基于LEAP 模型的山西長(zhǎng)期能源消耗及碳排放分析

呂 茹

（華北電力大學(xué)，北京 100096）

引言

2020 年9 月，中國(guó)在第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)一般性辯論上提出“雙碳目標(biāo)”：二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060 年前實(shí)現(xiàn)碳中和[1]。這對(duì)于我們的經(jīng)濟(jì)和能源來說，都是巨大的壓力挑戰(zhàn)。其中山西作為煤炭大省，碳達(dá)峰的時(shí)間對(duì)于山西來說，時(shí)間緊迫，對(duì)于碳減排的壓力顯得更為迫切。

2019 年山西GDP 是17 026.7 億元，全省單位GDP 能耗為1.03 t 標(biāo)準(zhǔn)煤/萬元，遠(yuǎn)高于全國(guó)0.49 t標(biāo)準(zhǔn)煤/萬元的平均水平。目前山西的能源消耗總量都超過10 000 萬t 標(biāo)準(zhǔn)煤，從自身資源來看，山西暫時(shí)難以擺脫煤炭能源，加上化石能源自身的劣勢(shì)，不僅能源的利用效率不高，而且?guī)順O大的環(huán)境污染，特殊的是山西外送大量清潔電力，這直接導(dǎo)致污染留在自身省份，更加重了山西的環(huán)境任務(wù)。

1 相關(guān)理論

LEAP（low emissios analysis platform）模型之前也被稱為長(zhǎng)期能源替代規(guī)劃，是由瑞典斯德哥爾摩環(huán)境研究所及美國(guó)波士頓大學(xué)共同研究開發(fā)的一個(gè)基于情景分析的能源:環(huán)境:經(jīng)濟(jì)模型[2]。此模型LEAP 主要分為三部分：需求，轉(zhuǎn)換，以及資源。國(guó)內(nèi)有許多學(xué)者利用LEAP 模型對(duì)不同行業(yè)進(jìn)行研究，其中包括田璐璐等基于LEAP 模型在不同情景下對(duì)工業(yè)能源消費(fèi)及碳排放進(jìn)行預(yù)測(cè)分析[3-5]，遆曙光等利用LEAP 模型在不同情境下對(duì)居民生活用能及碳排放進(jìn)行分析研究[6]。滿海波等利用LEAP 模型對(duì)建筑能耗進(jìn)行情景預(yù)測(cè)研究[7]。劉貞等基于LEAP 模型在不同情景下分析電力行業(yè)碳減排潛力[8]。

2 山西省長(zhǎng)期能源需求量及碳排放量預(yù)測(cè)

根據(jù)LEAP 模型的特點(diǎn)以及數(shù)據(jù)的可獲得性，建立山西省LEAP 模型，構(gòu)建不同情景用以預(yù)測(cè)未來山西碳達(dá)峰時(shí)間，終端能源消費(fèi)總量和碳排放總量。影響山西省長(zhǎng)期能源需求量以及碳排量的驅(qū)動(dòng)的因素很多，本文主要聚焦于城鎮(zhèn)化率、GDP、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源強(qiáng)度以及能源轉(zhuǎn)化率等這些因素。

具體參數(shù)詳，見表1 所示。

表1 山西省LEAP 模型具體參數(shù)

3 山西省終端能源消耗量預(yù)測(cè)分析

3.1 終端需求能源消費(fèi)總量結(jié)果分析

通過設(shè)置不同參數(shù)，分析得出山西省終端能源消費(fèi)，與基準(zhǔn)情景相比，山西想要2030 年達(dá)峰，必須加快能源結(jié)構(gòu)和技術(shù)進(jìn)步，這樣不僅能夠在需求總量降低，而且能夠保證山西在2030 年達(dá)峰。如果想提前達(dá)峰，更需要大力發(fā)展清潔能源。其他三種情景下，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，火力發(fā)電的改進(jìn)，淘汰一些高耗能、低效率的設(shè)備，以及加快技術(shù)研究提高火力發(fā)電的效率。基準(zhǔn)情急下，能源需求總量在2040 年達(dá)到峰值，大約為274.10 Mt 標(biāo)準(zhǔn)煤。約束情景、綠色情景、綠色低碳情景，能源需求總量將分別下降6%、14%以及21%。技術(shù)的進(jìn)步與結(jié)構(gòu)的改變不僅保證了終端需求總量的提前達(dá)峰，更保證了能源需求總量的下降，對(duì)于碳達(dá)峰的貢獻(xiàn)相當(dāng)重要。不同情景下的山西省終端能源消費(fèi)，如圖1 所示。

圖1 為不同情景下的山西省終端能源消費(fèi)比較

3.2 山西省能源加工、轉(zhuǎn)換部門能源消費(fèi)量結(jié)果分析

基于模型中的不用情景，對(duì)于情景中加工轉(zhuǎn)化率方面參照文獻(xiàn)[9]，得出山西省發(fā)電中逐步淘汰老舊燃煤電廠，改善常規(guī)燃煤發(fā)電技術(shù)，大量采用先進(jìn)的超臨界、超超臨界和整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)等發(fā)電技術(shù)。雖然大量清潔能源的投入對(duì)能源需求的影響較少，但是在發(fā)電中對(duì)于碳排放量的影響舉足輕重。清潔的大量使用及并網(wǎng)不僅能夠改變降低碳排放的總量，更夠保證生態(tài)環(huán)境。轉(zhuǎn)換模塊不同情景下的能源需求量，如圖2 所示。

圖2 為轉(zhuǎn)換模塊不同情景下的能源需求量

3.3 三種情景下碳排放總量分析

利用LEAP 默認(rèn)的技術(shù)環(huán)境數(shù)據(jù)庫，計(jì)算得到山西能源利用相關(guān)二氧化碳排放量,如圖3 所示?；鶞?zhǔn)情景下，山西在2033 年將達(dá)到頂峰，碳排放將會(huì)是743.94 百萬t，在政策干預(yù)的另外三種情景下，山西碳達(dá)峰時(shí)間分別提前為2030 年、2028 年、2025 年，并且碳達(dá)峰的排放量將低于基準(zhǔn)情景，分別為698.56 百萬t，654.37 百萬t，以及616.40 百萬t。這也說明碳排放的減少與技術(shù)的提高，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化等密切相關(guān)。

圖3 為三種情境下山西省CO2 排放總量

4 碳減排對(duì)策分析

通過LEAP 分析可以看到，山西省要想完成國(guó)家提出的2030 年左右碳達(dá)峰的目標(biāo)，那么必須在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)采取一系列節(jié)能減排措施，注重發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)。結(jié)合四種情景下對(duì)山西省能源消費(fèi)及碳排放的分析結(jié)果，提出山西省完成碳減排目標(biāo)的對(duì)策措施。

4.1 提高效率和優(yōu)化結(jié)構(gòu)

終端能源強(qiáng)度的提高，不僅可以降低能源消耗，而且可以盡早實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰。尤其山西目前第二產(chǎn)業(yè)占比較大，所以山西必須一方面引進(jìn)先進(jìn)煤炭技術(shù)提高能源效率，利用碳市場(chǎng)作用促進(jìn)企業(yè)淘汰一些落后和高排放的設(shè)備，另一方面利用山西地理位置大力推廣和發(fā)展清潔能源。同時(shí)加大硬件和軟件的改善，加大相關(guān)方面的科研資金，以及引進(jìn)低碳技術(shù)以及人才。

4.2 調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和提高管理水平

在“雙碳”目標(biāo)和“雙控”機(jī)制下，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整需要充分利用發(fā)揮市場(chǎng)的作用，加大政府的引導(dǎo)力度。核心在于工業(yè)產(chǎn)業(yè)，可以建立綠色績(jī)效考核體系，避免“唯GDP”論和過度的強(qiáng)制性減排模式，避免兩頭重中間輕的模式，在環(huán)境政策中，需要將能源消費(fèi)，能源強(qiáng)度、碳排放量以及綠色增長(zhǎng)水平等指標(biāo)納入績(jī)效考量體系，推動(dòng)路徑的有效實(shí)施，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展。

4.3 完善政策和制度設(shè)計(jì)

1）在居民生活中，發(fā)展“電代煤”、“氣代煤”等政策。清潔能源可以應(yīng)用于居民生活環(huán)境，不僅可以改變居民的“量”，可以改變“質(zhì)”。從生活中小事減少碳排放，為山西低碳發(fā)展作出貢獻(xiàn)。

2）碳交易市場(chǎng)正式啟動(dòng)，規(guī)定了企業(yè)碳排放配額與交易權(quán)利，鼓勵(lì)企業(yè)自愿減排，對(duì)環(huán)境保護(hù)、節(jié)能減排具有重要的積極作用。發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的監(jiān)管力度還處于較低水平，相關(guān)的法律體系不健全，監(jiān)督與管理的強(qiáng)制性不足。因此，應(yīng)進(jìn)一步加快低碳發(fā)展方面立法的步伐，完善相關(guān)法律法規(guī)體系。

3）不同行業(yè)的能源強(qiáng)度，能源結(jié)構(gòu)，碳排放量有差別，這就要求在制定、實(shí)施、完善政策需要有針對(duì)性，不能實(shí)行“一刀切”，根據(jù)行業(yè)的異質(zhì)性細(xì)化完善不同的碳排放交易細(xì)則并逐步落實(shí)推廣，尤其是工業(yè)行業(yè)中污染程度較大的行業(yè)，需要做到良好的帶頭作用。

4）山西省大量的清潔電力外送，火力發(fā)電是山西碳排放的主要來源，如何在保證電力外送的優(yōu)勢(shì)下，發(fā)電行業(yè)的能夠平衡企業(yè)和社會(huì)環(huán)境之間的利益。在“雙碳”目標(biāo)下，山西省需要制定相應(yīng)的制度，保證“低碳化”和“高效化”行業(yè)率先達(dá)峰，助力于山西的“30.60”目標(biāo)。