“煤改氣”背景下江蘇省能源結構升級減排潛力研究

曹雪梅 趙文昊 寇晨陽

摘要：本文基于江蘇省“十三五”的碳強度目標約束和“煤改氣”的大環境，以江蘇省能源結構為研究對象，以碳減排為目標，運用馬爾科夫鏈（MC）等方法預測了2018-2030年江蘇省碳強度趨勢，評估了能源結構優化對實現江蘇省碳強度目標的貢獻潛力。結論為若僅靠能源結構優化，江蘇省目前還無法實現碳強度目標，若能繼續推進換煤減煤工作并采取一系列系統性對策，則完全可能實現江蘇省碳強度目標。

關鍵詞：能源結構;碳強度目標;碳排放;馬爾科夫鏈

1引言

能源結構問題一直受到各界的關注。囿于“富煤、貧油、少氣”的能源稟賦格局，中國的能源結構一直以煤炭為主。江蘇的GDP總量近年來一直高居全國前三甲。在經濟飛速增長的同時，能源消耗量也在快速增加。以煤炭為主的能源結構也造成空氣污染嚴重等問題。為改善環境質量，江蘇省出臺了一系列的文件，提出了優化能源結構的目標和措施，要求削減煤炭消費總量，實施清潔能源替代，改善大氣環境質量，切實提升生態文明建設水平。

學者們圍繞碳排放約束下能源結構的調整、能源結構與經濟增長的關系、環境要素與能源結構之間的關系等方面展開的研究均顯示出優化能源結構是降低碳強度的有效途徑之一。但現有研究多集中于國家層面，未考慮到各省市在資源稟賦、工業基礎等方面存在較大差異性，得到的結論和相關建議難以對各省市起到指導實踐的目的。此外，目前尚無文獻研究能源結構優化對江蘇省節能減排的貢獻潛力，為了彌補該空白，本文以江蘇省能源結構為研究對象，運用情景模擬、MC等學科方法對未來的能源結構進行預測，探討能源結構優化升級對江蘇省碳強度的貢獻潛力。本文的研究對江蘇省推進換煤減煤工作、保護環境有重要的理論和現實意義。

2江蘇省GDP和一次能源消費預測

本節基于對GDP和能源消費總量的增長率，對江蘇GDP和一次能源消費量進行預測，相關數據來自于歷年的《中國統計年鑒》和《江蘇統計年鑒》。

2.1江蘇省GDP預測（2008-2030年）

能源消費是推動國內生產總值（GDP）增長的動力之一，國家經濟活動中對能源的利用程度，反映經濟結構和能源利用效率的變化。江蘇省的GDP從2004年的15003.6億元達到了2017年的85869.8億元，經計算，年均增長率高達14.36%。江蘇省“十三五”規劃中，明確了該期間經濟社會發展的總體目標：GDP將達10萬億元左右，經濟平均增速設定為7.5%左右。

江蘇省GDP情景預測模型：

其中，r為GDP年均增長率。

對于江蘇省GDP未來變動趨勢的設定，根據江蘇省“十三五”規劃要求并借鑒王平等（2013）的研究思路，本文把江蘇省未來13年的經濟增長設定為高速、中速和低速三種情景：I高速：年增長率13.21%;II中速：年增長率7.5%;III低速：年增長率5%。據此，2030年江蘇省GDP將達到：430866.3（情景I）、219862.1（情景II）和161920.2（情景III）億元。

2.2江蘇省一次能源消費量預測

本節結合國家“十三五”進一步加強能源消耗總量和強度“雙控”的目標，運用2007-2017年江蘇一次能源消費量建立情景預測模型，來預測2018-2030年江蘇省一次能源消費量。經計算，江蘇省一次能源消費量從2007年的19484.45萬噸標準煤高速增長至2017年的32035.20萬噸標準煤，年均增長率為5.09%。我國明確要求，“十三五”時期能耗累計下降17%

江蘇省一次能源消費量情景預測模型：

其中，Energy為一次能源消費量，r為一次能源消費量年均增長率。

根據江蘇省一次能源消費總量的歷史變化趨勢并結合“十三五”規劃中能源強度“雙控股”目標，設定江蘇省一次能源消費總量未來增長趨勢三種情景：I維持不變：年增長率5.09%;II適度控制：年增長率2.53%;III強化控制：年增長率0.50%。據此，2030年江蘇省一次能源消費總量將達到：61083.7（情景I）、44329.2（情景II）和34181.1（情景III）萬噸標準煤。

3江蘇省一次能源消費結構預測

由于未來的能源消費結構通常根據能源消費結構的過去情況和現在情況來進行預測，且能源消費結構的變動符合MC無后效性的特點，因此，本文采用馬爾可夫鏈模型進行能源結構預測。

3.1確定狀態轉移概率矩陣

本文通過研究風水核電，煤炭，石油以及天然氣這幾種能源占一次能源消費總量比例來進行江蘇省能源結構的預測。用Pij來表示一步狀態轉移概率（即從狀態i轉移到狀態j的概率），其中每行的概率之和為1，由此可用矩陣表示為

3.2確定初始狀態向量

根據歷年江蘇省相關能源數據，選取合適的初始狀態來確定該模型的初始狀態向量，則S1，S2，S3，S4分別記為煤炭，石油，天然氣和其他能源占一次消費能源的總量比例，可確定初始狀態向量S（0）=（S1（0），S2（0），S3（0）.S4（0））

3.3能源消費結構預測

Sn=s（0）.Pn

據能源結構轉移概率矩陣的算法，從n時刻到n+1時刻，若一種能源占總能源消費量的比例增加，則該能源的保留概率為1，同時該能源不向其他能源進行轉移。據轉移概率矩陣的設定，每行元素和為1，則該能源向其他能源的轉移概率元素都為0;若一種能源占總能源消費量比例減少，則該能源保留概率為N+1時刻的比例除以N時刻的比例。同時該能源不會吸收其他能源的轉換，即該列的吸收概率元素值為0。據每行的元素和必須為1，計算出該能源向其他能源的轉移概率元素，得到2004年到2017年的轉移概率矩陣。

本文直接將多年的能源消費結構轉移概率矩陣作為乘數，對未來能源消費結構進行預測，將N年作為一個時間段來構建轉移概率矩陣，更符合馬爾科夫過程要求的平穩性及長期性。根據預測年份與已知年份的時間間隔，預測2030年的能源消費結構，現已知2004年到2017年的一次能源消費結構，則將2004年到2017年時間間隔看作一個能源結構調整的時段，計算2004年到2017年的能源結構轉移概率矩陣

將2017年能源結構矩陣與十三年轉移概率矩陣相乘，得到2030年江蘇省一次能源消費構成為：風水核電32.76%，煤炭28.65%，石油23.24%，天然氣44.55%。

4能源結構優化對實現江蘇省碳強度目標的貢獻潛力

4.1江蘇省能源消費碳排放量測算

據聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）《國家溫室氣體排放清單指南（2006）》推薦的參考方法，測算江蘇省能源消費碳排放量的公式如下：

其中，CO2為能源消費碳排放量;Ki為第i種一次能源碳排放系數。本文采用中國國家發改委能源研究所推薦的各一次能源的碳排放系數（煤炭、石油、天然氣、非化石能源依次為0.7476、0.5825、0.4435、0，單位：t碳/t標準煤）（王鋒等，2011）;Ei為i種一次能源的消費量，i為一次能源種類。基于本文2.2節的預測結果，三種不同情景下2030年江蘇省碳排放量：70067.08（情景I）、62181.45（情景II）和54011.78（情景III）萬t。

4.2各情景下江蘇省碳強度預測

如表1所示，到2030年，在能源結構 “小幅調整”下的碳強度為0.4481t/萬元，對比2017年下降幅度達40.38%;“中幅調整”下為0.4287t/萬元，下降幅度達42.96%;“大幅調整”下為0.4093t/萬元，下降幅度達45.54%。

4.3能源結構升級對江蘇省碳排放目標的減排潛力

據表1，以經濟增速為中速為例，若不考慮江蘇省長期能源發展規劃的影響，能源結構在小幅調整模式下，對碳強度目標的貢獻潛力為4.9451%;若煤炭的比例用天然氣（38%）和石油（14%）的比例來替代，即能源結構在中幅調整的模式下，其對碳強度目標的貢獻潛力為11.3939%;若在實現了江蘇省的能源調整規劃條件下又考慮了天然氣和石油的消費引導，即能源結構在大幅調整的模式下，碳強度目標的貢獻潛力為17.8427%。通過表1、表2整體分析，在相同的經濟增長下，能源結構的調整幅度越大，碳強度下降幅度就越大，能源結構優化對實現碳強度目標的貢獻潛力也就越高;在相同的能源結構調整幅度下，經濟增速越低，碳強度下降幅度越小，則能源結構優化對碳強度的貢獻潛力越高。

5結論

本文基于情景預測模型對江蘇省2018-2030年能源的需求量和相關變量預測的基礎上，通過MC模型預測了不同約束條件下能源消費結構的變化趨勢，分為12種組合情景預測了2030年江蘇省的碳強度值，并分析了其中9種情景下2030年能源結構優化對江蘇省碳強度目標的貢獻潛力，得出以下結論：

（1）由于研究能源結構優化對江蘇省碳強度目標的貢獻潛力，應排除其他因素如產業結構調整、技術水平、能源利用率等對江蘇省碳強度目標的貢獻。因此，本文對“貢獻潛力”提出了新的定義，即指不同能源結構調整幅度情景中碳強度的“下降幅度”相對于不調整時碳強度“下降幅度”的增加值與碳強度“目標下降幅度”的比值。

（2）江蘇省降低碳強度的有效措施之一是能源結構優化，江蘇省碳強度目標的實現也受經濟增長情況的影響。在同一種經濟增速情景下，能源結構的調整幅度越大，碳排放量與碳強度值越小，碳強度下降幅度越大，對實現低碳目標的貢獻潛力越大;在同一種能源結構調整幅度情景下，經濟增長速度越低，碳排放量越小，碳強度值越大，碳強度下降幅度越小，但對實現江蘇省碳強度目標的貢獻潛力越大。

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作者簡介：

曹雪梅，女，1997.2.3，河北涿州人，漢族，南京信息工程大學，研究方向物流管理。

趙文昊，女，1998.4.10，河北平泉人，漢族，南京信息工程大學，研究方向物流管理。

寇晨陽，男，1998.5.2，河北深州人，漢族，南京信息工程大學，研究方向物流管理。