曾小利

(福建師范大學 經(jīng)濟學院，福建　福州　350108)

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我國能源消費結(jié)構(gòu)調(diào)整及碳排放強度效應

曾小利

(福建師范大學 經(jīng)濟學院，福建福州350108)

以我國主要能源消費情況和碳排放強度為研究對象，運用灰色GM(1,1)模型和馬爾可夫鏈對我國2014年到2020年能源消費總量和能源消費結(jié)構(gòu)的變化趨勢進行預測，探討能源消費結(jié)構(gòu)調(diào)整的碳排放強度效應，分析能源消費結(jié)構(gòu)調(diào)整對碳強度的影響，為合理利用能源、制定能源消費政策提供一定的依據(jù)。預測結(jié)果表明：在同一經(jīng)濟發(fā)展速度下，能源結(jié)構(gòu)調(diào)整幅度越大，越有利于環(huán)境的優(yōu)化，有利于碳排放強度的下降。在同一能源消費結(jié)構(gòu)調(diào)整幅度下，經(jīng)濟發(fā)展速度越慢，碳強度越小，碳排放強度的下降幅度越小。不同幅度的能源消費結(jié)構(gòu)調(diào)整對我國的“碳排放強度效應”均有一定的貢獻潛力，但能源消費結(jié)構(gòu)調(diào)整的“碳排放強度效應”最大的貢獻潛力也僅僅5.2986%，這說明僅依靠能源消費結(jié)構(gòu)的調(diào)整并不能實現(xiàn)“到2020年碳排放強度比2005年下降40%～45%”的目標，因此，還應采取一系列的諸如轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式、提高能源利用效率、提升技術(shù)水平等措施。

能源消費結(jié)構(gòu)；灰色GM(1,1)；馬爾可夫鏈；碳排放強度

一、引　言

改革開放以來，我國經(jīng)濟取得了快速發(fā)展，工業(yè)化和城市化不斷推進，市場對能源的需求不斷增長。與此同時，長期以煤炭為主的能源消費結(jié)構(gòu)也帶來了過度的二氧化碳排放，導致了環(huán)境污染、氣候變暖等一系列問題。為應對這些嚴峻的環(huán)境問題，我國確立了能源綠色低碳發(fā)展目標，到2020年，非化石能源占一次能源消費總量的比重要達到15%左右，單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放量比2005年下降40%～45%。因此，為了順利實現(xiàn)這一目標，研究如何進行能源消費結(jié)構(gòu)的調(diào)整具有重要意義。

近年來，為優(yōu)化我國能源結(jié)構(gòu)，學者們對能源結(jié)構(gòu)問題展開了深入研究。趙延德、張慧(2007)以蘭州市為例，采用灰色關聯(lián)度模型，探討了城市能源消費結(jié)構(gòu)變動的環(huán)境效應及其作用機理。石曉妹、張燕(2010)運用灰色GM(1,1)模型和馬爾科夫模型實證研究了南京市規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)主要能源消費情況和污染物排放情況，得出了能源消費結(jié)構(gòu)的調(diào)整有利于二氧化硫、煙塵等環(huán)境污染物排放減少的結(jié)論。王鋒、馮福根(2011)采用協(xié)整技術(shù)和馬爾克夫鏈模型預測了2011～2020年中國的碳強度趨勢，對我國優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)對碳強度目標的貢獻潛力進行了評估。王迪、聶銳(2011)等運用改善的GADS優(yōu)算法對江蘇省能耗結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，測算了江蘇省能源消費結(jié)構(gòu)優(yōu)化的節(jié)能減排效應，認為能源消費結(jié)構(gòu)的調(diào)整應該以煤炭資源的清潔、高效利用為主，同時加快新能源的發(fā)展。楊振(2011)利用排放因子法估算了我國各省市農(nóng)村生活能源消費排放的主要溫室氣體數(shù)量，并采用STIRPAT模型考察了農(nóng)村人口、收入和技術(shù)因素對用能環(huán)境效應的影響作用。薛黎明、侯運炳(2011)等運用ARIMA模型對我國2020年前的能源消費總量、煤炭消費總量等進行了預測，并對我國能源結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀及未來能源結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢進行了分析。賈云翔、郭丕斌(2013)實證研究了我國能源消費結(jié)構(gòu)與經(jīng)濟增長的關系，揭示煤炭、石油、天然氣以及電力等一次能源消費量對我國GDP的增長均具有正向關系，并提出必須優(yōu)化能源消費結(jié)構(gòu)，促進新能源的研發(fā)。王敬華(2014)分析了山東省的能源消費情況，并提出了應該推動能源消費革命，以促進能源消費體系轉(zhuǎn)型等多條優(yōu)化策略。

綜上所述，已有的文獻都較好的分析了能源消費結(jié)構(gòu)與經(jīng)濟、環(huán)境之間的關系，并且都提出了應該優(yōu)化我國當前的能源消費結(jié)構(gòu)的政策建議。然而，已有文獻較少關注我國能源消費結(jié)構(gòu)調(diào)整后其對碳排放強度產(chǎn)生的影響，基于此本文將實證研究我國能源消費結(jié)構(gòu)調(diào)整及其碳排放強度效應，以考察能源消費結(jié)構(gòu)的調(diào)整是否能夠促進我國“到2020年碳排放強度要比2005年下降40%～45%”①目標的實現(xiàn)。

二、我國能源消費結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀

“富煤、少油、短氣”是我國能源結(jié)構(gòu)基本特征，也因此造就了我國長期以來一直是以煤炭為主的能源消費結(jié)構(gòu)。煤炭消費總量占比基本維持在70%左右，石油消費占比也基本穩(wěn)定，天然氣消費占比在逐步緩慢增大，水電、核電、風電等非化石能源消費占比較小。同時，從國內(nèi)能源資源的總量情況來看，2014年天然氣新增探明地質(zhì)儲量總量達到1.1萬億立方米，是歷史最好年份，但探明總儲量仍低于世界天然氣探明總儲量的2.0%。由于人口基數(shù)巨大，我國人均能源資源占有量遠低于世界平均值，人均煤炭占有量僅約為世界人均水平的1/2，石油僅約為1/10，天然氣約為1/20。從長期來看，國內(nèi)能源供應將面臨潛在的總量短缺，尤其是石油、天然氣供應將面臨結(jié)構(gòu)性短缺，甚至能源有可能再次成為制約經(jīng)濟發(fā)展的“瓶頸”。2000～2012年我國主要能源消費量占比情況如圖1所示。

數(shù)據(jù)來源：中國統(tǒng)計年鑒. 圖1　2000～2012年我國主要能源消費量占比

三、能源消費總量及其他變量預測

1.能源消費總量預測：灰色GM(1,1)模型②

設 x(0)={x(0)(1),x(0)(2),…,x(0)(n)}，x(1)={x(1)(1),x(1)(2),…,x(1)(n)}，

z(1)={z(1)(1),z(1)(2),…,z(1)(n)}，

其中，x(0)(1),x(0)(2),…,x(0)(n)是需要預測指標的一組原始數(shù)據(jù)；對原始數(shù)據(jù)做一次累加，得到序列x(1)(1),x(1)(2),…,x(1)(n)；z(1)(k)=0.5{x(1)(k)+x(1)(k-1)}表示對數(shù)據(jù)進行相鄰平均。

GM(1,1)模型的基本形式為：x(0)(k)+az(1)(k)=b，其中a為發(fā)展系數(shù)；b為灰色作用量。

GM(1,1)模型的時間響應式為：

(1)

(2)

其中B,Y分別為：

(3)

我國2000～2012年能源消費總量及各主要能源消費總量如表1所示。

還原值為：

對模型進行檢驗，其平均相對誤差為4.87%，模擬精度為二級，較高，因此可以用來對2014～2020年我國能源消費總量進行預測，預測結(jié)果如表2所示。

表1　2009～2012年我國主要能源消費總量　(萬噸標準煤)

數(shù)據(jù)來源：中國統(tǒng)計年鑒.

表2　2014～2020年我國能源消費總量預測值 　(萬噸標準煤)

2.GDP預測

因為本文研究的是能源消費結(jié)構(gòu)調(diào)整的碳排放強度效應，碳排放強度是指單位GDP內(nèi)的二氧化碳排放量，因此需要預測未來的GDP。根據(jù)《中共中央關于制定國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十三個五年規(guī)劃的建議》所做的說明，2016年至2020年經(jīng)濟年均增長底線是6.5%以上,我國經(jīng)濟今后要保持7%左右的增長速度是可能的。因此本文將我國未來5年的經(jīng)濟增長速度分別設為高速7.5%、中速7%、低速6.5%三種情形。則未來5年我國GDP如表3所示：

表3　2015～2020年我國GDP預測值 　(億元)

3.能源消費結(jié)構(gòu)預測：馬爾可夫預測模型

因為能源結(jié)構(gòu)只與近期狀態(tài)有關，而與它的過去狀態(tài)無關，符合馬爾可夫鏈的無后效性的特點，因此可以用馬爾可夫預測模型對未來能源消費結(jié)構(gòu)進行預測。

以S表示我國能源消費總量，S1(n),S2(n)，S3(n)，S4(n)分別表示我國煤炭、石油、天然氣、水核風電等4種主要能源在n時刻占能源消費總量的比例，p(n)表示n時刻到n+1時刻，能源X轉(zhuǎn)移為能源y的概率。則一步轉(zhuǎn)移概率矩陣為：

為有效預測我國未來的能源消費結(jié)構(gòu)，需要根據(jù)已知的每一年的能源消費結(jié)構(gòu)(我國2000～2012年能源消費結(jié)構(gòu)如表4所示)及其狀態(tài)變化確定每一步的狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率矩陣，然后取其平均轉(zhuǎn)移概率矩陣，從而預測未來的能源消費結(jié)構(gòu)。求解狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率矩陣的方法有三種：第一種是采用統(tǒng)計法估算狀態(tài)；第二種是采用線性方程組法估算；第三種是二次規(guī)劃法估算。本文采用第三種方法求解。

表4　2009～2012年我國主要能源消費結(jié)構(gòu)

運用Lingo11.0軟件③求解得：

上述轉(zhuǎn)移概率矩陣是2000～2012年每年的轉(zhuǎn)移概率矩陣的乘積，即是8年的概率轉(zhuǎn)移矩陣乘積，將8年時間間隔當作一個時間段，則可以在2012年的基礎上預測2020年的能源消費結(jié)構(gòu)。將2012年的能源消費結(jié)構(gòu)與該矩陣相乘即可以得到2020年的能源消費結(jié)構(gòu)：煤炭占比65.86%，石油占比18.15%，天然氣占比5.84%，水核風電占比10.15%。

四、能源結(jié)構(gòu)預測

上文是在2000～2012年的基礎上對2020年我國能源消費總量和能源消費結(jié)構(gòu)進行的預測，并沒有考慮到我國能源政策在2005年后進行了相應的政策調(diào)整以及2012年以后社會的發(fā)展變化，因此可以將這個預測看成是“小幅調(diào)整”模式下的預測值。另外為了計算2020年我國的能源結(jié)構(gòu)“不調(diào)整”的情形，則不應該選用2005年以后的數(shù)據(jù)。運用2000～2005年逐年的轉(zhuǎn)移概率矩陣，算出以2005年為基礎的轉(zhuǎn)移概率矩陣為：

根據(jù)該轉(zhuǎn)移概率矩陣計算2020年的能源消費結(jié)構(gòu)：煤炭為77.67%，石油為18.69%，天然氣為3.39%，水核風電為0.25%。

另外，據(jù)中國煤炭工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2013年全國煤炭產(chǎn)量完成37億噸左右，煤炭消費量36.1億噸左右，煤炭產(chǎn)量增幅由前十年年均增加兩億多噸，降到5000萬噸左右，煤炭消費增幅也由前十年年均增長9%左右，下降到2.6%左右。2014年6月國務院辦公廳印發(fā)的能源發(fā)展戰(zhàn)略行動計劃(2014～2020年)要求“到2020年，一次能源消費總量控制在48億噸標準煤左右，煤炭消費總量控制在42億噸左右。非化石能源占一次能源消費比重達到15%，天然氣比重達到10%以上，煤炭消費比重控制在62%以內(nèi)?！币虼丝蓪⑦@種調(diào)整看成是“大幅調(diào)整”的情形。這三種政策情形下的我國能源消費結(jié)構(gòu)變化如表5所示：

表5　2020年我國能源消費結(jié)構(gòu)　(%)

五、能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的碳排放強度效應

能源結(jié)構(gòu)的不合理會帶來很多環(huán)境問題，如污染物二氧化硫、氮氧化物、煙塵、粉塵的大量排放，霧霾、溫室效應等等。為了考察能源結(jié)構(gòu)的碳排放強度效應，同時鑒于我國提出“到2020年碳排放強度要比2005年下降40%～45%”的減排目標，借鑒前人(蔣金荷，2011；周葵，戴小文，2013)的研究，采用的碳排放量的計算公式為：

(4)

(4)式中，C為碳排放量，E為能源消費總量，Si為第i種能源消費在能源消費總量的比例，Ki為第i種能源的碳排放系數(shù)，44、12分別為二氧化碳、碳的分子量。

根據(jù)國家發(fā)改委能源研究所推薦的碳排放系數(shù)，K煤炭=0.7476，K石油=0.5825，K天然氣=0.4435，K非化石=0。根據(jù)上述能源消費預測值及碳排放量的計算公式可計算上述三種情形下我國2020年的碳排放量，如表6所示：

表6　2020年我國能源消費碳排放量　(萬噸)

本文研究的目標是我國能源結(jié)構(gòu)調(diào)整及其碳排放強度效應，因此應該將其他因素如產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、技術(shù)進步、能源利用效率、經(jīng)濟結(jié)構(gòu)等對我國環(huán)境產(chǎn)生的影響剔除掉。為此，需定義“碳排放強度效應的貢獻潛力”：不同能源結(jié)構(gòu)調(diào)整情形下，碳排放強度“下降幅度”相對于不調(diào)整時碳排放強度“下降幅度”的增加值與碳排放強度“目標下降幅度”的比值。增加值代表了其他因素不變時能源結(jié)構(gòu)調(diào)整對環(huán)境效應的貢獻值，“目標下降幅度”指目標年份碳排放強度的目標規(guī)劃值，本文采用“到2020年碳排放強度要比2005年下降40%～45%”，二者的比值代表了其他因素不變時能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的碳排放強度效應。各情形下的碳排放量、碳強度預測結(jié)果和能源結(jié)構(gòu)調(diào)整對我國碳排放強度的貢獻如表7、表8所示。

表7　2020年各情形下我國碳排放量、碳強度預測結(jié)果

表8　各情形下能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的碳排放強度效應　(%)

根據(jù)表8，以我國未來5年經(jīng)濟中速發(fā)展為例，能源結(jié)構(gòu)小幅調(diào)整對我國的環(huán)境優(yōu)化的貢獻潛力為3.2093%。如果我國能源結(jié)構(gòu)達到了“非化石能源占一次能源消費比重達到15%，天然氣比重達到10% 以上，煤炭消費比重控制在62% 以內(nèi)”，即在大幅調(diào)整下，能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化對我國的環(huán)境具有4.9763%的貢獻潛力。

六、結(jié)　論

本文運用灰色GM(1,1)模型和馬爾可夫鏈對我國2015～2020年能源消費總量和能源消費結(jié)構(gòu)進行預測，在此基礎上分析了不同能源結(jié)構(gòu)調(diào)整情形下對促進我國2020年的碳排放強度的影響，并分析了不同能源結(jié)構(gòu)調(diào)整對碳強度目標的貢獻潛力，得到了以下結(jié)論：

1.灰色GM(1,1)預測模型能很好地預測能源消費總量

預測結(jié)果表明我國未來5年的能源消費總量穩(wěn)定增長，到2020年我國的能源消費總量將達到631 486.73萬噸標準煤，是2012年我國能源消費總量的1.75倍。

2.馬爾克夫鏈可較好地預測我國能源消費結(jié)構(gòu)的變化趨勢

未來我國5年的能源消費結(jié)構(gòu)波動幅度較小，煤炭的消費比重會略有下降，石油消費比重則基本穩(wěn)定，天然氣、水電、核電、風電消費比重則呈現(xiàn)上升趨勢。

3.能源結(jié)構(gòu)調(diào)整有利于環(huán)境優(yōu)化和“碳排放強度”下降

為實現(xiàn)我國“到2020年碳排放強度要比2005年下降40%～45%”的承諾，對我國能源結(jié)構(gòu)進行調(diào)整是必要措施之一。在同一經(jīng)濟發(fā)展速度下，能源結(jié)構(gòu)調(diào)整幅度越大，越有利于環(huán)境的優(yōu)化，有利于碳排放強度的下降。在同一能源消費結(jié)構(gòu)調(diào)整幅度下，經(jīng)濟發(fā)展速度越慢，碳強度越小，碳排放強度的下降幅度越小，“碳排放強度”的貢獻潛力越大。

4.不同幅度的能源消費結(jié)構(gòu)調(diào)整對我國的“碳排放強度效應”均有一定的貢獻潛力

從表8可以看出，能源消費結(jié)構(gòu)調(diào)整的“環(huán)境效應”最大的貢獻潛力也才僅僅5.2986%，這說明僅僅依靠能源消費結(jié)構(gòu)的調(diào)整并不能實現(xiàn)“到2020年碳排放強度比2005年下降40%～45%”的目標，因此，還應采取一系列的諸如：轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式、提高能源利用效率、提升技術(shù)等措施。

注釋：

①中共中央國務院.關于加快推進生態(tài)文明建設的意見[N].新華社，2014-12-09.

②劉思峰,楊英杰,吳利豐.灰色預測理論及其應用[M].北京：科學出版社，2014.

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責任編校：陳強，王彩紅

China's Energy Consumption Structure Adjustment and its Carbon Intensity Effect

ZENG Xiao-li

(School of Economics, Fujian Normal University, Fuzhou 350108,China)

The main energy consumption and carbon emissions intensity as the research object, using grey GM (1, 1) model and markov chain to our country from 2014 to 2020 the change trend of the total energy consumption and energy consumption structure is forecasted and discussed the carbon intensity of energy consumption structure adjustment effect, analysis of energy consumption structure adjustment influence on carbon intensity, energy consumption policies for rational utilization of energy, to provide a certain basis. Prediction results show that: under the same economic development speed, the greater the energy structure adjustment, the more beneficial to the environment optimization, is beneficial to the decrease in the strength of carbon emissions. Under the same energy consumption structure adjustment, economic development speed is smaller, the smaller the carbon intensity, the smaller the carbon intensity decreased. Different range of energy consumption structure adjustment of our country's "carbon intensity effect" has a certain potential contribution. But the energy consumption structure adjustment of the "carbon intensity effect" of the biggest potential contribution is only 5.2986%, this shows that only rely on the energy consumption structure adjustment and can't achieve"carbon intensity by 2020 to 40% - 40% lower than in 2005" the goal, therefore, should also take a series of such as: transformation of the mode of economic development, improve the efficiency of energy utilization, improve technology and other measures.

energy consumption structure; Grey GM (1, 1); Markov chain; carbon intensity

2016-02-16

曾小利,湖北黃岡人，碩士研究生，研究方向為人口資源與環(huán)境經(jīng)濟。

F124.5

A

1007-9734(2016)04-0038-06

DOI:10.19327/j.cnki.zuaxb.1007-9734.2016.04.007