1、1C 题 碳排放约束下的江苏省煤炭消费量预测1978 年改革开放以来，中国的经济发展取得了举世瞩目的成就。2010 年国内生产总值达到 39.8 万亿元，跃居世界第二位，国家财政收入达到 8.3 万亿元，“十一五”期间实现 GDP 年均增长 11.2%。但是中国经济的高速增长是建立在高投入、高消耗、低效益的粗放型生产方式上，对中国的能源消耗和环境保护产生了巨大的压力。煤炭是我国经济发展不可缺少的基础能源，中国煤炭消费量呈现指数形式增长，从 1953 年的 7145 万吨到 2010 年的 312236 万吨，翻了近 44 倍。2007 年 2 月至 11 月间，联合国政府气候变化专门委员会（I
2、PCC）陆续发布的第四次气候变化评估的四个部分指出地球表面气温在过去的一百年间上升了 0.74，到 2100 年可能比 19801999 年时高出 1.16.4；而且在过去 50年间，全球气候变暖超过 90%的可能性与人类使用的石油等化石燃料产生的温室气体有关。现有研究表明，全球气候变暖危及能源、粮食、水资源、生态和公共卫生等，将直接影响人类的生存和发展，给全球的可持续发展带来了严峻的挑战，已经被国际社会公认为威胁人类生存安全的最重大环境问题。目前，大气中温室气体的水平或存量相当于大约 430ppm 二氧化碳，这个浓度已经使全球变暖了 0.5以上，而且由于气候系统的惯性，气温还在继续上升，到2
3、035 年温室气体在大气中的存量可能将达到 550ppm 二氧化碳当量。未来几十年里，全球平均温度变化超过 5的风险概率目前至少是 50%，这将把人类带入未知的更可怕世界。不断加剧的温室效应将会严重影响全球经济发展，其严重程度不亚于两次世界大战加上经济大萧条。为了遏制全球气候变暖，联合国、国际性组织和世界各国政府展开了积极的努力。1992 年签署的联合国气候变化框架公约 （简称公约 ） ，被认为是冷战结束后最重要的国际公约之一。1997 年 12 月，在日本京都召开的公约第三次缔约方大会上达成了京都议定书 （简称议定书 ） ， 议定书要求三十多个国家（包括发达国家和经济转型国家）在 2008
4、至 2012 年使温室气体的排放量平均比 1990 年减少 5.2%以上。在得到占发达国家 1990 年二氧化碳排放总量的 55%以上的缔约发达国家批准后， 议定书于 2005 年 2 月 16 日正式生效。这标志着国际社会进入了一个实质性减排温室气体的阶段，人类发展史上首次具有了一个国际法律框架，用以限制人类活动对地球系统的碳循环和气候变化的干扰。2005 年启动的后定都谈判，2007 年国际社会达成的“巴厘路线图” ，2009 年召开的哥本哈根会议等，都是国际社会所作出的具有标志性的努力。在此背景下，以减少碳排放为核心内容的低碳经济应运而生。220 世纪 90 年代以来，中国始终把可持续发
5、展战略作为基本国策，转变以浪费资源和牺牲环境为代价的传统经济发展模式，努力实现经济可持续发展、社会全面进步、资源永续利用、环境不断改善和生态良性循环的协调统一。在“十一五”规划经济社会发展主要指标中，除了以往的环境指标，还新增了“十一五”末单位 GDP 能源消耗比“十五”期末降低 20左右这一约束性指标，而这个指标最终在“拉闸限电”等硬性措施下勉强完成 19.1%。中国已于2009 年 11 月 26 日正式对外宣布控制温室气体排放的清晰量化目标，决定到2020 年使单位国内生产总值二氧化碳排放强度在 2005 年的基础上下降40% 45%。并且，在第十二个五年规划纲要中，中国新增单位国内生产
6、总值二氧化碳排放降低 17%的指标，二氧化碳排放问题已成为我国参与国际竞争中不可回避的问题。从节能指标到二氧化碳减排指标的确立，中国政府已经把能源环境问题上升到从未有过的高度，也证明中国努力推行实施低碳经济发展的决心。2011 年 8 月 31 日，国务院关于印发“十二五”节能减排综合性工作方案的通知。全国 31 个省市自治区被划分为 5 类地区，每类地区确定一个节能指标，分别为降低 18%、17%、16%、15% 和 10%。第一类地区包括天津、上海、江苏、浙江和广东，单位 GDP 能耗降低率最高，为 18%；第二类地区包括北京、河北、辽宁和山东，单位 GDP 能耗降低率为 17%；第三类地
7、区包括山西、吉林、黑龙江、安徽、福建、江西、河南、湖北、湖南、重庆、四川和陕西，单位 GDP 能耗降低率为 16%；第四类地区包括内蒙古、广西、贵州、云南、甘肃和宁夏，单位 GDP 能耗降低率为 15%；第五类地区包括海南、西藏、青海和新疆，其单位 GDP 能耗降低率为 10%。2011 年 12 月 1 日，国务印发了“十二五”控制温室气体排放工作方案的通知，方案对目标任务作了分解，明确了各地区单位生产总值二氧化碳排放下降指标，江苏省的下降目标是 19%，略低于广东省的 19.5%。江苏省“十二五”规划中也给出了到 2015 年非化石能源占一次能源消费比重为 7%左右的目标。至于到 2020
8、 年的减排目标，参考以及国务院在 2009 年公布的我国到 2020年单位 GDP 二氧化碳排放减少 4045%的目标。具体江苏省碳排放约束指标见表 1。表 1 江苏省碳排放约束指标指标名称单位地区生产总值能耗降低（ %）单位地区生产总值二氧化碳排放减少（%）非化石能源占一次能源消费比重（）碳排放约束 指标值 2015 年 18 19 7 左右32020 年 50注：2015 年指标值是以 2010 年为基期，2020 年指标值是以 2005 年为基期。根据 2007 年 IPCC 第四次评估报告，温室气体增加的主要来源是化石燃料燃烧。其中化石燃料燃烧所导致的二氧化碳排放在 2004 年占总碳
9、排放将近95.3%。 CO2 排放量采用排放系数法，碳 排 放 系 数 是 指 每 一 种 能 源 燃 烧 或 使 用过 程 中 单 位 能 源 所 产 生 的 碳 排 放 数 量 。 排放系数法是一种由 IPCC 向各国推荐的温室气体排放的清单编制方法。碳排放量到 CO2 排放量的转换系数为44/12，即单位质量碳排放相当于 44/12 质量的 CO2 排放。对于每种能源的单位能耗碳排放系数，不同使用者采用的估计值是有差别的（见表 2） 。表 2 各种能源的碳排放系数（单位： 万 t/万 t）数据来源 煤炭 石油 天然气 水电、核电DOE/EIA1 0.7020 0.4780 0.3890
10、0日本能源经济研究所 0.7560 0.5860 0.4490 0国家发改委能源所 2 0.7476 0.5825 0.4435 0国家科委气候变化项目 0.7260 0.5830 0.4090 0以煤炭为主的化石能源的消费是引以温室气体排放的主要诱因。一方面，经济的发展离不开煤炭为主的能源支撑；另一方面，环境承载力迫使煤炭为主的化石能源不能盲目的无限制利用，这是一个有能源开发利用的两难问题。这个两难问题中的重点是未来煤炭能源的需求预测问题。科学准确的预测未来地区煤炭消费状况，可以对国家和地区政府相关职能部门制定相关发展规划和政策起到关键性作用。准确把握煤炭消费量的变化趋势，对煤炭未来需求量的
11、精确预测，可及时指导煤炭生产供应工作，对保障我国煤炭安全供应具有重要的意义。江苏省的国土面积仅占全国 1.1%，却承载着占全国 5.6%的人口，并且创造了全国 10%的经济总量。但是，江苏省经济快速发展已经给环境质量造成巨大的压力，并且付出了沉重的资源和环境代价，发展受到环境强烈的约束正在日益体现出来。江苏省的资源严重短缺，从煤炭储量来看，2010 年基础储量14.23 亿吨，查明资源储量 36.01 亿吨，仅占全国的 2.7%。2010 年江苏省煤炭产量为 2090 万吨，消费量为 23100 万吨，由于我国煤炭生产基地逐步西移，使得江苏未来煤炭组织能力进一步降低，从煤炭的产量和需求量来看，
12、江苏的经济增长与煤炭资源紧缺的矛盾突出。从环境污染的情况来看，江苏单位经济产值的主要污染物排放量均超过全国平均水平，江苏省面临的能源瓶颈、环境承载力等环境资源约束日益增多。江苏省煤炭资源匮乏而煤炭消费总量逐年增长，1 DOE：美国能源部；EIA ：美国能源信息署。2 资料来源: 国家发展和改革委员会能源研究所. 中国可持续发展能源暨碳排放情景分析R. 2003.4煤炭消耗问题成为影响江苏经济发展的重要因素。因此，解决好未来江苏巨大的煤炭供需缺口，分析预测江苏未来的煤炭消费，可以为江苏战略性能源开发供应提供依据，从而保证全省经济社会的绿色发展。基于此，请根据附录中的数据，结合你们收集到的相关资料
13、，建立数学模型，完成以下问题：（1）影响江苏省煤炭消费总量以及第一、二、三产业煤炭消费量的指标有哪些？各指标对江苏省煤炭消费总量以及第一、二、三产业煤炭消费量的影响情况怎样？江苏省煤炭消费总量及其占能源消费量的比重、第一、二、三产业煤炭消费量的变动对节能、减排和经济增长等指标产生怎样的影响？ （2）在整个碳排放约束下，考虑节能目标和江苏省经济发展目标，建立数学模型，对“十二五”期间及未来十年江苏省主要能源（煤炭、石油、天然气等）消费的结构进行预测和优化。（3）在整个碳排放约束下，考虑节能目标和江苏省经济发展目标，建立数学模型，对“十二五”期间及未来十年江苏省煤炭消费总量以及第一、二、三产业煤炭
14、消费量进行预测和优化。请对预测模型和预测结果的合理性进行检验和说明。（4）根据分析的结果和结论，对江苏省节能、减排目标的实现路径以及能源结构调整、煤炭消费政策等方面提出意见和建议。5附录表 3 1995-2010 年江苏省煤炭调入量情况表年份 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002煤炭消费量（万 t） 8936 8833 8585 8571 8714 8770 8963 9663煤炭调入量（万 t） 6900 7338 6548 6791 7098 6763 7097 7678煤炭调入量占消费量（% ）77.22 83.08 76.28 79.23 81
15、.45 77.12 79.18 79.46年份 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010煤炭消费量（万 t） 10849 13272 16779 18428 19952 20737 21003 23100煤炭调入量（万 t） 8525 11020 14496 15811 17948 19467 18706 21655煤炭调入量占消费量（% ）78.58 83.03 86.39 85.80 89.96 93.88 89.06 93.74数据来源：中国能源统计年鉴整理表 4 各地区“十二五”节能目标及“十一五”完成情况单位国内生产总值能耗降低率（% ）单位国内
16、生产总值能耗降低率（% ）地区“十一五”时期“十二五”时期2006-2015年累计地区“十一五”时期“十二五”时期2006-2015年累计全国 19.06 16 32.01 河南 20.12 16 32.9北京 26.59 17 39.07 湖北 21.67 16 34.2天津 21 18 35.22 湖南 20.43 16 33.16河北 20.11 17 33.69 广东 16.42 18 31.46山西 22.66 16 35.03 广西 15.22 15 27.94内蒙古 22.62 15 34.23 海南 12.14 10 20.93辽宁 20.01 17 33.61 重庆 20.9
17、5 16 33.6吉林 22.04 16 34.51 四川 20.31 16 33.06黑龙江 20.79 16 33.46 贵州 20.06 15 32.05上海 20 18 34.4 云南 17.41 15 29.86江苏 20.45 18 34.77 西藏 12 10 20.8浙江 20.01 18 34.41 陕西 20.25 16 33.01安徽 20.36 16 33.1 甘肃 20.26 15 32.22福建 16.45 16 29.82 青海 17.04 10 25.34江西 20.04 16 32.83 宁夏 20.09 15 32.08山东 22.09 17 35.33 新
18、疆 8.91 10 18.02数据来源：“十二五”节能减排综合性工作方案 。表 5 各地区 “十二五”单位 GDP 温室气体减排目标地区 单位国内生产总值二 氧化碳排放下降(%) 地区 单位国内生产总值二 氧化碳排放下降(%)北京 18 湖北 17天津 19 湖南 17河北 18 广东 19.5山西 17 广西 16内蒙古 16 海南 11辽宁 18 重庆 17吉林 17 四川 17.5黑龙江 16 贵州 16上海 19 云南 16.5江苏 19 西藏 10浙江 19 陕西 17安徽 17 甘肃 16福建 17.5 青海 10江西 17 宁夏 16山东 18 新疆 11河南 17数据来源：“十
19、二五”控制温室气体排放工作方案表 6 江苏省主要年份地区生产总值（单位：亿元）年份 地区生产总值 第一产业 第二产业 第三产业人均地区生产总值（元）1952 48.41 25.49 8.53 14.39 1311955 58.96 29.69 11.29 17.98 1501957 65.11 29.94 14.40 20.77 1571962 69.20 29.10 17.34 22.76 16171965 95.10 41.20 30.26 23.64 2081970 129.23 51.03 46.16 32.04 2491975 184.16 67.59 79.61 36.96 329
20、1976 187.97 62.38 85.04 40.55 3321977 202.40 53.22 105.35 43.83 3531978 249.24 68.71 131.09 49.44 4301979 298.55 104.04 141.14 53.37 5091980 319.80 94.24 167.41 58.15 5411981 350.02 109.39 178.01 62.62 5861982 390.17 135.15 185.52 69.50 6451983 437.65 150.41 210.81 76.43 7161984 518.85 179.00 250.39
21、 89.46 8431985 651.82 195.66 339.56 116.60 10531986 744.94 224.26 376.32 144.36 11931987 922.33 246.86 493.69 181.78 14621988 1208.85 319.18 586.82 302.85 18911989 1321.85 324.18 657.06 340.61 20381990 1416.50 355.17 692.59 368.74 21091991 1601.38 345.14 793.92 462.32 23531992 2136.02 393.82 1119.26
22、 622.94 31061993 2998.16 490.59 1598.05 909.52 43211994 4057.39 683.98 2186.77 1186.64 58011995 5155.25 866.24 2715.26 1573.75 73191996 6004.21 989.18 3074.12 1940.91 84711997 6680.34 1035.80 3411.86 2232.68 93711998 7199.95 1047.16 3640.10 2512.69 100491999 7697.82 1037.37 3920.15 2740.30 106952000
23、 8553.69 1048.34 4435.89 3069.46 117652001 9456.84 1094.48 4907.46 3454.90 128792002 10606.85 1110.44 5604.49 3891.92 143692003 12442.87 1162.45 6787.11 4493.31 167432004 15003.60 1367.58 8437.99 5198.03 200312005 18598.69 1461.51 10524.96 6612.22 246162006 21742.05 1545.05 12282.89 7914.11 28526200
24、7 26018.48 1816.31 14471.26 9730.91 3383782008 30981.98 2100.11 16993.34 11888.53 400142009 34457.30 2261.86 18566.37 13629.07 442532010 41425.48 2540.10 21753.93 17131.45 52840说明：本表按当年价格计算。数据整理自江苏统计年鉴 2011 。表 7 江苏省主要年份地区生产总值指数年份地区生产总值指数第一产业 第二产业 第三产业人均地区生产总值指数1955 111.1 114.7 101.7 107.0 108.61957
25、100.4 101.8 100.5 97.6 98.21962 93.2 101.5 73.5 94.0 91.91965 107.1 101.3 130.8 103.1 104.71970 114.9 107.1 136.5 110.1 112.31975 106.1 102.1 115.6 99.2 104.81976 101.0 87.3 112.0 111.3 99.81977 106.3 86.7 123.9 107.1 105.11978 124.6 132.1 124.6 113.9 123.21979 112.0 122.9 107.1 105.7 110.81980 104.
26、8 89.5 118.2 101.6 103.91981 110.9 112.9 107.2 117.9 109.81982 109.8 115.9 105.8 110.4 108.51983 112.3 107.2 115.3 113.5 111.11984 115.7 112.9 117.9 114.6 114.91985 117.3 99.2 128.1 118.1 116.61986 110.4 105.4 109.6 119.3 109.51987 113.4 100.5 118.1 116.7 112.21988 119.6 104.3 117.8 140.1 118.01989
27、102.5 97.2 100.5 111.1 101.01990 105.0 101.0 105.4 106.9 101.41991 108.3 96.1 108.9 119.0 106.91992 125.6 110.6 131.9 126.2 124.391993 119.8 102.5 123.3 125.1 118.71994 116.5 105.2 122.8 111.4 115.61995 115.4 113.6 116.2 114.9 114.61996 112.2 107.7 112.3 114.3 111.51997 112.0 105.0 112.6 114.1 111.3
28、1998 111.0 102.1 112.1 112.9 110.51999 110.1 104.6 111.3 110.0 109.62000 110.6 103.9 111.6 111.2 109.52001 110.2 103.0 110.9 111.5 109.12002 111.7 102.8 113.7 111.6 111.12003 113.6 99.9 117.2 112.4 112.92004 114.8 106.0 117.1 113.4 113.92005 114.5 102.9 116.0 114.9 113.52006 114.9 105.0 116.0 115.5
29、113.92007 114.9 103.1 115.5 116.4 113.92008 112.7 104.0 113.2 113.4 111.92009 112.4 104.5 112.5 113.6 111.82010 112.7 104.9 113.1 113.3 112.0说明：本表按可比价计算，上年=100。数据整理自江苏统计年鉴 2011 。表 8 江苏省三次产业贡献率和拉动率（单位：%）产业贡献率 产业拉动率年份 第一产业 第二产业 第三产业GDP 增长率第一产业第二产业第三产业19903.7 59.0 37.3 5.0 0.2 2.9 3.01991-11.8 53.2 58.
30、6 8.3 -1.0 4.4 4.019929.2 62.0 28.8 25.6 2.4 15.8 14.119932.6 61.5 35.9 19.8 0.5 12.2 11.019945.3 74.2 20.5 16.5 0.9 12.2 11.4199 13.3 59.4 27.3 15.4 2.1 9.1 7.910519969.4 57.6 33.0 12.2 1.2 7.0 5.619975.9 60.3 33.8 12.0 0.7 7.2 5.819982.6 63.2 34.2 11.0 0.3 6.9 5.519995.6 64.9 29.5 10.1 0.6 6.5 5.8
31、20004.3 64.3 31.4 10.6 0.5 6.8 6.320013.6 55.9 40.5 10.2 0.4 5.7 5.220022.7 61.2 36.1 11.7 0.3 7.2 6.32003-0.1 67.2 32.9 13.6 0.0 9.1 8.320043.8 63.6 32.6 14.8 0.6 9.4 8.620051.7 61.8 36.5 14.5 0.2 9.0 8.320062.7 60.5 36.8 14.9 0.4 9.0 8.420071.5 59.7 38.8 14.9 0.2 8.9 8.620082.1 60.4 37.4 12.3 0.3
32、7.4 7.120092.1 58.1 39.8 12.4 0.3 7.2 6.320102.1 59.3 38.6 12.7 0.3 7.5 7.0说明：产业贡献率指各产业增加值增加量与 GDP 增量之比。产业拉动率指 GDP 增长速度与各产业贡献率之乘积。本表按可比价计算。数据整理自江苏统计年鉴 2011 。表 9 江苏省主要能源消费量（单位： tec）11年份 能源 煤炭消费量 石油消费量 天然气消费量1985 4123.1 3199.54 729.79 4.121986 4382.2 3418.15 788.80 4.381987 4922.3 3829.58 979.55 4.921
33、988 5508.1 4334.87 1112.64 5.511989 5586.5 4430.08 1128.47 5.591990 5509.0 4379.65 1178.92 5.511991 5780.8 4520.58 1242.87 5.781992 6296.5 4980.56 1309.68 6.301993 6625.8 5234.38 1338.41 6.631994 7357.7 5900.85 1353.81 2.661995 8047.2 6357.27 1440.45 2.531996 8111.2 6310.54 1492.47 1.861997 7991.1 6
34、153.13 1582.23 1.601998 8118.0 6153.41 1607.36 2.261999 8163.5 6261.43 1689.85 2.932000 8612.4 6312.91 1963.63 3.192001 8881.4 6439.02 1882.86 2.792002 9608.6 6975.84 2008.20 9.612003 11060.7 7808.84 2444.41 11.062004 13651.7 9542.53 2675.73 40.962005 16895.4 12164.68 3227.02 185.852006 18742.2 1338
35、1.92 3298.63 412.332007 20604.4 14464.31 3502.75 597.532008 21775.5 14698.48 3309.88 849.252009 23709.0 15003.06 3802.13 843.622010 25774.0 16500.33 4283.73 951.88注：表中各类能源数据均折合成标准煤，其中 1t 原煤=0.7143t 标煤，1t 原油=1.4286t 标煤，1m3 天然气=1.33kg 标煤。表 10 1985-2010 年江苏省碳排放量数据年份 C（万 t） CO2（万 t） 人均 CO2 排放量（t） CO2 排放
36、强度（tCO2/万元12GDP）1985 2753.47 10096.07 1.62 5.971986 2946.69 10804.53 1.72 5.791897 3354.78 12300.85 1.94 5.811988 3799.54 13931.65 2.16 5.501989 3878.17 14219.97 2.18 5.481990 3869.30 14187.45 2.13 5.211991 4008.35 14697.28 2.18 4.981992 4382.93 16070.75 2.37 4.341993 4585.11 16812.07 2.47 3.791994
37、5079.35 18624.28 2.73 3.601995 5484.06 20108.22 2.93 3.371996 5457.85 20012.13 2.90 2.991997 5327.24 19533.20 2.81 2.611998 5385.01 19745.05 2.83 2.371999 5505.86 20188.17 2.88 2.202000 5688.66 20858.42 2.95 2.062001 5742.73 21056.68 2.97 1.892002 6185.30 22679.42 3.18 1.822003 7048.34 25843.92 3.61
38、 1.832004 8459.10 31016.69 4.30 1.912005 10663.74 39100.39 5.39 2.102006 11656.65 42741.05 5.84 2.002007 12649.67 46382.11 6.31 1.892008 13052.66 47859.76 6.48 1.732009 13471.11 49394.08 6.66 1.592010 14883.11 54571.39 7.31 1.56注：GDP 按 2005 年不变价格计算。表 11 1995-2010 年江苏省三次产业产值及煤炭消费量第一产业 第二产业 第三产业年份GDP（
39、万元） 耗煤量（万t）GDP（万元） 耗煤量（万t）GDP（万元） 耗煤量（万t）95 1002.1 116.2 3143.5 8624.2 1819.3 70.696 1104.6 150.0 3427.6 8007.3 2162.3 82.31397 1161.7 110.7 3829.8 7977.4 2503.3 132.898 1206.5 61.7 4210.1 8186.4 2903.8 53.099 1236.6 57.5 4662.5 8347.7 3261.0 55.800 1235.7 60.1 5256.8 8455.8 3636.2 65.501 1294.2 50.
40、7 5790.4 8714.5 4072.2 58.502 1308.1 75.5 6578.0 9403.1 4572.2 53.503 1316.5 65.6 7728.9 10608.9 5110.1 54.604 1478.2 60.0 9145.1 13071.5 5620.2 51.505 1469.3 74.4 10526.9 4377.7 6621.1 106.706 1517.3 60.9 12074.0 18180.7 7778.6 93.507 1718.8 63.0 13652.0 19709.3 9183.2 82.308 1881.7 63.1 15164.4 20504.3 10626.1 87.309 2022.6 63.0 16772.3 20780.2 12322.5 81.810 2139.2 50.7 18411.5 22940.4 14518.7 62.5注：三次产业 GDP 值为 2005 年价格计算。
