2022.04NO.537107行业动态INDUSTRYDYNAMICS基于STIRPAT模型的山西省碳达峰路径的统计分析文/金艳玲尹晓丽韩静杜秋霞山西省是能源大省，二氧化碳排放量居高不下。为助力实现2030年碳达峰目标，并促进山西经济全面低碳转型，本文采用STIRPAT模型，利用统计方法，对山西省碳达峰的路径及峰值进行了预测。结果显示山西省二氧化碳排放量在严格的管控背景下，可以在2030年前实现碳达峰目标。山西省作为能源大省，能源结构偏煤、产业结构偏重。经济“一煤独大”，发展方式粗放，“碳达峰、碳中和”目标为山西经济社会高质量发展提供了方向指引，将促进经济社会发展全面低碳转型，既是推进疫后经济绿色复苏、形成绿色经济新动能的客观需要，也是缓解资源环境约束、建设生态文明和美丽中国的重要路径，更是助力发展方式深刻变革，促进能源结构、经济结构转型升级的战略选择。在此背景下，探讨地区及全国的碳达峰路径就尤其重要。大量的经济学和数学方法应用于预测发展中国家未来的二氧化碳排放量。碳排放预测的研究方法有IPAT模型、Kaya恒等式、STIRPAT模型、LEAP模型等。从国家全局出发，针对碳达峰时间和峰值进行了预测，并给出了节能减排、产业结构调整的重要意见。围绕区域共性特点，探讨了如北京地区、东北地区、中部地区为代表的各区域内碳排放影响因素分析与碳达峰情况进行预测。基于IPAT模型，讨论了山西碳排放量的峰值。讨论了山西碳排放量的影响因素。本文以STIRPAT模型为基础，结合必要的情景模式，利用统计方法，对在对二氧化碳排放量的研究中，最广泛使用的是STIRPAT模型。并在其基础上将技术指标分解为多种影响因素，用环境影响程度来描述碳排放量。本文以此为依据，将技术指标分解为（T1）能源结构、（T2）能源强度、（T3）碳排放强度三项指标，用C来代表二氧化碳排放量，构建了影响山西省碳排放量的STIRPAT方程1：对上式两边取对数，得到等式2：式中的系数321λλλβα、、、、为各指标的弹性系数。能源结构,为Em煤炭消耗量，E能源消耗总量；能源强度,G为GDP总量；碳排放强度回归分析首先，收集模型使用数据，使用《2006年IPCC国家温室气体清单指南》核算近十年的山西省二氧化碳排放量。其次，利用数据对等式2进行回归分析。由经验可知，当模型中选取变量过多时，变量之间很可能存在多重共线性问题，这样直接进行回归会对分析结果造成偏差。为了消除变量间的多重共线性问题，文章采用了PLS回归分析法。第一步，利用偏相关分析的理论方法，讨论多变量间的内在线性问题，发现变量间的确存在严重的多重共线性。第二步，为了消除多重共线性问题，文章采用主成分分析法对模型中的人口、人均GDP、能源结构、能源强度和碳排放强度五项指标进行降维处理，并得到三个主成分FA1、FA2、FA3，结果如表1、2。从分析结果可见，前三个成分方差贡献率为99.791%，能够解释原始数据。山西省碳达峰时间和峰值进行讨论。数据来源对问题的研究中，本文采用了与大部分学者相同的方法，将区域能源消费总量的二氧化碳排放量，作为实际碳排放量。对往年二氧化碳排放量的核算采用《2006年IPCC国家温室气体清单指南》中的方法，其中涉及到的各种能源消耗量数据来自《山西统计年鉴》，并使用了终端能源消耗量数据；各能源的二氧化碳排放系数采用了《综合能耗计算通则》。其他指标数据均来自《山西统计年鉴》。模型构建与实证分析模型构建在环境方面的定量分析中，最早出现的是IPAT模型，但该模型存在一定的缺陷，考虑的影响因素过于单一。为了克服IPAT模型的局限性，STIRPAT（StochasticImpactsbyRegessiononPopulation,Afβuence,andTechnology）它是从IPAT模型改进的一种随机模型，用来描述环境压力与人口规模、人均富裕程度以及技术指标之间的关系。传统的STIRPAT模型方程为eTAPaIγβα⋅⋅⋅=式子中，I为环境影响程度，a为模型系数，P代表人口数量，A代表人均富裕程度，常用人均GDP表示，T代表技术指标，e为模型误差。该模型有很好的扩展延伸性。EETm=1GET=2ECT=3eTTTAPaC⋅⋅⋅⋅⋅⋅=321321λλλβα本栏目由《中国民族博览》杂志协办2022.04NO.537108BUSINESSCULTURE商业文化成份初始特征值提取平方和载入旋转平方和载入合计方差的%累积%合计方差的%累积%合计方差的%累积%14.78795.73195.7314.78795.73195.7312.30146.02446.0242.1462.92198.652.1462.92198.6521.82736.53882.5623.0571.13999.791.0571.13999.791.86117.22999.7914.008.16899.9605.002.040100.000表1：解释的总方差成份123lnP.001.009-.116LnA-1.538.5166.710LnT1-1.0191.987-3.751LnT2.231-.3742.803LnT3-.009-.3507.304提取方法:主成份。旋转法:具有Kaiser标准化的正交旋转法。a.系数已被标准化。表2：成份得分系数矩阵a模型非标准化系数标准系数tSig.B标准误差试用版1(常量)8.597.12170.978.000FA1.092.005.62617.410.000FA2.286.012.86523.268.000FA3.113.007.51215.530.000a.因变量:LnC表3：主成分系数a由主成分得分系数矩阵，得到三个主成分与原变量之间的关系式：FA1=0.001lnP-1.538lnA-1.019lnT1+0.231lnT2-0.009lnT3FA2=0.009lnP-1.516lnA-1.987lnT1+0.374lnT2-0.350lnT3FA3=0.116lnP-6.710lnA-3.75lnT1+2.803lnT2-7.304lnT3第三步，由模型系数关系，获得lnC与主成分FA1、FA2、FA3的回归方程：2021-2025人口增长率人均GDP增长率能源结构下降率能源强度下降率碳排放强度下降率低速0.366.72.73.23.5中速0.477.03.03.53.9高速0.507.33.53.85.0表4：2021-2025年模型参数2026-2030人口增长率人均GDP增长率能源结构下降率能源强度下降率碳排放强度下降率低速0.24.53.72.53.0中速0.355.84.02.73.5高速0.385.04.53.54.0表5：2026-2030年模型参数2030-2035人口增长率人均GDP增长率能源结构下降率能源强度下降率碳排放强度下降率低速0.253.02.52.02.0中速0.303.53.02.52.5高速0.354.03.53.03.0表6：2030-2035年模型参数2022.04NO.537109行业动态INDUSTRYDYNAMICSlnC=8.59+0.092FA1+0.286FA2+0.113FA3（表3）通过利用模型对已有数据进行预测，得到模型的预测相对误差均在合理范围内。因此本文利用该回归方程对未来的山西碳排放量进行预测。情景模式与参数设定情景模式预测法是目前对碳排放量进行预测的最广泛的分析方法。在节能减排的经济发展政策下，结合已有资料，本文将设定三种情景，即低速情景、中速情景和高速情景对山西省碳排放情况进行预测。低速情景是以现有的碳排放数据为基础，结合“十四五”规划目标设定各时间段内人口增长率、人均GDP增速、能源结构、能源强度和碳排放强度的指标。中速情景则是在基准情景基础上，进一步提高政策约束力，将各指标的设定更加严格，但该模式是一种加大政策执行力即可达到的经济发展与碳排放量状态。高速情景是全面开展低碳建设，反映了通过自我约束与加强技术创新打力改善能源结构能源强度与碳排放强度的基础上来实现碳排放量的降低。（表4、5、6）山西省人口指标从现有数据年增长率以现有的0.47%增长率作为2021-2025年的中速，文献研究预测中国人口最早于2026年达峰，考虑放宽生育政策，结合预测，2026-2035年的增长速度会相应降低，并参考已有研究成果设置数据；《山西省国民经济和社会发展2.山西省各指标以低、中速水平发展，将无法实现2030年碳达峰目标。全部以高速水平发展，则可以提前实现碳达峰。但均以中速发展时2030以后碳排放量增量很小。3.若人均GDP以低速水平发展，其他指标不同时以低速发展，均可提前在2025左右实现碳达峰；若人均GDP以中速增长，则要使能源结构、能源强度和碳排放强度指标以中速以上的发展，可保证在2030年实现碳达峰目标，若人均GDP以高速水平发展，需要控制能源结构、能源强度和碳排放强度中至少两项高速发展，即快速下降，才能实现达峰目标。达峰时间为2052-2030之间。4.在人均GDP高速发展过程中，能源结构、能源强度和碳排放强度指标的调节为实现碳达峰目标起着很重要的作用。所以，在保证经济发展的同时加大力度调整煤炭所占比重，使用清洁能源替代煤炭势在必行。[本文系基金项目：山西省社会科学院2021年度一般项目（YWYB202117）的研究成果。]（山西工程科技职业大学基础课教学部）参考文献：[1]胡鞍钢.中国实现2030年前碳达峰目标及主要途径[J].北京工业大学学报（社会科学版）2021，21（3）：1-15.[2]程云鹤，董洪光，耿纪超等，中部地区崛起的能源需求及碳达峰路径研究[J].中国工程科学，2021,21（1）:68-79.[3]吴青龙，王建明，郭丕斌.开放STIRPAT模型的区域碳排放峰值研究——以能源生产区域山西省为例[J].资源科学，2018,40（5）：1051-1062.[4]朱宇恩，李丽芬，贺思思，李华，王云.基于IPAT模型和情景分析法的山西省碳排放峰值年预测[J].资源科学，2016，38（12）：2316-2325.图1：不同情景下碳排放量十四五规划和2035年远景目标纲要》中对人均GDP水平设立目标，即再经过十五年的努力使人均地区生产总值达到2万美元，“十三五”规划完成情况可见，能源强度累计下降15.3%，碳排放强度累计下降18%，计算获得年平均下降速度分别为3.5%和3.9%。结合近十年的统计数据的各指标中位数、最大值、最小值进行参考并考虑2021年煤炭对电力供应及冬季供暖的影响及山西省的最新煤炭供应政策设置相应数值。碳排放峰值预测在各指标的三种情景下，本文将组合出多种路径，利用R语言编程得到每条路径的二氧化碳排放量情况，从结果可以看到，山西省在现有的发展政策与条件下，2030年以前可以实现碳达峰目标。下图给出了各指标全部高速增长、GDP中速增长和GDP低速增长时有峰值的一种情况下二氧化碳排放量图１。结论与建议本文以山西省为例，考虑人口数量、人均GDP、能源结构、能源强度和碳排放强度五个指标建立STIRPAT模型，并结合情景分析，利用统计方法对山西省2021-2035年的碳排放量进行预测。得到以下结论。1.人口数量指标对目标的实现路径每由太大影响。但人均GDP年增长率对达峰时间和峰值都是很重要的指标。