傅俊越
(重庆工商大学环境与资源学院，重庆 400067)
随着经济的快速发展，尤其是工业化和城镇化的不断推进，显著增加了对化石燃料的使用量，CO2等温室气体也持续增加，温室效应加剧，从而对生态系统和全球气候造成了巨大影响[1-3]。因此，减少并遏制温室效应势在必行。重庆市位于中国西南部、长江上游地区。直辖以后重庆社会经济取得了巨大的发展。统计数据显示，2001年重庆人均GDP为7096元，2020年达到78173元，20年间增涨了10倍多。重庆在汽车摩托车制造、化工医药、装备制造、电子、材料，以及能源等方面产业基础雄厚，工业发展迅速由此带来的能源消耗量也迅速增加。2001年，重庆能源消耗总量为2208.95万吨标煤，到2020年能源消耗总量达到了7621.87万吨标煤[4]，由能源消耗所产生的温室气体排放量大幅增加。同时，由此引起的环境污染等问题也日益突出，给重庆市的绿色可持续发展和碳达峰碳中和带来了巨大的挑战，因此，揭示重庆市经济发展与能源消耗和碳排放之间的关系具有重要意义[5]。
Grossman和Krueger(1991)[6]提出了环境库兹涅茨曲线(environmental Kuznets curve，EKC)的概念，该理论假设经济增长与环境污染之间存在倒“U”形关系，国内外诸多学者[7-13]研究验证了该理论，发现不同地区人均碳排放量与人均GDP之间的关系，既有呈“倒U”型关系，也有呈“N”型、“U”型关系的。环境库兹涅茨曲线理论是基于经验的假设，因而数据的选取和模型的构建将决定其具体的关系类型，但建立在客观数据与有效的分析技术之上的模型仍然具有指导作用[14]。
本文利用重庆市一次能源消耗数据，仅从不同能源的角度，考察其产生的碳排放量。采用IPCC给出的碳排放计算模型，研究重庆市人均GDP与碳排放量之间的关系，考察其环境库兹涅茨曲线特征。在此基础上，预测重庆市碳排放量拐点，阐明经济发展与碳排放之间的关系，以期为重庆市产业结构调整、能源结构优化、减污降碳提供理论支撑，为推动现有产业全面绿色转型提供参考，为重庆市实现碳达峰碳中和提供对策建议。
1.1 数据来源与处理
一次能源数据来源于《重庆市统计年鉴》，并按煤炭、天然气、油料、一次电力及其它能源分类。采用《重庆市统计年鉴》中2001—2020年共20年的能源消耗数据，煤炭以0.7143、天然气以1.33、油料以1.4286、一次电力及其它能源以1.1229折算标准煤系数。产业的分类按《重庆市统计年鉴》。不同类型能源的碳排放系数参照《2006年IPCC国家温室气体清单指南》第二卷(能源)给出的碳排放系数，如表1所示。
表1 不同能源的碳排放系数(吨碳/吨标准煤)
1.2 模型构建
1)EKC曲线模型
Grossman和Krueger提出了环境库兹涅茨曲线(EKC曲线)概念[6]，即：在经济发展水平不高的情况下，环境污染随着经济的增长而增加，当经济增长到一定水平并超过某一阈值后，环境污染会随着经济的发展而改善，即环境污染与经济增长之间存在所谓倒“U”形关系。建立的二次多项式模型估算重庆市碳排放与人均GDP之间的关系如下：
Cit=b2Git2+b1Git+b0+δ
(1)
式中：Cit表示地区t时期的碳排放量；
Git为地区t时期的人均GDP；
b0、b1、b2为待定参数；
δ为随机误差项。当b1>0，b2<0时，经济发展与碳排放量之间存在倒“U”型关系。
2)碳排放量的计算
根据IPCC提出的碳排放量计算方法[14-16]，按公式(2)计算：
(2)
式中：C为年碳排放总量，万t；
Ei为i类能源的消费量，万t；
Ci为不同类型能源的碳排放系数，吨碳/吨标准煤。
2.1 不同能源的碳排放
查阅2021年《重庆市统计年鉴》，可获得2001—2020年共20年的能源消耗按煤炭、天然气、油料、一次电力及其它能源分类的年消耗量。按(2)式计算获得基于一次能源消耗的年碳排放总量和不同类型能源消耗产生的碳排放量，相关计算结果如图1所示。
图1 不同年份不同能源类型产生的碳排放量
2001—2020年的20年间，重庆市能源消耗量、碳排放量保持持续的上升趋势，碳排放以原煤碳排放为主。由图1看出，随着时间的推移，碳排放总量持续增加：2001—2005年，碳排放总量增加缓慢，2005年碳排放比2000年增加了45.33%，2006—2015年碳排放总量增速加快，碳排放增加了104.47%，2016—2020年增速变缓，2020年比2016年仅增加了5.3%。这是由于政府提倡低碳经济以及产业结构的调整，加之太阳能、风能等新型能源的迅速崛起，使得近年来碳排放量增长趋缓。
从能源类型看，原煤产生的碳排放量远高于天然气、燃料油和电力产生的碳排放，但2013—2020年煤炭产生的碳排放量变化不大。2001—2005年天然气、燃料油和电力产生的碳排放增加不多，从2006年开始，其碳排放量持续稳定增加。但从2018年开始电力和其它能源产生的碳排放明显降低。
2.2 EKC曲线与碳排放
根据《重庆市统计年鉴》的人均GDP数据，结合年度碳排放总量，采用SPSS软件以二次模型建立人均GDP与碳排放量的关系：
C=887.09795+0.10893G-7.08487×10-7G2
(3)
二次线性回归拟合R2为0.99817。当R2> 0.9时，相关关系成立，R2越接近1，表明拟合效果越好。拟合曲线F值检验，其对应的概率P<0.05时，回归模型成立，当P< 0.01时，表明差异极显著，两者的回归关系具有高度的统计学意义。二次模型在0.01的显著性水平下，皮尔逊相关系数为R2=0.99817，Sig=0.000，F=279.168，可以用于描述重庆市人均GDP与碳排放之间的关系。该二次模型表明，一次项系数为正值，二次项系数为负值。重庆市人均GDP与碳排放量的散点图(如图2所示)。由图2可知，2001—2020年，重庆市碳排放量与人均GDP之间的曲线关系符合所谓“倒U型”关系的环境库兹涅茨曲线。
图2 重庆市人均GDP与碳排放的回归关系曲线
2.3 碳排放强度与人均碳排放量
由图3看出，随着人均GDP快速增加，单位GDP碳排放持续降低。重庆市2001年的单位GDP碳排放为0.76335吨/万元、人均碳排放0.54356吨，10年后的2010年碳排放强度下降到0.42499吨/万元，下降了44.30%，人均碳排放增加到1.188245吨。重庆市在“十五”“十一五”期间，经济总量、国内生产总值快速增长，产业结构、生态环境建设进一步调整优化，到2020年单位GDP碳排放下降到0.202822吨/万元，2001—2020年的20年间，单位GDP碳排放下降72.7%，而2001—2020年的地区人均生产总值增长了983.34%。“十二五” “十三五”期间，重庆市煤炭消费占比降低，清洁能源消费占比提高，生态环境保护投入进一步增大，这也是单位GDP碳排放持续降低的重要原因之一。
图3 重庆市地区生产总值和碳排放强度变化
2.4 经济发展水平与碳排放量拐点特征
由(3)式得到：
dC/dG=-2×7.08487×10-7G+0.10893
(4)
令dC/dG=0，可知当人均GDP=76875.087元时，碳排放量达到拐点值C=5065.43。根据以上模型，重庆市在2020年左右，一次能源引起的碳排放量达到最高点，之后会逐步降低。即随着重庆市人均GDP的增加重庆市碳排放增加，当人均GDP达到76875.087元/人时，也就是在2020年左右重庆市基于一次能源的碳排放达到峰值5074.79万吨。这一方面主要是重庆市的产业结构由“工业型经济”向“服务型经济”加速转型，另一方面，重庆市的能源产品从原煤为主的单一格局向原煤、天然气、水电、风电等多元化格局发展，同时也是重庆市能源利用效率提高的结果。
1)重庆原煤消耗产生的碳排放量远高于天然气、燃料油和电力产生的碳排放，因此，有必要进一步推进重庆市产业结构调整，降低对化石能源的依赖程度，调整并优化能源结构，提高水电、风电、太阳能、生物质能等清洁能源占比；
从2001年到2020年的20年间，单位GDP碳排放从0.763吨/万元下降到0.203吨/万元，说明重庆市的能源利用率、经济效益日趋向好。坚持技术创新、发展低碳经济，是实现碳达峰碳中和的必然要求。
2)基于一次能源数据构建了重庆市经济发展与碳排放之间的环境库兹涅茨曲线，重庆市经济发展与碳排放之间的关系符合环境库兹涅茨曲线特征，当人均GDP达到76875.087元后，基于一次能源的碳排放达到峰值5074.791万吨。重庆市将在2020年左右碳排放量达到一个相对高点，这得益于重庆市产业结构的调整和能源产品的多元化。这也表明重庆市的经济发展朝着有利于环境保护的方向发展，伴随着经济发展的环境治理的效果开始显现，重庆市总体上实现了经济发展与生态环境保护的协调发展。
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