山西省實現碳達峰碳中和路徑研究

董慧君，關海玲，赫 煜

（1.山西晉中理工學院 經濟與管理學院，山西 晉中 030600；2.太原科技大學 經濟與管理學院，山西 太原 030000）

一、引言

隨著具有全球性影響的環境問題日益突出，人類福祉及地球健康遭到嚴重威脅。其中，已給自然界造成廣泛損害的氣候變化問題，正逐漸演變為政治問題。據世界氣象組織公布，2022 年全球平均氣溫比1850—1900 年的平均水平高1.15℃。全球變暖加重了地球氣候的多變性，“幾十年一遇”乃至“百年一遇”的極端化氣候事件愈來愈普遍。為應對這一難題，《巴黎協定》明確到21 世紀末將全球均值提溫力度爭取控制在1.5℃。習近平總書記也提出，中國將提升國家獨立奉獻幅度，積極承擔大國責任，將“碳達峰、碳中和”逐步納入生態文明建設的整體布局中去。

“雙碳”總體目標是國家對國際社會做出的鄭重承諾，也吹響了我國經濟綠色低碳轉型的號角。全國各地積極配合國家碳達峰、碳中和相關工作，制定實際行動方案。“十四五”階段是山西“轉型發展出雛型”“美麗山西”建設的關鍵時期、“碳達峰碳中和”的潛伏期。《山西省國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035 年遠景目標綱要》（以下簡稱《綱要》）中指出，山西省要積極參與全球環境治理，以社會化制度和財政政策工具減少碳排放抗壓強度，制定執行2030 年前碳達峰、2060 年前碳中和行動計劃，為實現碳達峰碳中和貢獻山西行動。

本文運用《山西統計年鑒》、第七次人口普查數據、“十四五”總體規劃等材料，對山西省近年的經濟發展概況、能源耗費情況及碳排放狀況展開分析，同時結合有關專家的研究成效，明確山西省碳排放的重要因素，對其碳達峰碳中和技術性路徑進行分析。本文的研究意義在于：（1）基于STIRPAT 模型研究山西省碳達峰碳中和可行性路徑，給全國各地提供節能減排路徑參照，改進碳排放資源配置效率，助力氣候分區整治；（2）緊緊圍繞山西省發展現狀，對其碳達峰碳中和技術路線圖進行深入研究，以期為其他省市實現“雙碳”目標提供參考，這對山西省乃至全國都具有一定實際意義。

二、文獻綜述

碳達峰是指二氧化碳排放量達到峰值。碳中和也稱“CO2凈零排放”，是指在一定時間內個人、企業或團體直接或間接產生的溫室氣體排放總量，后經節能減排、植樹造林等方式抵消掉，從而實現CO2的“零排放”。為推動碳中和順利進行，發達國家聚焦“零碳能源體系構建”“低碳產業轉型”和“生態固碳增匯和碳捕集、利用與封存（CCUS）”3 個維度[1]。國外部分學者認為可大力發展可再生能源，推動能源消費系統終端電氣化轉型升級，最大限度地提高能效，使能源消耗降至2005 年的一半。目前負排放技術主要包括發展農林業碳匯和碳捕集、利用與封存技術（CCUS）兩大類[2]。

魯博文等（2021）[3]認為要想實現碳達峰、碳中和目標，就必須大力發展碳捕集、利用與封存技術。陳海生等（2021）[4]認為儲能是未來實現以綠色低碳為核心，以可再生能源為主體的能源革命的關鍵技術支撐。另外，部分學者認為新能源與可再生能源勢必會成為實現碳達峰、碳中和的必然路徑選擇，氫能、儲能、太陽能三個領域最具發展前景[5]。

國內學者亦從不同省份出發研究碳達峰碳中和路徑。沈瀾和王劍（2021）[6]認為將浙江省碳達峰時間設定在2027—2029 年之間最符合實際，“碳中和”目標實現時間設定在2056—2058 年之間。楊艷艷和邵文瑞（2021）[7]圍繞國家雙碳戰略目標，分別從建筑、工業、交通等領域推動甘肅省綠色發展低碳轉型。學者臧宏寬等（2020）[8]認為碳排放未達峰的部分城市需進一步調整能源結構，促進產業結構轉型升級。鄧小樂和孫慧（2016）[9]預測了西北五省的碳排放量，發現財富與技術對碳達峰峰值的影響較重要。任松彥等（2015）[10]發現建立碳排放權交易機制可支持經濟發展與節能減排。吳彤（2021）[11]認為在山東省臨沂市工業經濟穩定增長的前提下，優化能源結構對減少碳排放量至關重要。

總之，“雙碳”目標實現必須將“由上而下”的政策引導和“由下而上”的實踐研究相結合，產生有顛覆性的技術保障，因此，科學研究山西省碳達峰碳中和技術方案具有重要的實際意義。

三、研究設計

（一）研究思路

本文從減少碳排放與提升碳吸收兩方面入手，剖析碳達峰碳中和路徑運行系統中各類因素，找到關鍵問題，探尋山西省碳達峰碳中和提升路徑。最終，明確提出以“減少碳排放”與“提升碳吸收”來推動碳減排，助推完成碳達峰，并且為其他地區提供參考。以下為本文的技術線路圖，如圖1 所示。

圖1 技術線路圖

（二）研究相關概念說明

1.城市碳達峰。碳排放峰值指一個經濟大國（地域）空氣污染物（通常是CO2）的主要年排出值；碳排放達峰是碳排放量在某個時間點達到峰值，是一個動態變化。要密切關注經濟結構轉型、能源供應轉型等，碳排放達峰本質上是完成綠色低碳轉型。

2.城市碳中和。碳中和并非零排放，而是在一定時間內，國家、團體、個人直接或者間接產生的CO2或溫室氣體排放總量，之后通過節能減排、植樹造林等途徑抵消排放總量，從而實現“碳中和”。

3.可持續發展。隨著都市化進程加速，資源環境壓力巨大，能源損耗大，經濟收益差，資源浪費和環境污染較嚴重，經濟社會陷入惡性循環。可持續發展規定經濟發展務必有益于資源的循環利用和生態體系的穩步發展，要走綠色發展道路，兼顧現階段利益和長久發展。

（三）研究對象選擇及數據說明

自2020 年9 月習近平總書記明確提出“雙碳”總體目標以來，該理念頻繁出現在中央會議和計劃當中，由此可見，“碳達峰、碳中和”成為我國未來社會經濟發展轉型的重要目標。山西省是中國的煤炭大省、能源強省，碳排放量總量大、強度大，且碳排放量問題凸顯，執行碳達峰碳中和山西行為亟需貫徹落實。因此，本文以山西省為研究主體，使用山西省2011—2022 年的人口總數、GDP、城鎮化率和能源消費量等數據，均來自《山西統計年鑒》《中國能源統計公報》和山西省各市區統計公報。因能源消費量部分數據來源不一致，本文將其換算為基準估計量（以萬噸標準煤測算）。

1.人口規模與城市化發展水平。根據《中國統計年鑒》《山西統計年鑒》，分別統計了山西省2011—2022 年間年末常住人口數量及其構成，如表1 所示。

表1 山西省2011—2022 年間年末常住人口數量及構成

根據表1 可知，山西省常住人口呈逐年下降的趨勢，這與當地人口外出打工，造成人口外流密不可分。同時可以從表1 中數據觀察得知，城鎮人口數量逐年增加，占山西省常住人口比率不斷升高，而鄉村人口數量逐年減少，占山西省常住人口比率不斷減少。不難看出，這是由于山西省經濟不斷發展，城鎮化規模不斷擴大，部分鄉村整體并入城鎮或大量鄉村人員進城務工，導致山西省本土城鎮化率逐年升高，具體如圖2 所示。

圖2 山西省2011—2022 年間城鎮化率

綜合來看，山西省自2011 年以來，城鎮經濟不斷健康發展，內外兼顧，向外招商引資，吸引外來優秀人才，對內擴大城鎮化規模，城中村、整村遷移等，引入了大量鄉村人員，提高了山西省的城鎮化率，并加速了城鎮化的發展，在現有的基礎上，加快了現代化進程。

2.經濟發展概況。觀察表2 可知，自2005 年實施“中部崛起”戰略以來，山西省GDP 逐年上升，人均GDP 也不斷提高，人民生活質量得到改善。同時，第二產業占比不斷下降，第一產業和第三產業所占GDP比重進一步提高，說明山西省的產業結構不斷優化，在推進碳達峰碳中和的戰略部署中穩步前進。但自2018—2022 年，第二產業產值比重有所提高，說明山西省受到突發事件影響，第一、第三產業發展受阻，第二產業得到發展。

表2 2011—2022 年山西省地區生產總值

3.山西省能源消費概況。山西省作為我國的能源大省和煤炭大省，碳排放總量大、強度高，且碳排放問題突出，實現“雙碳”目標的任務非常艱巨。目前我國的能源消費以煤炭為主，而山西省的“本地煤”消耗結構在短期內難以改變，實現碳達峰碳中和的目標更為艱難。以下根據《中國能源統計年鑒》數據對山西省的7 種能源消費狀況（煤炭、煤油、燃料油、焦炭、汽油、柴油、天然氣）進行了統計分析。

據表3 所示，自2011 年以來，山西省能源消費總量仍在逐年上升，從總體來看，實現本土碳達峰碳中和嚴峻形勢不容忽視，亟待落實積極行動。但仔細分析，發現天然氣等新能源消費逐年擴大，而汽油、柴油等舊能源消費占比逐漸降低，可見山西正逐步落實碳達峰碳中和的戰略目標，只是受限于本土煤炭能源限制，進度較為緩慢。

表3 山西省2011—2020 年能源消費狀況

（四）STIRPAT 模型構建

1.二氧化碳排放量測算。CO2主要來源為化石燃料的燃燒（約占總排放量的80%以上）。當前關于CO2的測算方法較多，且多以能源類碳源估算方法為主。其中，較為重要的幾種碳排放測算方法有：物料平衡法、實測法、模型因素分解法等。《IPCC 國家溫室氣體排放清單指南》中的碳排放系數法使用最為廣泛，本文參考該方法，以一次能源消耗為基礎計算出CO2排放量，具體公式如式（1）：

式中：I為CO2排放量，Fi為能源i的碳排放系數，i為一次能源的類型，Oi為能源i的碳氧化率，Ei為能源i的消費量，NCVi為能源i的平均低位發熱量，CFi為能源i的轉換系數，CCi為能源i的單位熱值含碳量。式中的各項能源碳排放系數參考《中國能源統計年鑒》（2004—2020 年）（見表4）。

表4 各類能源碳排放系數

通過查閱2011—2020 年《山西統計年鑒》，結合各類能源二氧化碳排放系數，計算出標煤下原煤、焦炭、原油、煤油、柴油、汽油、燃料油、天然氣、電力產生的二氧化碳量。

由圖3 可以看出山西省二氧化碳排放量從2011—2013 年緩慢上升，2013—2015 年有所下降，2015—2020 年開始上升。在2011—2020 年二氧化碳排放量整體呈持續增長趨勢。

圖3 2011—2020 年山西省主要能源二氧化碳排放量

2.STIRPAT 模型構建。根據已有研究，本文選取人口規模、人均GDP、城鎮化率、能源結構、產業結構5 個因素作為分析碳排放的影響因素。擴展后碳排放影響因素分析模型如式（2）：

式（2）中，I為二氧化碳排放量，A為人均GDP，IS為產業結構，P為人口規模，U為城鎮化率，EI為能源強度，ES為能源結構，ei為模型誤差項，lna為常數項，b、c、d、f、g、h分別為各變量對應的彈性系數，具體變量說明如表5 所示。

表5 STIRPAT 模型變量界定

（五）STIRPAT 模型回歸結果與分析

運用STIRPAT 模型，對山西省2011—2020 年二氧化碳排放量及相關影響因素進行擬合。同時，為防止各個影響因素之間可能出現的多重共線性問題，利用嶺回歸對結果進行回歸分析，最終，確認模型在K=0.01 時較為穩定，且模型整體擬合度較好。基于此構建山西省碳排放預測模型，詳細回歸結果如表6 所示，最終模型方程為式（3）：

表6 山西省碳排放預測模型回歸擬合結果

從模型方程中可以看出，人均GDP（A）、產業結構（IS）、能源強度（EI）對山西省二氧化碳排放總量產生顯著的正向作用，而人口規模（P）則對山西省二氧化碳的排放起抑制作用，同時各因素的彈性系數之間存在一定差異，按照敏感程度從大到小依次是：人口規模（P）、人均GDP（A）、能源強度（EI）、產業結構（IS）。

1.情景設計。為研究不同情景下二氧化碳排放最高值和達峰時間，本文以山西省社會經濟發展歷史記錄和發展趨向為載體，根據碳排放量分析模型，對未來山西省人口規模、人均GDP、產業結構及其能源強度等4 要素的變化率設置了慢速度、中等速度、迅速三種情景，參照山西省“十四五”整體規劃，以5 年為周期時間對不同情景的變化率做出調整設置，充分考慮山西省經濟發展現狀等狀況，實際設置如下：

人口規模（P）的情景設置：2011—2020 年山西省常住人口總數逐漸降低，但比照2011—2015 年與2016—2020 年均值減少率呈降低趨勢，表明隨著社會經濟發展與國家新政策實施，山西省人口規模將逐漸增加。國務院發布的《我國人口建設規劃》預測分析，到2030 年我國人口有望突破最高值，以后人口增速可能趨向遲緩。結合實際情況，本文將山西省2023—2040 年人口增長率中等速度設為1.00%，在2030年后逐漸變緩。

人均GDP（A）的情景設置：山西省生產總值由2015 年的11 836.39 億元提高到2020 年的17 651.93億元人民幣，人均生產總值從33 593 元增至2019年50 528 元，五年年均增幅8.40%。受外部環境沖擊，2020 年山西省人均GDP 大約為5.05 萬余元，年均增速下降。《綱要》強調山西省GDP 做到全國各地中上游水準，人均生產總值需達2 萬美金左右。鑒于此，本文將山西省人均GDP 變化率中等速度設為5.30%，之后在此基礎上逐漸變緩。

產業布局（IS）的情景設置：數據表明，山西省第二產業占比從2012 年的58.65%下降至2020 年的43.48%。“十四五”階段，山西省將立足于發展基礎與競爭優勢，堅持技術賦能傳統制造業，大力推廣光伏發電、風力發電、氫能源等新興能源產業鏈。鑒于此，本文將山西省2023—2040 年產業布局變化率中等速度設為-1.00%，以后在這個基礎上逐漸變緩。

能源強度（EI）的情景設置：近些年，作為煤炭大省的山西省，認真貫徹綠色發展理念，加速完成“一煤獨大”到“八柱擎天”的改變，在可持續發展理念指導下，環境規制的幅度持續加大，能源抗壓強度從2011 年的2.35 下降至2020 年的1.67。山西省將加快構建多元化高檔能源提供機制和節能低碳用電方式，為促進地域產業結構升級難點奉獻“山西計劃方案”、打造“山西樣板”。鑒于此，本文將山西省2023—2040 年能源強度變化率設置為-1.00%，之后在此基礎上逐漸變緩。各因素變化率設置情況如表7 所示。

表7 各因素變化率設置

2.情景組合。在前文的基礎上，選取5 個有代表性的不同情境，通過對不同情境下的二氧化碳排放量的動態分析，探討山西省“碳達峰”目標的最優選擇，為山西省的二氧化碳減排提供科學依據。在表8中列出了情境結合設置的詳細情況。

表8 山西省碳排放情景組合

基準情景（S1）：每個影響因素的變化率均設為中速。標準情景根據山西省歷史發展規律及“十四五”階段山西省制定的各種預估性指標值，研究以后可能的碳排放趨勢，將其作為標準，預測分析在這個情景下碳排放最高值及碳減排時長。

產業升級情景（S2）：產業結構的變化率設為快速，其他設為中速。山西省堅持品牌化、智能化系統、生態化方位，加強產業協同，努力打造經營規模體量大、拓寬配套設施好、支撐點推動高的戰略新興產業集群式。該情景在標準情景的前提下，研究深入推進產業結構轉型情景中的碳排放發展趨勢。

節能發展情景（S3）：能源強度變化率設為快速，其他設為中速。伴隨著環境規制加強，近些年山西省電力能源強度獲得一定提升，進一步推動環保節能優先選擇發展戰略。該情景體現了山西省在操縱能源消費總量、不斷提高綠色能源交易比例情景中的碳排放發展趨勢。

綠色發展情景（S4）：產業結構、能源強度變化率設為快速，其他設為中速。在此情景中充分考慮山西省經濟發展與環境保護的關系，在確保經濟持續穩定發展的前提下，綜合執行節能降耗、促進產業結構升級等幾種對策，從而實現綠色發展理念。

經濟放緩情景（S5）：人均GDP 的變化率設為慢速，其他設為中速。該情景體現了山西省在“3060”目標強制管束下，研究將低碳轉型發展趨勢外在性提高作為碳排放發展趨勢（見圖4）。山西省在推進“減污降碳”“能耗雙控”下適度降緩經濟增速，以減少CO2的排放量。

圖4 不同情景組合下山西省碳排放趨勢

3.情景分析。本部分基于山西省碳排放預測模型，測算出山西省2023—2040 年的碳排放走勢，并得出在5 種不同情景組合下山西省的碳達峰時間。

通過表9 發現，在基準情景（S1）下，山西省將在2035 年完成碳達峰，峰值大約為7 112.98 萬噸級。這意味著山西省將來碳減排存在較大壓力，必須在原有規劃下進一步加快產業結構升級，增加“減污降碳”幅度，開設更高總體目標及環保等級，爭取早日完成碳達峰。

表9 不同情景組合下山西省“碳達峰”時間與二氧化碳峰值

進一步比照產業升級情景（S2），山西省將在2035年完成“碳達峰”，CO2排放峰值是6 846.46 萬噸級，比我國提出的2030 年以前完成碳達峰目標落后5年，主要因為山西省煤炭消費量占能源消費量的比例遠高于全國各地平均水平，在推進產業結構升級層面依然存在較大壓力。此外，對資源型產業的依賴性也是造成山西省在S2 情景下晚于2030 年達峰的重要原因。山西省要加快綠色能源對傳統能源的取代，優化產業布局，盡快完成“碳達峰”。

從節能發展情景（S3）和綠色發展理念情景（S4）的結果得知，若山西省在原有前提下，進一步增加政策執行幅度，多項節能減排方式并行，則可在確保經濟持續穩定發展的同時降低CO2的總排出量，并于2030 年之后完成“碳達峰”，預估CO2消耗量的峰值為6 831.48 萬噸與6 692.89 萬噸，這兩種情景是山西省完成“碳達峰”的最優路徑。因此，山西省要堅定不移走節能低碳發展和環保節能發展路線，倡導綠色生產，盡快完成碳達峰。

經濟放緩情景（S5）的數據顯示，山西省將在2038 年之后完成“碳達峰”，比全國各地2030 年總體目標落后8 年，峰值為7 085.83 萬噸級。該情景主要在經濟發展遲緩提高及其城鎮化率水準較低提高的情形下剖析山西省達峰發展趨勢。由于考慮到該情景不符合山西省“十四五”階段的目標和經濟發展需要，因而在實踐中不予考慮。

四、技術線路研究

本文認為山西省碳達峰碳中和技術路線主要通過減少碳排放和增加碳吸收兩條路線來實現。

（一）“減法”抓手

主要包括能源結構調整、重點領域減排及金融減排支持三個方面。

1.能源結構調整。一是要加大力度進行煤炭高效清潔技術與新型節能技術的開發利用，促進循環經濟，實現“清潔化、低碳化”；在石油領域加快酸化壓裂技術的開發。二是要增加清潔能源的使用，加強對新技術的研發，持續發展與推廣由多晶硅-硅板-電池-模塊-應用的完整產業鏈。

2.重點領域減排。主要從工業、制造業、交通運輸業、建筑行業、農業等重點領域減排出發。工業領域要不斷推動石化、鋼材、化工、煤電等相關行業節能環保降碳工藝的革新；交通運輸行業應改變機動車能源結構，大力發展新能源汽車；建筑領域要以碳排放技術為導向，推動“綠色施工”；在農業領域推動農業的綠色發展是幫助實現碳達峰的一個關鍵助推器，耕地、森林的保護和使用是固碳最重要的方式。

3.金融減排。在綠色金融、綠色債券、綠色基金、綠色保險等方面要加大投入。一是調動銀行業金融機構發展具有減排效應的綠色貸款。二是要對綠色債券的創新方式展開深入研究。三是積極探索綠色企業貸款保證保險、綠色產業運營保險等創新綠色保險及服務，助力綠色產業發展。四是綠色基金方面，對高質量的企業進行優選，對高碳風險的企業進行合理投資、優化配置，從而達到降低碳中和成本的目的。

（二）“加法”舉措

主要包括技術固碳與生態固碳兩個方面。

1.技術固碳。碳捕集和碳儲存是實現碳達峰碳中和的重要手段，山西省的能源結構以煤為主，居高不下的煤炭消費總量和CO2排放量嚴重制約著“雙碳”目標的實現。一方面，國家落實能源“雙控”要求，加大對CCUS 技術創新，并將其成本內部化，促進煤炭的合理化、清潔化和高效化應用。另一方面，伴隨著未來低碳科技創新的發展趨勢，CO2的清潔化利用是山西省發展綠色經濟的一項重要突破口。

2.生態固碳。森林被認為是目前存在的最為之有效的生物固碳物。根據相關測算，每年每畝林地可以產生約1 噸碳匯。就目前而言，山西省的平均造林面積已經達到4 百萬畝，其固碳潛力及效益十分可觀，為此，山西省應大力實施國家重大戰略，實施諸如“人工造林”“天然保護林”“濕地植被恢復”等項目，進而在全省范圍有效實施國土綠化行動，為實現創新性的可持續發展提供技術支撐。

五、研究結論

文中在政府“碳達峰碳中和”工作有力有序推動的大環境下，整理匯總山西省碳排放影響因素，把STIRPAT 實體模型與場景分析方法緊密結合，對山西省在2023—2040 年的碳排放量開展預測分析，關鍵研究結果如下：

一是山西省所產生的碳排放量未來一段時期將逐步到達最高值。總體來看，在社會經濟發展前提下，提升能源體系減少能耗、低碳綠色的生產活動都是加速碳排放達峰的高效方式。

二是各情景預測下，山西省碳排放達峰時間在2035 年左右，在經濟增長的同時應進一步優化能源體系，為促進經濟轉型和產業結構升級奉獻“山西計劃方案”、打造“山西樣板”。

三是碳達峰是碳中和完成的前提條件，在推進碳中和的過程中，山西省應探尋更為清潔低碳環保的能源生產方式，使人們享有更舒適的生活環境，促進山西地域高質量發展。