基于LEAP 模型的山西长期能源消耗及碳排放分析

吕 茹

（华北电力大学，北京 100096）

引言

2020 年9 月，中国在第七十五届联合国大会一般性辩论上提出“双碳目标”：二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060 年前实现碳中和[1]。这对于我们的经济和能源来说，都是巨大的压力挑战。其中山西作为煤炭大省，碳达峰的时间对于山西来说，时间紧迫，对于碳减排的压力显得更为迫切。

2019 年山西GDP 是17 026.7 亿元，全省单位GDP 能耗为1.03 t 标准煤/万元，远高于全国0.49 t标准煤/万元的平均水平。目前山西的能源消耗总量都超过10 000 万t 标准煤，从自身资源来看，山西暂时难以摆脱煤炭能源，加上化石能源自身的劣势，不仅能源的利用效率不高，而且带来极大的环境污染，特殊的是山西外送大量清洁电力，这直接导致污染留在自身省份，更加重了山西的环境任务。

1 相关理论

LEAP（low emissios analysis platform）模型之前也被称为长期能源替代规划，是由瑞典斯德哥尔摩环境研究所及美国波士顿大学共同研究开发的一个基于情景分析的能源:环境:经济模型[2]。此模型LEAP 主要分为三部分：需求，转换，以及资源。国内有许多学者利用LEAP 模型对不同行业进行研究，其中包括田璐璐等基于LEAP 模型在不同情景下对工业能源消费及碳排放进行预测分析[3-5]，遆曙光等利用LEAP 模型在不同情境下对居民生活用能及碳排放进行分析研究[6]。满海波等利用LEAP 模型对建筑能耗进行情景预测研究[7]。刘贞等基于LEAP 模型在不同情景下分析电力行业碳减排潜力[8]。

2 山西省长期能源需求量及碳排放量预测

根据LEAP 模型的特点以及数据的可获得性，建立山西省LEAP 模型，构建不同情景用以预测未来山西碳达峰时间，终端能源消费总量和碳排放总量。影响山西省长期能源需求量以及碳排量的驱动的因素很多，本文主要聚焦于城镇化率、GDP、产业结构、能源强度以及能源转化率等这些因素。

具体参数详，见表1 所示。

表1 山西省LEAP 模型具体参数

3 山西省终端能源消耗量预测分析

3.1 终端需求能源消费总量结果分析

通过设置不同参数，分析得出山西省终端能源消费，与基准情景相比，山西想要2030 年达峰，必须加快能源结构和技术进步，这样不仅能够在需求总量降低，而且能够保证山西在2030 年达峰。如果想提前达峰，更需要大力发展清洁能源。其他三种情景下，产业结构和能源结构的优化，火力发电的改进，淘汰一些高耗能、低效率的设备，以及加快技术研究提高火力发电的效率。基准情急下，能源需求总量在2040 年达到峰值，大约为274.10 Mt 标准煤。约束情景、绿色情景、绿色低碳情景，能源需求总量将分别下降6%、14%以及21%。技术的进步与结构的改变不仅保证了终端需求总量的提前达峰，更保证了能源需求总量的下降，对于碳达峰的贡献相当重要。不同情景下的山西省终端能源消费，如图1 所示。

图1 为不同情景下的山西省终端能源消费比较

3.2 山西省能源加工、转换部门能源消费量结果分析

基于模型中的不用情景，对于情景中加工转化率方面参照文献[9]，得出山西省发电中逐步淘汰老旧燃煤电厂，改善常规燃煤发电技术，大量采用先进的超临界、超超临界和整体煤气化联合循环等发电技术。虽然大量清洁能源的投入对能源需求的影响较少，但是在发电中对于碳排放量的影响举足轻重。清洁的大量使用及并网不仅能够改变降低碳排放的总量，更够保证生态环境。转换模块不同情景下的能源需求量，如图2 所示。

图2 为转换模块不同情景下的能源需求量

3.3 三种情景下碳排放总量分析

利用LEAP 默认的技术环境数据库，计算得到山西能源利用相关二氧化碳排放量,如图3 所示。基准情景下，山西在2033 年将达到顶峰，碳排放将会是743.94 百万t，在政策干预的另外三种情景下，山西碳达峰时间分别提前为2030 年、2028 年、2025 年，并且碳达峰的排放量将低于基准情景，分别为698.56 百万t，654.37 百万t，以及616.40 百万t。这也说明碳排放的减少与技术的提高，产业结构和能源结构的优化等密切相关。

图3 为三种情境下山西省CO2 排放总量

4 碳减排对策分析

通过LEAP 分析可以看到，山西省要想完成国家提出的2030 年左右碳达峰的目标，那么必须在发展经济的同时采取一系列节能减排措施，注重发展低碳经济。结合四种情景下对山西省能源消费及碳排放的分析结果，提出山西省完成碳减排目标的对策措施。

4.1 提高效率和优化结构

终端能源强度的提高，不仅可以降低能源消耗，而且可以尽早实现碳达峰。尤其山西目前第二产业占比较大，所以山西必须一方面引进先进煤炭技术提高能源效率，利用碳市场作用促进企业淘汰一些落后和高排放的设备，另一方面利用山西地理位置大力推广和发展清洁能源。同时加大硬件和软件的改善，加大相关方面的科研资金，以及引进低碳技术以及人才。

4.2 调整产业结构和提高管理水平

在“双碳”目标和“双控”机制下，产业结构的调整需要充分利用发挥市场的作用，加大政府的引导力度。核心在于工业产业，可以建立绿色绩效考核体系，避免“唯GDP”论和过度的强制性减排模式，避免两头重中间轻的模式，在环境政策中，需要将能源消费，能源强度、碳排放量以及绿色增长水平等指标纳入绩效考量体系，推动路径的有效实施，促进可持续发展。

4.3 完善政策和制度设计

1）在居民生活中，发展“电代煤”、“气代煤”等政策。清洁能源可以应用于居民生活环境，不仅可以改变居民的“量”，可以改变“质”。从生活中小事减少碳排放，为山西低碳发展作出贡献。

2）碳交易市场正式启动，规定了企业碳排放配额与交易权利，鼓励企业自愿减排，对环境保护、节能减排具有重要的积极作用。发展低碳经济的监管力度还处于较低水平，相关的法律体系不健全，监督与管理的强制性不足。因此，应进一步加快低碳发展方面立法的步伐，完善相关法律法规体系。

3）不同行业的能源强度，能源结构，碳排放量有差别，这就要求在制定、实施、完善政策需要有针对性，不能实行“一刀切”，根据行业的异质性细化完善不同的碳排放交易细则并逐步落实推广，尤其是工业行业中污染程度较大的行业，需要做到良好的带头作用。

4）山西省大量的清洁电力外送，火力发电是山西碳排放的主要来源，如何在保证电力外送的优势下，发电行业的能够平衡企业和社会环境之间的利益。在“双碳”目标下，山西省需要制定相应的制度，保证“低碳化”和“高效化”行业率先达峰，助力于山西的“30.60”目标。