張忠華，胡 杰，邵羽函

（中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)東北電力設(shè)計(jì)院有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130021）

以二氧化碳為主的溫室氣體排放量的增加，現(xiàn)已引發(fā)一系列環(huán)境問(wèn)題，如全球極端天氣頻發(fā)、海平面上升等，并對(duì)全球經(jīng)濟(jì)及物種生存產(chǎn)生明顯的負(fù)面效應(yīng)。目前，全球應(yīng)對(duì)氣候變化行動(dòng)已達(dá)成共識(shí)。我國(guó)作為世界第二大經(jīng)濟(jì)體及碳排放量最大的國(guó)家，在第75 屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)上承諾，“二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030 年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060 年前實(shí)現(xiàn)碳中和”。

由對(duì)1990—2020 年我國(guó)經(jīng)濟(jì)、發(fā)電電源發(fā)展及碳排放量相關(guān)數(shù)據(jù)的分析得到，我國(guó)經(jīng)濟(jì)總量增長(zhǎng)較快，并于2010 年成為世界第二大經(jīng)濟(jì)體，但人均國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）水平與發(fā)達(dá)國(guó)家相比偏低，工業(yè)化進(jìn)程尚處于工業(yè)化后期階段。隨著可再生能源開(kāi)發(fā)力度的加大，我國(guó)可再生能源裝機(jī)容量及發(fā)電量占比均有明顯提高，但受資源情況影響，以火電為主體的電源格局仍未發(fā)生實(shí)質(zhì)性調(diào)整。自2006 年我國(guó)成為碳排放總量最高的國(guó)家后，碳排放量始終處于增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，尚未實(shí)現(xiàn)達(dá)峰，但與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)的人均碳排放量相對(duì)偏低。本文利用散點(diǎn)圖，選取人均GDP 和人均碳排放量作為參考，試圖證明我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與碳排放量基本符合環(huán)境庫(kù)茲涅茨曲線（EKC）。此外，本文利用Granger 因果關(guān)系檢驗(yàn)，證明我國(guó)碳排放量是可再生能源電力發(fā)展的單相Granger 原因。

1 經(jīng)濟(jì)發(fā)展分析

1.1 經(jīng)濟(jì)總量

2020 年，我國(guó)GDP 突破100 萬(wàn)億元［1］，約比2019 年增長(zhǎng)2.3%。在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)也發(fā)生了巨大變革，第一產(chǎn)業(yè)比重明顯降低，第三產(chǎn)業(yè)比重超過(guò)第二產(chǎn)業(yè)成為比重最高的產(chǎn)業(yè)。

1.2 人均GDP

2020 年，我國(guó)人均GDP 約為7.18 萬(wàn)元［1］，比2019 年增長(zhǎng)2.0%。2020 年，我國(guó)人均GDP 約為日本人均GDP 的26%［2］，約為美國(guó)人均GDP 的16%［2］。與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)人均GDP 水平仍然偏低。根據(jù)1989 年錢(qián)納里提出的經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段理論及對(duì)應(yīng)的工業(yè)化發(fā)展階段標(biāo)準(zhǔn)［3-4］，我國(guó)尚處于工業(yè)化后期階段。

2 發(fā)電電源發(fā)展分析

2.1 發(fā)電電源裝機(jī)容量分析

2020 年，我國(guó)發(fā)電電源總裝機(jī)容量為220 204 萬(wàn)kW［5］，同比增長(zhǎng)9.6%。其中，火電裝機(jī)容量占比56.6%，水電、風(fēng)電、光伏發(fā)電裝機(jī)容量占比41.1%。隨著風(fēng)電、光伏等可再生能源發(fā)電的加速發(fā)展，我國(guó)電源裝機(jī)結(jié)構(gòu)已由1990 年僅由水電和火電組成的兩元結(jié)構(gòu)調(diào)整成2020 年以火電為主，水、風(fēng)、光、核等清潔能源發(fā)電為補(bǔ)充的多元結(jié)構(gòu)?；痣娧b機(jī)容量占比也由1990 年的73.9%下降至2020 年的56.6%，風(fēng)電和光伏發(fā)電則實(shí)現(xiàn)從無(wú)到有的歷史性發(fā)展，并成為僅次于水電和火電的裝機(jī)電源。

2.2 發(fā)電量分析

2020年，我國(guó)發(fā)電量為76 264億kWh［5］，同比增長(zhǎng)4.1%。其中，火電發(fā)電量占比約為67.9%，水電、風(fēng)電、光伏發(fā)電量占比約為27.3%?；痣姲l(fā)電量占比高的主要原因是火電作為我國(guó)現(xiàn)有基礎(chǔ)性電源，通常以滿足基本負(fù)荷需求為主，發(fā)電利用小時(shí)數(shù)較高，而可再生能源特別是風(fēng)電和光伏受資源情況及電網(wǎng)消納情況影響，出力波動(dòng)較大，發(fā)電利用小時(shí)數(shù)也偏低。從整體上來(lái)看，近年來(lái)我國(guó)可再生能源發(fā)電量占比不斷提高，但以煤電為主的電源格局并未有實(shí)質(zhì)性變化。

3 碳排放量分析

3.1 碳排放總量

2020年，我國(guó)碳排放總量約9 955.51×106t［6］。1990—2020 年，我國(guó)碳排放總量年均增速為5.3%，2020 年，在全球受新冠肺炎疫情影響、碳排放整體下降的情況下，我國(guó)碳排放量仍有0.8%的增長(zhǎng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，美國(guó)和日本分別于2007年和2013年實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，而我國(guó)尚未實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰。根據(jù)美、日兩國(guó)政府發(fā)布的能源氣候戰(zhàn)略目標(biāo)［7］，兩國(guó)均計(jì)劃于2050 年實(shí)現(xiàn)碳中和，與之相比，我國(guó)僅有30 年的時(shí)間來(lái)完成美、日等發(fā)達(dá)國(guó)家37年以上的碳達(dá)峰、碳中和歷程，碳減排壓力巨大。

煤炭是單位能效碳排放最高的能源，受我國(guó)“多煤、少油、缺氣”的資源稟賦及煤炭?jī)r(jià)格優(yōu)勢(shì)的影響，我國(guó)的能源消費(fèi)體系仍以煤炭為主。從近期化石能源碳排放情況來(lái)看，我國(guó)的煤炭碳排放量占比也最高（2019 年的占比約為79.61%）［8］。該數(shù)據(jù)進(jìn)一步表明，我國(guó)以煤炭為主要能源消費(fèi)的用能結(jié)構(gòu)，對(duì)全國(guó)的碳排放量增長(zhǎng)有正向助推作用。1990—2019 年我國(guó)主要化石能源碳排放量占比情況見(jiàn)表1。

表1 1990—2019 年我國(guó)主要化石能源碳排放量占比%

3.2 人均碳排放量

2020 年，我國(guó)人均碳排放量約為7.06 t［6，9］。我國(guó)人均碳排放量水平略低于日本人均水平，為美國(guó)人均水平的54%。美國(guó)和日本人均碳排放量處于波動(dòng)性下降趨勢(shì)，而我國(guó)人均碳排放量則呈現(xiàn)波動(dòng)性上升趨勢(shì)?？紤]到我國(guó)尚未實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，隨著我國(guó)碳排放量的進(jìn)一步增加，在人口增長(zhǎng)緩慢的情況下，兼顧日本碳達(dá)峰后碳排放量降低及人口負(fù)增長(zhǎng)等多重因素疊加影響，近期我國(guó)人均碳排放量或?qū)⒊^(guò)日本。1990—2020 年我國(guó)人均碳排放量情況見(jiàn)表2。

表2 1990—2020 年我國(guó)人均碳排放量

4 碳排放量與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的相互關(guān)系分析

1991 年，文獻(xiàn)［10］通過(guò)對(duì)二氧化硫和“煙”兩種污染物濃度與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)之間關(guān)系的研究發(fā)現(xiàn)，在國(guó)民收入水平較低的情況下，污染物濃度隨人均GDP 的增長(zhǎng)而增加，而在國(guó)民收入水平較高的情況下，污染物濃度隨人均GDP 的增長(zhǎng)而降低。文獻(xiàn)［11］在庫(kù)茲涅茨“倒U 字形曲線”假說(shuō)基礎(chǔ)上，首次將環(huán)境質(zhì)量與人均收入之間的關(guān)系稱為EKC。

本文利用散點(diǎn)圖對(duì)我國(guó)人均CO2排放量與人均GDP 數(shù)據(jù)（近似考慮為人均收入）進(jìn)行分析。我國(guó)尚未實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，國(guó)家經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與CO2排放量基本保持了正相關(guān)性，且擬合優(yōu)度（R2）很高，擬合程度較好，我國(guó)CO2排放量與人均GDP 的關(guān)系基本符合EKC。1990—2020 年我國(guó)人均CO2排放量與人均GDP 的散點(diǎn)圖如圖1 所示。

圖1 1990—2020 年我國(guó)人均CO2 排放量與人均GDP 的散點(diǎn)圖

5 碳排放與可再生能源電力發(fā)展的關(guān)系分析

5.1 數(shù)列穩(wěn)定性分析

實(shí)施經(jīng)濟(jì)計(jì)量和預(yù)測(cè)的基本前提是樣本數(shù)據(jù)反映的統(tǒng)計(jì)特征具有代表性、可延續(xù)性，我們稱這些統(tǒng)計(jì)量（均值、方差、協(xié)方差）的取值在未來(lái)仍能保持不變的樣本時(shí)間序列為平穩(wěn)序列。在經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中，一個(gè)非平穩(wěn)的時(shí)間序列通?？赏ㄟ^(guò)差分變換的方法轉(zhuǎn)換成為平穩(wěn)序列。在應(yīng)用協(xié)整理論進(jìn)行分析前，需檢驗(yàn)被分析序列變量是否平穩(wěn)［12］。

本文應(yīng)用Eviews 軟件進(jìn)行CO2排放量與可再生能源發(fā)電量占比之間的Granger 因果關(guān)系檢驗(yàn)，首先采用增廣迪基-富勒（ADF）檢驗(yàn)方法驗(yàn)證數(shù)據(jù)穩(wěn)定性，檢驗(yàn)結(jié)果如表3 所示。在表3 中，aCO2代表二氧化碳排放量［6］，bPRP代表可再生能源發(fā)電量占比［5］。

表3 我國(guó)CO2 排放量與可再生能源發(fā)電量占比的ADF 檢驗(yàn)結(jié)果

表3 的檢驗(yàn)結(jié)果表明，1990—2020 年我國(guó)lnaCO2序列不平穩(wěn)，需進(jìn)行一階差分來(lái)提高序列的平穩(wěn)性。本文選取一階差分后均穩(wěn)定的dlnaCO2和dlnbPRP序列進(jìn)行Granger 因果關(guān)系檢驗(yàn)。

5.2 Granger 因果關(guān)系檢驗(yàn)

Granger 因果關(guān)系檢驗(yàn)主要用于分析經(jīng)濟(jì)變量之間的因果關(guān)系，從時(shí)間序列的意義上提出了因果關(guān)系的計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)定義：“欲判斷X是否引起Y，則考察Y的當(dāng)前值在多大程度上可以由Y的過(guò)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(duì)Y的解釋程度，則認(rèn)為X是Y的Granger 原因?！保?3］我國(guó)CO2排放量aCO2與可再生能源發(fā)電量占比bPRP的Granger 因果關(guān)系檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 我國(guó)aCO2 和bPRP 的Granger 因果關(guān)系檢驗(yàn)結(jié)果

表4 的檢驗(yàn)結(jié)果表明，在滯后階數(shù)（本文為數(shù)據(jù)滯后年數(shù)）分別為1，2，3 時(shí)，認(rèn)為我國(guó)dlnbPRP不是dlnaCO2的Granger 原因的假設(shè)概率（P值）分別為0.008 8，0.291 7，0.651 8，可見(jiàn)除滯后階數(shù)為1的情況外，P值均大于0.05，假設(shè)可以被接受；認(rèn)為我國(guó)dlnaCO2不是dlnbPRP的Granger 原因的假設(shè)概率分別為0.011 2，0.013 6，0.085 6，可見(jiàn)除滯后階數(shù)為3 的情況外，P值均小于0.05，假設(shè)不能被接受。上述分析結(jié)果表明，依據(jù)1990—2020 年我國(guó)CO2排放量和可再生能源發(fā)電量占比數(shù)據(jù)，在95%以上的置信水平下，我國(guó)碳排放量是可再生能源發(fā)電量占比的單向Granger 原因。

6 結(jié)語(yǔ)及建議

（1）隨著風(fēng)、光等可再生能源的加速發(fā)展，我國(guó)電源裝機(jī)結(jié)構(gòu)已由1990 年的水、火兩元結(jié)構(gòu)優(yōu)化為以火電為主，水、風(fēng)、光、核等清潔能源為補(bǔ)充的多元結(jié)構(gòu)，受資源稟賦及火電基礎(chǔ)性電源特性影響，我國(guó)發(fā)電量仍以火電為主。

（2）通過(guò)散點(diǎn)圖對(duì)我國(guó)人均碳排放量與人均GDP 數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，證明了我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與碳排放量基本保持了正相關(guān)性，且擬合優(yōu)度很高，擬合程度較好。碳排放量與人均GDP 的關(guān)系基本符合EKC，且在碳達(dá)峰前，經(jīng)濟(jì)發(fā)展將促使全國(guó)碳排放量的增加。

（3）根據(jù)Granger 因果關(guān)系分析結(jié)果判斷，我國(guó)碳排放量與可再生能源發(fā)電量占比存在長(zhǎng)期穩(wěn)定的均衡關(guān)系，并且碳排放量是可再生能源發(fā)電量占比的單向Granger 原因，同時(shí)也驗(yàn)證了我國(guó)低碳發(fā)展對(duì)提高可再生能源發(fā)電量占比的迫切需求。

（4）通過(guò)對(duì)電源發(fā)展及碳排放量相互關(guān)系的分析發(fā)現(xiàn)，我國(guó)電源結(jié)構(gòu)仍顯單一，以火電特別是煤電為主的電源結(jié)構(gòu)尚未發(fā)生本質(zhì)性變化，與風(fēng)、光等可再生能源發(fā)展相配套的輔助服務(wù)有待進(jìn)一步完善。因此，建議優(yōu)化調(diào)整以火電為主體的電源結(jié)構(gòu)，加快可再生能源發(fā)電比重的提高，增強(qiáng)發(fā)電清潔化程度，推動(dòng)以風(fēng)、光為代表的新型電力系統(tǒng)的建設(shè)；提升電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力，深度挖掘現(xiàn)有火電機(jī)組的調(diào)峰潛力，因地制宜發(fā)展調(diào)峰氣電項(xiàng)目，加快抽水蓄能電站建設(shè)，推動(dòng)新型儲(chǔ)能項(xiàng)目發(fā)展，增強(qiáng)電力系統(tǒng)接納波動(dòng)性可再生能源的能力，提高可再生能源配套輔助服務(wù)效能。此外，還應(yīng)增強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新能力，充分重視可再生能源電力對(duì)非電產(chǎn)業(yè)減排的正向促進(jìn)作用，如積極開(kāi)展綠電制氫、碳捕集利用與封存（CCUS）技術(shù)的研究及試點(diǎn)。