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福建省温室气体排放趋势峰值预测研究

文档作者：林大荣文档来源：福建省华厦能源设计研究院有限公司		点击数：	更新时间： 2024年07月06日
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上一篇：高浓度氨氮废水的处理技术及研究进展

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福建省温室气体排放趋势峰值预测研究
林大荣
(福建省华厦能源设计研究院有限公司福建福州350005)
摘要在研究国内外温室气体排放峰值预测的进展基础上。对国内外减排潜力和路径进行分析；针对温室气体排放预测
研究存在的主要问题，根据kaya模型、LEAP模型，对其研究技术路线、碳排放影响因素的因式分解，进行福建省碳排放峰值预
测研究。
关键词温室气体排放趋势峰值预测kava模型因式分解LEAP模型
中图分类号：×51 文献标识码：A 文章编号：1672一∞64(2018)06．dD2-04
温室气体(碳排放)浓度的增加引起的全球变暖。已经对
自然生态系统和人类生存环境产生严重影响。为应对气候变
化和气候变暖．中国向世界庄严承诺“在2020年单位GDP
温室气体排放量在2005年基础上减少45％”。我国在“十三
五”规划纲要中明确提出了“碳排放总量得到有效控制”。随
着我国签署《巴黎协议》。承诺到2030年左右二氧化碳排放
达到峰值且将努力早日达峰．做好福建省温室气体排放变化
趋势及其峰值预测研究工作具有更加重要的意义。
l 国内外温室气体排放峰值预测研究的进展
1．1 国内外温室气体排放峰值预测研究
目前国内外学术界对温室气体排放峰值预测方面的研
究主要集中在能源消费的碳排放量峰值方面。研究主要方法
集中在运用模型和曲线等方面．根据能源消耗量计算碳排放
量、根据碳排放强度对碳排放峰值的研究等。
国家发改委能源研究所(2003)利用LEAP模型建立覆
盖我国所有能源消费部门和包括商品能源和消费商品能源
等所有能源消费品种的能源需求模型．得到了中国在可持续
发展目标下。到2020年各时段全社会能源需求的不同情景。
哈尔滨工业大学迟春浩等(2004)、中国人民大学林烨等
(2008)、北京师范大学贾延鹏等(20lO)分别用LEAP模型对
我国未来能源发展情景、工业能源未来发展、城市规划与
C02减排等进行研究。
林伯强等(2009)利用传统的环境库兹涅茨模型模拟与
在二氧化碳排放预测的基础上的预测2种方法．对中国的二
氧化碳库兹涅茨曲线做了对比研究和预测．结果存在较大差
异：简单的环境库兹涅茨模型模拟计算．在37170元处达到
人均二氧化碳排放的最大值．是中国二氧化碳排放的理论拐
点。依据我国经济发展．拐点出现在2020年左右。从能源需
求角度分析．中国二氧化碳的库兹涅茨曲线到2040年还没
有出现拐点。
岳超等(2010)基于对我国未来GDP和GDP碳强度的
预测．以2005年为基准年．对我国2050年的碳排放进行了
预测：结果显示．2050年我国未来碳排放的最小预测情景为
发改委能源所的强化低碳情景：最大预测情景为2050年我
国碳强度指数衰减至美国2005年碳强度水平情景。
从国内外研究现状看．国际上关于温室气体排放预测模
型的研究越来越有综合化、长期化的倾向。试图将影响排放
的各种因素都包含进来以达到更精确预测的目的．并且试图
预测50年甚至更长的时间尺度。而我国在模型预测方面也
做了大量的工作。在国际上具有一定的影响力。
1．2国内外减排潜力和路径分析研究
曾贤刚(2009)对我国各省区的C02排放量进行了核算，
同时对人均排放量和温室气体排放强度做出了比较分析．用
聚类分析将各个省份的温室气体排放强度进行了归类．比较
得出了各个省的排放潜力。
从国外温室气体排放研究来看．主要由模型和情景分析
2种方法组成。
Yin异Fan(2006)运用s11RPAT模型分析了1975。2000年
收入水平不同的国家温室气体排放受到各种因素的影响情
况．发现在低收入国家人均GDP水平对温室气体排放的影
响较大：在中等收入国家中能源强度对温室气体排放的影响
较大：在高收入国家中影响温室气体排放的各个因素有很大
的正相关关系。
B啪tLiddle(2010)基于s11砌)AT模型，从人口、人均财
富及能源强度3个方面．分析了一些发达国家的温室气体排
放情况。通过分析发现影响这些国家的温室气体排放因素不
止这三方面；另外能源结构、居民能源消费及城镇化率也是
温室气体排放的重要因素：文章最后指出在研究不同的国家
温室气体排放时应对鲫RPA，r模型做一些调整。
Hu蚰舳IJi(2011)论文通过研究表明影响中国温室气体
排放的主要5个因素是人均GDP(A)、工业结构(Is)、人口
(P)、城市化率(R)和技术水平(T)。而且这5种因素对温室
气体排放的影响程度是A>DP>R>IS的．在节能减排中提高
技术水平T是最有效的途径。
1．3温室气体排放预测研究存在的主要问题
目前关于温室气体排放趋势问题的研究较多．主要集中
在因素分解分析、模型及预测、减排潜力和路径分析这3个
方面。但只是从上述3个方面分别进行研究．而很少有将三
者结合起来使之成为一个温室气体排放趋势的研究体系。
福建省具体而全面的温室气体排放趋势研究较少．特别
作者简介：林大荣(1963一)，1985年毕业于厦门大学化学系，荻学士学位，高级工程师。30多年来从事质量监督、节能减排、温室气体清单报告、碳
核查、应对气候变化战略、洁净煤研究等；课题、论文获得省、部级多项奖励；现为福建省华厦能源设计研究院有限公司副总工、能源研究所所长。
2018．№6．9 万方数据
是峰值预测方面的工作则基本没有。
2福建省温室气体排放预测相关研究工作的进展
2．1福建省温室气体排放的研究进展
福建省温室气体排放的研究工作近几年来取得了较大
进展．在温室气体排放的研究与应用中做了大量工作．取得
了不少的成果。但在温室气体排放趋势预测及其模型研究的
工作起步较迟。相关研究成果较少。
福建省基本完成了国家发改委下达的省级温室气体清
单编制工作(2005年和2010年)。2012年和2014年的报告
正在国家发改委评审验收．这对推动福建省温室气体排放的
研究工作起到了很好的促进作用。我省C02排放总量从
2005年到2010年，增加了53．99％。年均增长率为9．02％，呈
现明显的正相关性。反映了福建省经济的快速增长，伴随更
多的能源消费，同时带来更多的CO：排放。
根据环境库兹涅茨曲线(EKC曲线)理论，经济增长与
环境压力间呈倒“U”型曲线关系，说明在经济发展初期，环
境会伴随着经济增长而不断恶化；当经济发展到一定阶段。
环境恶化会得到遏止并伴随着经济的进一步发展而逐步好
转。福建省现阶段尚处于倒U型曲线的左侧。经济增长尚未
达到EKC曲线的临界值点．表明经济增长促进福建省C0，
排放量增长的趋势短期不会改变。
由于CO：排放量与经济增长间的正相关关系，以牺牲经
济增长速度为代价减少温室气体排放．对于正处于快速发展
中的福建省来说承受力是有限的。因此。采取何种方式和途
径实行CO：减排策略，才能实现经济增长与环境保护之间的
均衡，达到EKC曲线阈值点的目标，这都是福建省CO：减排
战略需要考虑和重视的问题。
2．2基于kava模型的福建省碳排放峰值预测研究
2．2．1 kava恒等式简介
kava恒等式是由日本kava教授在1998年IPCC一次研
讨会上最先提出，是目前研究CO：排放最广泛的模型之一。
该模型通过1种简单的数学公式将经济、政策和人口等因子
与人类活动产生的二氧化碳联系起来。根据kava碳排放恒
等式．二氧化碳温室气体排放量主要和人类活动相关的4个
部分组成．表述的公式如下：
coF孚×击×乎×P (1)
其中，CO：代表温室气体排放量；E为能源消费总量；
GDP为国内生产总值；P代表人口。CO牡表示单位能源的碳
排放，与能源利用结构有关；E，GDP表示单位GDP能耗。即
能源强度；GDP，P表示人均GDP。因此kava分解模型代表影
响碳排放的4个因素分别是：能源消费的温室气体排放强
度、能源强度、人均GDP以及总人口数。
ka丫a公式4个因素对CO：排放的影响程度可以通过因
素分解进行分析．即把变量的变化分解成几个部分．细化每
一个影响因素的意义。因素分解有多种形式，根据对能源使
用与温室气体排放领域分解方法应用的调研．新加坡国立大
学B．W．Ang教授提出的对数平均Divisia因素分解法(LMDI)
目前最常使用，不产生无法解释的残差项，因此本研究采用
LMDI因素分解方法。
2．2．2 kaya模型碳排放峰值预测研究技术路线
kaya模型碳排放峰值预测研究技术路线见图1。
2．2．3福建省碳排放
影响因素的因式分解
根据kava恒等
式．一个地区能源消费
量如煤、石油、天然气
对碳排放的影响是直
接的，消费的越多，碳
排放增加就越多：地方
经济增长正常将扩大
产业规模．不可避免的
会增加能源的消耗．从
I福建省碳摊放现状l
'LL
l福建2∞I一2f}16年碳撵放里的佶算I
J L
窜国酋菌菡圈国
佣hy-模爱对2017一∞40年中爵嚷摊放里进行璜
图l kaya模型碳排放峰值预测
研究技术路线
而增加碳排放量：持续的人口增长会带来环境和能源消耗的
巨大压力。kava碳排放计算公式中消耗2种以上化石能源碳
排放计算式可表达为：
c一号x击×譬她Σici=Σi器×譬×击x孚岬)
2．2．4研究成果
根据kaya模型分析预测结果，福建省未来到2035年，
如果按照当前的经济发展政策、人口政策和能源等政策．那
么福建省的碳排放量将逐年增长并在2025年左右达到峰
值。其能源结构为煤炭42．4％，石油23．1％，天然气9．O％，清
洁能源25．5％．社会经济增长速度约7．9％。
kava模型提出了2种低碳情景：在常规低碳情景下，福
建省碳排放将在2024年左右达到峰值。其能源结构为煤炭
43．7％，石油20．6％，天然气8．8％，清洁能源26．9％，社会经济
增长速度约7．2％；在深度低碳情景下，福建省碳排放将在
2022年左右达到峰值．达峰时福建省一次能源消费总量约
14874万t标煤，其能源结构为煤炭44．3％，石油21．1％。天然
气8．7％．清洁能源25．8％。社会经济增长速度约6．8％。
2．3基于LEAP模型的福建省碳排放峰值预测研究
2．3．1 I点AP—Fu{ian的构建和情景设置
福建省碳排放LEAP模型主要采用自上而下的分层级
方法。第一层及主要对部门进行划分．然后每一层级细分下
去至福建省的高耗能必威体育官方网站
．主要需求数据有基准年份的增加
值或产量，主要能源品种的消耗比例．该部门或子必威体育官方网站
的当
年综合能源消费量：目标年份的能源之间的相互替代作用。
本文中所有的温室气体排放因子均来自于LEAP模型中所
配备的排放数据库中的IPCC排放因子缺省值(2013年
IPCC国家温室气体清单指南)。在钢铁必威体育官方网站
中，生产规模对
能耗的影响较大．在模型中建立了高炉炼焦冶炼和电炉冶炼
2种方式的工艺．因为数据可获得性的限制，分别描述其设
备产量和能源强度。
LEAP—Fuiian计算过程主要分为3个部分：能源消费
量、温室气体排放量和节能减排潜力计算，具体研究思路如
20mNo．6．o 万方数据
图2所示。研究设定了3种情景，在模型中拥有不同的参数
集，分别对应不同的能耗总量和温室气体排放总量，最后比
较分析各项节能减排政策的节能减排潜力。
次能源满求
次能源消费·次能源消费
用能设备燃料类爱
用艟设备燃辩终放因子
终端消费的CG摊放最
加工转换的一次能源结构
加工转换设备的效率或损失宰
加工转换的COz捧放敏
图2 LEAP—Fujian模型的研究思路
能源消费排放EDEmissionp=ΣΣΣAk“×EIk“×EFk“．。(3)
j k
式(3)中，EDEmissionp表示能源消费当中污染物p的排
放量；EFk．j。，表示第i个部门使用第j个设备消费单位第k
种能源所排放的第p种污染物的量。
能源转换排放EDEmissionp=艺艺艺E1【'P。．1×e。。×EF。mp(4)
’一1—1一
m n l
式(4)中，ETEmissionp表示能源转换当中污染物p的排
放量；EF。。。表示在第n种能源转换设备生产第t种二次能
源所消费的单位第m种一次能源所排放的污染物p的量。
2．3-2情景设置
情景分析是根据研究对象的发展现状，对研究对象的未
来发展进行预测．对影响研究对象发展的因子进行设定。影
响因子设置的不同产生多个情景方案，根据方案预测结果，
分析探讨出针对研究对象未来发展最好的方案。因此，
LEAP—Fuiian模型对其情景的设定及其参数的设置尽可能
与未来福建省能源系统与碳排放可能出现的变化基本一致。
不同情景下经济活动发展以及能源技术的变化。都是在
现有条件基础上演变的．对描述现有情况(即CURRENT
ACCOUN佟)的各种参数和数据进行核实和标定是情景研究
的一个重要工作。各种技术参数的确定从技术能源强度和利
用SPSS对现有经济和能源统计参数进行分析2种途径来操
作。
(1)基准情景：基准情景延续目前的经济发展，及能源效
率的水平。因市场竞争压力在某种程度上限制了企业在提高
能源效率方面的投入，清洁燃料受成本、资源等因素的限制，
推广和应用不广泛。由于在推动可持续发展方面存在的市场
失灵和缺少在资源和环境利用方面的市场杠杆．能源结构调
整和节能技术带来的能效提高不能完全达到政府的预期目
标。
(2)政策情景：政策情景是2020年以前的社会经济发展
以福建省“十三五”各必威体育官方网站
或领域的专项规划为依据．假定政
府所规定的主要经济目标和产业结构调整．及节能减排措施
均能顺利实现．2020年。2040年则以2020年以前的发展趋
势为依据．参照相关机构的研究对福建省今后的经济、社会
发展、技术进步及应用等做出合理的判断和解释。
(3)深度减排情景：深度减排情景是比较理想的情景，各
种可持续发展的相关政策能得到进一步的加强．并且能够非
常顺利地得到执行。如福建省充分调整经济结构，较大幅度
地降低了高耗能产业生产增加值比例：在制造业投入了更多
的节能技术．并以高效、低碳为目标优化各子必威体育官方网站
的能源结
构：大力开发清洁能源。进一步降低燃煤机组的装机容量，并
提高现役机组的能效水平。这个情景的实现要求在提高能
效、调整经济和能源结构，以及环保措施和经济技术措施方
面有重大举措．
2．3．3情景结果分析
应用LEAP—Fujian模型．2个减排情景分别得到2030
峰值年、2025峰值年，进行分析后得到的结果如图3。在政策
情景下．本文主要依据福建省“十三五”各专项规划的发展目
标等内容设置该情景参数。政策表现为在调整产业结构提高
规模与效益的同时．注重绿色发展。构建能源开发与生态文
明协调发展。从图3中可以看出，本文利用U1AP工具预测
政策情景在2030年达到峰值。随后通过深度减排情景下相
应的措施实施(主要表现为产业结构转型升级、终端用能品
种清洁高效化和核电等低碳电力生产的推进3个方面)。全
省碳排放量在到达峰值后开始缓慢下降。深度减排情景下，
则峰值年份为2025年。
L E^P#uJ¨n■穗-一下删I艘■膏■
2018-NoA o
岫f—-■瞳——一下—啊啊蚺■ ■-●--●●●t_●-●_-_-^_●-‘_■_ ⋯
图3 3个情景碳排放总■变化图
(下转第8页)
万方数据
值与样品煮沸后测量结果相差不大．结果比较符合预期。
因核电厂对数据分析时间要求比较严格．上述方法中从
静置衰变开始到出结果的时间很长，很难应用到实际中。如
果样品有明显的惰性气体干扰．采用超声波除气或者煮沸除
气的方法是不错的选择。
3结论
针对核电厂放射性流出物低放样品．按表14参数设置
仪器可以得出准确的分析结果。
表14核电厂放射性低放样品参数设置
针对核电厂放射性流出物高放样品或者主系统样品．按
表15参数设置仪器可以得出准确的分析结果。
表15核电厂放射性高放样品参数设置
目前福清核电厂化学实验室已按上述参数执行样品分
析，与同行分析比对中未出现偏差。
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(上接第4页)
情景分析结果说明：
(1)福建省短期内能源消费与碳排放的增长趋势难以逆
转。从LEAP—Fuiain模型的结果可以看到，不论是基准情景
还是减排情景．短期内能源消费量与碳排放总量均呈现上升
趋势．且这一趋势短时间内难以逆转。
(2)通过I正AP—Fuiian模型对节能减排情景的参数设置
及结果分析，控制福建省产业结构对碳排放量的影响最大。
随着2025年前后进入后工业时代．终端设备能源利用效率
及清洁能源的比例将发挥更大的减排作用。说明福建省在增
加核电、风电等清洁能源的资源禀赋优势需要充分发挥，在
增加能源总量的同时．逐步减少以煤为主的消费量，减少
C0：排放。
目前福建省控制CO，排放政策的制定不应寄希望于控
制经济产出规模，而应着眼于优化产业结构与技术进步，从
而有效提高能源效率。对于能源结构因素，发展水能、风能、
核能、太阳能、生物质能等新能源和可再生能源，优化能源结
构，将是未来福建省减排CO：的重要战略选择。
3 结论
由于CO：排放量与经济增长间的正相关关系，以牺牲经
济增长速度为代价减少温室气体排放．对于正处于快速发展
中的福建省来说承受力是有限的。因此．采取何种方式和途
径实行C0：减排策略，才能实现经济增长与环境保护之间的
均衡，达到EKC曲线阈值点的目标，这都是福建省C0：减排
战略需要考虑和重视的问题。
结合福建省生态文明示范区建设、发展规划及经济发展
规律，运用LEAP和kaya模型研究、预测基准情景、政策情
景、深度减排情景3种模式下福建温室气体排放峰值出现的
规律，福建省未来通过对经济社会发展目标、能源供应结构、
碳排放因子变化趋势、碳汇等未来碳减排政策作用、节能减
排温室气体政策等实施．福建省能够在2025年左右达到碳
排放峰值．
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风能
风能(wind energy)是因空气流做功而提供给人类的一种流具有的动能称风能。空气流速越高，动能越大。
可利用的能量，属于可再生能源(包括水能，生物能等)。空气

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