《基于STIRPAT模型的山西省碳排放影響因素實(shí)證研究》9800字

Ⅲ山西省經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展與碳排放現(xiàn)狀3.1山西省經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展現(xiàn)狀2021年，山西省經(jīng)濟(jì)總量邁上新臺(tái)階，能源生產(chǎn)保障有力，服務(wù)業(yè)規(guī)模實(shí)現(xiàn)突破，三大需求明顯恢復(fù)，發(fā)展質(zhì)效全面改善，民生福祉穩(wěn)步增進(jìn)，全方位推動(dòng)高質(zhì)量發(fā)展。根據(jù)地區(qū)生產(chǎn)總值統(tǒng)一核算結(jié)果，繼2011年首次突破1萬(wàn)億元大關(guān)后，2021年首次邁上“兩萬(wàn)億”新臺(tái)階，全年全省地區(qū)生產(chǎn)總值為22590.16億元，；按不變價(jià)格計(jì)算，比上年增長(zhǎng)9.1%，兩年平均增長(zhǎng)6.3%。其中，第一產(chǎn)業(yè)增加值為1286.87億元，增長(zhǎng)8.1%；第二產(chǎn)業(yè)增加值為11213.13億元，增長(zhǎng)10.2%；第三產(chǎn)業(yè)增加值為10090.16億元，增長(zhǎng)8.3%。全省人均GDP繼2020年突破5萬(wàn)元后，2021年將邁上6萬(wàn)元新臺(tái)階，達(dá)到1萬(wàn)美元。2021年，全省加大生產(chǎn)力度，煤炭、電力、煤成氣持續(xù)安全穩(wěn)定供應(yīng)。全年全省發(fā)電量3734.4億千瓦時(shí)，增長(zhǎng)8.9%；外送電量1234.7億千瓦時(shí)，增長(zhǎng)17.2%；煤成氣產(chǎn)量94.1億立方米，增長(zhǎng)15.6%；原煤產(chǎn)量11.9億噸，增長(zhǎng)10.5%；煤、電、氣產(chǎn)量均創(chuàng)歷史新高。總的來(lái)看，2021年全省經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定恢復(fù)，同時(shí)也要看到，當(dāng)前外部環(huán)境更趨復(fù)雜嚴(yán)峻，疫情的沖擊給經(jīng)濟(jì)帶來(lái)不穩(wěn)定因素，仍然是個(gè)問(wèn)題，而我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展所面臨的需求收縮、供給沖擊、預(yù)期轉(zhuǎn)弱三重壓力，“雙碳”“雙控”剛性約束加大，諸多因素交織疊加，使得今年工作的艱巨性和復(fù)雜性日益增加。3.2山西省碳排放現(xiàn)狀山西省以煤炭為主要能源，本文采用碳排放系數(shù)法，通過(guò)IPCC核算框架對(duì)化石能源消耗產(chǎn)生的二氧化碳進(jìn)行計(jì)算，相關(guān)系數(shù)如表1所示。I表SEQ表\*ARABIC1能源標(biāo)準(zhǔn)煤換算系數(shù)和碳排放系數(shù)能源標(biāo)準(zhǔn)煤換算系數(shù)（kg標(biāo)準(zhǔn)煤/kg）碳排放系數(shù)（t碳/t標(biāo)準(zhǔn)煤）煤炭0.71430.7559焦炭0.97140.8550汽油1.47140.5538煤油1.45710.5714柴油1.47140.5921燃料油1.42860.6185天然氣1.33000.4483經(jīng)碳排放系數(shù)法測(cè)算得出2000年-2020年山西省能源碳排放量變化趨勢(shì)，如圖1所示，從圖1變化趨勢(shì)可以看出，從2000年以來(lái)，山西省的能源碳排放總體呈上升趨勢(shì)，2017年，能源碳排放增速達(dá)到17.32%的最高值。在這20年中，增長(zhǎng)率偶爾為負(fù)值。2019年，山西省能源碳排放量達(dá)到30545.07萬(wàn)噸最高值。圖SEQ圖\*ARABIC1山西省能源碳排放量4山西省碳排放影響因素影響機(jī)理4.1人口因素指標(biāo)人口的增長(zhǎng)會(huì)帶來(lái)更多的需求，無(wú)論是衣食住行等方面都會(huì)增加，這些需求需要產(chǎn)生更多的能源消費(fèi)才能滿足，所以必然會(huì)引起碳排放量的增加。故選擇總?cè)丝谧鳛橛绊懮轿魇√寂欧诺娜丝谝蛩刂笜?biāo)之一；其次，隨著城鎮(zhèn)化的提高，城市規(guī)模的與人口規(guī)模都不斷擴(kuò)大，經(jīng)濟(jì)活動(dòng)總量增加，相應(yīng)地，工業(yè)化水平也不斷提高，人類生產(chǎn)生活以及工業(yè)發(fā)展使得整體的能源消耗增加，相應(yīng)地，碳排放量也隨之增加。故選擇城鎮(zhèn)化率作為人口因素指標(biāo)之一。4.2經(jīng)濟(jì)發(fā)展指標(biāo)人均GDP反映了人們的生活水平，生活水平的提高會(huì)引起相應(yīng)消費(fèi)程度的增加，以致于會(huì)引起更多的能源消費(fèi)，所以選用人均GDP來(lái)反映經(jīng)濟(jì)發(fā)展指標(biāo)。4.3技術(shù)指標(biāo)碳排放量與實(shí)際GDP比值得出碳排放強(qiáng)度，它可以體現(xiàn)出能源和經(jīng)濟(jì)表現(xiàn)，同時(shí)，碳排放強(qiáng)度可以通過(guò)技術(shù)手段進(jìn)行降低，故選取碳排放排放強(qiáng)度作為技術(shù)指標(biāo)之一；能源強(qiáng)度是指化石能源消耗量和GDP比值，能源強(qiáng)度與能源的利用效率呈正相關(guān)關(guān)系，而且節(jié)能技術(shù)的改進(jìn)會(huì)提升能源效率，從而提高能源強(qiáng)度。故選取能源強(qiáng)度作為技術(shù)指標(biāo)之一。4.4結(jié)構(gòu)指標(biāo)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)通過(guò)第二產(chǎn)業(yè)增加值與GDP的比值進(jìn)行評(píng)估，在產(chǎn)業(yè)劃分的分類下，我們不可否認(rèn)的是第二產(chǎn)業(yè)相較于第一和第三產(chǎn)業(yè)，能源消耗量和碳排放量都比較高，而且在山西省第二產(chǎn)業(yè)比重大的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)下，需要將其作為結(jié)構(gòu)指標(biāo)加以分析；除此之外，山西省作為煤炭大省，能源結(jié)構(gòu)單一，主要以煤炭為主，而煤炭因?yàn)槠渥陨硇再|(zhì)導(dǎo)致燃燒同等熱量的煤炭比燃燒石油、天然氣等化石能源，排放更多的二氧化碳，因此選擇能源結(jié)構(gòu)作為結(jié)構(gòu)指標(biāo)分析對(duì)碳排放的影響。綜上所述，影響山西省碳排放的各個(gè)因素相互關(guān)聯(lián)，具體影響機(jī)理如圖2所示。城市規(guī)模城鎮(zhèn)化城市規(guī)模城鎮(zhèn)化經(jīng)濟(jì)發(fā)展人均GDP能源需求能源消費(fèi)能源消費(fèi)能源強(qiáng)度碳排放強(qiáng)度碳排放技術(shù)進(jìn)步產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)改變能源結(jié)構(gòu)調(diào)整消費(fèi)方式轉(zhuǎn)變產(chǎn)業(yè)發(fā)展總?cè)丝诠I(yè)化水平提高圖SEQ圖\*ARABIC2碳排放影響因素影響機(jī)理生活水平技術(shù)進(jìn)步能源利用效率提高

5山西省碳排放影響因素實(shí)證分析5.1構(gòu)建STIRPAT模型5.1.1研究方法傳統(tǒng)STIRPAT模型如下：I=aI：環(huán)境壓力；a：模型系數(shù)；b、c、d分別表示人口、財(cái)富和技術(shù)的彈性系數(shù)；P：人口因素；A：財(cái)富因素；T：技術(shù)水平；u表示誤差項(xiàng)。由于山西省第三產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)水平低、化石能源產(chǎn)業(yè)比重高，所以我省能源碳排放與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和能源結(jié)構(gòu)等因素息息相關(guān)。因此我們?cè)趥鹘y(tǒng)模型的基礎(chǔ)上引入結(jié)構(gòu)因素S，擴(kuò)展后的STIRPAT模型為：I=a然后對(duì)公式兩邊取自然對(duì)數(shù)，得到如下方程：lnI=ln5.1.2自變量的選擇為了盡可能避免忽略重要的影響因素，我選取了可取及可用數(shù)據(jù)與山西的實(shí)際情況進(jìn)行結(jié)合，并引入現(xiàn)有研究中的變量，最終選用了七個(gè)影響指標(biāo)將其納入模型進(jìn)行篩選。城鎮(zhèn)化率體現(xiàn)人口結(jié)構(gòu)，總?cè)丝隗w現(xiàn)人口規(guī)模，所以選擇這兩個(gè)指標(biāo)作為人口因素指標(biāo)；用人均GDP來(lái)表示經(jīng)濟(jì)發(fā)展因素指標(biāo)；技術(shù)指標(biāo)通過(guò)碳排放強(qiáng)度和能源強(qiáng)度來(lái)體現(xiàn)；結(jié)構(gòu)指標(biāo)用產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和能源結(jié)構(gòu)來(lái)體現(xiàn)。具體選用的七個(gè)影響指標(biāo)見(jiàn)表2。5.1.3數(shù)據(jù)來(lái)源由2000-2020年山西省統(tǒng)計(jì)年鑒中的數(shù)據(jù)得出總?cè)丝?、城?zhèn)化率、人均GDP和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)；碳排放量的核算本文運(yùn)用碳排放系數(shù)法，該方法通過(guò)計(jì)算化石能源消耗所產(chǎn)生的二氧化碳來(lái)表示能源碳排放量，而化石燃料消耗量由整理國(guó)家統(tǒng)計(jì)局中2000-2020年地區(qū)數(shù)據(jù)中山西省主要能源產(chǎn)品消費(fèi)量得出；由山西省碳排放量與實(shí)際GDP比值得出碳排放強(qiáng)度數(shù)據(jù)；能源強(qiáng)度是由山西省化石能源消耗量和GDP比值算出；通過(guò)煤炭消耗量與一次能源總消耗量的比值計(jì)算出能源結(jié)構(gòu)。表SEQ表\*ARABIC2模型變量影響因素能源碳排放量I總?cè)丝赑城鎮(zhèn)化率P人均GDPA能源強(qiáng)度EI碳排放強(qiáng)度T產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)IS能源結(jié)構(gòu)ES定義化石能源消耗產(chǎn)生的碳排放量年末常住人口城鎮(zhèn)人口GDP化石能源碳排放量第二產(chǎn)業(yè)煤炭逐步回歸法的回歸檢驗(yàn)P值-0.000剔除0.000剔除0.000剔除剔除進(jìn)入回歸法的回歸檢驗(yàn)P值-0.0000.3970.0000.000-0.9600.002根據(jù)產(chǎn)出結(jié)果，我們得出總?cè)丝?、人均GDP、能源強(qiáng)度和能源結(jié)構(gòu)四個(gè)變量對(duì)碳排放量的影響效果明顯，所以將這四個(gè)因素作為自變量納入方程，對(duì)應(yīng)于STIRPAT擴(kuò)展模型中的人口、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和結(jié)構(gòu)四個(gè)因素。5.2結(jié)果分析5.2.1STIRPAT模型普通最小二乘估計(jì)回歸擬合分析將數(shù)據(jù)通過(guò)SPSS25完成多元線性回歸分析，最終結(jié)果如表3所示。從結(jié)果可得，總?cè)丝诤腿司鵊DP的最大方差膨脹因子VIF值大于10，我們都知道的是，方差膨脹因子可以用來(lái)判斷特征之間的多重共線性問(wèn)題，所以從結(jié)果數(shù)據(jù)可知，說(shuō)明他們存在嚴(yán)重的近似多重共線性問(wèn)題。所以用普通最小二乘結(jié)果是不合理的，我們得消除變量間多重共線性的影響，以此得到可靠的擬合結(jié)果。表SEQ表\*ARABIC3普通最小二乘法回歸分析模型未標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)Betat顯著性共線性統(tǒng)計(jì)B標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤容差VIF常量-9.3260.362-24.8930.000ln1.0390.0450.15721.6310.0000.02146.361ln1.0010.021.389104.5620.0000.005155.593ln1.0380.0040.621191.4230.0000.1218.941ln-0.0690.0210.005-3.8730.0020.4252.3875.2.2嶺回歸參數(shù)估計(jì)嶺回歸放棄了無(wú)偏性，所以對(duì)數(shù)據(jù)的擬合要強(qiáng)于最小二乘法，是更為可靠的回歸方法，所以它實(shí)質(zhì)上是一種改良的最小二乘法，所以我選用嶺回歸對(duì)各個(gè)影響因素做回歸分析。因?yàn)镾PSS25需要編寫(xiě)程序才能進(jìn)行嶺回歸分析，所以編寫(xiě)嶺回歸的程序如下：INCLUDE'E:\Samples\SimplifiedChinese\Ridgeregression'.RIDGEREGENTER=總?cè)丝谌司鵊DP能源強(qiáng)度能源結(jié)構(gòu)/dep=能源碳排放量/start=0/inc=0.01/stop=1/k=999.將自變量設(shè)置為總?cè)丝?、人均GDP、能源強(qiáng)度和能源結(jié)構(gòu)，將因變量設(shè)置為能源碳排放量，將嶺回歸系數(shù)K對(duì)應(yīng)的參數(shù)值設(shè)置在（0,1）區(qū)間內(nèi)，將步長(zhǎng)設(shè)置為0.01，運(yùn)行得到了如下圖所示嶺跡圖、R2隨圖SEQ圖\*ARABIC3嶺跡圖圖SEQ圖\*ARABIC4R^2隨K值變化趨勢(shì)圖根據(jù)嶺跡圖的變化趨勢(shì)，我們得出當(dāng)K=0.2時(shí)，系數(shù)逐漸趨于穩(wěn)定，R2表SEQ表\*ARABIC4K=0.2時(shí)嶺回歸結(jié)果變量BSE(B)Beta.stdtSigConstant-16.373.9430-4.1520.000000484ln2.1270.350.3226.0770.000000072ln0.3720.0420.528.8170.000000003ln0.0540.1160.0320.4680.000000040ln1.1720.7820.1051.4990.00000255由表4可知自變量嶺回歸t檢驗(yàn)的P值均小于0.01，說(shuō)明這些自變量嶺回歸系數(shù)均在1%的顯著水平上通過(guò)檢驗(yàn)。因此擬合得到如下嶺回歸方程：ln從方程中的系數(shù)我們可以看出，影響山西省能源碳排放量的最顯著因素是總?cè)丝冢浯问悄茉唇Y(jié)構(gòu)因素。接下來(lái)利用嶺回歸方程對(duì)山西省的歷史能源排放進(jìn)行模擬，如圖4所示，然后將模擬值與歷史值進(jìn)行回歸的結(jié)果顯示，R圖SEQ圖\*ARABIC5山西省碳排放量歷史值與模擬值對(duì)比

6山西省碳排放峰值預(yù)測(cè)6.1情景設(shè)置情景分析法是目前研究碳排放峰值最常用的一種定性預(yù)測(cè)方法，本文以山西省2000年至2020年的歷史數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，計(jì)算出各種影響因素的變化率，并結(jié)合山西省實(shí)際經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況和政策要求來(lái)設(shè)置情景模式，假設(shè)選取的四個(gè)變量因素都存在高、中、低三種模式，并結(jié)合山西省實(shí)際發(fā)展情況，設(shè)置了綠色發(fā)展情景、基準(zhǔn)情景、粗放情景、環(huán)保情景、低碳情景、能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化情景、節(jié)能情景、無(wú)序情景八種情景，分別分析八種情景下的碳排放，以此來(lái)預(yù)測(cè)山西省碳達(dá)峰的時(shí)間及峰值。設(shè)置的八種情景如表5所示。表SEQ表\*ARABIC5情景設(shè)置情景具體設(shè)置PAEIES綠色發(fā)展情景低低中中基準(zhǔn)情景中中中中粗放情景高高高高環(huán)保情景高高低低低碳情景中中低低能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化情景中中中低節(jié)能情景低中低中無(wú)序情景高中低高表SEQ表\*ARABIC6不同情景模式參數(shù)設(shè)置變量情景模式變化率/%2021-2025年2026-2030年2031-2035年2036-2040年2041-2050年總?cè)丝诘?.550.50.450.40.35中0.60.550.50.450.4高0.650.60.550.50.45人均GDP低65.554.53.5中6.255.755.254.754高6.565.554.5能源強(qiáng)度低-4.5-4.3-4.1-4-3.75中-4.2-4-3.8-3.6-3.5高-4-3.8-3.6-3.5-3.25能源結(jié)構(gòu)低-2.8-2.6-2.4-2.2-2中-2.5-2.3-2.1-2-1.8高-2.3-2.15-2-1.8-1.76.2趨勢(shì)分析基于上文得出的STIRPAT擴(kuò)展模型以及不同情景模式的參數(shù)設(shè)置，計(jì)算出在八種情景下，2021-2050年山西省能源碳排放的預(yù)測(cè)，根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果做出如圖5所示。圖SEQ圖\*ARABIC62021-2050年山西省能源碳排放預(yù)測(cè)表SEQ表\*ARABIC7各種情景模式下碳排放量預(yù)測(cè)結(jié)果情景峰值時(shí)間峰值量/萬(wàn)t綠色發(fā)展2035年67932.26基準(zhǔn)2040年70341.81粗放--環(huán)保--低碳2021年66841.90能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化2021年66853.22節(jié)能2035年68661.12無(wú)序--由預(yù)測(cè)結(jié)果可知，在綠色發(fā)展情景下，山西省能源碳排放將于2035年到達(dá)峰值，峰值量為67932.26萬(wàn)噸；在基準(zhǔn)情景下，峰值將于2040年到達(dá)，為70341.81萬(wàn)噸；在低碳和能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化情景下，峰值均于2021年到達(dá)，峰值量分別為66841.9萬(wàn)噸及66853.22萬(wàn)噸；在其他情景模擬下，直至2050年均未出現(xiàn)峰值。經(jīng)過(guò)以上數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)及結(jié)果分析，能源結(jié)構(gòu)的改變對(duì)山西省能源碳排放達(dá)峰時(shí)間及峰值量影響最大。在基準(zhǔn)情景和能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化情景的對(duì)比下，能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化情景中只優(yōu)化了能源結(jié)構(gòu)，但峰值出現(xiàn)時(shí)間提早且峰值量降低；在低碳情景下，峰值是最早達(dá)到且峰值額為最低水平，說(shuō)明低能源結(jié)構(gòu)對(duì)降低山西省的能源碳排放有顯著作用。但處于綠色發(fā)展和節(jié)能這兩種情景模式下時(shí)，當(dāng)能源結(jié)構(gòu)仍處于中等模式，其他因素仍處于中低模式時(shí)，也會(huì)在2050年前迎來(lái)碳達(dá)峰，但峰值時(shí)間會(huì)推遲，峰值量也會(huì)增加。所以綜上所述，能源結(jié)構(gòu)對(duì)山西省能源碳排放具有顯著影響，所以山西應(yīng)重點(diǎn)降低能源結(jié)構(gòu)，早日實(shí)現(xiàn)30、60目標(biāo)。7結(jié)論及政策建議7.1研究結(jié)論本文根據(jù)碳排放系數(shù)法計(jì)算了山西省2000年至2020年化石能源碳排放量,并用STIRPAT模型和嶺回歸分析得出碳排放量的影響因素及其關(guān)系，最后通過(guò)模型及情景分析法預(yù)測(cè)出2021-2050年不同發(fā)展情景下山西省碳排放峰值，得出以下結(jié)論：自2000年以來(lái)，山西省的能源碳排放總體呈上升趨勢(shì)。2011年之后山西省能源碳排放增長(zhǎng)速度放緩，但2017年，能源碳排放增速達(dá)到17.32%的最高值。在這20年中，增長(zhǎng)率偶爾為負(fù)值。2019年，山西省能源碳排放量達(dá)到30545.07萬(wàn)噸最高值。各要素對(duì)碳排放的影響程度不同。影響程度按大小依次如下：總?cè)丝诘挠绊懗潭茸罡?，其次是能源結(jié)構(gòu)，然后是人均