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福建省溫室氣體排放趨勢峰值預測研究

文檔作者：林大榮文檔來源：福建省華廈能源設計研究院有限公司		點擊數：	更新時間： 2024年07月06日
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福建省溫室氣體排放趨勢峰值預測研究
林大榮
(福建省華廈能源設計研究院有限公司福建福州350005)
摘要在研究國內外溫室氣體排放峰值預測的進展基礎上。對國內外減排潛力和路徑進行分析；針對溫室氣體排放預測
研究存在的主要問題，根據kaya模型、LEAP模型，對其研究技術路線、碳排放影響因素的因式分解，進行福建省碳排放峰值預
測研究。
關鍵詞溫室氣體排放趨勢峰值預測kava模型因式分解LEAP模型
中圖分類號：×51 文獻標識碼：A 文章編號：1672一∞64(2018)06．dD2-04
溫室氣體(碳排放)濃度的增加引起的全球變暖。已經對
自然生態系統和人類生存環境產生嚴重影響。為應對氣候變
化和氣候變暖．中國向世界莊嚴承諾“在2020年單位GDP
溫室氣體排放量在2005年基礎上減少45％”。我國在“十三
五”規劃綱要中明確提出了“碳排放總量得到有效控制”。隨
著我國簽署《巴黎協議》。承諾到2030年左右二氧化碳排放
達到峰值且將努力早日達峰．做好福建省溫室氣體排放變化
趨勢及其峰值預測研究工作具有更加重要的意義。
l 國內外溫室氣體排放峰值預測研究的進展
1．1 國內外溫室氣體排放峰值預測研究
目前國內外學術界對溫室氣體排放峰值預測方面的研
究主要集中在能源消費的碳排放量峰值方面。研究主要方法
集中在運用模型和曲線等方面．根據能源消耗量計算碳排放
量、根據碳排放強度對碳排放峰值的研究等。
國家發改委能源研究所(2003)利用LEAP模型建立覆
蓋我國所有能源消費部門和包括商品能源和消費商品能源
等所有能源消費品種的能源需求模型．得到了中國在可持續
發展目標下。到2020年各時段全社會能源需求的不同情景。
哈爾濱工業大學遲春浩等(2004)、中國人民大學林燁等
(2008)、北京師范大學賈延鵬等(20lO)分別用LEAP模型對
我國未來能源發展情景、工業能源未來發展、城市規劃與
C02減排等進行研究。
林伯強等(2009)利用傳統的環境庫茲涅茨模型模擬與
在二氧化碳排放預測的基礎上的預測2種方法．對中國的二
氧化碳庫茲涅茨曲線做了對比研究和預測．結果存在較大差
異：簡單的環境庫茲涅茨模型模擬計算．在37170元處達到
人均二氧化碳排放的最大值．是中國二氧化碳排放的理論拐
點。依據我國經濟發展．拐點出現在2020年左右。從能源需
求角度分析．中國二氧化碳的庫茲涅茨曲線到2040年還沒
有出現拐點。
岳超等(2010)基于對我國未來GDP和GDP碳強度的
預測．以2005年為基準年．對我國2050年的碳排放進行了
預測：結果顯示．2050年我國未來碳排放的最小預測情景為
發改委能源所的強化低碳情景：最大預測情景為2050年我
國碳強度指數衰減至美國2005年碳強度水平情景。
從國內外研究現狀看．國際上關于溫室氣體排放預測模
型的研究越來越有綜合化、長期化的傾向。試圖將影響排放
的各種因素都包含進來以達到更精確預測的目的．并且試圖
預測50年甚至更長的時間尺度。而我國在模型預測方面也
做了大量的工作。在國際上具有一定的影響力。
1．2國內外減排潛力和路徑分析研究
曾賢剛(2009)對我國各省區的C02排放量進行了核算，
同時對人均排放量和溫室氣體排放強度做出了比較分析．用
聚類分析將各個省份的溫室氣體排放強度進行了歸類．比較
得出了各個省的排放潛力。
從國外溫室氣體排放研究來看．主要由模型和情景分析
2種方法組成。
Yin異Fan(2006)運用s11RPAT模型分析了1975。2000年
收入水平不同的國家溫室氣體排放受到各種因素的影響情
況．發現在低收入國家人均GDP水平對溫室氣體排放的影
響較大：在中等收入國家中能源強度對溫室氣體排放的影響
較大：在高收入國家中影響溫室氣體排放的各個因素有很大
的正相關關系。
B啪tLiddle(2010)基于s11砌)AT模型，從人口、人均財
富及能源強度3個方面．分析了一些發達國家的溫室氣體排
放情況。通過分析發現影響這些國家的溫室氣體排放因素不
止這三方面；另外能源結構、居民能源消費及城鎮化率也是
溫室氣體排放的重要因素：文章最后指出在研究不同的國家
溫室氣體排放時應對鯽RPA，r模型做一些調整。
Hu蚰舳IJi(2011)論文通過研究表明影響中國溫室氣體
排放的主要5個因素是人均GDP(A)、工業結構(Is)、人口
(P)、城市化率(R)和技術水平(T)。而且這5種因素對溫室
氣體排放的影響程度是A>DP>R>IS的．在節能減排中提高
技術水平T是最有效的途徑。
1．3溫室氣體排放預測研究存在的主要問題
目前關于溫室氣體排放趨勢問題的研究較多．主要集中
在因素分解分析、模型及預測、減排潛力和路徑分析這3個
方面。但只是從上述3個方面分別進行研究．而很少有將三
者結合起來使之成為一個溫室氣體排放趨勢的研究體系。
福建省具體而全面的溫室氣體排放趨勢研究較少．特別
作者簡介：林大榮(1963一)，1985年畢業于廈門大學化學系，荻學士學位，高級工程師。30多年來從事質量監督、節能減排、溫室氣體清單報告、碳
核查、應對氣候變化戰略、潔凈煤研究等；課題、論文獲得省、部級多項獎勵；現為福建省華廈能源設計研究院有限公司副總工、能源研究所所長。
2018．№6．9 萬方數據
是峰值預測方面的工作則基本沒有。
2福建省溫室氣體排放預測相關研究工作的進展
2．1福建省溫室氣體排放的研究進展
福建省溫室氣體排放的研究工作近幾年來取得了較大
進展．在溫室氣體排放的研究與應用中做了大量工作．取得
了不少的成果。但在溫室氣體排放趨勢預測及其模型研究的
工作起步較遲。相關研究成果較少。
福建省基本完成了國家發改委下達的省級溫室氣體清
單編制工作(2005年和2010年)。2012年和2014年的報告
正在國家發改委評審驗收．這對推動福建省溫室氣體排放的
研究工作起到了很好的促進作用。我省C02排放總量從
2005年到2010年，增加了53．99％。年均增長率為9．02％，呈
現明顯的正相關性。反映了福建省經濟的快速增長，伴隨更
多的能源消費，同時帶來更多的CO：排放。
根據環境庫茲涅茨曲線(EKC曲線)理論，經濟增長與
環境壓力間呈倒“U”型曲線關系，說明在經濟發展初期，環
境會伴隨著經濟增長而不斷惡化；當經濟發展到一定階段。
環境惡化會得到遏止并伴隨著經濟的進一步發展而逐步好
轉。福建省現階段尚處于倒U型曲線的左側。經濟增長尚未
達到EKC曲線的臨界值點．表明經濟增長促進福建省C0，
排放量增長的趨勢短期不會改變。
由于CO：排放量與經濟增長間的正相關關系，以犧牲經
濟增長速度為代價減少溫室氣體排放．對于正處于快速發展
中的福建省來說承受力是有限的。因此。采取何種方式和途
徑實行CO：減排策略，才能實現經濟增長與環境保護之間的
均衡，達到EKC曲線閾值點的目標，這都是福建省CO：減排
戰略需要考慮和重視的問題。
2．2基于kava模型的福建省碳排放峰值預測研究
2．2．1 kava恒等式簡介
kava恒等式是由日本kava教授在1998年IPCC一次研
討會上最先提出，是目前研究CO：排放最廣泛的模型之一。
該模型通過1種簡單的數學公式將經濟、政策和人口等因子
與人類活動產生的二氧化碳聯系起來。根據kava碳排放恒
等式．二氧化碳溫室氣體排放量主要和人類活動相關的4個
部分組成．表述的公式如下：
coF孚×擊×乎×P (1)
其中，CO：代表溫室氣體排放量；E為能源消費總量；
GDP為國內生產總值；P代表人口。CO牡表示單位能源的碳
排放，與能源利用結構有關；E，GDP表示單位GDP能耗。即
能源強度；GDP，P表示人均GDP。因此kava分解模型代表影
響碳排放的4個因素分別是：能源消費的溫室氣體排放強
度、能源強度、人均GDP以及總人口數。
ka丫a公式4個因素對CO：排放的影響程度可以通過因
素分解進行分析．即把變量的變化分解成幾個部分．細化每
一個影響因素的意義。因素分解有多種形式，根據對能源使
用與溫室氣體排放領域分解方法應用的調研．新加坡國立大
學B．W．Ang教授提出的對數平均Divisia因素分解法(LMDI)
目前最常使用，不產生無法解釋的殘差項，因此本研究采用
LMDI因素分解方法。
2．2．2 kaya模型碳排放峰值預測研究技術路線
kaya模型碳排放峰值預測研究技術路線見圖1。
2．2．3福建省碳排放
影響因素的因式分解
根據kava恒等
式．一個地區能源消費
量如煤、石油、天然氣
對碳排放的影響是直
接的，消費的越多，碳
排放增加就越多：地方
經濟增長正常將擴大
產業規模．不可避免的
會增加能源的消耗．從
I福建省碳攤放現狀l
'LL
l福建2∞I一2f}16年碳攆放里的佶算I
J L
竄國酋菌菡圈國
傭hy-模愛對2017一∞40年中爵嚷攤放里進行璜
圖l kaya模型碳排放峰值預測
研究技術路線
而增加碳排放量：持續的人口增長會帶來環境和能源消耗的
巨大壓力。kava碳排放計算公式中消耗2種以上化石能源碳
排放計算式可表達為：
c一號x擊×譬她Σici=Σi器×譬×擊x孚岬)
2．2．4研究成果
根據kaya模型分析預測結果，福建省未來到2035年，
如果按照當前的經濟發展政策、人口政策和能源等政策．那
么福建省的碳排放量將逐年增長并在2025年左右達到峰
值。其能源結構為煤炭42．4％，石油23．1％，天然氣9．O％，清
潔能源25．5％．社會經濟增長速度約7．9％。
kava模型提出了2種低碳情景：在常規低碳情景下，福
建省碳排放將在2024年左右達到峰值。其能源結構為煤炭
43．7％，石油20．6％，天然氣8．8％，清潔能源26．9％，社會經濟
增長速度約7．2％；在深度低碳情景下，福建省碳排放將在
2022年左右達到峰值．達峰時福建省一次能源消費總量約
14874萬t標煤，其能源結構為煤炭44．3％，石油21．1％。天然
氣8．7％．清潔能源25．8％。社會經濟增長速度約6．8％。
2．3基于LEAP模型的福建省碳排放峰值預測研究
2．3．1 I點AP—Fu{ian的構建和情景設置
福建省碳排放LEAP模型主要采用自上而下的分層級
方法。第一層及主要對部門進行劃分．然后每一層級細分下
去至福建省的高耗能行業．主要需求數據有基準年份的增加
值或產量，主要能源品種的消耗比例．該部門或子行業的當
年綜合能源消費量：目標年份的能源之間的相互替代作用。
本文中所有的溫室氣體排放因子均來自于LEAP模型中所
配備的排放數據庫中的IPCC排放因子缺省值(2013年
IPCC國家溫室氣體清單指南)。在鋼鐵行業中，生產規模對
能耗的影響較大．在模型中建立了高爐煉焦冶煉和電爐冶煉
2種方式的工藝．因為數據可獲得性的限制，分別描述其設
備產量和能源強度。
LEAP—Fuiian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
20mNo．6．o 萬方數據
圖2所示。研究設定了3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。
次能源滿求
次能源消費·次能源消費
用能設備燃料類愛
用艟設備燃辯終放因子
終端消費的CG攤放最
加工轉換的一次能源結構
加工轉換設備的效率或損失宰
加工轉換的COz捧放敏
圖2 LEAP—Fujian模型的研究思路
能源消費排放EDEmissionp=ΣΣΣAk“×EIk“×EFk“．。(3)
j k
式(3)中，EDEmissionp表示能源消費當中污染物p的排
放量；EFk．j。，表示第i個部門使用第j個設備消費單位第k
種能源所排放的第p種污染物的量。
能源轉換排放EDEmissionp=藝藝藝E1【'P。．1×e。。×EF。mp(4)
’一1—1一
m n l
式(4)中，ETEmissionp表示能源轉換當中污染物p的排
放量；EF。。。表示在第n種能源轉換設備生產第t種二次能
源所消費的單位第m種一次能源所排放的污染物p的量。
2．3-2情景設置
情景分析是根據研究對象的發展現狀，對研究對象的未
來發展進行預測．對影響研究對象發展的因子進行設定。影
響因子設置的不同產生多個情景方案，根據方案預測結果，
分析探討出針對研究對象未來發展最好的方案。因此，
LEAP—Fuiian模型對其情景的設定及其參數的設置盡可能
與未來福建省能源系統與碳排放可能出現的變化基本一致。
不同情景下經濟活動發展以及能源技術的變化。都是在
現有條件基礎上演變的．對描述現有情況(即CURRENT
ACCOUN佟)的各種參數和數據進行核實和標定是情景研究
的一個重要工作。各種技術參數的確定從技術能源強度和利
用SPSS對現有經濟和能源統計參數進行分析2種途徑來操
作。
(1)基準情景：基準情景延續目前的經濟發展，及能源效
率的水平。因市場競爭壓力在某種程度上限制了企業在提高
能源效率方面的投入，清潔燃料受成本、資源等因素的限制，
推廣和應用不廣泛。由于在推動可持續發展方面存在的市場
失靈和缺少在資源和環境利用方面的市場杠桿．能源結構調
整和節能技術帶來的能效提高不能完全達到政府的預期目
標。
(2)政策情景：政策情景是2020年以前的社會經濟發展
以福建省“十三五”各行業或領域的專項規劃為依據．假定政
府所規定的主要經濟目標和產業結構調整．及節能減排措施
均能順利實現．2020年。2040年則以2020年以前的發展趨
勢為依據．參照相關機構的研究對福建省今后的經濟、社會
發展、技術進步及應用等做出合理的判斷和解釋。
(3)深度減排情景：深度減排情景是比較理想的情景，各
種可持續發展的相關政策能得到進一步的加強．并且能夠非
常順利地得到執行。如福建省充分調整經濟結構，較大幅度
地降低了高耗能產業生產增加值比例：在制造業投入了更多
的節能技術．并以高效、低碳為目標優化各子行業的能源結
構：大力開發清潔能源。進一步降低燃煤機組的裝機容量，并
提高現役機組的能效水平。這個情景的實現要求在提高能
效、調整經濟和能源結構，以及環保措施和經濟技術措施方
面有重大舉措．
2．3．3情景結果分析
應用LEAP—Fujian模型．2個減排情景分別得到2030
峰值年、2025峰值年，進行分析后得到的結果如圖3。在政策
情景下．本文主要依據福建省“十三五”各專項規劃的發展目
標等內容設置該情景參數。政策表現為在調整產業結構提高
規模與效益的同時．注重綠色發展。構建能源開發與生態文
明協調發展。從圖3中可以看出，本文利用U1AP工具預測
政策情景在2030年達到峰值。隨后通過深度減排情景下相
應的措施實施(主要表現為產業結構轉型升級、終端用能品
種清潔高效化和核電等低碳電力生產的推進3個方面)。全
省碳排放量在到達峰值后開始緩慢下降。深度減排情景下，
則峰值年份為2025年。
L E^P#uJ¨n■穗-一下刪I艘■膏■
2018-NoA o
岫f—-■瞳——一下—啊啊蚺■ ■-●--●●●t_●-●_-_-^_●-‘_■_ ?
圖3 3個情景碳排放總■變化圖
(下轉第8頁)
萬方數據
值與樣品煮沸后測量結果相差不大．結果比較符合預期。
因核電廠對數據分析時間要求比較嚴格．上述方法中從
靜置衰變開始到出結果的時間很長，很難應用到實際中。如
果樣品有明顯的惰性氣體干擾．采用超聲波除氣或者煮沸除
氣的方法是不錯的選擇。
3結論
針對核電廠放射性流出物低放樣品．按表14參數設置
儀器可以得出準確的分析結果。
表14核電廠放射性低放樣品參數設置
針對核電廠放射性流出物高放樣品或者主系統樣品．按
表15參數設置儀器可以得出準確的分析結果。
表15核電廠放射性高放樣品參數設置
目前福清核電廠化學實驗室已按上述參數執行樣品分
析，與同行分析比對中未出現偏差。
參考文獻
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(上接第4頁)
情景分析結果說明：
(1)福建省短期內能源消費與碳排放的增長趨勢難以逆
轉。從LEAP—Fuiain模型的結果可以看到，不論是基準情景
還是減排情景．短期內能源消費量與碳排放總量均呈現上升
趨勢．且這一趨勢短時間內難以逆轉。
(2)通過I正AP—Fuiian模型對節能減排情景的參數設置
及結果分析，控制福建省產業結構對碳排放量的影響最大。
隨著2025年前后進入后工業時代．終端設備能源利用效率
及清潔能源的比例將發揮更大的減排作用。說明福建省在增
加核電、風電等清潔能源的資源稟賦優勢需要充分發揮，在
增加能源總量的同時．逐步減少以煤為主的消費量，減少
C0：排放。
目前福建省控制CO，排放政策的制定不應寄希望于控
制經濟產出規模，而應著眼于優化產業結構與技術進步，從
而有效提高能源效率。對于能源結構因素，發展水能、風能、
核能、太陽能、生物質能等新能源和可再生能源，優化能源結
構，將是未來福建省減排CO：的重要戰略選擇。
3 結論
由于CO：排放量與經濟增長間的正相關關系，以犧牲經
濟增長速度為代價減少溫室氣體排放．對于正處于快速發展
中的福建省來說承受力是有限的。因此．采取何種方式和途
徑實行C0：減排策略，才能實現經濟增長與環境保護之間的
均衡，達到EKC曲線閾值點的目標，這都是福建省C0：減排
戰略需要考慮和重視的問題。
結合福建省生態文明示范區建設、發展規劃及經濟發展
規律，運用LEAP和kaya模型研究、預測基準情景、政策情
景、深度減排情景3種模式下福建溫室氣體排放峰值出現的
規律，福建省未來通過對經濟社會發展目標、能源供應結構、
碳排放因子變化趨勢、碳匯等未來碳減排政策作用、節能減
排溫室氣體政策等實施．福建省能夠在2025年左右達到碳
排放峰值．
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風能
風能(wind energy)是因空氣流做功而提供給人類的一種流具有的動能稱風能。空氣流速越高，動能越大。
可利用的能量，屬于可再生能源(包括水能，生物能等)。空氣

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