中部地区崛起的能源需求及碳达峰路径研究.docx

一、前言使用煤炭、石油等化石能源，在为经济社会发展提供基本动力的同时，也产生了硫化物、氮化物、可吸入颗粒物等污染物和CO2,带来了环境污染和全球气候变化，因此推动能源转型一直是国际社会的热点和前沿问题。我国自2006年起成为世界上最大的能源消费和CO?排放国，2019年煤炭消费量占世界的51.7%、CO2排放占世界的28.8%,以煤为主的能源结构面临着国内要求改善环境、国际上减少CO2排放的压力。此外，我国的石油、天然气对外依存度较高，能源安全面临潜在威胁。因此，推动我国能源转型、进行能源结构优化，是能源、经济、环境可持续协调发展亟需解决的问题。国家高度重视能源转型问题，作出了推进能源生产和消费革命，构建清洁低碳、安全高效的能源体系等战略部署。学术界开展了较多研究，试图将能源发展战略规划与新时代中国特色社会主义建设实践相结合：探讨能源革命背景下的煤炭产业、可再生能源产业、煤层气产业的前沿技术、发展路径、风险因素等；研究提出要将能源转型与国情结合，走一条具有特色的能源转型道路；研究指出能源生产和消费革命的核心是能源供给侧、能源消费改革与创新，对促进低碳清洁转型起到重要作用；还有研究认为，通过促进能源生产和消费改革，加快能源价格机制和能源体制改革，完善能源制度。也要注意到，我国幅员辽阔，地区间的能源禀赋和发展水平差异较大，能源革命必然要因地制宜并与区域发展战略相结合，而目前有关将能源革命与具体区域发展战略相结合的文献尚不多见。尤其对于中部地区，其工业化、城镇化水平与沿海地区发展差异较大，地区崛起意味着更多、更高质量的能源需求。应对国家宏观要求，将能源革命战略与中部地区崛起战略相结合，从能源革命推动中部地区高质量发展的角度开展研究，具有现实意义。能源革命助推中部地区相关省份（河南省、安徽省、湖北省、湖南省、江西省，以下称中部五省）崛起，不仅是经济水平的单一提升，更应是经济、社会、生态环境的全方位提升。在经济维度上，能源革命指保障中部地区经济发展的能源安全、满足经济发展的高品质能源需求；在生产投入上积极利用科技进步来合理配置能源，推动产业转型升级、能源效率提升；在产出上积极推动能源质量变革、动力变革，提升产出的能源品质及相应经济效益。在社会维度上，能源革命应使中部地区居民共享高质量生活，推动由发展不平衡不充分向和谐社会发展；区域差距、城乡差距、收入差距是经济发展中的客观现实，能源消费水平作为生活质量高低的一个重要参考指标，不仅要缩小与东部沿海地区的差距，更要弥合城乡差距、居民收入差距。在生态维度上，长期以来中部地区资源开采和应用造成了生态破坏和环境污染，生态效率与节能减排技术水平均低于东部地区；中部地区崛起战略可能加剧中部地区城市的环境污染问题，能源革命需要扭转和消除这种生态退化状况。中部地区的高质量崛起，需要以高品质能源为支撑；能源革命应助推中部地区经济、社会、环境多个维度协调发展、高质量崛起（见图DO因此，文章尝试将能源革命战略与中部地区崛起战略相对接，对中部地区在工业化、城镇化、现代化进程中的能源需求与COz排放峰值路径等开展初步探讨，以期为中部地区能源发展提供理论参考。生亳文图1能源革命推动中部高质量施起的内在机理二、中部地区崛起的能源需求预测模型（一）工业化和城镇化发展的能源需求建模Kaya恒等式以简洁的数学公式描述社会、经济、能源、碳排放等宏观总体因子之间的关系，原理清晰简明，分解出的驱动具有可观测性、可控性、解释性。为了捕捉能源在地区经济、社会、环境中的特征，文中将能源消费需求分解为生产性、生活性两部分：前者对应中部地区经济发展中产业结构优化的能源需求,反映能源革命推动经济维度的发展；后者对应中部地区城镇化进程中城乡社会结构优化而引致的需求，反映能源革命推动社会维度的进步。此外，以能源碳含量的降低来代表能源结构的优化，反映能源革命对生态环境的保护作用。文中参考调整的方程式有公式（1）（5）,有关变量的解释性说明见表Io其中，公式（1）考察工业化与城镇化的能源需求；公式（2）主要运用产业结构演化规律来体现不同产业发展的能源需求；公式（3）和（4）中引入可支配人均收入中间变量，体现人均可支配收入的提高会提高生活质量并进而增加对能源需求；公式（5）表示清洁低碳的能源品质，可据此测算CO2排放量。/.7:EGDP GDP(1)GDP GDP= (S)/=1-3(2)ER _ EiK + &RR GDP - GDPx-x?u GDP r GDPX(F)(3)Co,排放量ECe),排放量=X=ELnp×EFvGDPGDPEGDP(4)EFF=ZgM)(5)表1变量名称及其设计思路与来源变量名称变量设计思路或依据能耗强度整个社会能源消费量与GDP的比值Er生产能源量第一、第二、第三产业能源消费总量ER生活能源量：城市和农村能源消费总量EPP第一产业能源消费最数据来源于统计年鉴（20102019年），后续为预测数据EPS第二产业能源消费量数据来源于统计年鉴（20102019年），后续为预测数据小第三产业能源消费量数据来源于统计年鉴（20102019年），后续为预测数据S1三次产业产值占比数据来源于统计年鉴（20102019年），后续为预测数据Ii三次产业能耗强度产业能耗量与产业增加值比值EUR城市生活能源消费展数据来源于统计年签（20102019年），后续为预测数据ERR农村生活能源消费量数据来源于统计年鉴（20102019年），后续为预测数据ellR城市人均生活能源消费量数据来源于统计年鉴（20102019年），后续为预测数据eHH农村人均生活能源消费量数据来源于统计年鉴（20102019年），后续为预测数据A1城镇可支配收入数据来源于统计年鉴（20102019年），后续为预测数据IR农村可支配收入数据来源于统计年鉴（20102019年），后续为预测数据KU人口城镇化率数据来源于统计年鉴（20102019年），后续为颈测数据Cgi>p碳强度化石能源含碳量与GDP比值EFE能源碳排放因子根据不同能源测算%不同能源占比值数据来源于统计年鉴（20102019年），后续为预测数据efl不同能源含碳因子数据来源于统计年鉴（20102019年），后续为预测数据（二）模型基础参数设定能源需求预测的基础参数有2010-2019年GDP、人均GDP、三次产业结构、产业能耗强度、城镇化进程等，预测时间跨度为20202035年；其中模型分析的情景驱动因素为GDP、人口规模、产业结构、能源效率、城镇化、生活能源、人均收入等。模型的基础参数涉及人口数、第二产业和第三产业结构、第二产业能耗强度、城镇化率、GDP增长率、人均GDP（见表2）,具体包括：依据现有人口增长情况（以第六次全国人口普查数据为依据），基于中部五省20102018年的人口总和生育率情况，考虑到“二孩政策因素，采用PADIS-INT人口预测软件（设定河南省、安徽省、湖北省、湖南省、江西省的总和生育率分别为1.9、1.8、1.75、L85、1.85）,预测2035年之前中部五省常住人口；第二产业和第三产业结构参数依据2010-2018年各省产业结构演化规律进行外推;三次产业能耗强度根据2010-2018年各省产业能耗变化规律进行外推;城镇化率依据2010-2018年各省城镇化政策和规律，结合发达国家城镇化规律进行推演得到；GDP增长率依据各省2010-2018年GDP增长率趋势进行拟合外推；人均GDP以2005年为基期乘以GDP增长率，再除以人口总数得到。表2中部地区崛起的基础参数设定（20202035年）省份时间/年人口/万人第二产业和第三产业结构比值第二产业能耗强度变化/%城镇化率/%GDP峭长率/%人均GDP/万元河南省2020971043.7:48.3-5.353.337.04.92025976838.7:55.1-4.857.456.16.62030971035.5:59.9-4.361.735.58.82035957932.5:63.8-3.866.185.011.5安微省2019628543.6:48.3-5.256.017.23.92025632038.0:55.6-4.759.316.05.32030628634.4:60.4-4.262.645.17.02035620132.2:63.4-3.766.4.49.1湖北省2020597941.3:50.5-5.061.516.75.32025602336.9:56.6-4.564.495.37.02030599032.9:62.0-4.067.444.48.82035590930.3:65.6-3.570.363.610.8湖南省2020686137.8:54.5-3.257.607.04.62025690833.9:60.2-2.761.596.16.12030687831.5:63.9-2.265.705.57.82035678530.2:66.3-1.769.915.09.7江西省2020469344.5:47.9-4.957.587.84.12025472439.6:54.7-4.461.576.95.82030471735.2:60.4-3.965.686.28.02035465431.3:65.4-3.469.895.710.8注：表中数据根据中部五省历年统计年鉴数据测算得到，负值表示卜.降.三、中部地区崛起的能源需求情景设计（一）产业结构和能耗情景设计根据中部地区20102018年经济、社会、生态环境发展走势，综合了影响中部地区未来能源需求的驱动因子，将产业结构优化设置为基准情景、加速情景（见表3）：前者主要是各省份过去趋势的延伸，后者假设未来能源革命即将实施的额外市场导向机制。能源革命推进产业结构高级化，即地区经济发展重点或产业结构重心由第一产业向第二产业、第三产业逐次演化的历程，体现着中部地区经济发展水平的高低和发展阶段与方向。表3中部地区三次产业能源强度变化的预测（20202035年）省份时间/年-第产业能耗年变化率必第二产业能修年变化率/%第三产业能耗年变化率/%恭准情景加速情景趋准情景加速情景聪准情景加速情景河阑省201820202.21.7-5.3-5.8-5.7-6.2202120251.71.2-4.8-5.3-5.2-5.7202620301.20.7-4.3-4.8-4.7-5.2203120350.70.2-3.8-4.3-4.2-4.7安徽省201920205.55.0-5.2-5.5-1.9-2.0202120254.54.0-4.7-5.0-1.8-1.9202620303.53.0-4.2-4.5-1.7-1.8203120352.52.0-3.7-4.0-1.6-1.7湖北省201820203.42.9-5.0-5.5-4.3-4.8202120252.92.4-4.5-5.0-3.8-4.3202620302.41.9-4.0-4.5-3.3-3.8203120351.91.4-3.5-4.0-2.8-3.3湖南省201820201.51.0-3.2-3.7-6.5-7.0202120251.00.5-2.7-32-6.0-6.5202620300.50.1-2.2-2.7-5.5-6.0203120350.10.1-1.7-2.2-5.0-5.5江西省201820202.22.7-4.9-5.4-4.6-5.1202120251.72.2-4.4-4.9-4.1-4.6202620301.21.7-3.9-4.4-3.6-4.1203120350.7IJ-3.4-3.9-3.1-3.6注：表中负值表示下降。（二）城镇化进程及城乡生活能源消耗情景设计2019年，我国城镇化率为60.6%,城镇化己进入中后期；预计2030年，我国城镇化水平达到70%,之后进入后期发展阶段，发展速度将会趋缓。中部五省中，只有湖北省（61%）略高于全国平均水平，而其他省份均不同程度地低于全国平均水平；各省份的城镇化速度也存在差异，如河南省、安徽省、湖北省、湖南省、江西省的相应数值分别为1.55%、1.19%>1.0%、1.4%、1.4%。鉴于中部地区现实情况，文中以0.1个百分点为间隔，设置3种城镇化情景预测。应同时强调中部地区的协调发展，即重点促进城乡区域协调发展。尽管河南省、安徽省、湖北省、湖南省、江西省的城乡收入差距比分别由2005年的3.02、3.21、3.03、3.05、2.64下降到2018年的L52、2.46、2.30、2.30、2.34,而国际劳工组织资料（2012年）显示，大多数国家的城乡收入差距比约为1.5；中部地区唯有河南省接近这个比例，而安徽省的城乡差距比最高，湖南省、湖北省、江西省的城乡收入差距比居中。中部地区崛起必然是城乡收入差距逐步缩小的过程，主要表现为：随着工业化和新型城镇化的推进，中部五省的城镇人口比例会逐步提升，收入水平也会相应提高，到2035年基本实现现代化；在此过程中，人均收入水平由中等收入向高收入组别过渡，同时还需要完成缩小城乡收入差距的目标。为此，在设定农村居民收入弹性时，农村居民的可支配收入增长速度高于城镇居民；在此假定下，编制了收入弹性系数的高、低、基准情景，并假设该系数在过渡点附近保持在1或更高水平。表4给出了居民收入方面的3种备选方案，用于比较分析。表4中部五省收入弹性系数预测情景（20202035年）省份时间/年城镇人均可支配收入弹性系数农民人均纯收入弹性系数高增长情景基准情景低增长情景高增长情景基准情景低增长情景河南省202020250.920.870.821.010.960.91202520300.970.920.871.020.970.92203020351.020.970.92!.071.020.97安徽省2020-20250.900.850.800.970.920.852025-20300.950.900.851.020.970.9220302035LOO0.950.901.051.020.97湖北省202020251.131.081.031.151.101.05202520301.151.101.051.171.121.072030-20351.171.121.071.191.141.09湖南省202020251.010.960.911.040.990.94202520301.061.010.961.091.040.992030-20351.111.061.011.141.091.04江两省202020251.010.960.911.040.990.94202520301.061.010.96I091.040.99203020351.111.061.011.141.091.04随着经济发展、人均收入水平增长、居住条件和家用电器的普及，居民生活能源消费水平将稳步增长。从国际经验来看，在经济合作与发展组织的国家中，家庭住宅能源消耗平均占据能源消费总量的19%（不含私人交通能源消费）。合理预计，中部地区的生活能源消费量将持续攀升，2020年后人均生活能源消耗量在能源消费“量和质两个方面均会提升。参照上海市等一线城市的发展规律来设定中部五省城乡能源消费的弹性系数，从而体现中部地区崛起并缩小与东部地区的差距。选取上海市作为参考基准,这是因为上海市己经率先完成了由中等收入向高收入水平的过渡，走过的历程可作为中部省份城镇化生活能源消费的参照。具体而言：在人均GDP方面，上海市从2005年的6138美元增长到2017年的18756美元，中部五省当前的人均收入正处于该区间；上海市的能源消耗弹性表现为由低到高再向低，转折点出现在2011年；相关趋势在北京市、深圳市等一线城市同样存在。至于农村居民能源消费弹性系数，当前中部五省能源消费量的绝对水平仍然较低，但随着收入增长，能源需求潜力增量较大；假设该系数开始时为1,城乡收入差距缩小一段时间后逐渐减小。表5给出了用于比较分析的生活能源消费弹性预测。表5中部五省生活能源消费弹性预测（20202035年）省份时间/年-城镇农村基准情景加速情景基准情景加速情景河南省202020250.660.560.730.63202520300.560.460.630.532030-20350.460.360.530.43安徽省2020-20250.920.820.960.94202520300.820.800.860.84203020350.720.620.760.74湖北省2020-20250.620.520.720.622025-20300.520.420.620.52203020350.760.660.520.42湖南省2020-20250.600.550.740.642025-20300.550.500.640.54203020350.500.450.540.44江西省202020250.700.650.670.622025-20300.650.600.620.572030-20350.600.550.570.52（三）能源革命助推能源结构转型的情景设计能源革命的核心是发展清洁低碳能源，在能源消费量上表现为能源结构的变化。中部五省的能源消费结构以煤为主,煤炭消费占总能源的比重较高。近年来，得益于技术创新驱动，煤炭直接消费的比例呈现下降趋势，煤炭的清洁转换率有了较大提高；各省份大力发展风能、光能、水能、生物质能等可再生能源，形成风光互补、水光互补等多能体系；区域能源合作中的西气东输“西电东送“北煤南运、特高压智能电网等，为中部地区能源结构转换提供了便利条件；据此构建了能源革命推动中部地区能源结构转变情景（见表6）。省份时间/年-基准发展情景/%能源革命情景7%煤炭石油天然气可再生能源煤炭石油天然气可再生能源河南省202068.315.96.89.068.015.96.89.3202557.719.58.514.257.419.58.514.5203048.720.710.620.048.420.710.620.3203541.421.313.423.940.921.313.424.4安故省202070.518.05.26.370.018.05.26.8202566.418.28.17.363.818.28.19.920306!.318.49.311.058.018.49.314.3203556.018.610.115.353.318.610.118.0湖北省202047.321.75.425.647.021.75.425.9202543.421.98.825.943.121.98.826.2203037.422.214.226.237.122.214.226.5203532.522.518.526.532.222.518.526.8湖南省202063.716.43.016.963.416.43.017.2202560.316.64.818.360.016.64.818.6203055.616.97.819.755.316.97.820.020355!.817.110.121.051.5)7.110.121.3江西省202068.818.24.18.868.518.24.19.1202563.118.56.711.762.818.56.712.0203053.418.710.817.153.118.710.817.4203544.619.0!4.022.444.319.014.022.7借鉴文献研究思路，在给定的变量和假设条件下共有144个不同崛起路径的能源消费情景组合。总结这些情景，根据GDP增长率的高、中、低来设定3类主要情景，然后在主要情景中研究选择GDP增长率基准情景，高增长率、低增长率情景下的4种关键子情景。不同崛起路径下的能源需求情景总体描述见表7。表7中部地区崛起产业结构优化、城镇化情景设定的总体描述情景类型SEIISE12SEBSEI4SE2ISE22SE23SE24SE25SE31SE32SE33SE34GDP高增长7基准情景低墙长J产业结构加速情景J基准情景城慎化育速情景77获准情景抵逢情景能源效率加速情景77J基准情景人均收入高速情景基准情景好逢情景7生活能源高速情景基准情景J四、能源革命助推中部地区崛起的路径选择（一）中部地区崛起不同路径的能源需求将中部地区崛起过程中的各种宏观总体因子，如经济增长、产业发展、新型城镇化、能源效率、人均收入和生活能源等整合为发展路径的不同选项，通过政策的引导实施以获得不同的发展路径及相应效果。根据不同的情境设定，可以得到中部五省2020-2035年在不同路径下的能源需求量。以经济高增长情景为例（见图2）,至2035年，中部地区崛起的能源需求呈现递增趋势，没有出现拐点，能源需求量约为8.45xlO1.0xl（?tce。如采用能源革命推动产业结构优化和提升能源效率（SEIl路径），2035年能源需求量约为9.12l08tee；如果能源革命不能推动产业结构优化和提升能源效率，同时城镇化进程加速（SE14路径），则能源的需求量约为LOXlO9tee；如果推动产业结构升级、提升能源效率二者选一，即为SEI2、SE13路径，但SE13路径的能源需求量要比SE12路径低4.55x107tee,这表明能源技术效率的提升效应要高于产业结构优化。7.5112020202520302035时间年图2经济高增长情景的能源需求量在基准经济增长背景下，至2035年，中部五省的能源需求量约为9.01×10三-9.74×108tceo在产业结构升级和能源效率提升的情况下（SE24路径），中部地区的能源需求量约为9.01×10三tce;如果能源革命无法推动产业结构升级、提升能源效率，则能源需求量约为9.74x108tee；其他情况介于二者之间。能源革命中如果调整产业结构、提升能源效率同步（SE22路径），则能源需求约为9.11l08tee；仅推动产业结构升级而不提升能源效率（SE23路径），则能源需求量约为9.60x108tee；在城镇化加速的背景下，产业结构和能源效率保持不变（SE25路径），能源的需求量约为9.58x108tee。在经济低增长背景下，至2035年，能源需求分为4种情况：基准情景（SE31路径），能源需求量约为9.11x108tee；基准情景且能源革命提升能源效率（SE32路径），能源需求量约为8.57x108tee；SE32路径附加能源革命加速产业结构优化升级（SE33路径），能源需求量约为8.99x10tee；SE33路径附加能源革命既促进产业结构优化又提升能源效率，能源需求量约为8.45l08tee。由此可见，能源革命在推动中部地区崛起的过程中，推进产业结构优化、提升能源效率起着至关重要的作用：一方面可以节约能源消费量，即能源消费革命;另一方面可为中部地区崛起提供了路径选择。（二）中部地区崛起CO2排放量拐点出现路径能源革命的核心任务之一是推进能源转型，即通过优化能源结构，朝着清洁低碳方向发展。根据不同的崛起路径假设，加上能源革命、基准能源供给情景假设，共有432个不同崛起路径的CO?排放情景组合。总结这些情景，将经济基准增长、经济高增长、低增长与能源革命、能源基准发展情景相组合，可以得到能源碳达峰的拐点年份情况。同样以经济高增长为例，如果中部地区能源按照基准情景发展（见图3）,在4种不同崛起路径下的中部地区CO2排放量均在2022年达到峰值，2022年之后开始缓慢下降。对比基准情景和能源革命情景（SElKSE13路径），CO2排放量峰值年份均为2020年，但能源革命情景下（见图4）的总排放量更少。对于SEI2、SE14路径，基准情景下的峰值年份为2022年，能源革命情景下的峰值年份为2021年；同样，能源革命情景下的总排放量更少。时间年图3经济高增长+能源基准路径的CCh排放时间/年ShTSSOU图4经济高增长+能源革命路径的CO2排放在经济基准增长背景下，如果中部地区能源按照基准情景发展，在5种不同崛起路径下，中部地区的C02排放峰值均出现在2021年，此后随着能源结构的转型呈现出逐年递减趋势。关于C02排放量，能源革命情景较基准能源结构条件低L434x107i.474x107tceo在经济低增长背景下，如果中部地区能源按照基准情景发展，在4种不同崛起路径下，中部地区CO2排放峰值均出现在2021年，此后随着能源结构的转型呈现出逐年递减趋势。同样，能源革命将明显降低CO2排放量，有利于全球气候变化治理，也有利于区域环境改善。由此可见，能源革命战略与中部地区崛起战略相结合，有助于促进中部地区高质量发展。能源革命以转变能源结构、提升能源效率的方式，推进中部地区产业结构转型升级，为地区新型城镇化发展、居民生活水平提高发挥积极作用。五、对策建议在综合考虑经济增长、产业发展、城镇化、现有节能政策等条件下，中部地区的能源需求将随着工业化、城镇化的推进而持续上升，2035年之前不会出现拐点，但能源效率提升、产业结构优化有助于降低能源需求量；以构建多元互补能源体系为目标的能源革命情景，有助于中部地区碳达峰时间尽快到达，促进中部地区经济、社会、环境的协调发展。应对中部地区崛起的时代背景，对地区能源革命提出如下发展建议。（一）重点发展节能清洁技术，提升能源效率和清洁低碳能源供给中部地区能源消费主要以煤炭为主，煤炭在一次能源中的主导地位短期内难以改变。由于火电是我国煤炭转化的主要方式，开展火电技术创新是相关清洁化技术发展的重要方面。煤炭的清洁利用是未来能源革命的重点，节能提效是我国能源战略之首；一方面加大中部地区火电机组升级换代、小规模机组淘汰的力度，对区域内各产业的能源投入产出效率进行调控,持续提升能源的利用效率;另一方面规划和实施水电、风电、光伏、生物质能等可再生能源的发展。（二）加大产业结构调整力度，向绿色低碳生态化转型能源革命推动中部地区崛起，不仅是能源产业结构本身的问题，更是区域内整个产业结构发展高度化、生态化的问题。在生态优先、绿色发展的新理念下,中部地区应改变传统的依赖资源的粗放发展方式，聚焦产业转型升级，因地制宜推动产业结构调整，朝着低碳生态化方向发展。建议将生态文明建设纳入产业转型升级过程，发展新型工业化以调整优化产业结构；改变工业文明资源-产品-废物排放产业模式，逐步转向生态文明、人与自然和谐共生的发展方式；采用先进技术改造提升传统产业，实施传统工艺改造升级，运用信息技术、新能源技术来推动产业生态化发展。（三）推动能源体制变革，构建多能竞争市场体制新能源发展壮大离不开市场突破，我国当前的煤电联营煤电一体化运行体制事实上形成了煤电对电网的独占，而风能、光伏等新能源在价格上己基本具备与传统火电竞争的条件。建议发挥新能源分散性特点，结合美丽乡村安全社区”等工程建设，采用先农村后城市、由生活到生产的发展路径，设计竞争市场，更好发挥市场在资源配置中的决定性作用。鉴于风能、太阳能分布的区域性差异，建议中部地区各省份构建协商机制、打破行政分割，在新能源使用方面充分加强区域协作：推动能源体制变革，破除体制约束并打破区域间隔，倡导可再生能源的优先发展、优先利用，更好落实生态优先发展理念。