山西省实现碳达峰碳中和路径研究

董慧君，关海玲，赫 煜

（1.山西晋中理工学院 经济与管理学院，山西 晋中 030600；2.太原科技大学 经济与管理学院，山西 太原 030000）

一、引言

随着具有全球性影响的环境问题日益突出，人类福祉及地球健康遭到严重威胁。其中，已给自然界造成广泛损害的气候变化问题，正逐渐演变为政治问题。据世界气象组织公布，2022 年全球平均气温比1850—1900 年的平均水平高1.15℃。全球变暖加重了地球气候的多变性，“几十年一遇”乃至“百年一遇”的极端化气候事件愈来愈普遍。为应对这一难题，《巴黎协定》明确到21 世纪末将全球均值提温力度争取控制在1.5℃。习近平总书记也提出，中国将提升国家独立奉献幅度，积极承担大国责任，将“碳达峰、碳中和”逐步纳入生态文明建设的整体布局中去。

“双碳”总体目标是国家对国际社会做出的郑重承诺，也吹响了我国经济绿色低碳转型的号角。全国各地积极配合国家碳达峰、碳中和相关工作，制定实际行动方案。“十四五”阶段是山西“转型发展出雏型”“美丽山西”建设的关键时期、“碳达峰碳中和”的潜伏期。《山西省国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035 年远景目标纲要》（以下简称《纲要》）中指出，山西省要积极参与全球环境治理，以社会化制度和财政政策工具减少碳排放抗压强度，制定执行2030 年前碳达峰、2060 年前碳中和行动计划，为实现碳达峰碳中和贡献山西行动。

本文运用《山西统计年鉴》、第七次人口普查数据、“十四五”总体规划等材料，对山西省近年的经济发展概况、能源耗费情况及碳排放状况展开分析，同时结合有关专家的研究成效，明确山西省碳排放的重要因素，对其碳达峰碳中和技术性路径进行分析。本文的研究意义在于：（1）基于STIRPAT 模型研究山西省碳达峰碳中和可行性路径，给全国各地提供节能减排路径参照，改进碳排放资源配置效率，助力气候分区整治；（2）紧紧围绕山西省发展现状，对其碳达峰碳中和技术路线图进行深入研究，以期为其他省市实现“双碳”目标提供参考，这对山西省乃至全国都具有一定实际意义。

二、文献综述

碳达峰是指二氧化碳排放量达到峰值。碳中和也称“CO2净零排放”，是指在一定时间内个人、企业或团体直接或间接产生的温室气体排放总量，后经节能减排、植树造林等方式抵消掉，从而实现CO2的“零排放”。为推动碳中和顺利进行，发达国家聚焦“零碳能源体系构建”“低碳产业转型”和“生态固碳增汇和碳捕集、利用与封存（CCUS）”3 个维度[1]。国外部分学者认为可大力发展可再生能源，推动能源消费系统终端电气化转型升级，最大限度地提高能效，使能源消耗降至2005 年的一半。目前负排放技术主要包括发展农林业碳汇和碳捕集、利用与封存技术（CCUS）两大类[2]。

鲁博文等（2021）[3]认为要想实现碳达峰、碳中和目标，就必须大力发展碳捕集、利用与封存技术。陈海生等（2021）[4]认为储能是未来实现以绿色低碳为核心，以可再生能源为主体的能源革命的关键技术支撑。另外，部分学者认为新能源与可再生能源势必会成为实现碳达峰、碳中和的必然路径选择，氢能、储能、太阳能三个领域最具发展前景[5]。

国内学者亦从不同省份出发研究碳达峰碳中和路径。沈澜和王剑（2021）[6]认为将浙江省碳达峰时间设定在2027—2029 年之间最符合实际，“碳中和”目标实现时间设定在2056—2058 年之间。杨艳艳和邵文瑞（2021）[7]围绕国家双碳战略目标，分别从建筑、工业、交通等领域推动甘肃省绿色发展低碳转型。学者臧宏宽等（2020）[8]认为碳排放未达峰的部分城市需进一步调整能源结构，促进产业结构转型升级。邓小乐和孙慧（2016）[9]预测了西北五省的碳排放量，发现财富与技术对碳达峰峰值的影响较重要。任松彦等（2015）[10]发现建立碳排放权交易机制可支持经济发展与节能减排。吴彤（2021）[11]认为在山东省临沂市工业经济稳定增长的前提下，优化能源结构对减少碳排放量至关重要。

总之，“双碳”目标实现必须将“由上而下”的政策引导和“由下而上”的实践研究相结合，产生有颠覆性的技术保障，因此，科学研究山西省碳达峰碳中和技术方案具有重要的实际意义。

三、研究设计

（一）研究思路

本文从减少碳排放与提升碳吸收两方面入手，剖析碳达峰碳中和路径运行系统中各类因素，找到关键问题，探寻山西省碳达峰碳中和提升路径。最终，明确提出以“减少碳排放”与“提升碳吸收”来推动碳减排，助推完成碳达峰，并且为其他地区提供参考。以下为本文的技术线路图，如图1 所示。

图1 技术线路图

（二）研究相关概念说明

1.城市碳达峰。碳排放峰值指一个经济大国（地域）空气污染物（通常是CO2）的主要年排出值；碳排放达峰是碳排放量在某个时间点达到峰值，是一个动态变化。要密切关注经济结构转型、能源供应转型等，碳排放达峰本质上是完成绿色低碳转型。

2.城市碳中和。碳中和并非零排放，而是在一定时间内，国家、团体、个人直接或者间接产生的CO2或温室气体排放总量，之后通过节能减排、植树造林等途径抵消排放总量，从而实现“碳中和”。

3.可持续发展。随着都市化进程加速，资源环境压力巨大，能源损耗大，经济收益差，资源浪费和环境污染较严重，经济社会陷入恶性循环。可持续发展规定经济发展务必有益于资源的循环利用和生态体系的稳步发展，要走绿色发展道路，兼顾现阶段利益和长久发展。

（三）研究对象选择及数据说明

自2020 年9 月习近平总书记明确提出“双碳”总体目标以来，该理念频繁出现在中央会议和计划当中，由此可见，“碳达峰、碳中和”成为我国未来社会经济发展转型的重要目标。山西省是中国的煤炭大省、能源强省，碳排放量总量大、强度大，且碳排放量问题凸显，执行碳达峰碳中和山西行为亟需贯彻落实。因此，本文以山西省为研究主体，使用山西省2011—2022 年的人口总数、GDP、城镇化率和能源消费量等数据，均来自《山西统计年鉴》《中国能源统计公报》和山西省各市区统计公报。因能源消费量部分数据来源不一致，本文将其换算为基准估计量（以万吨标准煤测算）。

1.人口规模与城市化发展水平。根据《中国统计年鉴》《山西统计年鉴》，分别统计了山西省2011—2022 年间年末常住人口数量及其构成，如表1 所示。

表1 山西省2011—2022 年间年末常住人口数量及构成

根据表1 可知，山西省常住人口呈逐年下降的趋势，这与当地人口外出打工，造成人口外流密不可分。同时可以从表1 中数据观察得知，城镇人口数量逐年增加，占山西省常住人口比率不断升高，而乡村人口数量逐年减少，占山西省常住人口比率不断减少。不难看出，这是由于山西省经济不断发展，城镇化规模不断扩大，部分乡村整体并入城镇或大量乡村人员进城务工，导致山西省本土城镇化率逐年升高，具体如图2 所示。

图2 山西省2011—2022 年间城镇化率

综合来看，山西省自2011 年以来，城镇经济不断健康发展，内外兼顾，向外招商引资，吸引外来优秀人才，对内扩大城镇化规模，城中村、整村迁移等，引入了大量乡村人员，提高了山西省的城镇化率，并加速了城镇化的发展，在现有的基础上，加快了现代化进程。

2.经济发展概况。观察表2 可知，自2005 年实施“中部崛起”战略以来，山西省GDP 逐年上升，人均GDP 也不断提高，人民生活质量得到改善。同时，第二产业占比不断下降，第一产业和第三产业所占GDP比重进一步提高，说明山西省的产业结构不断优化，在推进碳达峰碳中和的战略部署中稳步前进。但自2018—2022 年，第二产业产值比重有所提高，说明山西省受到突发事件影响，第一、第三产业发展受阻，第二产业得到发展。

表2 2011—2022 年山西省地区生产总值

3.山西省能源消费概况。山西省作为我国的能源大省和煤炭大省，碳排放总量大、强度高，且碳排放问题突出，实现“双碳”目标的任务非常艰巨。目前我国的能源消费以煤炭为主，而山西省的“本地煤”消耗结构在短期内难以改变，实现碳达峰碳中和的目标更为艰难。以下根据《中国能源统计年鉴》数据对山西省的7 种能源消费状况（煤炭、煤油、燃料油、焦炭、汽油、柴油、天然气）进行了统计分析。

据表3 所示，自2011 年以来，山西省能源消费总量仍在逐年上升，从总体来看，实现本土碳达峰碳中和严峻形势不容忽视，亟待落实积极行动。但仔细分析，发现天然气等新能源消费逐年扩大，而汽油、柴油等旧能源消费占比逐渐降低，可见山西正逐步落实碳达峰碳中和的战略目标，只是受限于本土煤炭能源限制，进度较为缓慢。

表3 山西省2011—2020 年能源消费状况

（四）STIRPAT 模型构建

1.二氧化碳排放量测算。CO2主要来源为化石燃料的燃烧（约占总排放量的80%以上）。当前关于CO2的测算方法较多，且多以能源类碳源估算方法为主。其中，较为重要的几种碳排放测算方法有：物料平衡法、实测法、模型因素分解法等。《IPCC 国家温室气体排放清单指南》中的碳排放系数法使用最为广泛，本文参考该方法，以一次能源消耗为基础计算出CO2排放量，具体公式如式（1）：

式中：I为CO2排放量，Fi为能源i的碳排放系数，i为一次能源的类型，Oi为能源i的碳氧化率，Ei为能源i的消费量，NCVi为能源i的平均低位发热量，CFi为能源i的转换系数，CCi为能源i的单位热值含碳量。式中的各项能源碳排放系数参考《中国能源统计年鉴》（2004—2020 年）（见表4）。

表4 各类能源碳排放系数

通过查阅2011—2020 年《山西统计年鉴》，结合各类能源二氧化碳排放系数，计算出标煤下原煤、焦炭、原油、煤油、柴油、汽油、燃料油、天然气、电力产生的二氧化碳量。

由图3 可以看出山西省二氧化碳排放量从2011—2013 年缓慢上升，2013—2015 年有所下降，2015—2020 年开始上升。在2011—2020 年二氧化碳排放量整体呈持续增长趋势。

图3 2011—2020 年山西省主要能源二氧化碳排放量

2.STIRPAT 模型构建。根据已有研究，本文选取人口规模、人均GDP、城镇化率、能源结构、产业结构5 个因素作为分析碳排放的影响因素。扩展后碳排放影响因素分析模型如式（2）：

式（2）中，I为二氧化碳排放量，A为人均GDP，IS为产业结构，P为人口规模，U为城镇化率，EI为能源强度，ES为能源结构，ei为模型误差项，lna为常数项，b、c、d、f、g、h分别为各变量对应的弹性系数，具体变量说明如表5 所示。

表5 STIRPAT 模型变量界定

（五）STIRPAT 模型回归结果与分析

运用STIRPAT 模型，对山西省2011—2020 年二氧化碳排放量及相关影响因素进行拟合。同时，为防止各个影响因素之间可能出现的多重共线性问题，利用岭回归对结果进行回归分析，最终，确认模型在K=0.01 时较为稳定，且模型整体拟合度较好。基于此构建山西省碳排放预测模型，详细回归结果如表6 所示，最终模型方程为式（3）：

表6 山西省碳排放预测模型回归拟合结果

从模型方程中可以看出，人均GDP（A）、产业结构（IS）、能源强度（EI）对山西省二氧化碳排放总量产生显著的正向作用，而人口规模（P）则对山西省二氧化碳的排放起抑制作用，同时各因素的弹性系数之间存在一定差异，按照敏感程度从大到小依次是：人口规模（P）、人均GDP（A）、能源强度（EI）、产业结构（IS）。

1.情景设计。为研究不同情景下二氧化碳排放最高值和达峰时间，本文以山西省社会经济发展历史记录和发展趋向为载体，根据碳排放量分析模型，对未来山西省人口规模、人均GDP、产业结构及其能源强度等4 要素的变化率设置了慢速度、中等速度、迅速三种情景，参照山西省“十四五”整体规划，以5 年为周期时间对不同情景的变化率做出调整设置，充分考虑山西省经济发展现状等状况，实际设置如下：

人口规模（P）的情景设置：2011—2020 年山西省常住人口总数逐渐降低，但比照2011—2015 年与2016—2020 年均值减少率呈降低趋势，表明随着社会经济发展与国家新政策实施，山西省人口规模将逐渐增加。国务院发布的《我国人口建设规划》预测分析，到2030 年我国人口有望突破最高值，以后人口增速可能趋向迟缓。结合实际情况，本文将山西省2023—2040 年人口增长率中等速度设为1.00%，在2030年后逐渐变缓。

人均GDP（A）的情景设置：山西省生产总值由2015 年的11 836.39 亿元提高到2020 年的17 651.93亿元人民币，人均生产总值从33 593 元增至2019年50 528 元，五年年均增幅8.40%。受外部环境冲击，2020 年山西省人均GDP 大约为5.05 万余元，年均增速下降。《纲要》强调山西省GDP 做到全国各地中上游水准，人均生产总值需达2 万美金左右。鉴于此，本文将山西省人均GDP 变化率中等速度设为5.30%，之后在此基础上逐渐变缓。

产业布局（IS）的情景设置：数据表明，山西省第二产业占比从2012 年的58.65%下降至2020 年的43.48%。“十四五”阶段，山西省将立足于发展基础与竞争优势，坚持技术赋能传统制造业，大力推广光伏发电、风力发电、氢能源等新兴能源产业链。鉴于此，本文将山西省2023—2040 年产业布局变化率中等速度设为-1.00%，以后在这个基础上逐渐变缓。

能源强度（EI）的情景设置：近些年，作为煤炭大省的山西省，认真贯彻绿色发展理念，加速完成“一煤独大”到“八柱擎天”的改变，在可持续发展理念指导下，环境规制的幅度持续加大，能源抗压强度从2011 年的2.35 下降至2020 年的1.67。山西省将加快构建多元化高档能源提供机制和节能低碳用电方式，为促进地域产业结构升级难点奉献“山西计划方案”、打造“山西样板”。鉴于此，本文将山西省2023—2040 年能源强度变化率设置为-1.00%，之后在此基础上逐渐变缓。各因素变化率设置情况如表7 所示。

表7 各因素变化率设置

2.情景组合。在前文的基础上，选取5 个有代表性的不同情境，通过对不同情境下的二氧化碳排放量的动态分析，探讨山西省“碳达峰”目标的最优选择，为山西省的二氧化碳减排提供科学依据。在表8中列出了情境结合设置的详细情况。

表8 山西省碳排放情景组合

基准情景（S1）：每个影响因素的变化率均设为中速。标准情景根据山西省历史发展规律及“十四五”阶段山西省制定的各种预估性指标值，研究以后可能的碳排放趋势，将其作为标准，预测分析在这个情景下碳排放最高值及碳减排时长。

产业升级情景（S2）：产业结构的变化率设为快速，其他设为中速。山西省坚持品牌化、智能化系统、生态化方位，加强产业协同，努力打造经营规模体量大、拓宽配套设施好、支撑点推动高的战略新兴产业集群式。该情景在标准情景的前提下，研究深入推进产业结构转型情景中的碳排放发展趋势。

节能发展情景（S3）：能源强度变化率设为快速，其他设为中速。伴随着环境规制加强，近些年山西省电力能源强度获得一定提升，进一步推动环保节能优先选择发展战略。该情景体现了山西省在操纵能源消费总量、不断提高绿色能源交易比例情景中的碳排放发展趋势。

绿色发展情景（S4）：产业结构、能源强度变化率设为快速，其他设为中速。在此情景中充分考虑山西省经济发展与环境保护的关系，在确保经济持续稳定发展的前提下，综合执行节能降耗、促进产业结构升级等几种对策，从而实现绿色发展理念。

经济放缓情景（S5）：人均GDP 的变化率设为慢速，其他设为中速。该情景体现了山西省在“3060”目标强制管束下，研究将低碳转型发展趋势外在性提高作为碳排放发展趋势（见图4）。山西省在推进“减污降碳”“能耗双控”下适度降缓经济增速，以减少CO2的排放量。

图4 不同情景组合下山西省碳排放趋势

3.情景分析。本部分基于山西省碳排放预测模型，测算出山西省2023—2040 年的碳排放走势，并得出在5 种不同情景组合下山西省的碳达峰时间。

通过表9 发现，在基准情景（S1）下，山西省将在2035 年完成碳达峰，峰值大约为7 112.98 万吨级。这意味着山西省将来碳减排存在较大压力，必须在原有规划下进一步加快产业结构升级，增加“减污降碳”幅度，开设更高总体目标及环保等级，争取早日完成碳达峰。

表9 不同情景组合下山西省“碳达峰”时间与二氧化碳峰值

进一步比照产业升级情景（S2），山西省将在2035年完成“碳达峰”，CO2排放峰值是6 846.46 万吨级，比我国提出的2030 年以前完成碳达峰目标落后5年，主要因为山西省煤炭消费量占能源消费量的比例远高于全国各地平均水平，在推进产业结构升级层面依然存在较大压力。此外，对资源型产业的依赖性也是造成山西省在S2 情景下晚于2030 年达峰的重要原因。山西省要加快绿色能源对传统能源的取代，优化产业布局，尽快完成“碳达峰”。

从节能发展情景（S3）和绿色发展理念情景（S4）的结果得知，若山西省在原有前提下，进一步增加政策执行幅度，多项节能减排方式并行，则可在确保经济持续稳定发展的同时降低CO2的总排出量，并于2030 年之后完成“碳达峰”，预估CO2消耗量的峰值为6 831.48 万吨与6 692.89 万吨，这两种情景是山西省完成“碳达峰”的最优路径。因此，山西省要坚定不移走节能低碳发展和环保节能发展路线，倡导绿色生产，尽快完成碳达峰。

经济放缓情景（S5）的数据显示，山西省将在2038 年之后完成“碳达峰”，比全国各地2030 年总体目标落后8 年，峰值为7 085.83 万吨级。该情景主要在经济发展迟缓提高及其城镇化率水准较低提高的情形下剖析山西省达峰发展趋势。由于考虑到该情景不符合山西省“十四五”阶段的目标和经济发展需要，因而在实践中不予考虑。

四、技术线路研究

本文认为山西省碳达峰碳中和技术路线主要通过减少碳排放和增加碳吸收两条路线来实现。

（一）“减法”抓手

主要包括能源结构调整、重点领域减排及金融减排支持三个方面。

1.能源结构调整。一是要加大力度进行煤炭高效清洁技术与新型节能技术的开发利用，促进循环经济，实现“清洁化、低碳化”；在石油领域加快酸化压裂技术的开发。二是要增加清洁能源的使用，加强对新技术的研发，持续发展与推广由多晶硅-硅板-电池-模块-应用的完整产业链。

2.重点领域减排。主要从工业、制造业、交通运输业、建筑行业、农业等重点领域减排出发。工业领域要不断推动石化、钢材、化工、煤电等相关行业节能环保降碳工艺的革新；交通运输行业应改变机动车能源结构，大力发展新能源汽车；建筑领域要以碳排放技术为导向，推动“绿色施工”；在农业领域推动农业的绿色发展是帮助实现碳达峰的一个关键助推器，耕地、森林的保护和使用是固碳最重要的方式。

3.金融减排。在绿色金融、绿色债券、绿色基金、绿色保险等方面要加大投入。一是调动银行业金融机构发展具有减排效应的绿色贷款。二是要对绿色债券的创新方式展开深入研究。三是积极探索绿色企业贷款保证保险、绿色产业运营保险等创新绿色保险及服务，助力绿色产业发展。四是绿色基金方面，对高质量的企业进行优选，对高碳风险的企业进行合理投资、优化配置，从而达到降低碳中和成本的目的。

（二）“加法”举措

主要包括技术固碳与生态固碳两个方面。

1.技术固碳。碳捕集和碳储存是实现碳达峰碳中和的重要手段，山西省的能源结构以煤为主，居高不下的煤炭消费总量和CO2排放量严重制约着“双碳”目标的实现。一方面，国家落实能源“双控”要求，加大对CCUS 技术创新，并将其成本内部化，促进煤炭的合理化、清洁化和高效化应用。另一方面，伴随着未来低碳科技创新的发展趋势，CO2的清洁化利用是山西省发展绿色经济的一项重要突破口。

2.生态固碳。森林被认为是目前存在的最为之有效的生物固碳物。根据相关测算，每年每亩林地可以产生约1 吨碳汇。就目前而言，山西省的平均造林面积已经达到4 百万亩，其固碳潜力及效益十分可观，为此，山西省应大力实施国家重大战略，实施诸如“人工造林”“天然保护林”“湿地植被恢复”等项目，进而在全省范围有效实施国土绿化行动，为实现创新性的可持续发展提供技术支撑。

五、研究结论

文中在政府“碳达峰碳中和”工作有力有序推动的大环境下，整理汇总山西省碳排放影响因素，把STIRPAT 实体模型与场景分析方法紧密结合，对山西省在2023—2040 年的碳排放量开展预测分析，关键研究结果如下：

一是山西省所产生的碳排放量未来一段时期将逐步到达最高值。总体来看，在社会经济发展前提下，提升能源体系减少能耗、低碳绿色的生产活动都是加速碳排放达峰的高效方式。

二是各情景预测下，山西省碳排放达峰时间在2035 年左右，在经济增长的同时应进一步优化能源体系，为促进经济转型和产业结构升级奉献“山西计划方案”、打造“山西样板”。

三是碳达峰是碳中和完成的前提条件，在推进碳中和的过程中，山西省应探寻更为清洁低碳环保的能源生产方式，使人们享有更舒适的生活环境，促进山西地域高质量发展。