【摘要】：能源是碳的載體,煤是碳的最主要載體。長(zhǎng)期以來(lái),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(chǎn)和消費(fèi)的90%左右�；茉丛诖罅ν七M(jìn)人類現(xiàn)代文明的同時(shí),其燃燒后所產(chǎn)生的二氧化碳也成為全球人為溫室氣體排放的最主要來(lái)源。在美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家,能源利用相關(guān)二氧化碳的排放占全社會(huì)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(fèi)模式,我國(guó)將不得不延續(xù)煤為基礎(chǔ)的能源生產(chǎn)與消費(fèi)格局。若按現(xiàn)有生產(chǎn)生活方式發(fā)展,煤炭在我國(guó)能源構(gòu)成中的比重仍會(huì)長(zhǎng)期維持在70%左右,同時(shí)更為需要關(guān)注的是煤炭利用相關(guān)二氧化碳排放占全社會(huì)二氧化碳排放總量的比重不僅會(huì)快速地超過70%,而且還會(huì)呈現(xiàn)進(jìn)一步上升的態(tài)勢(shì)。因此,與煤炭等化石能源利用相關(guān)的溫室氣體排放量估算的準(zhǔn)確性,將對(duì)中國(guó)溫室氣體排放量估算的準(zhǔn)確性影響很大,與國(guó)家利益息息相關(guān),要特別給予重視。 能源利用是中國(guó)的大問題,關(guān)系國(guó)計(jì)民生；溫室氣體清單編制和碳脈分析是減緩和適應(yīng)全球氣候變化、推進(jìn)低碳發(fā)展的現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)與主要抓手。本文初次嘗試將國(guó)際前沿的能流碳脈分析理論和經(jīng)典的數(shù)學(xué)建模方法與中國(guó)特別是上海的能源利用實(shí)踐進(jìn)行多層次的融合與貫通,是筆者對(duì)能源利用技術(shù)與規(guī)律、清單編制通則與個(gè)案、碳脈傳承表象與實(shí)質(zhì)等關(guān)鍵性問題長(zhǎng)期思考和深入研究之后的心得與認(rèn)識(shí),目前研究工作還在繼續(xù),本論文只是一個(gè)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(shù)路線與數(shù)模構(gòu)建 (一)實(shí)證分析路線�；诂F(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)和專家的分析判斷,具體、直觀、可操作,主要服務(wù)于課題研究和政府的決策需求。依托國(guó)際國(guó)內(nèi)權(quán)威機(jī)構(gòu)、管理部門以及實(shí)地調(diào)研收集的一手?jǐn)?shù)據(jù)和資料,借助所在團(tuán)隊(duì)有關(guān)能源利用、清單編制、碳脈分析的長(zhǎng)期積累和深厚資源,本文初步完成美國(guó)、中國(guó)、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(lǐng)域的分析、論證。主要為第三章、第四章和第五章,也是筆者結(jié)合資源、環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)相關(guān)理論對(duì)現(xiàn)實(shí)問題的進(jìn)一步觀察、思考、學(xué)習(xí)和總結(jié)。 (二)數(shù)學(xué)建模路線�；贚EAP模型、情景分析、趨勢(shì)外推等數(shù)學(xué)建模思想和工具,方法科學(xué)、數(shù)據(jù)透明、格式一致、結(jié)果可比,重在學(xué)術(shù)理論研究。依據(jù)國(guó)家和上海市的相關(guān)統(tǒng)計(jì)文獻(xiàn),本論文采用數(shù)學(xué)建模法對(duì)上海能源的歷史、現(xiàn)狀進(jìn)行量化分析,特別就直到2050年的發(fā)展進(jìn)行情景分析,全新構(gòu)建完成上海能源消費(fèi)與碳排放LEAP-Shanghai模型,歷經(jīng)一年多的改造、試用、調(diào)整、驗(yàn)證,現(xiàn)已形成比較理想的三大綜合情景和九個(gè)子情景,模型運(yùn)行結(jié)果達(dá)到預(yù)期,可以根據(jù)需要模擬仿真2000-2050年之間各個(gè)年份上海能源利用與碳排放情景,能夠?yàn)榧夹g(shù)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(gòu)建、結(jié)果輸出集中體現(xiàn)于第六章,是本文精華、亮點(diǎn)和主要功夫與創(chuàng)新點(diǎn)所在,也是筆者近六年碩博連讀、數(shù)十項(xiàng)課題鋪墊之后的學(xué)術(shù)追求及所得。 二、核心觀點(diǎn)與基本判斷 ◇得益于多項(xiàng)課題參與的認(rèn)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(guān)系,為編制各層級(jí)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(guó)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(guó)煤炭利用之CO2排放的關(guān)鍵源；交通運(yùn)輸業(yè)是我國(guó)石油利用之CO2排放的關(guān)鍵源。 (三)我國(guó)煤為基礎(chǔ)與歐美油氣為主的能源結(jié)構(gòu)截然不同,加之煤炭分類標(biāo)準(zhǔn)與歐美標(biāo)準(zhǔn)差異。要求我們必須立足于中國(guó)國(guó)情,同時(shí)結(jié)合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),建立生產(chǎn)側(cè)與消費(fèi)側(cè)配套的、與國(guó)際對(duì)接的分類轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn),以便于我國(guó)排放清單的編制。 ◇本論文的研究表明： (四)中短期內(nèi)能源消費(fèi)與碳排放增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)難以逆轉(zhuǎn),2040年左右可能出現(xiàn)峰值,上海將早于全國(guó)。 LEAP-Shanghai模型運(yùn)行結(jié)果顯示,不論是基準(zhǔn)情景下的慣性發(fā)展,還是減排情景和強(qiáng)化減排情景下的多政策干預(yù),上海能源消費(fèi)總量與碳排放總量均呈上升趨勢(shì),且這一趨勢(shì)在中短時(shí)期內(nèi)仍難以逆轉(zhuǎn)。只有在強(qiáng)化減排情景下,2040年左右上海能源消費(fèi)達(dá)到1.5億噸標(biāo)煤、二氧化碳排放達(dá)到2.5億噸的峰值之后才會(huì)緩慢下降,全國(guó)的峰值時(shí)段晚于上海。 (五)強(qiáng)化節(jié)能減排的政策和執(zhí)行力是控制能源消費(fèi)總量增長(zhǎng)的基本原則和有效手段。 LEAP-Shanghai模型就基準(zhǔn)情景運(yùn)行結(jié)果顯示,按照目前的慣性發(fā)展,2050年上海能源消費(fèi)總量將達(dá)到3.7億噸標(biāo)準(zhǔn)煤,為當(dāng)前能源消費(fèi)量的3.4倍；能源利用相關(guān)二氧化碳排放量將達(dá)到6.5億噸,為當(dāng)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(guó)的可持續(xù)發(fā)展以及能源的供應(yīng)安全帶來(lái)更大的問題與挑戰(zhàn),也是生態(tài)環(huán)境和國(guó)際社會(huì)所無(wú)法承受的。 (六)摒棄GDP至上,保持經(jīng)濟(jì)適度增長(zhǎng)是降低能源消費(fèi)與碳排放增長(zhǎng)的現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)與依托。 LEAP-Shanghai模型子情景的節(jié)能減排貢獻(xiàn)水平模擬結(jié)果顯示,適當(dāng)控制GDP增長(zhǎng)速度,使其每階段增長(zhǎng)率比基準(zhǔn)情景降低1%,則到2050年將節(jié)能9200萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤/年,占強(qiáng)化減排情景節(jié)能總量的37%；累計(jì)節(jié)能量達(dá)到19.7億噸標(biāo)煤。這意味著即使不采取其他節(jié)能減排手段,僅僅在經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)速度上做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整,對(duì)能源消費(fèi)總量控制和二氧化碳減排的作用就將十分顯著。 (七)轉(zhuǎn)變生活方式是從需求側(cè)減少能源碳排放的直接動(dòng)力和長(zhǎng)期潛力。 居民生活相關(guān)能源消費(fèi)主要與建筑物和交通工具相關(guān)。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(zhǎng)的主要來(lái)源。強(qiáng)化減排情景下居民住宅和第三產(chǎn)業(yè)建筑物能耗占比從2010年的15%增長(zhǎng)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(guān)貢獻(xiàn)率顯示,當(dāng)居民的能源消費(fèi)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(xí)慣、減緩私人轎車保有量的增長(zhǎng)速度、倡導(dǎo)公共交通等低能耗出行方式等,到2050年生活方式的轉(zhuǎn)變將比基準(zhǔn)情景節(jié)能6200噸標(biāo)準(zhǔn)煤/年,占強(qiáng)化減排情景節(jié)能總量的26%,累計(jì)節(jié)能量達(dá)11.7億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。 (八)清潔能源替代是從供應(yīng)側(cè)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(zhuǎn)換階段,將煤炭在發(fā)電結(jié)構(gòu)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(dòng)力汽車、CNG汽車、電動(dòng)汽車等新能源汽車,鐵路電氣化率進(jìn)一步提高,用電力、天然氣大幅替代第三產(chǎn)業(yè)和居民生活中的煤炭。到2050年,僅實(shí)施清潔能源替代措施就可實(shí)現(xiàn)碳減排1400萬(wàn)噸/年。本文之模型對(duì)未來(lái)清潔能源替代的規(guī)模做了較為保守的估計(jì),隨著電力需求占比不斷增長(zhǎng),華東電網(wǎng)等外來(lái)電中水電和核電比例將會(huì)顯著提升,預(yù)計(jì)未來(lái)清潔能源替代的減排貢獻(xiàn)還會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大。 三、主要成果與創(chuàng)新點(diǎn) (一)基于LEAP平臺(tái),筆者全新構(gòu)建完成LEAP-shanghai模型,實(shí)現(xiàn)2010年、2020年、2030年、2050年等節(jié)點(diǎn)年份的上海能源利用與碳脈模擬仿真。 (二)以多學(xué)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(jīng)濟(jì)等系統(tǒng)的隱性問題顯性化,通過碳脈圖的直觀表達(dá),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(dòng)繪制2000-2050年各個(gè)年份的上海碳脈圖,并可通過參數(shù)的調(diào)整動(dòng)態(tài)展示、診斷上海歷年的碳脈景象。 (三)本論文在充分運(yùn)用成熟系統(tǒng)仿真技術(shù)的基礎(chǔ)上,將碳脈分析方法與能源利用之CO2排放相結(jié)合,構(gòu)建適合我國(guó)國(guó)情的碳脈模型與政策模型。其主要?jiǎng)?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(duì)進(jìn)入系統(tǒng)中碳元素運(yùn)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(jī)理與路徑,明晰碳排放節(jié)點(diǎn)和減排潛力；將碳脈分析方法應(yīng)用于基準(zhǔn)情景、減排情景、強(qiáng)力減排情景,在對(duì)不同經(jīng)濟(jì)社會(huì)狀況和技術(shù)條件下的CO2排放情景預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上,進(jìn)行碳脈動(dòng)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(shí)踐中也能夠?yàn)榧夹g(shù)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(fù)雜性,以及其變化、轉(zhuǎn)型的長(zhǎng)期性,就任何一項(xiàng)新系統(tǒng)、新技術(shù)的研究、開發(fā),以及示范和商業(yè)應(yīng)用而言,都要及早安排,否則將會(huì)帶來(lái)不可逆轉(zhuǎn)的損失。中國(guó)是世界上最具潛力、新興的能源市場(chǎng)之一,基礎(chǔ)設(shè)施和發(fā)展模式尚未完全定型。因此,選擇具有比較優(yōu)勢(shì)的能源技術(shù)路線和生產(chǎn)生活方式,中國(guó)比美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家更為易行、更為現(xiàn)實(shí),代價(jià)也要小的多。
【學(xué)位授予單位】：復(fù)旦大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：F426.2;F205;F224

【引證文獻(xiàn)】

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1 單鈺理;常征;李海林;;天然氣的利用及其相關(guān)碳排放——兼論美國(guó)頁(yè)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(hào)：2670540