除采掘行业已经实现碳达峰外，高耗情景下各行业均无法实现达峰，在基准情景下除建材行业可在2030年前达峰外，其余7个行业均无法实现提前达峰，在低碳情景下，除石油行业以外，其余行业均可在2030年前达峰。

低碳情景策略最吻合浙江省工业整体未来发展要求，在该策略下，浙江省工业部门整体将于2028年实现达峰，其余策略均无法实现2030年前达峰。

在达峰峰值方面，浙江省工业整体达峰峰值在3.516亿～5.481亿t，其中最早于2028年实现峰值3.516亿t，最晚于2047年实现峰值5.481亿t，在分行业中峰值最大的是电力行业，最早可于2028年实现峰值272.121亿t，最晚于2047年实现峰值436.535亿t。

4.2 建议

制定具有行业特色的减排措施和相应政策，精准施策,减少碳排放。采掘、石油行业的碳排放对工业产值最为敏感，尤其是石油行业，经济体量大，首要调整产业结构布局，化解过剩产能，严控新上项目。纺织、化工、建材行业的碳排放对能源消费最为敏感，应着力控制能源消费量，降低化石能源消费比例。机电、钢铁、电力行业应将节煤控煤落到实处，提高分布式光伏等在能源使用中的比例。轻工行业对能源效率最为敏感，应提高绿色环保技术的应用，严控生产环节及终端环节碳排放。

针对各行业实际情况制定差异化达峰目标，分批次推进。针对已经实现达峰的采掘行业和能够在政策情景下实现提前达峰的建材行业，政府应在控制其能源消耗和碳排放的同时，适当放宽要求以保证行业经济稳定发展。对于在低碳情景下达峰的轻工、纺织、机电、化工、钢铁、电力行业，政府应实施较为稳健的绿色措施以推动其尽早达峰。对于石油行业，政府应采取严格的政策规制，推动石油行业尽早靠拢2030年达峰目标。

推动工业部门整体统筹规划，有效落实各行业低碳政策。工业部门各行业无论从能源协同还是经济协同的角度采取策略，都无法保证工业整体在2030年前达峰。因此，必须对所有行业实行低碳情景，并做出前瞻性的减排规划，让不同行业的减排策略形成有机整体，从而实现2030年前整体达峰的目标。