基于LEAP 的厦门市节能与温室气体减排潜力情景分析

  全球气候变化是当前科学界和国际社会普遍关注的热点问题，遏制全球气候变暖，削减碳排放量，已经成为21 世纪世界各国的共识［1-2］。城市中能源利用引起的碳排放是温室气体最主要的来源，探索削减城市能源碳排放的技术方法与政策措施是当前环境管理学研究的前沿发展方向，具有重要的现实和理论意义。

 

  从法规、政策、规划和计划层次上削减碳排放是当前碳减排的重要内容，而对各项政策措施的科学评价分析，评估各项措施的减排潜力是提高政策制定质量的基础。LEAP( Long-range Energy Alternatives Planningsystem)模型是由斯德哥尔摩环境研究院开发的基于情景模拟的能源-环境分析工具。LEAP 模型因其用户可以根据研究问题的自身特点和数据的可获得性而灵活设定模型结构和数据形式的突出优点，被广泛应用于全球、国家、区域尺度的能源战略规划和温室气体减排评价研究。Price 等应用LEAP 模型对全球工业、交通和建筑部门的能耗和CO2排放进行情景分析。Cai 等应用LEAP 模型研究了中国5 个最大的碳排部门的减排潜力。Shin 等应用LEAP 模型对韩国垃圾发电厂进行了环境经济影响评价。Limmeechokchai 等应用LEAP 模型分析了泰国农村改进厨灶和小沼气池的节能减排潜力。Zhang 等应用LEAP 模型评价了中国电力行业在不同情景下的节能减排政策对于总体的能源需求以及外部性成本的影响。Dhakal 和Pradhan 都应用LEAP 模型对城市交通的节能减排潜力进行了评价研究。国内也有很多学者应用LEAP模型做了相关研究。总的来说，已有的这方面研究已经相对较多，但这些研究多数集中于一个或某几个部门，且研究尺度一般都较大，而从整个城市尺度出发对所有产业部门进行城市节能减排潜力分析研究的则相对较少。

 

  因此，本文从城市尺度出发，应用LEAP 模型对厦门市节能减排潜力进行定量的分析评价。文章首先介绍应用LEAP 模型节能减排潜力研究的基本方法，接着根据厦门实际的节能减排政策设计不同情景，并详细分析各种控制情景和各部门的节能减排潜力，最后对LEAP 模型在厦门的应用结果的准确性、可靠性和有效性进行讨论。本研究通过对城市节能减排政策进行分析，定量评价这些节能减排政策到底好不好，好到什么程度以及蕴藏多少节能减排潜力，以期为其它城市制定节能减排政策、发展低碳经济提供有益借鉴。

 

  1 基于LEAP 模型的节能减排潜力研究方法

 

  LEAP 模型采用自下而上的方法，根据当地能源需求，从一次能源出发模拟其转化过程，计算本地资源能否满足其需求以及由此引起的能源进出口量，从而实现供需平衡。该模型依赖于已编制好的环境数据库对能源利用引起的温室气体排放量进行核算。本研究的重点在于分析评价在城市尺度上温室气体的减排潜力，因此本文只计算厦门市能源引起的温室气体的排放量，并不考虑其它污染物的排放。LEAP 模型的计算过程主要分为3 个部分:能源消费量、温室气体排放量和节能减排潜力计算，具体研究思路如图1 所示。研究中设定了两种情景:基准情景和控制情景。两种情景在模型中拥有不同的参数集，分别对应不同的能耗总量和温室气体排放总量，最后比较分析各项节能减排政策的节能减排潜力。

 

  2 实例研究

 

  2. 1 研究区概况与数据来源

 

  厦门市是中国著名的风景旅游城市，是我国最早设立的5 个经济特区之一，历经27a 来经济的高速发展，地区生产总值从1980 年的6. 4 亿元增长到2007 年1387. 85 亿元，年均增长22. 05%。伴随着经济的高速增长，厦门市的能源需求总量同样保持着高速增长，到2007 年，全市能源消费总量达到844. 54 万t 标准煤。为实现地区节能减排目标，厦门市颁布实施了一系列的节能减排政策措施，2009 年更被列为全民低碳行动试点项目首批试点城市之一，因此厦门市是研究城市节能减排潜力的良好案例。

 

  研究所使用的数据来源于3 个方面:统计年鉴、城市及部门规划和部门调研。基础的社会经济以及相关能耗数据来源于1999—2008 年的厦门市经济特区统计年鉴。厦门市到目前为止已经出台的一系列节能减排政策所可能取得的效果方面的数据均来源于相关的城市和部门规划，本研究所参考的规划包括:厦门市城市总体规划(2004—2020 年)、厦门市交通综合规划(2006—2020 年) 以及1999—2008 年的厦门市邮电交通年度报告等。此外，还有很多关于厦门市电力、煤、汽油、柴油、燃料油、LPG、天然气、LNG 以及原油消费量方面的数据来源于部门调研，本研究所调研的部门包括:厦门市经济发展局、发展改革委员会、建设与管理局、统计局、交通局、规划局、公安交通管理局指挥中心、市政园林局和厦门市电力公司等。

 

  2. 2 模型总体结构与基本假设

 

  本文建立的LEAP-Xiamen 模型覆盖了厦门市终端能源消费部门和加工转换部门，并涵盖了厦门市能源平衡表中所列的能源品种。该模型以2007 年为基准年，研究时间跨度为2007—2020 年，模型情景分析所依据的政策措施包括清洁燃料替代、工业节能、热电联产、建筑节能、机动车控制和可再生能源开发与利用。能源需求系统被分为4 个部门:家庭部门、工业部门、交通部门和商业部门。能源转换系统被分为3 个部门:输送与分发部门、发电部门和热电联产部门。

 

  此外，基于中国经济良好的内部发展环境、厦门市强劲的经济发展势头和厦门市综合发展规划等方面的综合考虑，研究中假定厦门市地区生产总值在2007—2020 年间将以不同的速率继续保持快速增长。LEAP 模型关于人口、人口增长率、家庭数、家庭规模、地区生产总值(GRP)和GRP 增长率基础参数如表1 所示。

 

  2. 3 模型情景设定

 

  为了分析评价厦门市出台的一系列节能减排政策所可能取得的节能减排效果，研究中设定了2 种情景:

 

  基准情景(Business As Usual scenario，BAU)和综合控制情景(Intergrated scenario，INT)。综合控制情景包括6 个子情景，它们分别是:清洁燃料替代子情景(Clean Energy Substitution，CES)、工业节能子情景( Industrialenergy Conservation，IEC)、热电联产子情景(Combined Heat and Power generation，CHP)、建筑节能子情景(Energy Conservation in Building，ECB)、机动车控制子情景(Motor Vehicle Control，MVC)和新能源开发与利用子情景(the Development of New energy and Renewable energy，DNR)。

 

  3 实例计算结果与分析

 

  3. 1 能源消费总量

 

  根据厦门市社会经济发展的合理假设和各情景在LEAP 模型参数的差异定量化，可以得到在两个不同情景下厦门市从2007—2020 年未来各年的能源消费总量，计算结果如图2 所示。虽然在这2 种情景下能源消费总量都不断增长，但增长的速率是有差异的。在基准情景下，厦门地区总能耗从2007 年的844. 54 万t 标准煤增长到2020 年的3092. 42 万t 标准煤，年均增长10. 5%。由于一系列节能减排政策措施的颁布实施，部分抑制了厦门地区能源消费总量的强劲增长态势，因此在综合控制情景下厦门地区能源消费总量增长相对较慢，从2007 年的844. 54 万t 标准煤增长到2020 年的2629. 77 万t 标准煤，年均增长9. 13%。

 

  从万元地区生产总值能耗的计算结果( 如表3 所示)分析来看，基年是0. 61t 标准煤，到2020 年，在基准情景下会降到0. 5099t 标准煤，而在综合控制情景下是0. 4366t 标准煤。在基准情景下，万元地区生产总值能耗年均降低1. 37%，而在综合控制情景下，年均降低2. 59%。在基准情景下，万元地区生产总值能耗的下降可能是由于整体的科技进步和社会生产效率的提高导致的;而在综合控制情景下，除了受以上因素影响外，更主要的是受厦门市颁布的一系列节能减排政策措施的影响。

 

  3. 2 温室气体排放量及其排放强度

 

  2007—2020 年，厦门市每年的实际温室气体排放总量的模型计算结果如图3 所示。两种情景下的温室气体排放总量都呈现出大幅增长的态势，这和厦门地区的能源消费总量的增长趋势是一致的。在基准情景下，温室气体排放总量从2007 年的1730 万tCO2增长到2020 年的6030 万tCO2，年均增长10. 08%;而在综合控制情景下，到2020 年仅增长到4140 万t CO2，年均增长6. 94%。和图2 结果比较发现，在基准情境下，厦门地区总能耗和温室气体排放量都保持10% 左右的同步增长。而在综合控制情境下厦门地区综合总能耗年均增长9. 13%，而温室气体的排放量的年均增长率却只有6. 94%，温室气体的增长并没有随着能耗的增长而出现同步增长，说明在此情景下，大量清洁低碳能源的使用导致能源消费结构转变促使温室气体减排效果较为明显。

 

  不同情景下年人均温室气体排放量如表4 所示。在基准情景下，年人均温室气体排放量到2020 年年均增长7. 44%;在综合控制情景下，年均增长4. 37%。两种情景下厦门地区年人均温室气体排放量均表现出增长态势，但在在综合控制情景下增速明显放缓。

 

  3. 3 节能减排潜力

 

  3. 3. 1 节能潜力分析

 

  厦门市的节能潜力以及各子情景和各部门的节能贡献率如表5 所示。结果显示，所有节能政策措施都能够很好的被贯彻实施的话，厦门地区的节能潜力逐步增大，从2010 年的123 万t 标准煤增加到2020 年的463万t 标准煤。从各子情景的节能贡献率来看，清洁燃料替代情景的贡献是最大的，每年的贡献率在50%左右。

 

  从各部门的节能贡献率来看，工业部门的节能贡献率最大。

 

  3. 3. 2 减排潜力分析

 

  厦门市的温室气体减排潜力以及各因子的减排贡献率如表6 所示。结果显示，随着减排政策措施实施的深入，减排效果越来越好。在各子情景中，减排贡献最大的是清洁燃料替代措施，始终保持70% 以上。从部门来看，工业部门是温室气体减排大户，其贡献率始终保持在80%以上，因为清洁燃料替代、工业节能和热电联产等在工业部门内的减排措施最多。

 

  温室气体的减排主要是来源于传统能源消费总量的控制和能源使用结构的优化。依据模型计算结果并进行统计分析发现，优化地区能源使用结构对于温室气体减排贡献巨大，贡献率始终保持在70% 左右，这说明结构减排潜力巨大。两种情景下能源结构变化图如图4 所示。图4 清晰地显示在基准情景下，能源结构几乎没有变化;而在综合控制情景下，能源结构发生根本性转变，清洁能源使用量大幅攀升，能源结构逐步趋于环境友好化和清洁化。

 

  3. 4 计算结果讨论

 

  综合以上计算结果，不难发现，工商业部门蕴藏的节能减排潜力是最大的。工商业领域的节能减排政策主要可以分为两类:一是制度上的;二是技术上的。制度上的节能减排主要是指制定严格的节能减排制度，这个较容易实施，但效果不大。技术上的节能减排只要是指工商企业投资新的节能减排技术设备。它的节能减12 期曹斌等:基于LEAP 的厦门市节能与温室气体减排潜力情景分析3365http: / /www. ecologica. cn排效果较好，但实施难度很大，因为企业是否投资使用某节能减排技术设备是需要考虑成本与收益的，当投资成本远远大于使用收益时，企业是没有动力去使用该设备的。因此政府在引导企业实现节能减排目标时应充分发挥财政政策的引导作用，安排相应的节能减排专项资金，推动节能减排重点项目和技术的推广应用。家庭部门的节能减排主要涉及到用管道天然气替代传统煤气和节能电器的推广使用，其实施难度比较小，预期减排效果会比较好。交通部门的节能减排政策主要涉及到绿色公交车和出租车的推广、BRT 建设和机动车控制，前两项目前已经实施，第3 项的实施难度较大，难以控制，预期该部门的总体实施效果较好。

 

  本研究遵循从政策-情景-参数-结果的分析思路，分析中隐含了两个基本假设:一是假设政策被良好的实施;二是假设模型参数被合理的设定。这两个隐含假设的合理性直接决定着LEAP 模型在厦门的应用结果的准确性、可靠性和有效性。政策的实施效果是和政府的决心、实施的成本以及政策可操作性直接相关的。当政策的实施效果不好时，节能减排的潜力将大幅缩水，无法达到预期的节能减排目标。第二个隐含假设中的参数包括:核心基础参数、能耗参数和政策参数。前两个参数的数据来源于统计年鉴和相关文献，受人为主观影响较小;而政策参数的设定则受人为主观影响较大，容易产生大的误差。当政策参数的设定严重偏离预期时，计算结果的准确性将大打折扣。该误差的纠正需要建立一个反馈调节机制，随着时间的推移不断地修正政策参数。对于政策参数的选取，本文经过大量政府部门调研及问卷调查以减少参数取值的影响。模型分析的误差除受以上两个隐含假设的影响外，还受模型的结构和调研数据的可靠性的影响。因此，LEAP 模型预测结果的准确性、          可靠性和有效性直接依赖于这两个隐含假设的准确性、可靠性和有效性。

 

  4 结论

 

  本文首先阐述了LEAP 模型分析城市节能减排的基本原理，在此基础上以厦门为实际研究案例，建立了LEAP-Xiamen 模型，结合厦门的实际情况设计了相应控制情景，情景分析结果表明，厦门市已经出台的一系列节能减排政策在被良好实施的情况下拥有巨大的节能减排潜力。本研究的主要结论如下:

 

  (1)在基准情景下，厦门市能源消费总量年均增长10. 5%，万元地区生产总值能耗年均降低1. 37%，温室气体排放总量年均增长10. 08%;而在综合控制情景下，厦门市能源消费总量年均增长9. 13%，万元地区生产总值能耗年均降低2. 59%，温室气体排放总量年均增长6. 94%。

 

  (2)从节能的角度看，各项节能措施在2010 年拥有节能123 万t 标准煤的潜力，2015 年达到297 万t 标准煤，2020 年达到463 万t 标准煤。从各种措施的贡献来看，清洁燃料替代措施节能效果最好;从部门来看，工业部门节能潜力最大，其次分别为商业、交通和家庭部门。

 

  (3)从减排的角度看，各项减排措施在2010 年拥有减排6. 3MtCO2的潜力，2015 年达到13. 8 MtCO2，2020年达到18. 9MtCO2。从各种措施的贡献来看，清洁燃料替代的贡献最大;从部门来看，工业部门的减排潜力最大;从能源结构来看，结构减排潜力巨大。

 

  (4)综合两方面考虑，清洁燃料替代措施的节能减排效果最好，工业部门的节能减排潜力最大。此外，优化厦门地区的能源结构是减排的长远战略。大力推广清洁燃料的使用、抓好工业部门的节能减排和优化城市能源结构是发展低碳城市的有效路径。