基于STIRPAT模型的山西省碳達峰路徑的統計分析

金艷玲 尹曉麗 韓靜 杜秋霞

山西省是能源大省，二氧化碳排放量居高不下。為助力實現2030年碳達峰目標，并促進山西經濟全面低碳轉型，本文采用STIRPAT模型，利用統計方法，對山西省碳達峰的路徑及峰值進行了預測。結果顯示山西省二氧化碳排放量在嚴格的管控背景下，可以在2030年前實現碳達峰目標。

山西省作為能源大省，能源結構偏煤、產業結構偏重。經濟“一煤獨大”，發展方式粗放，“碳達峰、碳中和”目標為山西經濟社會高質量發展提供了方向指引，將促進經濟社會發展全面低碳轉型，既是推進疫后經濟綠色復蘇、形成綠色經濟新動能的客觀需要，也是緩解資源環境約束、建設生態文明和美麗中國的重要路徑，更是助力發展方式深刻變革，促進能源結構、經濟結構轉型升級的戰略選擇。在此背景下，探討地區及全國的碳達峰路徑就尤其重要。

大量的經濟學和數學方法應用于預測發展中國家未來的二氧化碳排放量。碳排放預測的研究方法有IPAT模型、Kaya恒等式、STIRPAT模型、LEAP模型等。從國家全局出發，針對碳達峰時間和峰值進行了預測，并給出了節能減排、產業結構調整的重要意見。圍繞區域共性特點，探討了如北京地區、東北地區、中部地區為代表的各區域內碳排放影響因素分析與碳達峰情況進行預測。基于IPAT模型，討論了山西碳排放量的峰值。討論了山西碳排放量的影響因素。本文以STIRPAT模型為基礎，結合必要的情景模式，利用統計方法，對山西省碳達峰時間和峰值進行討論。

對問題的研究中，本文采用了與大部分學者相同的方法，將區域能源消費總量的二氧化碳排放量，作為實際碳排放量。對往年二氧化碳排放量的核算采用《2006年IPCC國家溫室氣體清單指南》中的方法，其中涉及到的各種能源消耗量數據來自《山西統計年鑒》，并使用了終端能源消耗量數據；各能源的二氧化碳排放系數采用了《綜合能耗計算通則》。其他指標數據均來自《山西統計年鑒》。

模型構建

回歸分析

首先，收集模型使用數據，使用《2006年IPCC國家溫室氣體清單指南》核算近十年的山西省二氧化碳排放量。

其次，利用數據對等式2進行回歸分析。由經驗可知，當模型中選取變量過多時，變量之間很可能存在多重共線性問題，這樣直接進行回歸會對分析結果造成偏差。為了消除變量間的多重共線性問題，文章采用了PLS回歸分析法。

第一步，利用偏相關分析的理論方法，討論多變量間的內在線性問題，發現變量間的確存在嚴重的多重共線性。

第二步，為了消除多重共線性問題，文章采用主成分分析法對模型中的人口、人均GDP、能源結構、能源強度和碳排放強度五項指標進行降維處理，并得到三個主成分FA1、FA2、FA3，結果如表1、2。

從分析結果可見，前三個成分方差貢獻率為99.791%，能夠解釋原始數據。

提取方法 ：主成份。

旋轉法 ：具有 Kaiser 標準化的正交旋轉法。

a. 系數已被標準化。

（表3）通過利用模型對已有數據進行預測，得到模型的預測相對誤差均在合理范圍內。因此本文利用該回歸方程對未來的山西碳排放量進行預測。

情景模式與參數設定

情景模式預測法是目前對碳排放量進行預測的最廣泛的分析方法。在節能減排的經濟發展政策下，結合已有資料，本文將設定三種情景，即低速情景、中速情景和高速情景對山西省碳排放情況進行預測。低速情景是以現有的碳排放數據為基礎，結合“十四五”規劃目標設定各時間段內人口增長率、人均GDP增速、能源結構、能源強度和碳排放強度的指標。中速情景則是在基準情景基礎上，進一步提高政策約束力，將各指標的設定更加嚴格，但該模式是一種加大政策執行力即可達到的經濟發展與碳排放量狀態。高速情景是全面開展低碳建設，反映了通過自我約束與加強技術創新打力改善能源結構能源強度與碳排放強度的基礎上來實現碳排放量的降低。（表4、5、6）

山西省人口指標從現有數據年增長率以現有的0.47%增長率作為2021-2025年的中速，文獻研究預測中國人口最早于2026年達峰，考慮放寬生育政策，結合預測，2026-2035年的增長速度會相應降低，并參考已有研究成果設置數據；《山西省國民經濟和社會發展

十四五規劃和2035年遠景目標綱要》中對人均GDP水平設立目標，即再經過十五年的努力使人均地區生產總值達到2萬美元，“十三五”規劃完成情況可見，能源強度累計下降15.3%，碳排放強度累計下降18%，計算獲得年平均下降速度分別為3.5%和3.9%。結合近十年的統計數據的各指標中位數、最大值、最小值進行參考并考慮2021年煤炭對電力供應及冬季供暖的影響及山西省的最新煤炭供應政策設置相應數值。

碳排放峰值預測

在各指標的三種情景下，本文將組合出多種路徑，利用R語言編程得到每條路徑的二氧化碳排放量情況，從結果可以看到，山西省在現有的發展政策與條件下，2030年以前可以實現碳達峰目標。下圖給出了各指標全部高速增長、GDP中速增長和GDP低速增長時有峰值的一種情況下二氧化碳排放量圖1。

本文以山西省為例，考慮人口數量、人均GDP、能源結構、能源強度和碳排放強度五個指標建立STIRPAT模型，并結合情景分析，利用統計方法對山西省2021-2035年的碳排放量進行預測。得到以下結論。

1.人口數量指標對目標的實現路徑每由太大影響。但人均GDP年增長率對達峰時間和峰值都是很重要的指標。

2.山西省各指標以低、中速水平發展，將無法實現2030年碳達峰目標。

全部以高速水平發展，則可以提前實現碳達峰。但均以中速發展時2030以后碳排放量增量很小。

3.若人均GDP以低速水平發展，其他指標不同時以低速發展，均可提前在2025左右實現碳達峰；若人均GDP以中速增長，則要使能源結構、能源強度和碳排放強度指標以中速以上的發展，可保證在2030年實現碳達峰目標，若人均GDP以高速水平發展，需要控制能源結構、能源強度和碳排放強度中至少兩項高速發展，即快速下降，才能實現達峰目標。達峰時間為2052-2030之間。

4.在人均GDP高速發展過程中，能源結構、能源強度和碳排放強度指標的調節為實現碳達峰目標起著很重要的作用。所以，在保證經濟發展的同時加大力度調整煤炭所占比重，使用清潔能源替代煤炭勢在必行。

[本文系基金項目：山西省社會科學院2021年度一般項目（YWYB202117）的研究成果。]

（山西工程科技職業大學 基礎課教學部）

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