上海节能节能SHANGHSAHIAENNGEHRGAIYECNOENRSGEYRSVAAVTINOGN论坛湖北省能源消耗的碳排放现状及峰值ENERGYSAVINGFORUM预测李荣贤王小雨江汉大学智能制造学院摘要：湖北省正处在工业化和城镇化的加速发展时期，其重化工产业的特点十分突出，在短时间内很难改变以化石能源为主体的能源结构，碳排放量也会继续快速增加。分析了湖北省碳排放现状并通过碳排放系数法估算湖北省2001-2019年碳排放量，在此基础上使用STIRPAT模型，运用岭回归并结合情景分析法预测湖北省“碳达峰”时间与碳排放量峰值。结果表明：随着湖北省经济的高速增长，湖北省CO2的排放量也保持较高增速；煤炭的消耗仍然是湖北省CO2排放量较大的主要因素；在低、中、高三种情景模式下，湖北省碳排放峰值介于1.8亿~1.9亿t。湖北省能源消耗碳排放峰值出现时间介于2030-2035年。关键词：碳排放现状；碳达峰预测；化石能源消耗DOI:10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2023.10.010CurrentSituationofCarbonEmissionandPeakPredic-tionofEnergyConsumptioninHubeiProvinceLIRongxian,WANGXiaoyuIntelligentManufacturingCollegeofJianghanUniversityAbstract:HubeiProvinceisintheperiodofaccelerateddevelopmentofindustrializationandurbanization,anditsheavychemicalindustryisveryprominent.Itisdifficulttochangetheenergystructuredominatedbyfossilenergyinashortperiodoftime,andcarbonemissionswillcontinuetoincreaserapidly.Thispaperanalyzes收稿日期：2023-07-31基金项目：湖北省教育厅科学研究计划指导性项目（B2022277）作者简介：李荣贤（2001-02-），女，本科生，过程装备与控制工程专业王小雨（1985-06-），女，硕士，讲师，研究方向为流动传热、应力分析、化学链系统模拟22001283年第0180期1473SHSAHNAGNHGAHIAEINEENREGRYGSYASVAINVIGNG上上海海节节能能No.0180202183SSHHAANNGGHHAAIIEENNEERRGGYYSCAOVNINSGERVATIONthecurrentsituationofcarbonemissionsinHubeiProvinceandestimatesthecarbonemissionsinHubeiProv-incefrom2001to2019byusingthecarbonemissioncoefficientmethod.Onthisbasis,theSTIRPATmodelisused,andtheridgeregressionmethodiscombinedwithscenarioanalysistopredictthetimeof"CarbonPeak-ing"andthepeakcarbonemissionsinHubeiProvince.TheresultsshowthatwiththerapideconomicgrowthinHubeiProvince,theCO2emissionsinHubeiProvincealsomaintainahighgrowthrate;coalconsumptionisstillthemainfactorcontributingtothelargeCO2emissionsinHubeiProvince;underthelow,mediumandhighthreescenarios,thepeakcarbonemissionsinHubeiProvincearebetween180millionand190milliontons.ThepeakofenergyconsumptioncarbonemissionsinHubeiProvinceappearsbetween2030and2035.Keywords:CurrentSituationofCarbonEmission;PredictionofCarbonPeaking;FossilEnergyConsumption0前言重要意义［3］。在湖北省碳排放量构成中，工业过程碳排放量近年来，碳排放达峰成为国际节能减排领域关注的重点。2020年9月22日，习近平主席在第七十占比最大，是碳达峰、碳中和的重点减排对象，其碳五届联合国大会一般性辩论上作出承诺“：中国将提排放量占绝对优势［4］。“十四五”时期（2021-2025高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，年）是湖北省实现2025—2030年全省碳排放达峰二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取的关键时期，需要把握好关键时期的碳达峰行动，2060年前实现碳中和。”中国作为经济快速发展的新真正落实国家有关碳达峰、碳中和总的战略部署。兴国家和世界最大碳排放国（约占全球的1/4），时间紧，任务重，加强碳排放峰值预测与控制成为全国各国际上碳排放最早的研究始于1970年Ehrlich［5］省区市的当务之急。目前，北京、上海、浙江、苏州等提出的IPAT模型。我国碳排放研究始于20世纪90多个东部沿海省市提出在2025年前实现碳达峰。年代。目前，国内外学术界对碳排放的研究主要集中与之相反，广大中西部省份在碳达峰时间的确定上在能源消费的碳排放峰值预测方面，碳排放峰值预测则较为迟缓与保守。除江西、四川等少数省份外，研究模型种类多样，繁简不一。研究方法主要集中在其它地区均尚未对碳达峰时间予以明确［1］。运用自上而下的基于指标分解法的STIRPAT模型、自下而上的LEAP模型和MARKAL-MACRO模型、湖北省正处于工业化、城镇化加速推进期，重EKC曲线等。STIRPAT模型考虑了人口规模、经济化工业特征明显，传统化石能源为主的能源结构在发展水平、技术发展水平和生态环境影响等因素，短期内难以改变，生产、生活合理用能需求将呈刚本文选用此种方法建立回归模型。性增长，全省的能耗水平还保持在较高的水平，碳排放总量也将保持继续增长态势，全社会低碳发展综上所述，本文首先对湖北省能源行业的碳排意识尚待加强［2］。因此，探寻湖北省作为中部经济放状况进行分析，并根据已有的数据利用STIR-强省的节能减排方法，对促进我国碳减排工作有着PAT模型建立回归模型，设置不同的情景模式，对湖北省能源消耗的CO2排放峰值及出现的年份进行预测。1474节能论坛ENERGYSAVINGFORUM湖北省能源消耗的碳排放现状及峰值预测上海节能节SHANGHSAHIAENNGEHRGAIYECNOENRSGEYRSVAAVTINOGN能论坛1湖北省能源消费结构现状和CO2排放量可以看出煤炭消耗量较大，是CO2产生的主要来ENERGYSAVINGFORUM估算源。湖北省总能源消耗量从2001年的6245.79万tce一直增长到2021年的18780.57万tce。其中，1.1一次能源消费结构现状2012年能源消耗量达到第一个峰值16231.76万tce，目前，我国能源消费结构的调整是由高碳排2013年呈急剧下降趋势，随后能耗总量又呈现出放向低碳排放、由高污染向清洁化、由高比例化石上升趋势。能源向高比例清洁能源转变的过程。能源消费结1.2湖北省能源消耗CO2排放量估算和分析构的合理调整有助于降低碳排放，因此碳排放量1.2.1CO2排放量的估算方法可作为能源消费结构调整是否合理的一个重要评价指标。本文计算的CO2排放量具体是指湖北省化石湖北省作为典型的工业城市，产业结构偏重，燃料燃烧产生的CO2。文中碳排放估算方法选用最能源消费主要以煤炭和油为主，天然气等清洁能源为广泛的“排放因子法”，它是根据能源消耗和碳排在总体能耗中占比偏低。根据《中国能源统计年放因子计算出CO2排放总量。鉴》［6］和《湖北省统计年鉴》［7］的能源统计口径，将CO2排放量的计算公式如下：终端能源消费划分为煤炭、焦炭、汽油、柴油、原I=∑n=1Ck×Ik油、煤油、燃料油、天然气和电力9类，在中国统计K年鉴与地方统计年鉴中又进一步归纳为煤炭、天然气、石油和电力4类。文中的能源数据和经济数据其中：I指在能源燃烧过程中所产生的CO2排放总取自2001年至2021年的统计年鉴。图1为2001-2021年湖北省历年能源消费趋势图，从图中量，单位是万t；Ck是第k项能源消耗，单位为万t；Ik是各种能源的碳排放系数，单位为万t/万tce。表1给出了各种能源的转换数值及碳排放系数。图12001-2021年湖北省历年能源消费趋势22001283年第0180期1475SHSAHNAGNHGAHIAEINEENREGRYGSYASVAINVIGNG上上海海节节能能No.0180202183SSHHAANNGGHHAAIIEENNEERRGGYYSCAOVNINSGERVATION表1各种能源的转换数值及碳排放系数能源种类折标煤系数碳排放系数能源种类折标煤系数碳排放系数（t/tce）（tce/tCO2）（t/tce）（tce/tCO2）煤炭汽油0.71430.7599柴油1.45710.5921煤油1.47140.5538燃料油1.42860.6185焦炭1.47140.5714天然气13.3（万m3/tce）0.4483原油0.97140.7599电力1.229（kg/kWh）3.14871.42860.5857液化石油气1.71430.50421.2.2CO2排放总量分析应国家的号召，其“十二五”低碳发展规划目前已经有所成果。随着我国能源消费快速增长势头的逐本文计算的CO2排放总量仅对一次能耗的碳步遏制，湖北省的碳排放增速也将逐步放缓。排放进行了统计，而忽视了加工、运输等过程中的2021年CO2排放量的增长可能与新冠疫情有关，碳排放。湖北省的煤炭、焦炭、石油，天然气和电力随着疫情的减缓，湖北省化石能源消费的CO2排放是其碳排放的主体，所以仅有这五项能源被列入统量的增长情况将会逐步得到控制。从CO2排放量计。估算的2001年至2021年湖北省能源消费的的变动与GDP的变动对比可以发现（图3），两者的CO2排放量及其增长率如图2所示。湖北省CO2变动趋势基本保持一致。但在2010年之后，GDP排放量不断增加，由2001年的6241.9万t增加到的增长速率远高于CO2排放量的增长速率，从图22021年的18794.96万t，这与湖北省经济的高速中也可看出2010年之后，CO2排放量的增长率开始发展密切相关。在2001-2021年期间，湖北省的降低，说明湖北省在化石能源的碳减排上取得了较碳排放总量一直在不稳定的增长中，2010年之后显著的效果。增速逐渐放缓，增长幅度越来越小，甚至三次出现负增长情况。这说明湖北省处于工业化、城镇化加1.2.3CO2排放强度分析速推进期，能源消耗主体转变不稳定，但同时也响碳排放强度是指单位GDP的CO2排放量，碳强图22001-2021年湖北省能源消费的CO2排放量及其增长情况1476节能论坛ENERGYSAVINGFORUM湖北省能源消耗的碳排放现状及峰值预测上海节能节SHANGHSAHIAENNGEHRGAIYECNOENRSGEYRSVAAVTINOGN能论坛ENERGYSAVINGFORUM图32001-2021年湖北省CO2排放量与GDP的比较图42001-2021年湖北省CO2排放强度与煤炭消耗在能源消耗的占比度高低不表明效率高低，而是反映一个地区在其经技术进步和经济增长而下降的。从湖北省碳排放济发展的同时对气候环境变化的影响，碳排放强度强度来看（图4），总体呈下降趋势，说明湖北省区越低，意味着能源利用率越高，经济效益越好［8］。在域GDP的增长速度大于碳排放的增速。虽然湖北碳排放总量一定的情况下，碳排放强度指标是随着省的碳排放强度有明显的降低，但湖北省仍面临着22001283年第0180期1477SHSAHNAGNHGAHIAEINEENREGRYGSYASVAINVIGNG上上海海节节能能No.0180202183SSHHAANNGGHHAAIIEENNEERRGGYYSCAOVNINSGERVATION碳达峰、碳中和的巨大挑战，需要构建面向低碳的误差，P表示人口规模，A表示人均GDP，T表示能发展格局。从图4中，也可以看到，“十二五”期间，源强度，I表示碳排放量，考虑城市化率PS和第二煤炭消耗占比虽然有所下降，但仍保持在40%以产业比IS的影响，进一步对模型进行拓展，建立二上，煤炭仍是一次能源消费的主力。次模型：2湖北省碳排放峰值预测及分析lnI=lna+blnP+clnA+dlnT+flnPS+glnIS+e2.1STIRPAT模型介绍及模型拓展2.2STIRPAT模型拟合2.2.1描述统计本文选取STIRPAT模型对湖北省碳排放峰值进行预测分析，基本模型为：表2是计算湖北省碳排放模型所需的各项参数，这些参数是根据《湖北统计年鉴2020》和《中国I=aPbAcTde能源统计年鉴》，以及湖北省2001-2019年度碳排对模型取对数，公式变为：放量、人口规模、人均生产总值、能耗密度、城市化率、第二产业比重等一次和二次资料进行整理和计lnI=lna+blnP+clnA+dlnT+lne算而得。其中，a为模型的总系数，b、c、d为人口总量、经济发展、技术水平的弹性系数，e为整体模型的表22001-2019年湖北省各变量数据年份碳排放量（I万t）人口规模P（人）人均GDP（A）（元）能源强度T（tce/元）城市化率Ps（%）第二产业占比Is（%）20016241.90565840.8040.520026624.2356726865.761.631741.4040.420037341.00568542.0041.020048157.2356987436.581.591642.6041.020059019.07571043.2042.720069980.8856938378.001.556143.8043.4200711010.43569944.3043.7200811225.7157119745.731.486745.2044.1200912033.26572046.0045.8201014332.875723.811342.321.402249.7047.7201116129.62576051.7849.0201216258.94578113210.211.328653.2349.4201314977.58579854.5146.7201415083.62581616593.031.158855.7346.1201514979.69585057.1844.7201615327.48588520153.300.955058.5743.6201715967.90590459.8842.2201816512.57591723081.340.893061.0041.8201917523.40592761.8341.228359.430.867834731.540.802839148.930.706643834.550.547048634.630.495752021.260.456256843.630.416863169.060.388071097.120.343676712.190.3364从表2中可以看到，湖北省过去19年中的碳排2.2.2模型的岭回归拟合与验证放量（I）一直在增加，在这段时间内，人口数量（P)，城市化率（PS)，第二产业占比率（Is），人均GDP在数学建模过程中，为了减小模型误差，经常（A）的变化趋势是一致的，但能耗（T）的变化趋势却采用岭回归方法，这是一种改良的最小二乘估计是相反的。法，它可以在一定程度上降低模型误差，通过损失1478节能论坛ENERGYSAVINGFORUM湖北省能源消耗的碳排放现状及峰值预测上海节能节SHANGHSAHIAENNGEHRGAIYECNOENRSGEYRSVAAVTINOGN能论坛部分信息来获得更符合实际的结果。根据表2的数量，lnP、lnA、lnT、lnPs、lnIs为自变量，对其进行岭回ENERGYSAVINGFORUM据，用岭回归方法对本文的模型进行了拟合，并对归拟合得到岭迹图（图5、6所示）。其进行了检验。当k=0.04时，各个自变量的回归系数趋于稳根据建立的STIRPAT扩展模型，以lnI为因变定，此时R2值比较大，所以选择k=0.04作为拟合模图5岭迹图图6R2与K的关系图22001283年第0180期1479SHSAHNAGNHGAHIAEINEENREGRYGSYASVAINVIGNG上上海海节节能能No.0180202183SSHHAANNGGHHAAIIEENNEERRGGYYSCAOVNINSGERVATION式，分别是低速增长、中速增长和高速增长。低速型的一个合理参数。通过对回归方程的系数进行增长的特征表现为社会经济发展相对缓慢、人口测试，发现该模型的拟合优度R2为97.3%，调整后增长相对缓慢、技术进步相对缓慢、能源结构及产的R2为96.2%，拟合效果较好，因此得到岭回归方业结构调整相对缓慢、城镇化进程相对缓慢。在程为：中速增长的模式中，以上各项指标的增长或调整速率均属于中度。在高速增长的模式中，各项指lnI=−29.79+3.43lnP+0.2lnA−0.05lnT数增长较快。+0.25lnPs+1.72lnIs由该方程变量的系数可以看出，除能源强度为按照每个五年规划的时间顺序，将国家的发“抑碳因子”外，其它因素均为“促碳因子”。从该方展划分为第一阶段2021—2025年，第二阶段程变量系数的绝对值可以看出，对CO2排放量的影2026—2030年，第三阶段2031年—2035年，第响作用从大到小依次为人口规模、第二产业占比四阶段2036—2040年，第五阶段2041—2045率、城镇化率、人均GDP、能源强度。年，对不同情景下的各种自变量进行设定（表3为验证方程的正确性，将湖北省2001-2019所示）。年相关参数代入上述拟合方程，将预测值与实际值进行比较。经计算得出19年内平均误差率只2.4湖北省碳排放峰值预测结果有4.6%，且由图7可以看出，实际碳排放曲线与预测碳排放曲线拟合程度高，说明该模型设置较在以上设定的三种情景模式下，根据对应的变合理。量数据，与STIRPAT模型相结合，对回归方程进行了拟合，得出了不同发展模式下的能源消费碳排放2.3湖北省碳排放情景分析与参数设定预测值（见图8）。湖北省在今后的发展中，设置了三个发展模图7湖北省碳排放量预测值与真实值对比1480节能论坛ENERGYSAVINGFORUM湖北省能源消耗的碳排放现状及峰值预测上海节能节SHANGHSAHIAENNGEHRGAIYECNOENRSGEYRSVAAVTINOGN能论坛表3情景模式及其设定目标ENERGYSAVINGFORUM要素2021-2025年2026-2030年2031-2035年2036-2040年2041-2045年0.600.390.18-0.03-0.24人口规模高0.480.300.12-0.06-0.240.330.180.03-0.12-0.27中7.363.683.681.591.594.782.392.391.201.20低3.481.741.740.870.87-5.73-5.73人均GDP高-5.73-5.73-5.73-3.7-3.7-3.7-3.7-3.7-1.35-1.35中-1.35-1.35-1.351.250.802.602.151.700.730.48低1.481.230.980.510.360.960.810.660.820.66能源强度高1.601.281.020.570.461.110.890.710.370.30中0.720.580.46低城镇化率高中低第二产业占比高中低从预测的结果来看，如果继续保持缓慢发展，能源消耗碳排放峰值出现时间介于2030—2035到2030年，能源消费的碳排放将达到峰值，峰值的年。通过三种模型的比较，得出：数量将会达到18224.68万t。在中等速度的发展方式下，能源消耗碳排放量在2035年达到峰值，峰1）只有在第二产业比重降低，能源结构优化、值的数量在18826.64万t左右。在高速发展的情技术进步速度快于经济发展，城镇化水平、人口发况下，能源消耗碳排放量在2035年达到峰值，其总展速度快于经济发展，才能达到减排不减发展的量在19548.22万t左右。目的。根据图8可以看出，在低、中、高三种情景模式2）经济增长并不必然引起CO2的快速增长，从下，湖北省碳排放峰值介于1.8亿~1.9亿t。湖北省长远来看，经济增长、城镇化和人口增长都会引起CO2的快速增长，技术进步、产业结构和能源结构是图8三种发展模式下湖北省2021-2045年能源消耗碳排放量预测值22001283年第0180期1481SHSAHNAGNHGAHIAEINEENREGRYGSYASVAINVIGNG上上海海节节能能No.0180202183SSHHAANNGGHHAAIIEENNEERRGGYYSCAOVNINSGERVATION决定CO2的主要因素。就全国和湖北省当前的经2）以低速发展的情况下，湖北省能源消耗碳排济状况而言，要想取得较快的发展，还存在着很大放量的峰值将会在2030年出现，峰值的数量将会的难度，但可以采取一些措施，如调整能源消费和达到18224.68万t。在中等速度的发展方式下，湖产业结构等，来抑制CO2的增加。北省能源消耗碳排放量在2035年达到峰值，峰值的数量在18826.64万t左右。在高速发展的情况3结论下，湖北省能源消耗碳排放量在2035年达到峰值，其总量在19548.22万t左右。本文拟在收集和梳理湖北省人口、经济、能源和产业等相关资料的基础上，利用碳排放系数法和参考文献STIRPAT模型，分析湖北省能源消费碳排放现状，对湖北省能源消耗碳排放的主要影响因素进行了［1］杨冕,谢泽宇,徐飞.区域梯次有序碳达峰下我国省际碳转移研究［J］.分析，并确定了能源消耗碳高峰的幅值及出现时系统工程理论与实践,2023,43(7):1-23.间，为湖北省能源消费碳高峰的调控对策提供参考数据。本文的主要结论如下：［2］秦旭阳,吴丽丽.湖北省碳排放现状深度解析及减碳途径研究［J］.工业安全与环保,2021,47(S1):53-57+74.1）分析了湖北省能源消费碳排放量与各影响因素之间的关系，在此基础上，确定人口数量，城市［3］易欣,牛君.发展方式、产业结构对区域碳排放的影响分析——以湖化水平，第二产业比重，人均国内生产总值，能源强北省为例［J］.湖北经济学院学报,2022,20(2):90-102.度等影响碳排放量的五个主要因素。利用STIR-PAT模型，建立了湖北省能源消费碳排放量的稳定［4］严道波,杨东俊,方仍存,等“.双碳”目标下湖北省工业转型升级探究性预测模型，并分析了各个因子对碳排放变化趋势［J］.科技创业月刊,2022,35(3):58-62.的影响。研究发现，除能源强度为负值外，其他四项因素均为正值，与实际情况相吻合。［5］Ehrlich.P.R,Ehrlich.A.H.Popilation,Resources,Environment:IssuesinHumanEcology［M］.SanFrancisco:Freeman,1970.［6］国家统计局能源统计司.中国能源统计年鉴［M］.中国统计出版社.［7］湖北统计局.湖北统计年鉴［J］.［8］范登龙,黄毅祥,蒲勇健,等.重庆市化石能源消耗的CO2排放及其峰值测算研究［J］.西南大学学报（自然科学版）,2017,39(6):8.1482节能论坛ENERGYSAVINGFORUM