基于LEAP 的廈門市節能與溫室氣體減排潛力情景分析

  全球氣候變化是當前科學界和國際社會普遍關注的熱點問題，遏制全球氣候變暖，削減碳排放量，已經成為21 世紀世界各國的共識［1-2］。城市中能源利用引起的碳排放是溫室氣體最主要的來源，探索削減城市能源碳排放的技術方法與政策措施是當前環境管理學研究的前沿發展方向，具有重要的現實和理論意義。

 

  從法規、政策、規劃和計劃層次上削減碳排放是當前碳減排的重要內容，而對各項政策措施的科學評價分析，評估各項措施的減排潛力是提高政策制定質量的基礎。LEAP( Long-range Energy Alternatives Planningsystem)模型是由斯德哥爾摩環境研究院開發的基于情景模擬的能源-環境分析工具。LEAP 模型因其用戶可以根據研究問題的自身特點和數據的可獲得性而靈活設定模型結構和數據形式的突出優點，被廣泛應用于全球、國家、區域尺度的能源戰略規劃和溫室氣體減排評價研究。Price 等應用LEAP 模型對全球工業、交通和建筑部門的能耗和CO2排放進行情景分析。Cai 等應用LEAP 模型研究了中國5 個最大的碳排部門的減排潛力。Shin 等應用LEAP 模型對韓國垃圾發電廠進行了環境經濟影響評價。Limmeechokchai 等應用LEAP 模型分析了泰國農村改進廚灶和小沼氣池的節能減排潛力。Zhang 等應用LEAP 模型評價了中國電力行業在不同情景下的節能減排政策對于總體的能源需求以及外部性成本的影響。Dhakal 和Pradhan 都應用LEAP 模型對城市交通的節能減排潛力進行了評價研究。國內也有很多學者應用LEAP模型做了相關研究。總的來說，已有的這方面研究已經相對較多，但這些研究多數集中于一個或某幾個部門，且研究尺度一般都較大，而從整個城市尺度出發對所有產業部門進行城市節能減排潛力分析研究的則相對較少。

 

  因此，本文從城市尺度出發，應用LEAP 模型對廈門市節能減排潛力進行定量的分析評價。文章首先介紹應用LEAP 模型節能減排潛力研究的基本方法，接著根據廈門實際的節能減排政策設計不同情景，并詳細分析各種控制情景和各部門的節能減排潛力，最后對LEAP 模型在廈門的應用結果的準確性、可靠性和有效性進行討論。本研究通過對城市節能減排政策進行分析，定量評價這些節能減排政策到底好不好，好到什么程度以及蘊藏多少節能減排潛力，以期為其它城市制定節能減排政策、發展低碳經濟提供有益借鑒。

 

  1 基于LEAP 模型的節能減排潛力研究方法

 

  LEAP 模型采用自下而上的方法，根據當地能源需求，從一次能源出發模擬其轉化過程，計算本地資源能否滿足其需求以及由此引起的能源進出口量，從而實現供需平衡。該模型依賴于已編制好的環境數據庫對能源利用引起的溫室氣體排放量進行核算。本研究的重點在于分析評價在城市尺度上溫室氣體的減排潛力，因此本文只計算廈門市能源引起的溫室氣體的排放量，并不考慮其它污染物的排放。LEAP 模型的計算過程主要分為3 個部分:能源消費量、溫室氣體排放量和節能減排潛力計算，具體研究思路如圖1 所示。研究中設定了兩種情景:基準情景和控制情景。兩種情景在模型中擁有不同的參數集，分別對應不同的能耗總量和溫室氣體排放總量，最后比較分析各項節能減排政策的節能減排潛力。

 

  2 實例研究

 

  2. 1 研究區概況與數據來源

 

  廈門市是中國著名的風景旅游城市，是我國最早設立的5 個經濟特區之一，歷經27a 來經濟的高速發展，地區生產總值從1980 年的6. 4 億元增長到2007 年1387. 85 億元，年均增長22. 05%。伴隨著經濟的高速增長，廈門市的能源需求總量同樣保持著高速增長，到2007 年，全市能源消費總量達到844. 54 萬t 標準煤。為實現地區節能減排目標，廈門市頒布實施了一系列的節能減排政策措施，2009 年更被列為全民低碳行動試點項目首批試點城市之一，因此廈門市是研究城市節能減排潛力的良好案例。

 

  研究所使用的數據來源于3 個方面:統計年鑒、城市及部門規劃和部門調研。基礎的社會經濟以及相關能耗數據來源于1999—2008 年的廈門市經濟特區統計年鑒。廈門市到目前為止已經出臺的一系列節能減排政策所可能取得的效果方面的數據均來源于相關的城市和部門規劃，本研究所參考的規劃包括:廈門市城市總體規劃(2004—2020 年)、廈門市交通綜合規劃(2006—2020 年) 以及1999—2008 年的廈門市郵電交通年度報告等。此外，還有很多關于廈門市電力、煤、汽油、柴油、燃料油、LPG、天然氣、LNG 以及原油消費量方面的數據來源于部門調研，本研究所調研的部門包括:廈門市經濟發展局、發展改革委員會、建設與管理局、統計局、交通局、規劃局、公安交通管理局指揮中心、市政園林局和廈門市電力公司等。

 

  2. 2 模型總體結構與基本假設

 

  本文建立的LEAP-Xiamen 模型覆蓋了廈門市終端能源消費部門和加工轉換部門，并涵蓋了廈門市能源平衡表中所列的能源品種。該模型以2007 年為基準年，研究時間跨度為2007—2020 年，模型情景分析所依據的政策措施包括清潔燃料替代、工業節能、熱電聯產、建筑節能、機動車控制和可再生能源開發與利用。能源需求系統被分為4 個部門:家庭部門、工業部門、交通部門和商業部門。能源轉換系統被分為3 個部門:輸送與分發部門、發電部門和熱電聯產部門。

 

  此外，基于中國經濟良好的內部發展環境、廈門市強勁的經濟發展勢頭和廈門市綜合發展規劃等方面的綜合考慮，研究中假定廈門市地區生產總值在2007—2020 年間將以不同的速率繼續保持快速增長。LEAP 模型關于人口、人口增長率、家庭數、家庭規模、地區生產總值(GRP)和GRP 增長率基礎參數如表1 所示。

 

  2. 3 模型情景設定

 

  為了分析評價廈門市出臺的一系列節能減排政策所可能取得的節能減排效果，研究中設定了2 種情景:

 

  基準情景(Business As Usual scenario，BAU)和綜合控制情景(Intergrated scenario，INT)。綜合控制情景包括6 個子情景，它們分別是:清潔燃料替代子情景(Clean Energy Substitution，CES)、工業節能子情景( Industrialenergy Conservation，IEC)、熱電聯產子情景(Combined Heat and Power generation，CHP)、建筑節能子情景(Energy Conservation in Building，ECB)、機動車控制子情景(Motor Vehicle Control，MVC)和新能源開發與利用子情景(the Development of New energy and Renewable energy，DNR)。

 

  3 實例計算結果與分析

 

  3. 1 能源消費總量

 

  根據廈門市社會經濟發展的合理假設和各情景在LEAP 模型參數的差異定量化，可以得到在兩個不同情景下廈門市從2007—2020 年未來各年的能源消費總量，計算結果如圖2 所示。雖然在這2 種情景下能源消費總量都不斷增長，但增長的速率是有差異的。在基準情景下，廈門地區總能耗從2007 年的844. 54 萬t 標準煤增長到2020 年的3092. 42 萬t 標準煤，年均增長10. 5%。由于一系列節能減排政策措施的頒布實施，部分抑制了廈門地區能源消費總量的強勁增長態勢，因此在綜合控制情景下廈門地區能源消費總量增長相對較慢，從2007 年的844. 54 萬t 標準煤增長到2020 年的2629. 77 萬t 標準煤，年均增長9. 13%。

 

  從萬元地區生產總值能耗的計算結果( 如表3 所示)分析來看，基年是0. 61t 標準煤，到2020 年，在基準情景下會降到0. 5099t 標準煤，而在綜合控制情景下是0. 4366t 標準煤。在基準情景下，萬元地區生產總值能耗年均降低1. 37%，而在綜合控制情景下，年均降低2. 59%。在基準情景下，萬元地區生產總值能耗的下降可能是由于整體的科技進步和社會生產效率的提高導致的;而在綜合控制情景下，除了受以上因素影響外，更主要的是受廈門市頒布的一系列節能減排政策措施的影響。

 

  3. 2 溫室氣體排放量及其排放強度

 

  2007—2020 年，廈門市每年的實際溫室氣體排放總量的模型計算結果如圖3 所示。兩種情景下的溫室氣體排放總量都呈現出大幅增長的態勢，這和廈門地區的能源消費總量的增長趨勢是一致的。在基準情景下，溫室氣體排放總量從2007 年的1730 萬tCO2增長到2020 年的6030 萬tCO2，年均增長10. 08%;而在綜合控制情景下，到2020 年僅增長到4140 萬t CO2，年均增長6. 94%。和圖2 結果比較發現，在基準情境下，廈門地區總能耗和溫室氣體排放量都保持10% 左右的同步增長。而在綜合控制情境下廈門地區綜合總能耗年均增長9. 13%，而溫室氣體的排放量的年均增長率卻只有6. 94%，溫室氣體的增長并沒有隨著能耗的增長而出現同步增長，說明在此情景下，大量清潔低碳能源的使用導致能源消費結構轉變促使溫室氣體減排效果較為明顯。

 

  不同情景下年人均溫室氣體排放量如表4 所示。在基準情景下，年人均溫室氣體排放量到2020 年年均增長7. 44%;在綜合控制情景下，年均增長4. 37%。兩種情景下廈門地區年人均溫室氣體排放量均表現出增長態勢，但在在綜合控制情景下增速明顯放緩。

 

  3. 3 節能減排潛力

 

  3. 3. 1 節能潛力分析

 

  廈門市的節能潛力以及各子情景和各部門的節能貢獻率如表5 所示。結果顯示，所有節能政策措施都能夠很好的被貫徹實施的話，廈門地區的節能潛力逐步增大，從2010 年的123 萬t 標準煤增加到2020 年的463萬t 標準煤。從各子情景的節能貢獻率來看，清潔燃料替代情景的貢獻是最大的，每年的貢獻率在50%左右。

 

  從各部門的節能貢獻率來看，工業部門的節能貢獻率最大。

 

  3. 3. 2 減排潛力分析

 

  廈門市的溫室氣體減排潛力以及各因子的減排貢獻率如表6 所示。結果顯示，隨著減排政策措施實施的深入，減排效果越來越好。在各子情景中，減排貢獻最大的是清潔燃料替代措施，始終保持70% 以上。從部門來看，工業部門是溫室氣體減排大戶，其貢獻率始終保持在80%以上，因為清潔燃料替代、工業節能和熱電聯產等在工業部門內的減排措施最多。

 

  溫室氣體的減排主要是來源于傳統能源消費總量的控制和能源使用結構的優化。依據模型計算結果并進行統計分析發現，優化地區能源使用結構對于溫室氣體減排貢獻巨大，貢獻率始終保持在70% 左右，這說明結構減排潛力巨大。兩種情景下能源結構變化圖如圖4 所示。圖4 清晰地顯示在基準情景下，能源結構幾乎沒有變化;而在綜合控制情景下，能源結構發生根本性轉變，清潔能源使用量大幅攀升，能源結構逐步趨于環境友好化和清潔化。

 

  3. 4 計算結果討論

 

  綜合以上計算結果，不難發現，工商業部門蘊藏的節能減排潛力是最大的。工商業領域的節能減排政策主要可以分為兩類:一是制度上的;二是技術上的。制度上的節能減排主要是指制定嚴格的節能減排制度，這個較容易實施，但效果不大。技術上的節能減排只要是指工商企業投資新的節能減排技術設備。它的節能減12 期曹斌等:基于LEAP 的廈門市節能與溫室氣體減排潛力情景分析3365http: / /www. ecologica. cn排效果較好，但實施難度很大，因為企業是否投資使用某節能減排技術設備是需要考慮成本與收益的，當投資成本遠遠大于使用收益時，企業是沒有動力去使用該設備的。因此政府在引導企業實現節能減排目標時應充分發揮財政政策的引導作用，安排相應的節能減排專項資金，推動節能減排重點項目和技術的推廣應用。家庭部門的節能減排主要涉及到用管道天然氣替代傳統煤氣和節能電器的推廣使用，其實施難度比較小，預期減排效果會比較好。交通部門的節能減排政策主要涉及到綠色公交車和出租車的推廣、BRT 建設和機動車控制，前兩項目前已經實施，第3 項的實施難度較大，難以控制，預期該部門的總體實施效果較好。

 

  本研究遵循從政策-情景-參數-結果的分析思路，分析中隱含了兩個基本假設:一是假設政策被良好的實施;二是假設模型參數被合理的設定。這兩個隱含假設的合理性直接決定著LEAP 模型在廈門的應用結果的準確性、可靠性和有效性。政策的實施效果是和政府的決心、實施的成本以及政策可操作性直接相關的。當政策的實施效果不好時，節能減排的潛力將大幅縮水，無法達到預期的節能減排目標。第二個隱含假設中的參數包括:核心基礎參數、能耗參數和政策參數。前兩個參數的數據來源于統計年鑒和相關文獻，受人為主觀影響較小;而政策參數的設定則受人為主觀影響較大，容易產生大的誤差。當政策參數的設定嚴重偏離預期時，計算結果的準確性將大打折扣。該誤差的糾正需要建立一個反饋調節機制，隨著時間的推移不斷地修正政策參數。對于政策參數的選取，本文經過大量政府部門調研及問卷調查以減少參數取值的影響。模型分析的誤差除受以上兩個隱含假設的影響外，還受模型的結構和調研數據的可靠性的影響。因此，LEAP 模型預測結果的準確性、          可靠性和有效性直接依賴于這兩個隱含假設的準確性、可靠性和有效性。

 

  4 結論

 

  本文首先闡述了LEAP 模型分析城市節能減排的基本原理，在此基礎上以廈門為實際研究案例，建立了LEAP-Xiamen 模型，結合廈門的實際情況設計了相應控制情景，情景分析結果表明，廈門市已經出臺的一系列節能減排政策在被良好實施的情況下擁有巨大的節能減排潛力。本研究的主要結論如下:

 

  (1)在基準情景下，廈門市能源消費總量年均增長10. 5%，萬元地區生產總值能耗年均降低1. 37%，溫室氣體排放總量年均增長10. 08%;而在綜合控制情景下，廈門市能源消費總量年均增長9. 13%，萬元地區生產總值能耗年均降低2. 59%，溫室氣體排放總量年均增長6. 94%。

 

  (2)從節能的角度看，各項節能措施在2010 年擁有節能123 萬t 標準煤的潛力，2015 年達到297 萬t 標準煤，2020 年達到463 萬t 標準煤。從各種措施的貢獻來看，清潔燃料替代措施節能效果最好;從部門來看，工業部門節能潛力最大，其次分別為商業、交通和家庭部門。

 

  (3)從減排的角度看，各項減排措施在2010 年擁有減排6. 3MtCO2的潛力，2015 年達到13. 8 MtCO2，2020年達到18. 9MtCO2。從各種措施的貢獻來看，清潔燃料替代的貢獻最大;從部門來看，工業部門的減排潛力最大;從能源結構來看，結構減排潛力巨大。

 

  (4)綜合兩方面考慮，清潔燃料替代措施的節能減排效果最好，工業部門的節能減排潛力最大。此外，優化廈門地區的能源結構是減排的長遠戰略。大力推廣清潔燃料的使用、抓好工業部門的節能減排和優化城市能源結構是發展低碳城市的有效路徑。