基于擴(kuò)展IPAT模型的徐州市碳達(dá)峰情景分析

張 瀟，王 冉，劉世奇，魏 東，常媛媛，張?jiān)?/p>

(1. 國(guó)網(wǎng)江蘇電力有限公司 徐州供電分公司，江蘇 徐州 221008；2. 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 資源與地球科學(xué)學(xué)院，江蘇 徐州 221116；3. 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 江蘇省煤基溫室氣體減排與資源化利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 徐州 221008；4. 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 碳中和研究院，江蘇 徐州 221008)

徐州市是我國(guó)重要的老工業(yè)基地、華東地區(qū)重要的能源供給基地和電力輸配送基地，其碳排放量居江蘇省地級(jí)市第三位，碳減排任務(wù)艱巨[1-2]。徐州市碳達(dá)峰“時(shí)間表”也成為江蘇省能否于2025年在全國(guó)率先實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”的關(guān)鍵。因此，有必要開展不同經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展情景下的徐州市碳排放量與碳達(dá)峰目標(biāo)(時(shí)間和峰值)預(yù)測(cè)分析，為徐州市碳達(dá)峰路徑選擇和方案優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。

“情景分析法”(scenario analysis)是目前碳排放預(yù)測(cè)中廣泛應(yīng)用的方法[3-4]，通常以“方法X+情景分析法”的形式與其他碳排放量計(jì)算模型結(jié)合用于碳排放預(yù)測(cè)[5]。本次研究利用“擴(kuò)展的IPAT模型+情景分析法”的預(yù)測(cè)模式，綜合考慮經(jīng)濟(jì)發(fā)展、節(jié)能效率、可再生能源替代率等多方面因素，通過合理設(shè)置達(dá)峰情景，對(duì)徐州市碳排放量與碳達(dá)峰時(shí)間及峰值進(jìn)行模擬分析，研究結(jié)果可為“雙碳”背景下徐州市綠色低碳發(fā)展政策制定提供輔助。

1 碳排放量預(yù)測(cè)模型

1.1 預(yù)測(cè)模型建立

研究采用擴(kuò)展的IPAT環(huán)境影響因素分析模型式(1)預(yù)測(cè)徐州市碳排放量與碳達(dá)峰趨勢(shì)。

I=P·A·T

(1)

式(1)中，I(impact)為人口對(duì)環(huán)境的影響；P(population)為國(guó)內(nèi)人口總量；A(affluence)為人均財(cái)富或人均產(chǎn)出，可視為人均國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值；T(technology)為單位經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出對(duì)環(huán)境的影響，由技術(shù)進(jìn)步?jīng)Q定，一般視為碳排放強(qiáng)度。

Kaya是IPAT模型影響因素分解的具體應(yīng)用，是通過構(gòu)造鏈?zhǔn)匠朔e的形式式(2)將T中隱含的因素分解出來，增加預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性[6]。

CCO2，t=CCO2，0×(1-e)t×(1+g)t×(1-v)t

(2)

式(2)中，CCO2為CO2排放量；e為年節(jié)能率；t為基年至預(yù)測(cè)年份的年數(shù)；g為GDP增速；v為清潔能源年替代率。

1.2 碳排放量預(yù)測(cè)步驟

擴(kuò)展的IPAT環(huán)境影響因素分析模型計(jì)算過程可分為參數(shù)選取、模型驗(yàn)證、情景模式設(shè)定和碳排放量預(yù)測(cè)四個(gè)主要步驟。具體如下。

(1)關(guān)鍵參數(shù)選取。選取2009—2020年徐州市GDP增速、年節(jié)能率、清潔能源年替代率作為碳排放量預(yù)測(cè)的關(guān)鍵參數(shù)(見表1)。

(2)模型驗(yàn)證。將擴(kuò)展的IPAT模型計(jì)算的徐州市2009—2020年碳排放量與徐州市實(shí)際碳排放值對(duì)比，驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性。結(jié)果顯示，擴(kuò)展的IPAT模型歷史擬合誤差基本在6%以內(nèi)，屬于合理誤差范圍(見表1)。

表1 2009—2020年徐州市碳排放量預(yù)測(cè)關(guān)鍵參數(shù)及碳排放量擬合值

(3)情景模式設(shè)定。文章設(shè)定“高”“中”“低”三類情景因子以及寬松情景模式、基準(zhǔn)情景模式和嚴(yán)格控制模式三類情景模式進(jìn)行預(yù)測(cè)。

(4)碳排放量預(yù)測(cè)。基于擴(kuò)展的IPAT模型，通過參數(shù)賦值，預(yù)測(cè)設(shè)定情境下的徐州市碳排放量。

2 情景模式設(shè)定

2.1 情景模式構(gòu)建

基于徐州市碳排放歷史、現(xiàn)狀，結(jié)合江蘇省、徐州市碳達(dá)峰工作要求，設(shè)置了經(jīng)濟(jì)發(fā)展(A)、節(jié)能效率(B)、可再生能源替代率(C)三大指標(biāo)對(duì)徐州市2021—2040年碳排放進(jìn)行預(yù)測(cè)模擬，又對(duì)每個(gè)指標(biāo)分別設(shè)置了“高”“中”“低”三種情景模式，最終形成27種不同模式組合進(jìn)行預(yù)測(cè)。

2.2 情景因子分類

27種組合模式中亦可劃分為三種模式：一是寬松情景模式：沿用當(dāng)前經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式，以經(jīng)濟(jì)發(fā)展為中心，不重視生產(chǎn)技術(shù)的革新和清潔能源的發(fā)展，仍保持高經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)速度、低年節(jié)能率、低清潔能源替代率下的發(fā)展模式；二是基準(zhǔn)情景模式：在一定程度上控制碳排放，保持中等經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)速度、中等年節(jié)能率、中等清潔能源替代率下的發(fā)展模式；三是嚴(yán)格控制模式：為保障“雙碳”戰(zhàn)略實(shí)施，將發(fā)展重心從經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)為減排，采取嚴(yán)格的碳排放控制政策，嚴(yán)格控制經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，重視節(jié)能改造和清潔能源替代的發(fā)展模式。

2.3 情景因子參數(shù)賦值

情景模擬因子按照經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)因子、年節(jié)能率因子和清潔能源替代率因子對(duì)工業(yè)碳排放的影響進(jìn)行設(shè)置，并參考《江蘇省國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和二○三五年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》等相關(guān)文件(見表2)。

表2 徐州市工業(yè)碳排放影響因素情景分析 單位：%

3 徐州市碳排放量預(yù)測(cè)結(jié)果及分析

預(yù)測(cè)結(jié)果顯示，當(dāng)前徐州市碳排放未達(dá)到頂峰，三種模式下徐州市碳排放均呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì)，但是達(dá)峰時(shí)間和峰值存在較大差別。隨著時(shí)間的推進(jìn)，三種模式的碳排放曲線圖差異將持續(xù)拉大(見圖1)。

圖1 徐州市碳排放趨勢(shì)模擬(2021—2040年)

寬松情景模式下，徐州市碳排放量將會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)，并在2030年實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，碳排放峰值高達(dá)9402.91萬(wàn)噸，與江蘇省“率先實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰”的政策背道而馳，為后續(xù)的碳中和目標(biāo)帶來較大障礙。因此，該情景模式只能作為徐州市碳達(dá)峰目標(biāo)的上限模式，在選擇具體的執(zhí)行方案時(shí)不能突破該模式。

基準(zhǔn)情景模式的預(yù)測(cè)結(jié)果明顯優(yōu)于寬松情景模式，徐州市碳排放峰值將在2025年實(shí)現(xiàn)，符合國(guó)家和江蘇省的要求。碳排放峰值較寬松情景模式減少985.64萬(wàn)噸，優(yōu)勢(shì)突出。但該情景模式下2032年以后碳排放量才能表現(xiàn)出下降態(tài)勢(shì)，表明該情景模式對(duì)碳排放的調(diào)節(jié)效果具有一定的遲滯性。

嚴(yán)格控制情景模式在預(yù)測(cè)結(jié)果上表現(xiàn)最優(yōu)，達(dá)峰時(shí)間同樣在2025年，碳排放峰值為8245.92萬(wàn)噸，較基準(zhǔn)情景模式略少，其最突出優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)為一旦碳排放達(dá)峰立即進(jìn)入碳排放快速下降階段，表明嚴(yán)格的碳排放政策和節(jié)能、能源替代政策的調(diào)控能力與持續(xù)效果突出，對(duì)后續(xù)碳中和戰(zhàn)略的順利實(shí)行有利。但該情景模式可能造成徐州市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的長(zhǎng)期低位徘徊，因此，可作為徐州市碳達(dá)峰戰(zhàn)略的下限模式。

綜合上述，基準(zhǔn)情景模式下徐州市碳排放量在2032年后出現(xiàn)下降，與江蘇省委省政府碳達(dá)峰碳中和工作實(shí)施部署相悖。因此，雖然該模式更有利于產(chǎn)業(yè)平穩(wěn)轉(zhuǎn)型和經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展，但為了滿足江蘇省碳達(dá)峰碳中和工作部署要求，徐州市需采取更嚴(yán)苛的碳排放約束政策。

由此可見，政策工具對(duì)徐州市碳達(dá)峰的影響顯著，在強(qiáng)碳排放約束情景下如何通過構(gòu)建綠色低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展體系、低碳高效產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)體系、低碳安全能源利用體系、低碳技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用體系等實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展對(duì)徐州市未來經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。

4 結(jié)論

第一，徐州市碳排放尚未達(dá)峰，寬松情景模式、基準(zhǔn)情景模式、嚴(yán)格控制情景模式下徐州市碳達(dá)峰時(shí)間分別為2030年、2025年和2025年，碳排放峰值分別為9402.91萬(wàn)噸、8417.27萬(wàn)噸和8245.92萬(wàn)噸，其碳排放趨勢(shì)將隨時(shí)間持續(xù)拉大。

第二，基準(zhǔn)情景模式和嚴(yán)格控制情景模式下可實(shí)現(xiàn)徐州市碳達(dá)峰目標(biāo)。但基準(zhǔn)情景模式對(duì)碳排放的調(diào)節(jié)效果具有遲滯性；控制情景模式下嚴(yán)格的碳排放政策和節(jié)能、能源替代政策的調(diào)控能力與持續(xù)效果突出，為后續(xù)碳中和戰(zhàn)略實(shí)行奠定更有利基礎(chǔ)，但可能造成徐州市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的長(zhǎng)期低位徘徊。