席細(xì)平，謝運生，王賀禮，范 敏，石金明，羅成龍

(1.江西省科學(xué)院能源研究所，330096，南昌；2.江西省低碳經(jīng)濟研究中心，330096，南昌)

基于IPAT模型的江西省碳排放峰值預(yù)測研究

席細(xì)平1,2，謝運生1，王賀禮1，范 敏1，石金明1，羅成龍1

(1.江西省科學(xué)院能源研究所，330096，南昌；2.江西省低碳經(jīng)濟研究中心，330096，南昌)

通過對江西省1995-2012年的時間序列數(shù)據(jù)進行回歸，利用IPAT模型對未來江西省碳排放峰值出現(xiàn)時間進行預(yù)測?？梢园l(fā)現(xiàn)，技術(shù)進步對峰值的影響較為重要。按照江西省目前發(fā)展趨勢，若經(jīng)濟社會發(fā)展的同時保持能源強度和碳排放強度合理下降，江西省的峰值到達時間約在2032-2035年之間。因此，保持能源強度和碳排放強度的不斷下降對江西省盡快出現(xiàn)碳排放峰值至關(guān)重要，健全應(yīng)對氣候變化機制、調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、提高清潔能源消費比重應(yīng)成為江西省今后的重點工作任務(wù)。

IPAT模型；碳排放；峰值預(yù)測；能源強度

0 引言

全球氣候變暖已經(jīng)嚴(yán)重威脅到人類的可持續(xù)發(fā)展，國際社會和我國均采取措施應(yīng)對全球氣候變化、減緩溫室效應(yīng)。碳排放峰值問題已成為全球氣候變化科學(xué)和談判關(guān)注的熱點，同時也是國內(nèi)低碳發(fā)展的標(biāo)志性指標(biāo)，是引領(lǐng)政府、企業(yè)和社會各界共同奮斗的目標(biāo)[1]。2009年12月，我國政府提出到2020年單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降40%～45%，作為約束性指標(biāo)納入國民經(jīng)濟和社會發(fā)展中長期規(guī)劃。我國42個低碳試點省市均提出了碳排放峰值目標(biāo)，如上海、溫州、廣元等城市的峰值年份分別為2020年、2019年和2030年，江西省的贛州市和景德鎮(zhèn)市預(yù)期峰值年份都為2023年。目前，江西省正處于經(jīng)濟快速發(fā)展時期，能源消耗帶來的碳排放量快速增加，這對控制溫室氣體排放措施的實施提出了新的要求，因此預(yù)判碳排放峰值年份和研究應(yīng)對策略已成為擺在江西面前的一項重大戰(zhàn)略問題。

目前國內(nèi)外對碳排放峰值預(yù)測方面的研究主要集中在能源消費的碳排放量峰值方面，研究主要方法集中在運用 STIRPAT模型、LEAP模型、MARKAL-MACRO模型、環(huán)境庫茲涅茨(EKC)曲線，根據(jù)能源消耗量計算碳排放量、根據(jù)碳排放強度對碳排放峰值的研究等。林伯強[2]等利用傳統(tǒng)的EKC曲線模擬與在二氧化碳排放預(yù)測的基礎(chǔ)上的預(yù)測2種方法，對中國的二氧化碳庫茲涅茨曲線做了對比研究和預(yù)測，結(jié)果存在較大差異：簡單的EKC曲線模擬計算，人均GDP在37 170元處達到人均二氧化碳排放的最大值是中國二氧化碳排放的理論拐點，依據(jù)我國經(jīng)濟發(fā)展，拐點出現(xiàn)在 2020年左右；從能源需求角度分析中國二氧化碳的庫茲涅茨曲線到2040年還沒有出現(xiàn)拐點。姜克雋[3]等利用IPAC模型, 對我國未來中長期的能源需求與溫室氣體排放情景進行分析，結(jié)果顯示：基準(zhǔn)情景下,中國化石燃料產(chǎn)生的碳排放將于2040年達到峰值；強化低碳情景下，中國將于2030年達到峰值。

1 江西省碳排放現(xiàn)狀

近年來，江西省工業(yè)化和城鎮(zhèn)化進程不斷加快，經(jīng)濟快速發(fā)展，2012年GDP達到12 948.5億元，同時也消耗了大量的能源，能源消費總量達7 232.9萬t標(biāo)準(zhǔn)煤，其中煤炭所占比重為70%。大量化石能源的消耗也造成了二氧化碳排放總量的快速增長，2012年江西省二氧化碳排放約1.85億t，其中煤炭消費產(chǎn)生的二氧化碳量最大，占比達83.1%，石油、天然氣和電力調(diào)入消費產(chǎn)生的二氧化碳量占比分別為15.1%、1.4%和0.4%，人均二氧化碳排放4.11 t，低于國家平均水平6.6 t。

從各產(chǎn)業(yè)二氧化碳排放來看，2012年江西省第二產(chǎn)業(yè)二氧化碳排放量最大，比重達到73.1%，其次為第三產(chǎn)業(yè)、居民生活和第一產(chǎn)業(yè)，所占比重分別為16.0%、8.5%和2.4%。在工業(yè)各部門的二氧化碳排放中，規(guī)模以上工業(yè)部門二氧化碳排放量貢獻率最大的是電力、熱力的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)、黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè)，2個行業(yè)部門的二氧化碳排放量約占規(guī)模以上工業(yè)部門總二氧化碳排放量的52%，其次是石油加工、煉焦及核燃料加工業(yè)、塑料制品業(yè)、煤炭開采和洗選業(yè)。10大耗能行業(yè)的二氧化碳排放量約占規(guī)模以上工業(yè)部門總二氧化碳排放量的98%。

圖1 2012年江西省規(guī)模以上工業(yè)部門二氧化碳排放貢獻情況

2 模型構(gòu)建與數(shù)據(jù)處理

2.1數(shù)據(jù)處理

目前，各個權(quán)威部門認(rèn)為，人類活動的二氧化碳排放 90%以上來源于能源的使用。在現(xiàn)階段的各個研究中，大部分學(xué)者將該區(qū)域的能源消費總量的二氧化碳排放看成是實際該地區(qū)的二氧化碳排放總量，國家碳指標(biāo)下降考核中二氧化碳排放量目前也是以煤油氣大類數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進行核算。本文也將江西省能源消費總量的二氧化碳排放當(dāng)做是江西省的碳排放總量，不考慮電力調(diào)入調(diào)出產(chǎn)生的二氧化碳排放。在二氧化碳排放量計算公式上，參考國家發(fā)改委考核各地區(qū)單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放降低目標(biāo)制定的“二氧化碳排放核算方法”的算法，其二氧化碳排放計算公式為：

Qt=Ecζ1+Eoζ2+Enζ3

式中：Qt為二氧化碳排放總量，Ec為煤炭消耗標(biāo)準(zhǔn)量(t標(biāo)準(zhǔn)煤)，ζ1為煤炭燃燒過程二氧化碳排放因子(tCO2/t標(biāo)準(zhǔn)煤)，Eo為石油消耗標(biāo)準(zhǔn)量(tCO2/t標(biāo)準(zhǔn)煤)，ζ2為石油燃燒過程二氧化碳排放因子(tCO2/t標(biāo)準(zhǔn)煤)，En為天然氣消耗標(biāo)準(zhǔn)量(t標(biāo)準(zhǔn)煤)，ζ3為天然氣燃燒過程二氧化碳排放因子(tCO2/t標(biāo)準(zhǔn)煤)。

ζ1、ζ2、ζ3采用2005年國家溫室氣體清單的初步數(shù)據(jù)，即ζ1為2.64 tCO2/t標(biāo)準(zhǔn)煤，ζ2為2.08 tCO2/t標(biāo)準(zhǔn)煤，ζ3為1.63 tCO2/t標(biāo)準(zhǔn)煤。Ec、Eo、En可通過查閱《2013年江西統(tǒng)計年鑒》[4]中能源消費總量和能源消費結(jié)構(gòu)等數(shù)據(jù)來計算，由此可計算出各年度的二氧化碳排放量。數(shù)據(jù)處理后，將二氧化碳排放量、能源消費總量、能源結(jié)構(gòu)中煤炭和石油所占比例、人口、人均GDP和能源強度等數(shù)據(jù)作為模型的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(見表1)。

表1 1995-2012年江西省二氧化碳排放量等指標(biāo)數(shù)據(jù)

2.2模型構(gòu)建

lnIi=lna+blnPi+clnAi+dlnTi

式中：Ii表示為對環(huán)境的影響，Pi為人口因素，Ai為財富情況，Ti為技術(shù)情況。

在碳排放研究中，Ii表示為二氧化碳排放總量，Pi為人口數(shù)量，Ai為人均GDP，Ti為能源強度。借鑒溫景光[6]碳排放的因素分解分析，影響江西省碳排放因素不光只有IPAT模型中的人口因素、人均GDP因素和能源強度因素，其能源結(jié)構(gòu)因素在江西省碳排放中也有著很重要的影響作用。因此，在修正的IPAT模型中，添加煤炭所占比例(R1)和石油所占比例(R2)作為模型的新解釋變量，并得到下式：

lnIi=lna+blnPi+clnAi+dlnTi+elnR1i+flnR2i+β

將1995-2012年江西省二氧化碳排放量等指標(biāo)數(shù)據(jù)在MATLAB中構(gòu)建模型，用最小二乘法回歸，得到以下結(jié)果：

lnIi=0.353 2 lnPi+1.015 3 lnAi+0.973 1 lnTi+0.069 7 lnR1i+0.018 4 lnR2i+6.406 6

表2江西省1995-2012年碳排放模型擬合值與實際值數(shù)據(jù)對比

年份實際二氧化碳排放量/萬t擬合二氧化碳排放量/萬t誤差/%19956122．756140．230．2819965516．035468．66-0．8719975458．945494．690．65%19985192．705181．47-0．2219995435．655439．240．0720006412．806404．02-0．1420016727．686741．040．2020027508．487501．21-0．1020038770．568791．230．2420049763．849769．170．05200510972．1610933．63-0．35200611929．8611895．69-0．29200712934．4012959．130．19200813780．4813806．210．19200914880．0014827．17-0．36201015996．1615976．62-0．12201117736．1917774．500．22201218516．2218514．48-0．01

從擬合結(jié)果來看，人口和人均GDP的增長都能使得碳排放總量增長，而能源強度的降低會使得碳排放總量降低，這3個變量與碳排放總量都具有正相關(guān)的關(guān)系。對比二氧化碳排放總量的實際值與擬合值，各年度的誤差均不超過1%，精度都在99%以上，模型估計值與實際值具有較好的擬合度。

3 江西省碳排放峰值預(yù)測

3.1情景設(shè)定

根據(jù)IPAT模型，要預(yù)測未來江西省碳排放總量，需要知道未來人口(P)、人均GDP(A)、能源強度(T)、煤炭所占比例(R1)、石油所占比例(R2)的數(shù)值。人口(P)和人均GDP(A)的增長率采用江西省1995-2012年中各年均增長率的平均值。能源強度(T)的情景參考了渠慎寧[7]對能源強度(T)的3種低模式、中模式和高模式的情景預(yù)測，同時借鑒中國碳排放研究課題組給出的基準(zhǔn)情景、強節(jié)能情景和超強節(jié)能情景下2010年和未來2020年、2030年、2040年和2050年的能源結(jié)構(gòu)比例情況對江西省煤炭所占比例(R1)、石油所占比例(R2)進行設(shè)定。由此，本文設(shè)定了基準(zhǔn)情景、節(jié)能情景和低碳情景等3種情景，預(yù)測了3種情景下各影響因素2010-2050年的數(shù)據(jù)(見表3)，3種情景具體構(gòu)想如下。

3.1.1 基準(zhǔn)情景 是指按照目前發(fā)展而并不采取任何強制措施進行節(jié)能減排的碳排放發(fā)展情景，主要驅(qū)動因素是經(jīng)濟發(fā)展，能源技術(shù)進步與消費結(jié)構(gòu)按照以往的歷史發(fā)展趨勢演進，仍然以經(jīng)濟增長作為社會發(fā)展的主要目標(biāo)，由工業(yè)化進程所決定，能源消耗與碳排放與日俱增。

3.1.2 節(jié)能情景 是指政府、民眾、企業(yè)有節(jié)能減排意識，政府在目前區(qū)域經(jīng)濟和能源結(jié)構(gòu)的發(fā)展基礎(chǔ)上適當(dāng)?shù)陌l(fā)展清潔能源的碳排放發(fā)展情景，主要考慮到江西省經(jīng)濟發(fā)展、能源供需矛盾、環(huán)境約束、政策導(dǎo)向等因素，通過強化技術(shù)進步、轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展模式、采取低能耗、低碳排放政策來實現(xiàn)節(jié)能和碳排放目標(biāo)。

3.1.3 低碳情景 是指政府和民眾有較強節(jié)能意識，企業(yè)增大科研投入，自主創(chuàng)新，降低能源強度，政府大力發(fā)展清潔能源，鼓勵民眾使用清潔能源等低碳發(fā)展情況下的碳排放發(fā)展情景，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)得到很好的調(diào)整，能源結(jié)構(gòu)得到進一步優(yōu)化調(diào)整，新能源開發(fā)利用技術(shù)實現(xiàn)突破，低碳能源達到相當(dāng)?shù)谋戎?，政府進一步加強對新能源產(chǎn)業(yè)的扶持，更好地促進低碳經(jīng)濟發(fā)展模式的轉(zhuǎn)變。

3.2峰值預(yù)測

通過對各情景設(shè)定數(shù)據(jù)進行數(shù)學(xué)處理，得到每個時間段內(nèi)的平均增長率，可得出2010-2050 年中各年在3種情景下的數(shù)據(jù)，并根據(jù)模型擬合公式可計算未來 2013-2050年碳排放預(yù)測值。1)采取基準(zhǔn)情景，江西省到2048年達到峰值，峰值量為38 913.96萬t，對應(yīng)的人口為5 391.2萬人，人均GDP為15.33萬元，能源強度為0.199 t標(biāo)準(zhǔn)煤/萬元，煤炭所占比例為54.16%，石油所占比例為19.27%；2)采取節(jié)能情景，江西省二氧化碳排放量在2035年達到峰值，峰值量為32 901.89萬t，對應(yīng)的人口為5 068.2萬人，人均GDP為10.84萬元，能源強度為0.246 t標(biāo)準(zhǔn)煤/萬元，煤炭所占比例為54.66%，石油所占比例為19.35%；3)采取低碳情景，江西省二氧化碳排放量在2032年達到峰值，峰值量為29 642.41萬t，對應(yīng)的人口為4 993.7萬人，人均GDP為9.80萬元，能源強度為0.246 t標(biāo)準(zhǔn)煤/萬元，煤炭所占比例為54.89%，石油所占比例為20.47%。

表3 江西省 2010-2050 年情景設(shè)定

圖2 3種情景下江西省 2013-2050 年二氧化碳排放總量趨勢圖

可以發(fā)現(xiàn)，在基準(zhǔn)情景、節(jié)能情景和低碳情景下江西省二氧化碳排放的總量趨勢都是經(jīng)歷了先上升后下降的階段，并且會出現(xiàn)二氧化碳排放總量的峰值，但是由于采取的情景不同，年碳排放總量的大小不同，而且峰值出現(xiàn)的時間年份和峰值量不同，預(yù)計江西省碳排放峰值將在2032-2035年間出現(xiàn)。低碳情景峰值會比節(jié)能情景峰值提前3年到達，而且峰值量會降低 3 259.48萬t。這也說明了隨著節(jié)能的越來越深入，降低單位GDP碳排放量所需要投入的技術(shù)等資源也會越來越多。

4 結(jié)論

按照江西省目前發(fā)展趨勢, 若經(jīng)濟社會發(fā)展的同時保持能源強度和碳排放強度合理下降, 江西省碳排放峰值到達時間約在2032-2035年之間，如若經(jīng)濟社會發(fā)展的同時不重視能源強度和碳排放強度的降低, 則會導(dǎo)致峰值出現(xiàn)時間后延。因此，保持能源強度和碳排放強度的不斷下降對江西省盡快出現(xiàn)碳排放峰值至關(guān)重要, 健全應(yīng)對氣候變化機制、調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、提高清潔能源的消費比重應(yīng)成為江西省今后的重點工作任務(wù)。

[1] 徐華清,蘇明山,楊姍姍.世界主要國家和集團溫室氣體排放峰值特征分析[EB/OL].http://www.ncsc.org.cn/article/yxcg/yjgd/201404/20140400000865.shtml.

[2]林伯強,蔣竺均.中國二氧化碳的環(huán)境庫茲涅茨曲線預(yù)測及影響因素分析[J].管理世界,2009(4):27-36.

[3]姜克雋,胡秀蓮,莊幸,等.中國2050 年低碳情景和低碳發(fā)展之路[J].中外能源,2009,14 (6):21-26.

[4]江西省統(tǒng)計局,國家統(tǒng)計局江西調(diào)查總隊.2013江西統(tǒng)計年鑒[M].北京:中國統(tǒng)計出版社,2013.

[5]聶銳,張濤,王迪 基于IPAT模型的江蘇省能源消費與碳排放情景研究[J].自然資源學(xué)報,2010,25(9):1557-1564.

[6]溫景光.江蘇省碳排放的因素分解模型及實證分析[J].華東經(jīng)濟管理,2010,24(2):29-32.

[7]渠慎寧,郭朝先.基于STIRPAT模型的中國碳排放峰值預(yù)測研究[J].中國人口·資源與環(huán)境,2010,20(12):10-15.

ForecastofJiangxi′sCarbonEmissionstoPeakBasedonIPATModel

XI Xiping1,2,XIE Yunsheng1,WANG Heli1,FAN Min1,SHI Jinming1,LUO Chenglong1

(1.Institute of Energy Conversion,Jiangxi Academy of Sciences,330096,Nanchang,PRC;2.Jiangxi Low Carbon Economy Research Center,330096,Nanchang,PRC)

The paper uses time series regression on Jiangxi′s 1995- 2012 data to draw the trend,and utilize IPAT model to forecast of Jiangxi′s carbon emissions to peak in future. We find that the impact of technology progress on the peak is important.According to the current trends of Jiangxi,if the economic and social development while energy intensity and carbon emissions intensity keep reasonable decline,Jiangxi′s peak will arrive between 2032 and 2035.Therefore, maintaining the declining energy intensity and carbon intensity of carbon emissions is essential to realize the peak as soon as possible.Establish against climate change mechanism,adjustment industrial structure,optimization energy structure and increase the proportion of clean energy consumption should be the focus of future tasks.

IPAT model;carbon emissions;peak forecast;energy intensity

2014-10-12;

2014-11-04

席細(xì)平(1979-)，男，江西撫州人，碩士，助理研究員，主要從事能源技術(shù)與低碳經(jīng)濟研究。

江西省科技支撐計劃(2009BGB04300、2010BGB01702)；江西省高校人文社會科學(xué)重點研究基地招標(biāo)項目(JD1363)；江西省科學(xué)院協(xié)同創(chuàng)新專項(2013-YTPH2-14)；江西省科學(xué)院對外科技合作項目(H2014005)。

10.13990/j.issn1001-3679.2014.06.005

F206

A

1001-3679(2014)06-0768-05