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1、基于 LEAP 模型的能源规划与 CO2 减排研究以辽滨沿海经济区区域为例 冯国会 田川 李帅 胥富强 沈阳建筑大学市政与环境工程学院 国网辽宁省电力有限公司经济技术研究院 摘 要： 目的 为从法规、政策、规划和计划层次上削减碳排, 对辽滨沿海经济区区域能源规划及 CO2 减排进行研究, 实现区域能源规划的科学性.方法 采用长期能源可替代规划系统 LEAP 模型, 在基准发展情景和区域能源规划发展情景下, 分建筑业用能、商业用能和居民生活用能 3 个部门进行 CO2 排放量模拟预测.结果 模拟结果得出:相比于基准情景, 区域能源规划发展情景下, 20102030 年 CO2排放总量减少了 7.
2、1105t, CO2 的排放量比基准发展情景降低了 44%.结论 在区域能源规划中引入 LEAP 模型对区域节能减排进行研究的方法是科学有效的, 辽滨沿海经济区区域能源规划对于区域节能减排有着重要作用, 为未来区域建筑的低碳节能奠定基础.关键词： 辽滨沿海经济区; 区域能源规划; LEAP; CO2 减排; 作者简介：冯国会 (1964) , 男, 教授, 博士研究生导师, 主要从事建筑节能技术方面研究.收稿日期：2017-06-28基金：国家十三五重点研发计划项目 (2017YFB0604002-03) Forecasting Community Energy and CO2 Emissio
3、n Using LEAP Model:A Case Study in Liaobin Coastal Economic ZoneFENG Guohui TIAN Chuan LI Shuai XU Fuqiang School of Municipal and Environmental Engineering, Shenyang Jianzhu University; State Grid Liaoning Electric Power Company Limited Economic Research Institute; Abstract： To reduce CO2 emission
4、in the aspects of laws and regulations, policies and plans, Community energy planning and CO2 emission forecasting were studied using long-range energy alternatives planning system ( LEAP) model. CO2 emission in three departments which are energy use in building industry, energy use in commercial an
5、d energy use in residents living were forecasted in the baseline scenario and community energy planning scenario. The result shows that compared with the baseline scenario, CO2 emission in community energy planning scenario was reduced by45%. In conclusion, its scientific and effective that used LEA
6、P model in community energy conser-vation and CO2 emission reduction.Keyword： Liaobin coastal economic zone; community energy planning; LEAP; carbon dioxide emission; Received： 2017-06-28近几十年来, 随着经济社会的不断发展、全球化进程的加速, 大气中 CO2等温室气体的排放也显著增多, 全球气候变化的问题凸显.相关研究数据表明, 在21 世纪初, 温室效应不断积累, 已导致地球表面的平均温度增加了约 0.6,
7、 全球海平面上升了 1025 cm, 全球变暖的程度超过了在过去 400600 年中任何一段时间, 按照这样的速度发展, 到 21 世纪中叶, 大气中 CO2的体积浓度将达到 560 m L/m, 随之而来的是全球温度的迅速变暖和海平面的持续上升.全球气候变化引起了世界各国的广泛关注, 如何遏制全球气候变暖, 削减碳排放量, 已经成为当前科学界和国际社会的核心问题1-2.世界各国的能源消费和 CO2排放量持续增长, 发展中国家尤为突出.而中国的建筑能耗占社会总能耗的三成, 因此碳减排已经成为区域建筑能源规划的硬性约束.温室气体最主要的来源是服务于人类活动的资源与能源的大量消耗, 特别是煤炭、石
8、油、天然气等化石燃料的燃烧, 研究减少城市能源碳排放的技术方法与规划措施是当前区域能源规划研究的重点3-6.因此, 在区域能源规划中, 既要注重能源的供应侧规划与需求侧规划的平衡, 也要考虑对各项规划措施的减排潜力的科学评价分析.目前, 国外一些研究机构开发专门的软件模型用以支持区域能源规划中环境影响评价, 提高了评价研究的科学性和准确性, 其中应用比较多的有MARKAC、LEAP、EFOM、OREM、M ESSAGE 等模型工具.长期能源可替代规划系统模型 (Long-range Energy Alternatives Planning System, LEAP) 是一个基于情景分析的自下而
9、上的计量经济、能源环境核算工具, LEAP 在国内外很多领域如能源需求预测、交通领域的能耗预测、能源对环境的影响等各个方面应用广泛.该模型能够计算能源部分和非能源部门产生的温室气体源汇, 还能够分析当地和区域空气污染排放, 因此它适合减少当地空气污染的气候协同效益研究.A.Priambodo 等6建立 LEAP 模型, 分析了印度尼西亚中小型工业企业的能耗和 CO2排放.王克等7利用 LEAP 模型分析了中国钢铁行业 CO2减排潜力.李栋等8利用 LEAP 模型评价了城市居住区能值并且分析了复合情景.Y.Huang 等9应用 LEAP 模型, 预测了台湾的长期能源需求与供应.R.Shabbir
10、 等10利用 LEAP模型检测了巴基斯坦两座城市的城市交通空气污染和能耗.T.Zhao 等11利用LEAP 模型研究了中国低碳经济发展前景.曹斌等12建立了 LEAP 模型, 对厦门市节能与温室气体减排进行了潜力分析.贾彦鹏等13建立了景德镇的 LEAP 模型, 研究了城市能源规划与 CO2减排.周健等14基于 LEAP 模型分析了厦门交通能耗及大气污染物排放水平.黄建15基于 LEAP 模型分析了中国电力需求情景及不确定性.常征等16基于 LEAP 模型分析了上海长期能源消耗及碳排放.基于此, 笔者引入以 LEAP 模型为基础的区域能源规划与 CO2节能减排研究方法, 以盘锦辽滨沿海经济区为
11、例, 模拟不同情景下对于区域 CO2排放的影响, 分析得出到 2030 年的 CO2排放情况, 为未来区域建筑的低碳节能奠定基础.1 区域能源规划及 CO2减排研究方法1.1 LEAP 模型框架LEAP 模型按照区域能源需求、区域能源供需平衡情况、区域环境影响评价的顺序, 即“资源”、“转换”、“需求”.根据当前规划的能源需求现状 (供电、供冷、供热、供气) , 考虑未来规划年限的社会、经济等发展的预测, 可利用LEAP 模型根据不同的能源转换、应用技术, 模拟不同发展情景下的能源消费模式.通过对比各个情景模式的模拟分析结果, 为区域能源规划对环境的影响提供参考依据.LEAP 的数据输入透明,
12、 而且比较灵活.为预测能源对环境的影响, 输入收集到的各种技术统计数据、财务统计数据和相应的环境排放统计数据, 经过 LEAP 模型调取各国家和地区各排放指标下的环境数据库, 模拟计算可得到不同技术情景下碳排放强度, 从而方便预测碳排放等评价指标.1.2 LEAP 模型结构特点LEAP 模型支持不同的范围广泛的建模方法, 在需求侧是自下而上的结构, 在用户侧使用自上而下的宏观经济模型, 包括“资源、转换、需求”3 个方面, 即供应侧的各种一次、二次能源的开发, 对一次、二次能源的加工、利用、运输、存储等中间环节的能源技术, 以及社会各个部门对能源的总的需求量的区域能源规划的全过程模型 (见图
13、1) .在模型内输入规划区域内的能源需求、供应及平衡状况, 以及能源加工转换过程相关的投入, 就能够输出该年限内区域碳排放情况, 进而得到区域能源规划对于环境影响的特点.图 1 LEAP 模型技术路线 Fig.1 Technical route based on LEAP mode 下载原图1.3 能源需求和 CO2排放计算LEAP 模型对能源需求进行分行业预测.其计算原理如下:能源消费总量为式中:n 为行业部门数;E i为 t 时刻第 i 种能源消费总量;A j为第 j 部门在 t 时刻的活动水平 (部门产值或产品产量) ;E ij为 t 时刻第 j 部门第 i 种能源单位活动水平下的能源消
14、费强度.综合能耗为式中:m 为能源种类数;E j为 t 时刻第 j 部门综合能耗;A j为第 j 部门在 t 时刻的活动水平 (部门产值或产品产量) ;E ij为 t 时刻第 j 部门第 i 种能源单位活动水平下的能源消费强度.式中:C 为 CO2排放量;A j为第 j 部门在 t 时刻的活动水平 (部门产值或产品产量) ;Eij为 t 时刻第 j 部门第 i 种能源单位活动水平下的能源消费强度;f ij为第 j部门对第 i 种能源的碳排放系数.常规大气污染物及火力发电大气污染物排放系数分别如表 1 和表 2 所示.表 1 常规大气污染物排放系数 Table 1 Conventional ai
15、r pollutants emission factors 下载原表 表 2 火力发电大气污染物排放系数 Table 2 CO2emission factors 下载原表 2 辽滨沿海经济区案例研究2.1 区域经济背景辽滨沿海经济区是辽西经济区、辽南经济区和辽宁中部城市群三大经济板块的重合点.辽滨沿海经济区隶属于原辽滨经济区、荣兴朝鲜族乡、二界沟镇相应区域, 经济区总规划面积为 306 km.因其位于盘锦市与营口市之间的独特地理位置, 而赋予其两市共有的属性.近几年来, 辽滨沿海经济区整体经济呈高速发展态势, 发展前景良好17-19.为实现经济发展水平、产业结构、城市化、对外开放程度 4 个方
16、面的全面提升, 辽滨沿海经济区设定了未来经济水平在 2030 年达到西方发达国家标准的经济发展目标.相关数据显示, 盘锦市 2010 年单位 GDP 能耗较高, 而且高于全国平均水平.2030 年辽滨沿海经济区经济发展目标值是在综合分析的发展条件和国际国内发展环境基础上, 笔者为此设定了 2030 年的发展目标.经济发展目标指标虽然都具体落实到量化指标但本身并非传统的指令性计划, 而多属于方向性和预期性目标指标.到 2030 年, 辽滨沿海经济区规划年经济发展数据、产业结构数据、主导产业数据分别如表 3表 5 所示.由表可知:辽滨沿海经济区 GDP 将达到 2 700 亿元, 为盘锦 2009 年国民生产总值 4 倍, 人均 GDP 达到 22.5 万元.表 3 辽滨沿海经济区规划年经济发展数据 Table 3 Economic development data of Liaobin coastal economic zone 下载原表 表
