陳 彬 鞠麗萍 戴 婧

(北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院/環(huán)境模擬與污染控制國家重點實驗室，北京100875)

重慶市溫室氣體排放系統(tǒng)動力學(xué)研究

陳 彬 鞠麗萍 戴 婧

(北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院/環(huán)境模擬與污染控制國家重點實驗室，北京100875)

在全球氣候變暖和快速城市化的背景下，開展城市溫室氣體減排研究十分迫切。重慶作為中國五大中心城市之一和西部唯一的直轄市，其協(xié)調(diào)經(jīng)濟發(fā)展和節(jié)能減排的實現(xiàn)模式對廣大西部地區(qū)具有重要示范意義。本研究從社會經(jīng)濟發(fā)展的內(nèi)部結(jié)構(gòu)出發(fā)，以經(jīng)濟和人口增長導(dǎo)致的能源消費為核心，構(gòu)建重慶市溫室氣體排放的系統(tǒng)動力學(xué)模型。研究中考慮不同投資率下的高、中、低三種經(jīng)濟發(fā)展模式，并在此基礎(chǔ)上設(shè)置節(jié)能和低碳情景，探求節(jié)能水平提高、能源結(jié)構(gòu)改善和碳匯能力增強對未來重慶溫室氣體排放的影響。模擬結(jié)果表明，產(chǎn)業(yè)能耗水平降低即節(jié)能情景，是重慶市溫室氣體減排的主要途徑，對保證2020年中國單位GDP二氧化碳排放比2005年下降40% －45%目標(biāo)的實現(xiàn)具有一定借鑒意義。最后本文在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源消費、碳匯增加等方面針對重慶未來低碳經(jīng)濟發(fā)展提出對策建議。

系統(tǒng)動力學(xué);溫室氣體排放;低碳;重慶市

中國是世界上溫室氣體排放增長最為迅速的國家，2001－2006年間中國的碳排放增長了近兩倍。城市作為人類生產(chǎn)和生活的中心，在經(jīng)濟社會發(fā)展中起著舉足輕重的作用，其人均能耗是農(nóng)村地區(qū)的3．5倍，超過75%的溫室氣體從城市產(chǎn)生［1］。因此，在全球氣候變暖和快速城市化的背景下，開展城市溫室氣體減排研究十分迫切。

系統(tǒng)動力學(xué)模型作為一種綜合的仿真模型，適用于模擬能源部門間的供給與消費關(guān)系，并實現(xiàn)經(jīng)濟增長、技術(shù)進(jìn)步、環(huán)境排放等諸多因素相互作用的因果影響，在對能源供應(yīng)和需求技術(shù)詳細(xì)表述的基礎(chǔ)上，通過外生的情景假設(shè)驅(qū)動，有效協(xié)調(diào)人口、經(jīng)濟、資源與環(huán)境間的復(fù)雜動態(tài)反饋問題。因此，系統(tǒng)動力學(xué)模型已廣泛應(yīng)用于國家、區(qū)域或城市以及行業(yè)等多尺度下能源消費、供需調(diào)控、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、溫室氣體排放與管理的綜合研究中。

國家層面:李明玉［2］和宋世濤等［3］都對國家尺度能源供給與消費的供需關(guān)系進(jìn)行了系統(tǒng)動力學(xué)建模的綜述與分析，就影響國家能源供需關(guān)系的子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和過程模擬進(jìn)行闡述。朱勤等［4］建立分析人口－消費－碳排放的系統(tǒng)動力學(xué)模型，對人口發(fā)展、經(jīng)濟增長、居民消費及碳排放進(jìn)行動態(tài)仿真，定量考察未來人口發(fā)展與居民消費對碳排放的影響，量化人口發(fā)展與居民基本生活需求的合理碳排放空間。秦鐘［5］等人運用系統(tǒng)動力學(xué)模型分析了GDP增長、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與能源消費總量及煤炭、石油、天然氣、水電消費量之間的關(guān)系，并在此基礎(chǔ)上對中國能源需求和CO2排放量進(jìn)行預(yù)測。Guan等人［6］在結(jié)合生產(chǎn)、生活、碳捕捉與封存和能源利用效率綜合考慮的基礎(chǔ)上，基于系統(tǒng)動力學(xué)原理模擬不同政策和技術(shù)條件下中國未來20年CO2排放的變化趨勢，并提出大力發(fā)展碳捕捉與碳封存技術(shù)是未來減排的最有效方式。

區(qū)域城市層面:Li和 Huang等人［7－9］構(gòu)建了能源規(guī)劃利用與溫室氣體排放的動態(tài)系統(tǒng)模型，以反映不確定條件下能源可持續(xù)利用與碳減排程度的綜合實現(xiàn)效果，并將該模型應(yīng)用到加拿大Waterloo市的能源管理與決策分析中。周賓等［10］基于系統(tǒng)動力學(xué)方法，構(gòu)建甘南藏族自治州區(qū)域累積碳足跡模型并仿真，研究區(qū)域的累積碳足跡演替情況。由此可見，系統(tǒng)動力學(xué)為研究能源經(jīng)濟系統(tǒng)內(nèi)CO2排放的動態(tài)模擬仿真，提供了科學(xué)可行的分析工具。李瑋和楊鋼［11］以能源富集區(qū)中國山西省為研究對象，運用系統(tǒng)動力學(xué)方法構(gòu)建能源消費系統(tǒng)的區(qū)域子系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展動力學(xué)模型，通過模擬調(diào)控得出該省能源消費科學(xué)發(fā)展的最佳方案。吳建新［12］提出獨立區(qū)域凈碳排放的系統(tǒng)動力學(xué)模型，以簡潔綜合的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)需求綜合估算碳排放量，并在天津濱海新區(qū)的案例研究中得到與事實比較貼近的仿真結(jié)果。

部門行業(yè)層面:Stepp等人［13］評估美國交通部門溫室氣體減排政策的成效，在考慮政策行動的直接反饋以外，也兼顧復(fù)雜的社會經(jīng)濟系統(tǒng)產(chǎn)生的間接影響。Anand等人［14］開發(fā)了印度水泥工業(yè)二氧化碳排放系統(tǒng)動力學(xué)模型，并綜合考慮了人口穩(wěn)定增長、公寓節(jié)能和水泥生產(chǎn)工藝結(jié)構(gòu)管理的政策選擇對CO2減排影響。此外，系統(tǒng)動力學(xué)的研究方法還在廢棄物處置、畜牧林業(yè)、工業(yè)等多個部門的 CO2排放核算中得到應(yīng)用［15－21］。

由此可以看出，系統(tǒng)動力學(xué)仿真模擬是綜合研究復(fù)雜能源供需系統(tǒng)關(guān)系，模擬溫室氣體排放研究的有效手段，能夠為科學(xué)、合理的預(yù)測與保障能源供給、促進(jìn)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展和溫室氣體減排提供參考依據(jù)，對實現(xiàn)地區(qū)社會可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。同時，能源消費與溫室氣體排放的系統(tǒng)動力學(xué)研究在城市和行業(yè)雙重層面的考慮下，目前研究還不夠系統(tǒng)全面，對城市的能源消費與排放只有通過多行業(yè)完整的解析過程才能達(dá)到完整與接近現(xiàn)實，這也是本研究的出發(fā)點。

本文選擇重慶作為案例城市。作為中國西部地區(qū)唯一的直轄市，重慶是全國統(tǒng)籌城鄉(xiāng)綜合配套改革試驗區(qū)，在促進(jìn)區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展和推進(jìn)改革開放大局中具有重要的戰(zhàn)略地位。與地處東部、經(jīng)濟相對發(fā)達(dá)的城市相比，在重慶這類老工業(yè)基地探索低碳經(jīng)濟發(fā)展與低碳城市建設(shè)的實現(xiàn)模式對于廣大西部地區(qū)具有較強的示范意義。而低碳城市的發(fā)展要求對城市溫室氣體排放進(jìn)行定量核算，制定城市溫室氣體排放清單，掌握溫室氣體排放結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。本研究通過系統(tǒng)動力學(xué)方法，對城市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟發(fā)展因素和溫室氣體排放間的響應(yīng)關(guān)系進(jìn)行梳理與動態(tài)模擬，并預(yù)測重慶市未來溫室氣體排放量趨勢，從而對未來重慶市發(fā)展低碳經(jīng)濟和低碳城市建設(shè)進(jìn)行情景分析和評價，最終提出相應(yīng)減排依據(jù)和政策措施。

1 重慶市溫室氣體排放模型構(gòu)建

1．1 模型邊界與建模目的

本研究將溫室氣體排放的系統(tǒng)動力學(xué)模型邊界確定為重慶市行政區(qū)域范圍內(nèi)，綜合考慮包括重慶市行政區(qū)域內(nèi)部的能源消費(不包括火力發(fā)電導(dǎo)致的氧化亞氮的排放)、工業(yè)部門非能源消費、農(nóng)牧業(yè)過程、廢棄物處置過程、碳匯等過程的社會－經(jīng)濟－生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)及其內(nèi)部變量對能源消費產(chǎn)生的影響以及由此產(chǎn)生的溫室氣體排放。根據(jù)重慶歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)和未來發(fā)展目標(biāo)、規(guī)劃確定模型參數(shù)，并采用STELLA軟件進(jìn)行如下仿真:①模擬重慶市2011－2020年間溫室氣體排放系統(tǒng)主要變量動態(tài)變化趨勢;②調(diào)控模型決策變量并進(jìn)行模擬，了解不同政策情景對溫室氣體排放的影響。

1．2 模型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

將重慶市溫室氣體排放系統(tǒng)分為能源供給、能源消費、溫室氣體排放、經(jīng)濟、人口、碳匯六個子系統(tǒng)。這六個子系統(tǒng)間相互聯(lián)系、相互影響，形成因果反饋關(guān)系。各子系統(tǒng)影響關(guān)系見圖1所示。

圖1 重慶市溫室氣體排放各子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)關(guān)系圖Fig．1 Structural relationship among different subsystem of greenhouse gases emission in Chongqing City

由圖1可以看出能源供應(yīng)子系統(tǒng)和能源需求子系統(tǒng)是模型的兩大主體，CO2的排放量主要取決于能源數(shù)量和使用的能源類型。各經(jīng)濟部門中，普遍使用的一次能源是煤炭、石油和天然氣。電作為二次能源來源于燃煤熱電站、水電站、核電站等。不同類型的電站生產(chǎn)相同電能時排放的溫室氣體數(shù)量不同，因此模型把電能供應(yīng)納入研究范圍。能源需求主要來自第一產(chǎn)業(yè)、工業(yè)、建筑業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)和家庭生活。該模型重點預(yù)測經(jīng)濟部門和人口規(guī)模的發(fā)展情況。

1．3 模型因果關(guān)系分析

在重慶市溫室氣體排放系統(tǒng)動力學(xué)模型邊界之內(nèi)，著重分析對能源系統(tǒng)產(chǎn)生影響的關(guān)鍵因素，包括能源消費和經(jīng)濟發(fā)展的各個子系統(tǒng)，如生活能源消費、一產(chǎn)能源消費、工業(yè)能源消費、建筑業(yè)能源消費和三產(chǎn)能源消費，并對各個子系統(tǒng)內(nèi)部及相互影響要素和聯(lián)系進(jìn)行分析。將溫室氣體排放系統(tǒng)各個子系統(tǒng)中的關(guān)鍵要素都包含在邊界之內(nèi)，相互之間發(fā)生作用，形成復(fù)雜關(guān)系網(wǎng);利用反饋組成閉合回路，通過正負(fù)反饋關(guān)系來反映不同信息與動作之間的相互影響結(jié)果［22］。另外，本研究還將經(jīng)濟計量學(xué)的柯布—道格拉斯生產(chǎn)函數(shù)、奧肯定律悖論和資本存量永續(xù)盤存法融入到系統(tǒng)動力學(xué)模型構(gòu)建中，以提高系統(tǒng)動力學(xué)模型解決社會經(jīng)濟問題的精確性和可信度。

模型中主要反饋關(guān)系環(huán)和因果關(guān)系總結(jié)如下(帶有“+”號的箭頭表示正反饋關(guān)系，帶有“－”號的箭頭表示負(fù)反饋關(guān)系):

反饋關(guān)系環(huán):

1)能源消費一+GDP總量一+人均GDP一+生活水平一+人均生活能源消費一+能源消費

2)能源消費一+GDP總量一+工業(yè)GDP一+工業(yè)能源消耗一+能源消費

3)能源消費一+GDP總量一+建筑業(yè)GDP一+建筑業(yè)能源消耗一+能源消費

4)能源消費一+GDP總量一+第三產(chǎn)業(yè)GDP一+第三產(chǎn)業(yè)能源消耗一+能源消費

5)能源消費一+GDP總量一+固定資產(chǎn)投資一+資本存量一+GDP總量一+能源消費

6)能源消費一+GDP總量一－就業(yè)率一+就業(yè)人口一+GDP總量能源消費

因果關(guān)系:

1)常住人口一+就業(yè)人數(shù)一+GDP一+能源消費一+溫室氣體排放

2)常住人口一+固體廢棄物一+溫室氣體排放

3)常住人口一+廢水一+溫室氣體排放

4)建筑行業(yè)GDP一+建筑面積一+水泥消費一+溫室氣體排放

5)工業(yè)GDP一+工業(yè)固體廢棄物一+溫室氣體排放

6)工業(yè)GDP一+工業(yè)廢水一+溫室氣體排放

1．4 模型參數(shù)及方程確定

本模型的模擬時間段為2011－2020，模擬時間步長為1年。參數(shù)確定過程中所需要的歷史數(shù)據(jù)主要來源于《重慶市統(tǒng)計年鑒1998－2009》、《中國能源統(tǒng)計年鑒1998－2009》、《中國農(nóng)村統(tǒng)計年鑒 1998 －2009》等資料［23－26］，部分模擬參數(shù)主要依據(jù)重慶市相關(guān)規(guī)劃如《重慶市“十二五”規(guī)劃前期研究成果匯編》、《重慶市城市總體規(guī)劃》、《重慶森林工程總體規(guī)劃》［27－29］等。

系統(tǒng)動力學(xué)模型中參數(shù)類型主要包括初始值、速率值、常數(shù)值、表函數(shù)、輔助變量值5種類型。不同類型參數(shù)及方程，主要采用以下幾種方法確定:

(1)經(jīng)驗公式法。對于GDP與生產(chǎn)要素投入之間的關(guān)系，已有很多研究，得到一些經(jīng)驗公式值得借鑒。本研究中主要采用了道格拉斯經(jīng)驗生產(chǎn)函數(shù)，資本永續(xù)盤存，奧肯定律悖論三個經(jīng)濟學(xué)觀點。

(2)回歸分析法。對存在較大相關(guān)性的變量間的方程，借助SPSS軟件，采用數(shù)學(xué)最小二乘法統(tǒng)計方法進(jìn)行二元或多元線性回歸分析，發(fā)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)之間的相互規(guī)律，并進(jìn)行擬合優(yōu)度檢驗和顯著性檢驗，進(jìn)行回歸分析確定回歸方程。如第一產(chǎn)業(yè)GDP比例與城市化率關(guān)系、水泥消費量與建筑業(yè)GDP關(guān)系、人均生活能源消費與人均GDP關(guān)系等。

(3)多年算術(shù)平均值。模型中不宜采用回歸分析來擬合的參數(shù)，可以采用長時間數(shù)列的歷史數(shù)據(jù)的算術(shù)或幾何平均值來表示參數(shù)的平均水平，規(guī)避使用數(shù)學(xué)方程牽強擬合而出現(xiàn)不合理的數(shù)據(jù)偏差;

(4)表函數(shù)法。模型中有些變量之間不是簡單的線性關(guān)系，不能代數(shù)組合得到，而表函數(shù)作為系統(tǒng)動力學(xué)建模的一個重要工具，具有方便操作、易于運用等優(yōu)點［30］，可以處理不能通過回歸分析等數(shù)學(xué)方法來確定參數(shù)的情況，實現(xiàn)對參數(shù)變化的精確描述。如減少林地面積、萬元建筑業(yè)GDP能耗、萬元工業(yè)GDP固廢生產(chǎn)量等。

(5)參考相關(guān)文獻(xiàn)的研究成果確定參數(shù)。如人口出生率、死亡率等數(shù)據(jù)。

1．5 模型有效性檢驗

系統(tǒng)動力學(xué)模型建立后，需要對該模型進(jìn)行檢驗以判斷模型和實際系統(tǒng)的符合程度，以保證模型的有效性和真實性。常用的系統(tǒng)動力學(xué)模型檢驗方法包括直觀與運行檢驗、歷史檢驗和靈敏度分析。

本研究在模型正常運行的基礎(chǔ)上，選擇2006－2008年重慶的歷史數(shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行歷史檢驗。檢驗的變量包括常住人口、GDP、能源消費總量和溫室氣體排放量共四個重要數(shù)據(jù)，結(jié)果如表1所示。可以看出，4個變量各年份的模擬值與歷史值均基本吻合，相對誤差＜10%，說明模型模擬結(jié)果與實際值擬合較好。

在靈敏度分析方面，選擇8個輸出變量對16個參數(shù)變化的靈敏度進(jìn)行分析，以了解這些參數(shù)的變化對系統(tǒng)的影響。這8個輸出變量分別是:常住人口、GDP總量、能源消費量、廢棄物處置過程溫室氣體排放量、農(nóng)業(yè)過程溫室氣體排放量、畜牧業(yè)溫室氣體排放量、碳匯，溫室氣體排放量;16個參數(shù)分別為:自然增長率、機械變化率、城市化率、固定資產(chǎn)投資率、工業(yè)產(chǎn)值比例、建筑業(yè)產(chǎn)值比例、萬元一產(chǎn)能耗、萬元工業(yè)GDP能耗、萬元建筑業(yè)能耗、萬元三產(chǎn)能耗、煤炭比例、天然氣比例、石油比例、電力比例和新造林面積。每個參數(shù)年取值變化10%，考察其對8個輸出變量的影響。8個靈敏度值的均值可代表某一特定輸出變量對某一特定參數(shù)的靈敏度;通過靈敏度分析計算出8個變量對某個特定參數(shù)的平均靈敏度(見圖2)。

表1 模型有效性檢驗結(jié)果Tab．1 Validity test results of model

可以看出:固定資產(chǎn)投資率、工業(yè)產(chǎn)值比例、萬元工業(yè)能耗的靈敏度較高，分別為 15．5%、12．6 和14．7%，大于10%，說明這三個參數(shù)為系統(tǒng)的關(guān)鍵因素。另外，煤炭比例、新造林面積的靈敏度大于5%，其他參數(shù)靈敏度較低，說明系統(tǒng)對大多數(shù)參數(shù)變化是不敏感的。模型具有良好的穩(wěn)定性和強壯型，能夠用于對實際系統(tǒng)的模擬。

圖2 重慶市溫室氣體排放系統(tǒng)動力學(xué)模型參數(shù)靈敏性分析Fig．2 Sensitivity analysis of the greenhouse gases emission dynamic model in Chongqing City

2 重慶市溫室氣體排放情景預(yù)測

重慶溫室氣體的排放與經(jīng)濟發(fā)展、能源需求、能源結(jié)構(gòu)、碳匯能力等有關(guān)。因此，本研究中對經(jīng)濟發(fā)展考慮了由于投資率不同帶來的高、中、低三種發(fā)展情景，并在此基礎(chǔ)上設(shè)置節(jié)能情景和低碳情景，分別考慮節(jié)能水平的提高和能源結(jié)構(gòu)的改善、碳匯能力增強對未來重慶溫室氣體排放變化趨勢的影響。

2．1 節(jié)能情景設(shè)置

節(jié)能情景的設(shè)置主要考慮經(jīng)濟發(fā)展和單位GDP能耗水平降低兩方面。

2．1．1 經(jīng)濟發(fā)展

為了保證經(jīng)濟的高速增長，重慶固定資產(chǎn)投資占GDP的比重相應(yīng)維持在較高水平。本研究考慮不同的投資率和城市化帶來的高、中、低三種經(jīng)濟發(fā)展速度及其對能源消耗和溫室氣體排放的影響。

2．1．2 單位 GDP能耗

“十二五”期間，重慶市將發(fā)展產(chǎn)值達(dá)1．2萬億元的七大新興產(chǎn)業(yè)，并將發(fā)展低碳經(jīng)濟列入規(guī)劃，確?！笆濉蹦┤袉挝籊DP能耗下降16%。將重慶2008年各產(chǎn)業(yè)單位產(chǎn)值能耗與全國其他地區(qū)相比發(fā)現(xiàn)，重慶一產(chǎn)、工業(yè)、建筑業(yè)能耗水平均有較大節(jié)能潛力和空間(見表2)。三產(chǎn)能耗水平已處于國內(nèi)較好水平［28］。因此本研究中，假設(shè)“十二五”期間，通過產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和節(jié)能效率的提高，重慶每年單位產(chǎn)值能耗下降3．2%，三產(chǎn)能耗水平保持現(xiàn)狀不變。

表2 2008年各地區(qū)萬元產(chǎn)值能耗(1997年不變價)Tab．2 Energy consumption per 104Yuan output in different regions in 2008(Constant Prices of 1997)t標(biāo)準(zhǔn)煤/萬元

2．2 低碳情景設(shè)置

在節(jié)能情景的基礎(chǔ)上，本研究考慮能源結(jié)構(gòu)、清潔能源、碳匯能力三方面的影響，構(gòu)造重慶低碳情景。

2．2．1 能源結(jié)構(gòu)

(1)煤炭供應(yīng)能力預(yù)測。重慶市在“十二五”期間年產(chǎn)煤維持在4 000萬t左右，若重慶能源消費結(jié)構(gòu)仍維持目前比例，則2011年其缺口為672萬t，到2015年為1 999萬t。因此重慶未來的發(fā)展，應(yīng)該減少對煤炭的需求，保障煤炭能源供應(yīng)安全。

(2)電力供應(yīng)能力預(yù)測。2010年全市裝機容量將達(dá)到1 200萬kW，2012年將達(dá)到1 600萬kW，2015年將力爭達(dá)到2 200萬kW。另外，2012年電量缺口120億kWh，2015年電量缺口180億kWh。重慶市在“十二五”期間地方電源供電將可以滿足全市約81%的電量需求，其余電量缺口可從外部購入。

(3)油料及天然氣供需能力預(yù)測。受到自然資源的限制，重慶市不出產(chǎn)石油，所需成品油全部靠外部調(diào)入。重慶市是天然氣主產(chǎn)區(qū)，天然氣資源豐富，但是中國天然氣配額是全國統(tǒng)一分配和調(diào)度，因此本研究中天然氣消費比例緩慢上升，2015年結(jié)構(gòu)比例達(dá)到15%。為保證天然氣替代工程順利推行和優(yōu)化重慶能源結(jié)構(gòu)，重慶市應(yīng)向國家爭取川氣東送項目在重慶的留存份額。“十二五”期末重慶市能源消費品種結(jié)構(gòu)變化見表3。

表3 “十二五”末重慶市能源消費品種結(jié)構(gòu)變化百分比Tab．3 Change percentage of energy consumption construction in Chongqing city by the end of“twelfth five-year”

2．2．2 低碳能源

本研究中的低碳能源主要是指相對于傳統(tǒng)能源，溫室氣體排放較少或者不排放的能源。重慶市新能源和可再生能源的開發(fā)與利用將以水電、太陽能等為主，對風(fēng)力發(fā)電給予扶植政策和導(dǎo)向。水電方面:重慶市境內(nèi)主要有長江、烏江、嘉陵江、涪江等河流及其支流，水能資源理論蘊藏量2 298萬kW，理論年發(fā)電量2 013億kWh。單機裝機容量500 kW及以上的技術(shù)可開發(fā)電站共有420座，總裝機容量982萬kW，年發(fā)電量446億kWh;太陽能發(fā)電方面:重慶市正加大太陽能使用的普及程度，進(jìn)一步增強光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)在重慶的競爭力和產(chǎn)業(yè)規(guī)模，以實現(xiàn)2015年、2020年重慶市太陽能利用可分別替代當(dāng)年總耗電量的2%、3%;風(fēng)電方面:重慶屬于風(fēng)能資源較貧乏地區(qū)，但一些山口、河谷地區(qū)，特別是盆地邊沿的東北部山區(qū)風(fēng)能資源較豐富。根據(jù)重慶市氣象臺站10米高度測風(fēng)資料統(tǒng)計，重慶市風(fēng)能總儲量2 250萬kW，可技術(shù)開發(fā)的風(fēng)能在10－50萬kW左右。

2．2．3 碳匯

(1)森林碳匯。根據(jù)重慶市森林工程規(guī)劃［13］，2012年新造林1 100萬畝，森林覆蓋率達(dá)到38%;2017年新增森林面積1 500萬畝，森林覆蓋率達(dá)到45%。

(2)碳捕捉和封存。CO2捕集與地質(zhì)封存(CCS)技術(shù)比較適合于像火電、鋼鐵、水泥等大型工業(yè)CO2固定集中排放源，也可應(yīng)用于大規(guī)模產(chǎn)生低碳或無碳的非電力和運輸行業(yè)及分散的小規(guī)模企業(yè)。目前，重慶將CCS技術(shù)研發(fā)納入“十二五”科技規(guī)劃，對企業(yè)和科研單位CCS技術(shù)提供持續(xù)的支持，并協(xié)助爭取國家、歐盟的技術(shù)和資金支持。2015年前，對合川雙槐電廠關(guān)鍵設(shè)備和吸收劑性能進(jìn)行改進(jìn)，降低運行能耗和捕集成本，擴大煙氣捕捉總量，做好碳捕捉技術(shù)推廣的前期工作。2020年前，選擇水泥廠、常規(guī)火電廠以及鋼鐵、合成氨、燒堿等高耗能工業(yè)作為試點行業(yè)，應(yīng)用CO2捕獲裝置并給予經(jīng)濟和政策支持。因此，本研究中假設(shè)2015年重慶碳捕捉和封存能力為2萬t，2020 年增加到 10 萬 t。

3 重慶市溫室氣體排放預(yù)測結(jié)果分析

按照節(jié)能情景，本研究確定不同固定資產(chǎn)投資率和能耗強度下重慶市常住人口、地區(qū)國民生產(chǎn)總值、能源需求總量、溫室氣體排放總量和溫室氣體排放強度。

3．1 常住人口

按照重慶“十二五”規(guī)劃，重慶常住人口增長較快(見圖3)，主要是因為重慶外出打工人口回家就業(yè)或創(chuàng)業(yè)，導(dǎo)致常住人口比例的增加。

圖3 重慶市常住人口情況Fig．3 Predicted permanent resident population in Chongqing City

3．2 地區(qū)生產(chǎn)總值GDP

圖4表示了不同情景假設(shè)條件下GDP預(yù)測值?？梢钥闯鯣DP(1997年不變價)總量繼續(xù)保持增長勢頭。由模型可知，對GDP影響最大的變量是資本存量。由于重慶目前的資本積累比例非常高，與此對應(yīng)，“十二五”GDP增長率保持15% －12%的高速水平。自“十二五”末起，考慮重慶投資率降低的實際情況，GDP增長率也對應(yīng)略有下降，不同情景減緩速度不一致。

圖4 重慶市節(jié)能情景經(jīng)濟發(fā)展情況(1997年不變價)Fig．4 Predicted economic development under energy saving scenario in Chongqing City

3．3 重慶能源消費

如圖5所示，2011－2020年重慶市能源消費呈現(xiàn)出上升趨勢。在經(jīng)濟上較有可能實現(xiàn)的中情景下，節(jié)能情景下，能源需求逐年增加，2020年達(dá)到13 419萬噸標(biāo)煤，是2008年能源消費總量的2．7倍。

圖5 重慶市能源消費預(yù)測Fig．5 Predicted energy consumption in Chongqing City

3．4 溫室氣體排放

圖6、7分別顯示了節(jié)能情景和低碳情景下，2011－2020年重慶市溫室氣體排放量。在經(jīng)濟上較有可能實現(xiàn)的中情景下，節(jié)能情景下，溫室氣體排放量逐年增加，2020年達(dá)到36 482．92萬 tCO2，是2008年的2．6倍;低碳情景下，溫室氣體排放量逐年增加，2020年達(dá)到34 552．55萬tCO2，是 2008 年的 2．5 倍。

圖6 重慶市節(jié)能情景溫室氣體排放預(yù)測Fig．6 Predicted greenhouse gases emission under energy saving scenario in Chongqing City

在經(jīng)濟上較有可能實現(xiàn)的中情景下，對比節(jié)能情景和低碳情景溫室氣體排放強度(見圖8)，溫室氣體減排強度呈現(xiàn)明顯下降趨勢。2020年，節(jié)能情景溫室氣體排放強度為2．053 tCO2/萬元，比2005年下降43%;低碳情景溫室氣體排放強度為 1．944 tCO2/萬元，是節(jié)能情景的94.7%，比2005年下降46%。因此，產(chǎn)業(yè)能耗水平降低，即節(jié)能情景，是溫室氣體減排的主要途徑。

4 結(jié)論與對策

本研究綜合考慮包括重慶市行政區(qū)域內(nèi)部的能源消費(不包括火力發(fā)電導(dǎo)致的氧化亞氮的排放)、工業(yè)部門非能源消費、農(nóng)牧業(yè)過程、廢棄物處置過程、碳匯等過程的社會、經(jīng)濟、生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)及其內(nèi)部變量對能源消費產(chǎn)生影響以及由此產(chǎn)生的溫室氣體排放。依據(jù)所建立的重慶市溫室氣體排放系統(tǒng)動力學(xué)模型，對重慶市不同經(jīng)濟發(fā)展水平下2011－2020年節(jié)能情景和低碳情景溫室氣體排放情況進(jìn)行模擬預(yù)測。

模擬結(jié)果表明，中速經(jīng)濟下，2020年，節(jié)能情景溫室氣體排放強度為2．053 tCO2/萬元，比2005年下降43%;低碳情景溫室氣體排放強度為1.944 tCO2/萬元，是節(jié)能情景的94．7%，比2005年下降46%。產(chǎn)業(yè)能耗水平降低，即節(jié)能情景，是溫室氣體減排的主要途徑。重慶必須以降低單位產(chǎn)值能耗為首要任務(wù)，加快調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，推進(jìn)產(chǎn)業(yè)節(jié)能減排工作，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，積極推進(jìn)森林工程建設(shè)，按照低碳情景發(fā)展，才能保證2020年中國單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降40%－45%。

在重慶市溫室氣體排放現(xiàn)狀評價和預(yù)測基礎(chǔ)上，提出以下重慶市低碳經(jīng)濟發(fā)展的對策和建議:

(1)經(jīng)濟結(jié)構(gòu)優(yōu)化。優(yōu)化第二產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，限制高碳產(chǎn)業(yè)發(fā)展。限期淘汰達(dá)不到節(jié)能基本要求的火電、鋼鐵、水泥、化工、氧化鋁、煤礦六大高耗能產(chǎn)業(yè)的落后產(chǎn)能和高能耗生產(chǎn)設(shè)備。提高行業(yè)準(zhǔn)入門檻，限制“高碳”行業(yè)發(fā)展制定行業(yè)碳排放強度準(zhǔn)入的標(biāo)準(zhǔn)，逐步實行更加嚴(yán)格的產(chǎn)業(yè)政策，控制高能能耗、高污染項目審批和建設(shè)。

(2)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整。一方面，結(jié)合重慶本地資源優(yōu)勢，大力發(fā)展天然氣開發(fā)與利用，另一方面，有序發(fā)展水電，扶持太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?，大力減少碳排放。因地制宜利用可再生能源，集約開發(fā)和幫扶區(qū)域太陽能、風(fēng)能和地?zé)岬陌l(fā)展。

(3)積極增加碳匯。在穩(wěn)定現(xiàn)有森林覆蓋率的同時，對有提升潛力的區(qū)域進(jìn)一步通過造林和再造林穩(wěn)步提升森林碳匯的質(zhì)量和效果;建立健全重慶森林生態(tài)效益補償機制，對林地的占有、開發(fā)、使用和消費，制定合理的生態(tài)和經(jīng)濟補償措施和實施標(biāo)準(zhǔn);大力發(fā)展CCS技術(shù)，支持引進(jìn)先進(jìn)CCS技術(shù)，加大推廣執(zhí)行力度，逐步由試點企業(yè)向重點行業(yè)推開。

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System Dynamics of Greenhouse Gases Emission in Chongqing City

CHEN Bin JU Li-ping DAI Jing
(State Key Joint Laboratory of Environmental Simulation and Pollution Control，School of Environment，Beijing Normal University，Beijing 100875，China)

Urban greenhouse gases(GHG)emission is a hot topic in the context of global warming and rapid urbanization．Chongqing City，the only western municipality in China，sets an important example in coordinating economic development and energy saving for the western areas within China．The paper established a system dynamics model about GHG emission on the basis of inner social-economic structure，and energy consumption resulting from population and economic growth．In order to explore the influence on GHG emission of the increasing energy saving level，energy structure and carbon sink，three types of economic developing patterns were set，based on which the paper established energy saving and low-carbon scenarios．The results indicated that decreasing of industrial energy consumption was the principal pathway in controlling greenhouse gasses emission．Meanwhile，it was also instructive for China to achieve the goal of 2020 with 40% －45% reduction compared to 2005．Finally，the low-carbon development strategies were provided for Chongqing City in optimizing industrial structure，energy consumption and carbon sink capacity．

system dynamics;greenhouse gases emission;low-carbon;Chongqing City

Q148:X321

A

1002－2104(2012)04－0072－08

10．3969/j．issn．1002－2104．2012．04．014

2011－11－12

陳彬，教授，博導(dǎo)，主要研究方向為生態(tài)核算與管理。

國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)重點項目(編號:2009AA06A419);教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才(編號:NCET－09－0226)。

(編輯:劉照勝)