劉俊杰，李樹(shù)林，范浩杰，林 強(qiáng)

(上海交通大學(xué) 機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院熱能工程研究所，上海 200240)

0 引言

隨著全球?qū)夂蜃兓唾Y源環(huán)境的關(guān)注度的增強(qiáng)，能源管理規(guī)劃已經(jīng)成為了政府和企業(yè)一項(xiàng)重要的任務(wù)，它對(duì)于實(shí)現(xiàn)大幅降低能源消耗強(qiáng)度和二氧化碳排放強(qiáng)度具有重大意義。而能源需求和碳排放預(yù)測(cè)是能源規(guī)劃的基礎(chǔ)，同時(shí)也是科學(xué)合理進(jìn)行能源管理規(guī)劃的保證。

江陰市是我國(guó)重要的工業(yè)城市，經(jīng)濟(jì)處于高速發(fā)展階段，連續(xù)8年在全國(guó)縣域經(jīng)濟(jì)基本競(jìng)爭(zhēng)力排名中名列第一。2009年地區(qū)生產(chǎn)總值1 713.19億元，同時(shí)能源總消耗量為1 510.00萬(wàn)噸標(biāo)煤［1］，將江陰市作為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)縣市代表，預(yù)測(cè)其能源需求和碳排放從而來(lái)反映我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)縣市能源需求和碳排放趨勢(shì)意義十分重大。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外在能源需求與碳排放預(yù)測(cè)方面有很多研究。Paul Crompton采用BVAR方法預(yù)測(cè)了中國(guó)的能源消費(fèi)并討論了存在的問(wèn)題［2］;Volkan S.Ediger和Huseysin Tatlidil運(yùn)用周期分析法預(yù)測(cè)了土耳其能源需求［3］;在國(guó)內(nèi)，陳濤、侯茂林等采用逐步回歸分析法對(duì)沈陽(yáng)市能源需求進(jìn)行預(yù)測(cè)和潛力分析［4］;帥通、袁雯等采用IPCC2006提出的各類(lèi)能源排放二氧化碳量的計(jì)算方法分析了上海城市的碳排放變化趨勢(shì)［5］。然而采用情景分析法對(duì)能源需求與碳排放預(yù)測(cè)的研究尚屬少見(jiàn)，本文采用情景分析法，以江陰市為例，根據(jù)實(shí)際情況和歷史經(jīng)驗(yàn)，大膽猜測(cè)與分析影響未來(lái)能源需求和碳排放的各種因素，對(duì)各種情景進(jìn)行合理設(shè)置，對(duì)江陰市2011－2020年能源需求與碳排放進(jìn)行預(yù)測(cè)，力爭(zhēng)取得科學(xué)合理的研究結(jié)果。

1 情景分析法

“情景”最早出現(xiàn)于1967年 Herman Kahn和Wiene合著的《2000年》一書(shū)中。他們認(rèn)為:未來(lái)是多樣的，幾種潛在的結(jié)果都有可能在未來(lái)實(shí)現(xiàn);通向這種或那種未來(lái)結(jié)果的途徑也不是唯一的，對(duì)可能出現(xiàn)的未來(lái)以及實(shí)現(xiàn)這種未來(lái)的途徑的描述構(gòu)成一個(gè)情景［6］。在設(shè)計(jì)情景時(shí)，人們對(duì)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行一系列合理的、可認(rèn)可的、大膽的、自圓其說(shuō)的假定，或者說(shuō)確立某些未來(lái)希望達(dá)到的目標(biāo)，然后再來(lái)分析達(dá)到這一目標(biāo)的種種可行性及需要采取的措施。

與傳統(tǒng)的預(yù)測(cè)方法相比情景分析法有自己本質(zhì)的特點(diǎn):首先，承認(rèn)未來(lái)發(fā)展的多樣化，預(yù)測(cè)結(jié)果有多種可能;其次，承認(rèn)人在未來(lái)發(fā)展中的能動(dòng)作用，把分析未來(lái)發(fā)展中決策者的群體意圖和愿望作為情景分析的一個(gè)重要方面;第三，在情景分析中，特別注意對(duì)組織發(fā)展起重要作用的關(guān)鍵因素的協(xié)調(diào)一致性的分析;第四，情景分析中定量分析與傳統(tǒng)趨勢(shì)外推型定量分析的區(qū)別在于:其在定量分析中嵌入了大量定性分析，以指導(dǎo)定量分析的進(jìn)行，所以是一種融定性與定量分析于一體的新的預(yù)測(cè)方法［7］;情景分析過(guò)程中人的創(chuàng)造性是情景分析的最本質(zhì)的特點(diǎn)。

2 情景設(shè)置

對(duì)能源需求量的影響因素有許多種，主要可以分為社會(huì)的發(fā)展和與能源相關(guān)的國(guó)家政策。社會(huì)的發(fā)展主要可以分為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活質(zhì)量的改變。同時(shí)與能源相關(guān)的國(guó)家政策主要分為:應(yīng)對(duì)氣候變化和環(huán)境保護(hù)等問(wèn)題國(guó)家提出的節(jié)能減排政策;國(guó)家為控制人口增長(zhǎng)提出的計(jì)劃生育政策。

情景的有效合理設(shè)置需要考慮多方面因素，其中對(duì)歷史數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)的分析十分重要。2006～2010年期間全國(guó)GDP年均增長(zhǎng)速度為11.2%，2010年與2009年相比增長(zhǎng)10.3%，GDP增長(zhǎng)趨勢(shì)放緩;而江陰市2010年GDP與2009年相比增長(zhǎng)了13.3%。根據(jù)“中國(guó)生產(chǎn)發(fā)展研究”分析［8］，我國(guó)21世紀(jì)前20年，經(jīng)濟(jì)仍將保持較快增長(zhǎng)。2011～2020年間江陰市國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對(duì)能源需求的影響可以設(shè)置為A1、A2和A33種情景，具體設(shè)定如表1所示。

表1 國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展情景設(shè)置

在節(jié)能減排政策方面，同樣進(jìn)行情景設(shè)置。2009年江陰市單位GDP能耗為1.027 tce/萬(wàn)元與2005年1.250 tce/萬(wàn)元相比下降了17.84%?！笆晃濉逼陂g全國(guó)能源強(qiáng)度下降20%左右，同時(shí)溫家寶總理在政府工作報(bào)告中提到，“十二五”期間，中國(guó)將實(shí)現(xiàn)單位國(guó)民生產(chǎn)總值的能源強(qiáng)度降低16%。2011～2020年間江陰市節(jié)能工作及節(jié)能力度對(duì)能源需求的影響可以設(shè)置如表2所示的B1、B2、B33種情景。

表2 節(jié)能工作及節(jié)能力度情景設(shè)置

在人口控制方面，江陰市人口增長(zhǎng)幅度不大，2005年為118.62萬(wàn)人到2009年為120.00萬(wàn)人，年均增長(zhǎng)率為0.3%，可以認(rèn)為在宏觀政策控制方面，節(jié)能工作起主要作用。

根據(jù)單位GDP能耗降低率的定義［9］，可知

可以推得

式中 E0——基年能源消耗量/萬(wàn)tce;

G0——基年 GDP 總量/萬(wàn)元;

Et——當(dāng)期能源需求量/萬(wàn)tce;

Gt——當(dāng)期的 GDP 總量/萬(wàn)元;

m——GDP年增長(zhǎng)速度;

n——年度單位GDP節(jié)能率;

t——基年至預(yù)測(cè)年份的年數(shù)。

其中E0/G0基期單位GDP能耗，本研究取2009年的數(shù)據(jù)為基期數(shù)據(jù);主要由于技術(shù)進(jìn)步、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、政策促進(jìn)、工藝改進(jìn)等導(dǎo)致單位GDP耗能量降低，根據(jù)表2情景設(shè)置，可以求得基準(zhǔn)情景、優(yōu)化情景和低碳情景下年節(jié)能率n1、n2、n3分別為3.50%、4.22%和4.98%。

(Ai，Bj)不同情景相互組合，產(chǎn)生多種結(jié)果(表3)。江陰市2011～2020年期間能源需求不同情景下不盡相同，應(yīng)用合理可行的方法求得江陰市2011～2020年能源需求量，為江陰市能源管理規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)。

表3 不同設(shè)定情景組合情況

表4 可再生能源在能源消耗中的比重情景設(shè)置

同樣，影響碳排放的因素包括:能源消耗量和能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)。能源消耗量可以從(Ai，Bj)情景設(shè)置中求得，能源消耗量確定后，碳排放量只受能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)影響。根據(jù)《中國(guó)可再生能源中長(zhǎng)期規(guī)劃》提到，到2020年可再生能源在能源消耗中所占的比重要達(dá)到15%;同時(shí)考慮到基準(zhǔn)、優(yōu)化、低碳情景不同能源強(qiáng)度下可再生能源比重會(huì)有所不同，能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)主要體現(xiàn)在可再生能源在能源消費(fèi)中的比重，對(duì)可再生能源在能源消費(fèi)中的比重設(shè)置如表4中的C1、C22 種情景。

二氧化碳排放預(yù)測(cè)模型

式中 C0——基年二氧化碳排放量/萬(wàn)tce;

E0——基年能源消耗量/萬(wàn)tce;

r——綜合能耗碳排放系數(shù);

Ct——當(dāng)期二氧化碳排放量/萬(wàn)tce;

Gt——當(dāng)期的 GDP 總量/萬(wàn)元;

s——年平均可再生能源替代化石能源的替代率。

根據(jù)IPCC《國(guó)家溫室氣體排放清單指南》的常用碳排放系數(shù)，各種能源的碳排放系數(shù)取值如表5，同時(shí)2009年江陰市能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)如圖1所示:

表5 二氧化碳排放系數(shù)(ri)

圖1 江陰市2009年能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)

3 預(yù)測(cè)結(jié)果與結(jié)果分析

根據(jù)前面設(shè)置的情景及計(jì)算模型，可以得到如下所示的預(yù)測(cè)結(jié)果。

3.1 單位GDP能耗

伴隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整、工業(yè)部門(mén)改造、技術(shù)設(shè)備的更新?lián)Q代以及管理效率的持續(xù)提高，總體而言江陰市2011～2020年間單位GDP能耗持續(xù)下降。圖2顯示了2011～2020年B1基準(zhǔn)情景、B2優(yōu)化情景和B3低碳情景單位GDP能耗的變化趨勢(shì)。2020年B2情景的單位GDP能耗為0.639 tce/萬(wàn)元，比B1情景低了7.9%，而B(niǎo)3情景的單位GDP能耗又比B2情景的降低了8.3%。

圖2 2011～2020年江陰市單位GDP能耗變化趨勢(shì)

3.2 能源需求量

圖3 2011～2020年江陰市能源需求量(A1情景)

2011～2020年間江陰市能源需求量可以根據(jù)(Ai，Bj)情景設(shè)置和計(jì)算公式(1)、式(2)求得。同一經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度下節(jié)能力度不同能源需求量也不相同，圖3為經(jīng)濟(jì)低速發(fā)展A1情景下，節(jié)能力度分別為B1、B2和B3情景時(shí)能源需求量。2011～2020年期間江陰市能源需求量呈現(xiàn)逐年增加的趨勢(shì)，但增加幅度從大到小的順序?yàn)?B1情景、B2情景和B3情景。三種情景下，2020年江陰市能源需求分別為2 909.48萬(wàn) tce、2 681.71萬(wàn) tce和 2 455.69萬(wàn) tce;圖4為經(jīng)濟(jì)中速發(fā)展、不同節(jié)能情景下的能源需求量預(yù)測(cè)結(jié)果;圖5為經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展、不同節(jié)能情景下的能源需求量預(yù)測(cè)結(jié)果，能源需求同樣呈逐年增加趨勢(shì)。

圖4 2011～2020年江陰市能源需求量(A2情景)

圖5 2011～2020年江陰市能源需求量(A3情景)

圖6 A1、A2、A3情景下能源需求量變化趨勢(shì)(B3情景)

同理，在相同節(jié)能力度情景下，如果經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度不同，能源需求量也不相同。B3低碳情景固定，不同經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度A1、A2、A3情景下能源需求量變化趨勢(shì)如圖6所示?？傮w而言，三種情景下能源需求量均呈逐年增加的趨勢(shì)，A情景下能源需求量增加趨勢(shì)更加明顯。在A1情景下，2020年江陰市能源需求量為 2 455.69萬(wàn) tce，與 2011年能源需求1 649.31萬(wàn)tce相比增長(zhǎng)了48.90%;在A2情景下，2020年江陰市能源需求量為2 994.00萬(wàn) tce，與2011年能源需求1 709.83萬(wàn) tce相比增長(zhǎng)了75.10%;在A3情景下，2020年江陰市能源需求量為4 004.33萬(wàn)tce，與2011年能源需求1 802.66萬(wàn)tce相比增長(zhǎng)了121.64%。

可以想象如果采用較低的GDP增長(zhǎng)速度、更高的節(jié)能率，在未來(lái)的若干年內(nèi)能源需求量有可能實(shí)現(xiàn)零增長(zhǎng)，也就是說(shuō)到一定時(shí)期后，GDP增加而能源需求量不變甚至減少，即所謂的能源需求量“拐點(diǎn)”。這需要經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)模式的轉(zhuǎn)變，技術(shù)進(jìn)步、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整等一系列更嚴(yán)格節(jié)能措施的提出與執(zhí)行，這也是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)縣市在發(fā)展的過(guò)程中要不斷考慮的問(wèn)題。當(dāng)然在短期間內(nèi)不可能出現(xiàn)能源需求量“拐點(diǎn)”。據(jù)研究，中國(guó)出現(xiàn)“拐點(diǎn)”的時(shí)間可能在2040 年左右［10］。

3.3 碳排放量

2011～2020年江陰市碳排放量情景分析結(jié)果如表6、表7所示。

表6 2011～2020年江陰市二氧化碳排放量(C1情景)單位:萬(wàn)tce

表7 2011～2020年江陰市二氧化碳排放量(C2情景)單位:萬(wàn)tce

圖7 2011～2020年江陰市碳排放量(C1情景)

圖8 A1、A2、A3情景下碳排放量變化趨勢(shì)(C1情景)

能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)確定后，碳排放量只與能源消耗量有關(guān)。圖7顯示了能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)C1情景下，經(jīng)濟(jì)發(fā)展均為A1情景，在不同節(jié)能情景B1、B2和B3情景下2011～2020年江陰市碳排放量。整體上講，2011～2020期間江陰市碳排放量呈現(xiàn)逐年增加的趨勢(shì)，但增加幅度從大到小的順序?yàn)?B1情景、B2情景和B3情景。三種情景下，2020年江陰市碳排放量分別為7 875.96萬(wàn)tce、7 259.39萬(wàn)tce和6 647.56萬(wàn)tce;圖8為節(jié)能情景均為B3時(shí)，不同經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度情景下2011～2020年江陰市碳排放量變化趨勢(shì)?？梢钥闯?，2011～2020年江陰市碳排放量呈逐年增加趨勢(shì)，并且社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度越快，對(duì)應(yīng)的碳排放量也越大。在 A1情景下，2020年碳排放量為6 647.56萬(wàn)tce，與2011年碳排放量4 464.69萬(wàn)tce相比增加了48.90%;在A2情景下，2020年碳排放量為8 104.77萬(wàn)tce，與2011年碳排放量4 628.52萬(wàn)tce相比增加了81.53%;在A3情景下，2020年碳排放量為10 839.73萬(wàn) tce，與2011年碳排放量4 879.80萬(wàn)tce相比增加了122.13%。

能源消耗量確定后，碳排放量只受能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)影響。圖9顯示了不同比重的可再生能源情景下，2011～2020年江陰市碳排放量變化趨勢(shì)。盡管不同能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)C1、C2兩種情景下，江陰市碳排放量均呈逐年增加的趨勢(shì)，但C1情景趨勢(shì)更加明顯。2020年，C2情景下江陰市碳排放量為5 318.04萬(wàn)噸，與C1情景下碳排放量6 647.56萬(wàn)tce相比，降低了20%?？梢韵胂螅?dāng)可再生能源和低碳能源在能源消費(fèi)中的比重達(dá)到某一值后，碳排放量可能隨著年份的增加呈遞減趨勢(shì)，當(dāng)然這種趨勢(shì)在短期內(nèi)還不能實(shí)現(xiàn)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)縣市應(yīng)該探索一條適合我國(guó)國(guó)情的低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式，不斷調(diào)整能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，逐步增加可再生能源、低碳能源在能源消費(fèi)中的比重，提高能源效率，增強(qiáng)節(jié)能技術(shù)創(chuàng)新等，最終實(shí)現(xiàn)低碳發(fā)展。

圖9 C1、C2情景下2011～2020年江陰市碳排放量變化趨勢(shì)

4 結(jié)論

結(jié)合情景分析法的特點(diǎn)，設(shè)置情景，對(duì)江陰市2011～2020年能源需求與碳排放進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，可以得到如下結(jié)論:

(1)情景分析法和傳統(tǒng)預(yù)測(cè)方法相比，需要綜合考慮多方面因素，合理設(shè)置情景，情景設(shè)置越精細(xì)，預(yù)測(cè)結(jié)果就會(huì)越準(zhǔn)確，但同時(shí)模型變的繁瑣、計(jì)算量增加。有時(shí)為了使計(jì)算有效簡(jiǎn)潔，在眾多影響預(yù)測(cè)因素中，可以適當(dāng)?shù)暮雎源我蛩亍?/p>

(2)能源需求量與經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度和節(jié)能率有關(guān)，不同經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度和節(jié)能率情景下能源需求量不同。江陰市2011～2020年能源需求量呈逐年增加趨勢(shì)。B3低碳情景下，經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度 A1、A2、A3時(shí)2020年能源需求量與2011年能源需求量相比分別增長(zhǎng)了48.09%、75.10%和121.64%;

(3)江陰市2011～2020年碳排放量呈逐年增加趨勢(shì)。碳排放量與能源消耗量和能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)有關(guān)。同為(A1，B3)情景，2020年C2情景下江陰市碳排放量為5 318.04萬(wàn) tce，與 C1情景下碳排放量6 647.56萬(wàn)tce相比，降低了20%;

(4)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)縣市應(yīng)該探索一條適合我國(guó)國(guó)情的低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式，不斷調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，逐步增加可再生能源、低碳能源在能源消費(fèi)中的比重，增強(qiáng)節(jié)能技術(shù)創(chuàng)新等，早日實(shí)現(xiàn)能源需求和碳排放的“零增長(zhǎng)”。

［1］江陰市統(tǒng)計(jì)局.江陰市統(tǒng)計(jì)年鑒［M］.北京:中國(guó)統(tǒng)計(jì)出版社，2009:18 －23.

［2］P.Crompton and Y.Wu.Energy consumption in China:past trends and future directions［J］.Energy Economics，2005，27:195－208.

［3］Ediger Volkans，Huseyin Tatlidil.Forecasting the primary energy demand in Turkey and analysis of cyclicpatterns［J］.Energy Conversion and Management，2002，43(4):473 －487.

［4］陳濤，侯茂林，等.沈陽(yáng)市能源需求預(yù)測(cè)及潛力分析［J］.環(huán)境保護(hù)科學(xué)，1994，20(4):1 －4.

［5］帥通，袁雯，等.上海市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和能源結(jié)構(gòu)的變動(dòng)對(duì)碳排放的影響及應(yīng)對(duì)策略［J］.長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境，2009，18(10):855 －889.

［6］Herman Kahn，Anthony J Wiener.The Year 2000［M］.Mac Millan:NewYork，1967.

［7］宗蓓華.戰(zhàn)略預(yù)測(cè)中的情景分析法［J］.預(yù)測(cè)，1994(2):50－55.

［8］國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)能源研究所課題組.中國(guó)2050年低碳發(fā)展之路能源需求暨碳排放情景分析［M］.北京:科學(xué)出版社，2009:44 －47.

［9］2050中國(guó)能源和碳排放研究課題組.2050中國(guó)能源和碳排放報(bào)告［M］.北京:科學(xué)出版社，2009:110－137.

［10］周志田，馬平川，等.中國(guó)資源能源消耗零增長(zhǎng)的拐點(diǎn)分析［J］.中國(guó)科技信息，2011(9):299－300.