【摘要】：能源是碳的載體,煤是碳的最主要載體。長期以來,煤炭、石油和天然氣等化石能源始終占據(jù)著全球能源生產和消費的90%左右�；茉丛诖罅ν七M人類現(xiàn)代文明的同時,其燃燒后所產生的二氧化碳也成為全球人為溫室氣體排放的最主要來源。在美國等發(fā)達國家,能源利用相關二氧化碳的排放占全社會二氧化碳排放總量的90%以上,占溫室氣體排放總量的75%以上。 鑒于富煤缺油少氣的能源資源稟賦和燃煤發(fā)電為主的能源消費模式,我國將不得不延續(xù)煤為基礎的能源生產與消費格局。若按現(xiàn)有生產生活方式發(fā)展,煤炭在我國能源構成中的比重仍會長期維持在70%左右,同時更為需要關注的是煤炭利用相關二氧化碳排放占全社會二氧化碳排放總量的比重不僅會快速地超過70%,而且還會呈現(xiàn)進一步上升的態(tài)勢。因此,與煤炭等化石能源利用相關的溫室氣體排放量估算的準確性,將對中國溫室氣體排放量估算的準確性影響很大,與國家利益息息相關,要特別給予重視。 能源利用是中國的大問題,關系國計民生；溫室氣體清單編制和碳脈分析是減緩和適應全球氣候變化、推進低碳發(fā)展的現(xiàn)實基礎與主要抓手。本文初次嘗試將國際前沿的能流碳脈分析理論和經典的數(shù)學建模方法與中國特別是上海的能源利用實踐進行多層次的融合與貫通,是筆者對能源利用技術與規(guī)律、清單編制通則與個案、碳脈傳承表象與實質等關鍵性問題長期思考和深入研究之后的心得與認識,目前研究工作還在繼續(xù),本論文只是一個階段性的成果。與以往的能源利用與碳排放問題研究相比,本論文在理論體系和研究方法上做了一些突破和創(chuàng)新。 一、技術路線與數(shù)模構建 (一)實證分析路線。基于現(xiàn)場數(shù)據(jù)和專家的分析判斷,具體、直觀、可操作,主要服務于課題研究和政府的決策需求。依托國際國內權威機構、管理部門以及實地調研收集的一手數(shù)據(jù)和資料,借助所在團隊有關能源利用、清單編制、碳脈分析的長期積累和深厚資源,本文初步完成美國、中國、上海能源利用狀況與規(guī)律以及溫室氣體清單編制特別是煤炭潛在碳排放因子等領域的分析、論證。主要為第三章、第四章和第五章,也是筆者結合資源、環(huán)境經濟學相關理論對現(xiàn)實問題的進一步觀察、思考、學習和總結。 (二)數(shù)學建模路線�；贚EAP模型、情景分析、趨勢外推等數(shù)學建模思想和工具,方法科學、數(shù)據(jù)透明、格式一致、結果可比,重在學術理論研究。依據(jù)國家和上海市的相關統(tǒng)計文獻,本論文采用數(shù)學建模法對上海能源的歷史、現(xiàn)狀進行量化分析,特別就直到2050年的發(fā)展進行情景分析,全新構建完成上海能源消費與碳排放LEAP-Shanghai模型,歷經一年多的改造、試用、調整、驗證,現(xiàn)已形成比較理想的三大綜合情景和九個子情景,模型運行結果達到預期,可以根據(jù)需要模擬仿真2000-2050年之間各個年份上海能源利用與碳排放情景,能夠為技術選型、政策制定提供數(shù)據(jù)支撐和決策依據(jù)。參數(shù)遴選、模型構建、結果輸出集中體現(xiàn)于第六章,是本文精華、亮點和主要功夫與創(chuàng)新點所在,也是筆者近六年碩博連讀、數(shù)十項課題鋪墊之后的學術追求及所得。 二、核心觀點與基本判斷 ◇得益于多項課題參與的認知與判斷： (一)基于能源利用的碳脈分析和碳脈圖,能夠直觀、清晰地描述能源與環(huán)境之間的定量關系,為編制各層級溫室氣體排放清單提供系統(tǒng)、可靠的估算方法和工具,為碳管理和碳減排政策的制定提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。 (二)煤炭是我國能源利用之CO2排放的主體。其中,電力、冶金、建材和化工等主要耗煤行業(yè)是我國煤炭利用之CO2排放的關鍵源；交通運輸業(yè)是我國石油利用之CO2排放的關鍵源。 (三)我國煤為基礎與歐美油氣為主的能源結構截然不同,加之煤炭分類標準與歐美標準差異。要求我們必須立足于中國國情,同時結合國際標準,建立生產側與消費側配套的、與國際對接的分類轉換標準,以便于我國排放清單的編制。 ◇本論文的研究表明： (四)中短期內能源消費與碳排放增長的態(tài)勢難以逆轉,2040年左右可能出現(xiàn)峰值,上海將早于全國。 LEAP-Shanghai模型運行結果顯示,不論是基準情景下的慣性發(fā)展,還是減排情景和強化減排情景下的多政策干預,上海能源消費總量與碳排放總量均呈上升趨勢,且這一趨勢在中短時期內仍難以逆轉。只有在強化減排情景下,2040年左右上海能源消費達到1.5億噸標煤、二氧化碳排放達到2.5億噸的峰值之后才會緩慢下降,全國的峰值時段晚于上海。 (五)強化節(jié)能減排的政策和執(zhí)行力是控制能源消費總量增長的基本原則和有效手段。 LEAP-Shanghai模型就基準情景運行結果顯示,按照目前的慣性發(fā)展,2050年上海能源消費總量將達到3.7億噸標準煤,為當前能源消費量的3.4倍；能源利用相關二氧化碳排放量將達到6.5億噸,為當前排放量的4.3倍。如此高的能源需求和碳排放量將給上海乃至全國的可持續(xù)發(fā)展以及能源的供應安全帶來更大的問題與挑戰(zhàn),也是生態(tài)環(huán)境和國際社會所無法承受的。 (六)摒棄GDP至上,保持經濟適度增長是降低能源消費與碳排放增長的現(xiàn)實基礎與依托。 LEAP-Shanghai模型子情景的節(jié)能減排貢獻水平模擬結果顯示,適當控制GDP增長速度,使其每階段增長率比基準情景降低1%,則到2050年將節(jié)能9200萬噸標準煤/年,占強化減排情景節(jié)能總量的37%；累計節(jié)能量達到19.7億噸標煤。這意味著即使不采取其他節(jié)能減排手段,僅僅在經濟增長速度上做適當?shù)恼{整,對能源消費總量控制和二氧化碳減排的作用就將十分顯著。 (七)轉變生活方式是從需求側減少能源碳排放的直接動力和長期潛力。 居民生活相關能源消費主要與建筑物和交通工具相關。隨著人民生活水平的提高,建筑物和交通部門將逐漸成為能源需求和碳排放增長的主要來源。強化減排情景下居民住宅和第三產業(yè)建筑物能耗占比從2010年的15%增長到2050年的20%,交通部門能耗占比則從20%增至70%。LEAP-Shanghai模型子情景相關貢獻率顯示,當居民的能源消費更趨于理性化與節(jié)約化,即不盲目追求居住面積或豪華住宅、增加節(jié)能電器的使用率、養(yǎng)成良好的用能習慣、減緩私人轎車保有量的增長速度、倡導公共交通等低能耗出行方式等,到2050年生活方式的轉變將比基準情景節(jié)能6200噸標準煤/年,占強化減排情景節(jié)能總量的26%,累計節(jié)能量達11.7億噸標準煤。 (八)清潔能源替代是從供應側減少能源碳排放的本源性、革命性手段和途徑。 LEAP-Shanghai模型情景分析顯示,在能源加工轉換階段,將煤炭在發(fā)電結構中的比例從目前的90%以上降低到50%以下,天然氣和可再生能源占比則增大到45%以上；在終端能源利用階段,大力發(fā)展混合動力汽車、CNG汽車、電動汽車等新能源汽車,鐵路電氣化率進一步提高,用電力、天然氣大幅替代第三產業(yè)和居民生活中的煤炭。到2050年,僅實施清潔能源替代措施就可實現(xiàn)碳減排1400萬噸/年。本文之模型對未來清潔能源替代的規(guī)模做了較為保守的估計,隨著電力需求占比不斷增長,華東電網(wǎng)等外來電中水電和核電比例將會顯著提升,預計未來清潔能源替代的減排貢獻還會進一步擴大。 三、主要成果與創(chuàng)新點 (一)基于LEAP平臺,筆者全新構建完成LEAP-shanghai模型,實現(xiàn)2010年、2020年、2030年、2050年等節(jié)點年份的上海能源利用與碳脈模擬仿真。 (二)以多學科交叉的視角和方法,首次嘗試將“碳脈”這一存在于能源、環(huán)境、經濟等系統(tǒng)的隱性問題顯性化,通過碳脈圖的直觀表達,尋求碳減排政策的有效途徑與解決方案。本文首次完成并可按需求自動繪制2000-2050年各個年份的上海碳脈圖,并可通過參數(shù)的調整動態(tài)展示、診斷上海歷年的碳脈景象。 (三)本論文在充分運用成熟系統(tǒng)仿真技術的基礎上,將碳脈分析方法與能源利用之CO2排放相結合,構建適合我國國情的碳脈模型與政策模型。其主要創(chuàng)新在于：①全新的思想方法和分析工具；②全新的政策遴選模式與方法�；谀茉蠢玫奶济}分析,可以通過對進入系統(tǒng)中碳元素運行軌跡的全程模擬分析,系統(tǒng)、直觀地反映能源利用過程中CO2生成的機理與路徑,明晰碳排放節(jié)點和減排潛力；將碳脈分析方法應用于基準情景、減排情景、強力減排情景,在對不同經濟社會狀況和技術條件下的CO2排放情景預測的基礎上,進行碳脈動態(tài)模擬,繪制出不同情景下能源利用的碳脈圖,不僅在理論上是一種嘗試、一種創(chuàng)新,而且在實踐中也能夠為技術選型和政策制定提供多維、直觀的決策依據(jù)。 考慮到能源系統(tǒng)的復雜性,以及其變化、轉型的長期性,就任何一項新系統(tǒng)、新技術的研究、開發(fā),以及示范和商業(yè)應用而言,都要及早安排,否則將會帶來不可逆轉的損失。中國是世界上最具潛力、新興的能源市場之一,基礎設施和發(fā)展模式尚未完全定型。因此,選擇具有比較優(yōu)勢的能源技術路線和生產生活方式,中國比美國等發(fā)達國家更為易行、更為現(xiàn)實,代價也要小的多。
【學位授予單位】：復旦大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：F426.2;F205;F224

【引證文獻】

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1 單鈺理;常征;李海林;;天然氣的利用及其相關碳排放——兼論美國頁巖氣的開發(fā)與影響[J];上海節(jié)能;2013年02期

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本文編號：2670540