湖南省分行业碳排放与经济增长相关性研究——基于EKC曲线分析

蔡佳丽，张陶新

（湖南工业大学 城市与环境学院，湖南 株洲 412000）

中国经济发展面临着日益严峻的资源环境约束，我国二氧化碳的排放问题已经成为了全世界关注的焦点。2006年以来，我国已经超越美国成为全球排放二氧化碳的第一大国，二氧化碳排放达到62 亿t，排放量约占全球总量的百分之二十四[1]。中国政府始终高度重视应对气候变化，进入“十三五”以来，低碳发展和适应气候变化工作进一步加强。党的十九大报告和2018年召开的全国生态环境保护大会对应对气候变化工作提出了更高的要求，我国在减排道路上仍然面临着巨大的压力。近年来，湖南省经济增长快速，经济增长速度一直位于全国前列。伴随着经济的快速发展而来的是化石能源的大量消耗，高能耗引起了CO2排放量急剧上升。为此湖南省提出了低碳减排的经济政策，加快实施低碳发展，促进发展方式转变，更快建成天蓝地绿水清的美丽湖南。

环境库滋涅茨曲线（Environmental Kuznets Curve，EKC）是当前分析经济发展与环境质量关系的一种重要工具。多年来，该曲线的存在性和形状一直被国内外学者广为研究。Dogan 等研究了经合组织国家实际收入、能源消费、金融发展对二氧化碳排放的影响，结果表明开放程度的提高和金融发展减缓了碳排放，证实了EKC 假说[2]。Danish, Zhang 等验证了巴基斯坦可再生能源消费和不可再生能源消费与二氧化碳排放之间的EKC 曲线[3]。丁宝根等对抚州市EKC 曲线进行检验，结果显示抚州市碳排放总量与人均GDP（国内生产总值）的关系呈典型的“倒U 型”EKC曲线，且2013年碳排放量增长速率处于顶峰，之后碳排放总量增长趋于缓慢[4]。王菲等基于EKC理论，研究我国二氧化碳排放量与人均GDP 的关系，结果发现均满足EKC 假说的倒“U”型曲线，但拐点时间不同[5]。王健等研究了长江经济带九省二市经济增长与碳排放之间的关系，发现CO2排放总量和人均GDP 呈倒U 型关系，EKC 曲线成立，预测了CO2排放总量的达峰时间，并为长江经济带绿色低碳发展提出了政策建议[6]。刘芳芳等选取人均GDP 超过1 万美元的中国九省市的经济增长情况与化石能源消费碳排放做为研究对象，发现地区经济增长与碳排放和碳强度呈现EKC 模型”倒N 型”曲线[7]。

目前国内外的研究主要是从低碳经济方面进行，已经有学者们研究分析中国或者其他几个国家的EKC 曲线[8-10]，也有学者从分省、分城市、旅游业、农业、建筑业等不同角度研究了碳排放的EKC 曲线[11-15]，但是分行业研究预测湖南省碳排放与其经济发展程度之间关系的文献仍然较为鲜见。因此，笔者以各行业增加值作为经济指标，碳排放量作为环境指标，研究湖南省各行业碳排放的规律变化。首先选取湖南省内2014—2017年各行业碳排放量和行业增加值，采用灰色系统理论，对湖南省各行业2014—2030年的碳排放和增加值进行预测；然后运用EKC 理论研究湖南省各行业碳排放变化特征；最后采用情景分析法，对不同情景下湖南省各行业发展的碳排放进行分析。本研究结果可为湖南省政府部门碳减排工作和各行业低碳发展提供决策支持，也为中国其他省份行业低碳发展提供参考。

一、湖南省各行业碳排放和增加值的模拟和预测

（一）CO2 排放的估算方法

湖南省各行业碳排放主要源自于对化石能源的消费，根据《湖南省统计年鉴》中的能源统计，最终的能源消费分为原煤、焦炭、原油、汽油、煤油、柴油、燃料油、液化石油气、天然气和电力等十类。本文各种化石能源的CO2排放系数计算数据来源于《省级温室气体清单编制指南》，缺失部分采用《IPCC 国家温室气体排放清单指南》中的数据来补足；电力排放因子来源于国家发改委每年公布的中国区域电网基准线排放因子（OM），数据显示：2014—2017年华中区域电力排放因子分别为0.972 4、0.951 5、0.922 9 和0.901 4。CO2排放量计算公式为：

公式（1）中：Cmt表示m行业在第t年的CO2排放量；n为能源消费类型；Bmnt为m行业在第t年的n类能源消费量；nθ为n类能源的CO2排放系数。

（二）灰色预测GM(1,1)模型

2014年开始中国经济发展进入新常态，经济发展由粗放式向高质量发展方式转变[16]。因此本文通过考察2014—2017年碳排放情况来对各行业碳排放进行研究，由于时间段较短，且数据较少，故建立GM(1,1)灰色预测模型对湖南省各行业碳排放和增加值进行预测。GM(1,1)灰色预测模型是灰色理论体系中对未来发展变化趋势进行预测的一种模型，能够处理信息量少且不确定的数据，通过灰色预测模型对数据进行预测，能够解决检验EKC 曲线中数据不足的问题。GM(1,1)的基本形式为：

其中，X(0)=(x(0)(1)，x(0)(2)，…，x(0)(n))为原始数据序列，Z(1)=(z(1)(1)，z(1)(2)，…，z(1)(n))为X(0)的1-AGO 序列X(1)的紧邻均值生成序列。

（三）数据来源

农、林、牧、渔业，工业，建筑业，交通运输储运业和邮政业，批发、零售业和住宿、餐饮业，其他行业等六大行业历年的各类能源消费量都来源于历年《湖南省统计年鉴》中的数据。并利用公式（1）计算得到2014—2017年共4年的六大行业的CO2排放量（表1，其中工业碳排放量已减去电力的生产和供应业的碳排放，避免重复计算）。本研究以分行业增加值作为经济指标，各行业的增加值计算数据来源于《湖南省统计年鉴》，并折算成2010年的不变价格。

表1 不同行业的CO2 排放量 万t

（四）碳排放及行业增加值的模拟和预测

采用GM(1,1)模型，利用Matlab 软件对碳排放和行业增加值进行模拟预测，得到预测结果。对模拟结果进行检验可知，各行业碳排放和增加值的均方差比C 值都小于0.35，小误差概率P 值都大于0.95。因此，模型的模拟预测结果精度很高，很好的反映了湖南省各行业碳排放与行业增加值的发展变化状况。

二、分行业碳排放EKC 检验

（一）EKC 模型设定

本文以分行业碳排放作为环境指标，分行业增加值作为经济指标。采用三次多项式进行模型设定，得到的结果可以是单调线性，U 型和N 型中的一种。本文采用的研究模型如下：

式（3）中，yit表示i行业在第t年的总碳排放；xit表示i行业在第t年的增加值；εi为随机误差项；θi0为截距；θi1、θi2、θi3为待估计参数。θi1、θi2、θi3的取值决定了曲线的形状。

（二）模型参数估计

根据模拟预测的数据，利用Eviews 软件分行业对模型参数进行回归分析。结果如表2所示。

表2 参数估计结果及其检验†

对于各行业来说，模型的拟合度均大于0.97，模拟预测在0.05 的显著性水平下，系数检验结果显著，说明各模型曲线拟合度好（表3）。根据回归结果推测，全行业和六大行业的碳排放量和行业增加值之间均呈现“N”型关系。

本文的“N”型EKC 曲线是否存在及其拐点位置，仍然需要通过进一步运算和拟合图形来说明。以全行业为例，将系数代入回归模型，模型（3）变成如下形式：

通过对模型（4）的求导数的方式易知回归方程（4）存在转折点，所以该方程存在极值点，可推出全行业存在拐点。同理可计算出农、林、牧、渔业，交通运输储运业和邮政业，批发、零售业和住宿、餐饮业，其他行业不存在拐点，只有工业，建筑业存在拐点。

（三）EKC 曲线“拐点”分析

由拟合图形图1可以看出，全行业，工业，建筑业的ECK 曲线均存在两个较为明显的倒U 型关系，存在两个理论拐点，计算进一步确定出现拐点的时间。全行业的第一个理论拐点位于全行业增加值等于10 615 亿元时，湖南省全行业碳排放第一次达到峰值，目前湖南省全行业增加值位于第一拐点右侧；第二个理论拐点位于全行业增加值等于145 801 亿元时，湖南省全行业碳排放第二次达到峰值，随后碳排放量随着行业增加值的增加而逐渐增加，目前湖南省全行业增加值远未达第二拐点。工业的第一个理论拐点位于工业增加值等于6 186 亿元时，湖南省工业碳排放第一次达到峰值，目前湖南省工业增加值位于第一拐点右侧；第二个理论拐点位于工业增加值等于105 873 亿元时，湖南省工业碳排放第二次达到峰值，随后碳排放量随着行业增加值的增加而逐渐增加，目前湖南省工业增加值远未达第二拐点。建筑业的第一个理论拐点位于建筑业增加值等于2 441 亿元时，即2022—2023年间，湖南省建筑业碳排放第一次达到峰值；第二个理论拐点位于建筑业增加值等于2 981 亿元时，大约2026— 2027年间，湖南省建筑业碳排放第二次达到峰值，随后碳排放量随着增加值的增加而逐渐增加。湖南省各行业的EKC 碳排放曲线拐点检验结果各异，说明各行业发展过程对能源消耗的依赖程度不尽相同。总体来说，目前湖南省六大行业的碳排放仍然处于快速增长阶段，各行业节能减排的压力依然巨大（图1）。

三、情景分析

（一）情景描述与参数设计

为了能更科学地反应未来湖南省分行业碳排放趋势，本文根据预测数据，结合湖南省分行业碳排放的现状，并参考国外发达国家碳排放演变状况，设置了以下几种情景。

第一种是对碳排放不采取任何对策的基准情景（Business as usual,BAU）,该情景主要驱动因素是经济发展, 不做任何应对碳排放变化的措施，是一种冻结的发展情景。在BAU 情景下，仍然以经济增长作为社会发展的主要目标,由工业化进程所决定, 能源消耗与碳排放与日俱增。

图1 湖南省碳排放和增加值拟合曲线

第二种是低碳情景（Low Carbo Scenario，LC），主要考虑湖南省延续节能减排政策，转变经济发展模式，优化产业结构，充分把握国家发展低碳经济的政策契机，逐步进行低碳转型，实现低碳发展。低碳情景反应的是湖南省未来低碳发展的趋势。

第三种强化低碳情景（Enhenced Low Carbo Scenario，ELC），即设想湖南省完全实现未来的减排目标，低碳技术得到极大的发展，产业结构进行了很好的调整，经济和环境实现“强脱钩”发展，完成湖南省低碳经济发展高水平的目标，能源效率达到发达国家水平。

根据《2019年国家综合配套改革试验区重点任务》《关于构建市场导向的绿色技术创新体系的指导意见》《国家重点节能技术推广目录》《可再生能源中长期发展规划》等文件报告中对城市发展和低碳技术的应用研究情况，结合《湖南省循环经济发展战略及近期行动计划》《湖南省“十三五”节能减排综合工作方案》《湖南省建设国家新能源示范城市规划》等相关政策文件中拟定的目标，设定BAU、LC、ELC 等3 种情景下的技术参数，如表3～5 所示。

表3 BAU 情景下的分行业增加值的年均增长率 %

表4 LC 情景下的分行业增加值的年均增长率 %

表5 ELC 情景下的分行业增加值的年均增长率 %

表中A 表示农、林、牧、渔业，B 表示工业，C 表示建筑业，D 表示交通运输储运业和邮政业，E 表示批发、零售业和住宿、餐饮业，F 表示其他行业。

（二）各情景下的碳排放

根据表3～5 所示的技术参数设定，以及EKC 模型，分别计算得到六大行业3 种情景下的碳排放量。2014—2030年，湖南省六大行业碳排放量见图2。

由图2可看出，2014—2030年，BAU、LC和ELC 情景下湖南省各行业碳排放都呈现出上升趋势。在BAU、LC、ELC 情景下，农、林、牧、渔业碳排放整体分别增加2.49、2.02、1.57 倍，年均增长率分别为5.86%、4.48%、2.86%。在BAU、LC、ELC 情景下，2030年碳排放量分别达到约24 273.58、19 692.34、15 335.28 万t。到2030年，与BAU 情景相比，LC、ELC 情景下的碳排放量分别减少18.87%、36.82%。

在BAU、LC、ELC 情景下，工业碳排放整体分别增加2.12、1.95、1.74 倍，年均增长率分别为4.82%、4.26%、3.53%。在BAU、LC、ELC 情景下，2030年碳排放量分别达到约133 797.92、122 779.97、109 850.70 万t。到2030年，与BAU 情景相比，LC、ELC 情景下的碳排放量分别减少8.23%、17.90%。

在BAU、LC、ELC 情景下，建筑业碳排放整体分别增加1.09、1.08，1.08 倍，年均增长率分别为0.56%、0.48%、0.45%。在BAU、LC、ELC 情景下，2030年碳排放量分别达到约234.34、231.45、230.45 万t。到2030年，与BAU 情景相比，LC、ELC 情景下的碳排放量分别减少1.23%、1.66%。

图2 湖南省六大行业3 种情景下的碳排放量

在BAU、LC、ELC 情景下，交通运输储运业和邮政业碳排放整体分别增加2.82、2.35、1.91倍，年均增长率分别为6.69%、5.47%、4.14%。在BAU、LC、ELC 情景下，2030年碳排放量分别达到约13 656.34、11 366.66、9 269.88 万t。到2030年，与BAU 情景相比，LC、ELC 情景下的碳排放量分别减少16.77%、32.12%。

在BAU、LC、ELC 情景下，批 发、零售业和住宿、餐饮业碳排放整体分别增加4.40、3.58、2.78 倍，年均增长率分别 为9.70%、8.29%、6.59%。 在BAU、LC、ELC 情 景下，2030年碳排放量分别达到约2 851.38、2 319.56、1 800.57 万t。到2030年，与BAU 情景相比，LC、ELC 情景下的碳排放量分别减少18.65%、36.85%。

在BAU、LC、ELC 情景下，其他行业碳排放整体分别增加4.84、4.23、3.58 倍，年均增长率 分 别 为10.36%、9.43%、8.30%。 在BAU、LC、ELC 情景下，2030年碳排放量分别达到约7 928.57、6 921.00、5 868.56 万t。到2030年，与BAU 情景相比，LC、ELC 情景下的碳排放量分别减少12.71%、25.98%。

四、结论及政策建议

本研究基于2014—2017年湖南省各行业的碳排放量及其影响因素行业增加值的数据，运用灰色系统理论，对2014—2030年湖南省各行业碳排放以及行业增加值进行了模拟和预测，并利用eviews 对不同行业的EKC 模型参数进行回归分析，计算出EKC 曲线的理论拐点，最后，设定BAU、LC、ELC 这3 种情景，对湖南省2014—2030年各行业的碳排放进行了情景分析，得出了以下结论：

第一，湖南省各行业如果依然保持2017 以前产业，能源结构不改变，那么，在将来十几年内，其六大行业的碳排放量都将呈现迅速增长的趋势，湖南省六大行业的碳排放量和行业增加值之间的EKC 检验结果呈现“N 型”关系。其中，全行业、工业和建筑业存在理论拐点，分别在增加值达到10 615 亿元、145 801 亿元，6 186 亿元、105 873 亿元和2 441 亿元、2 981 亿元时碳排放达到峰值。直到2030年，湖南省经济的快速增长都离不开能源消费的刚性扩张，这对湖南省的节能减排来说将是严峻的挑战。

第二，2014—2030年，BAU、LC、ELC 情景下湖南省各行业的碳排放都呈现上升趋势，在LC情景下，相比于BAU 情景，农、林、牧、渔业碳排放的年均增长速度将降低1.38%；工业碳排放的年均增长速度将降低0.56%；建筑业碳排放的年均增长速度将降低0.08%；交通运输储运业和邮政业碳排放的年均增长速度将降低1.22%；批发、零售业和住宿、餐饮业碳排放的年均增长速度将降低1.41%；其他行业碳排放的年均增长速度将降低0.93%。与BAU 相比，在LC 情景下，到2030年各行业碳排放量将大量减少。

第三，2014—2030年，在ELC 情景下，相比于BAU 和LC 情景，农、林、牧、渔业碳排放的年均增长速度将降低3.00%、1.62%；工业碳排放的年均增长速度将降低1.29%，0.73%；建筑业碳排放的年均增长速度将降低0.11%、0.03%；交通运输储运业和邮政业碳排放的年均增长速度将降低2.55%，1.33%；批发、零售业和住宿、餐饮业碳排放的年均增长速度将降低3.11%、1.70%；其他行业碳排放的年均增长速度将降低2.06%、1.13%。与BAU 和LC 相比，在ELC 情景下，到2030年各行业碳排放量将更大减少。

研究结论表明，无论在BAU，LC 还是ELC情景下，湖南省各行业碳排放量呈现上升趋势。各行业EKC 曲线出现的“N 型”波动，说明湖南省经济与环境尚处于非平衡难协同的发展阶段，尽管碳排放跟随着增长值的发展而变化，但如果实行有力的减排措施，则可控制碳排放的依势上升。且进行低碳发展会较大程度的降低的化石能源需求，从而降低各行业的碳排放。根据研究结果，本文的政策建议如下：

第一，加快能源消费结构调整，降低湖南省各行业碳排放增长速度。能源是经济发展和社会进步的物质基础, 能源消费结构调整推动经济发展方式的改变[17]。通过能源政策的驱动力促进能源结构的调整，降低各行业化石能源，特别是煤炭消费的比重，提升水电、风能、太阳能、生物质能、地热能等清洁能源的消费比重。根据湖南省各行业的具体情况，形成具有湖南特色的能源消费结构。

第二，正确处理经济发展和碳减排之间的关系，推进湖南省碳交易市场的建设，控制各行业碳排放随着行业增加值的发展而上升的趋势。根据发达国家建设碳市场的案例来看，碳市场建设对节能减排、绿色增长和就业发挥了重要的作用。欧盟率先在2005年建设碳交易体系，在1990—2012年期间，欧盟温室气体排放降低了19%，而经济却增长了45%，单位GDP 的温室气体排放减少了50%。由此可见，碳交易市场的建设是解决湖南省各行业能源、资源和环境问题的战略选择。湖南省应根据国家部署安排，确定纳入碳排放交易市场的企业名单，组织拟纳入企业开展碳排放情况报告和第三方核查机构核查，制定省内配额分配方案，实施专项能力建设，完善碳交易市场的建设。

第三，促进企业低碳发展，实现低碳和强化低碳情景，完成湖南省各行业低碳发展和经济发展的双赢。通过对发展循环经济的企业给予财政补贴、税前还贷等政策支持，通过实行消费型增值税、加速折旧等政策，调动企业节能减排积极性。把节能降耗和环境保护列为年度经济责任制重点考核内容。积极运用市场机制，促使节能降耗、污染治理、生态恢复和环境保护，走一条投入少、效益高、可持续的发展之路。