基于LEAP模型的林浆纸产业碳排放情景模拟

　　摘要：针对林浆纸行业碳减排情景进行模拟分析。以2016年为基准年，设定了1个基准碳排放情景和缩减产能、技术推广以及和碳交易市场3个政策情景。从宏观经济视角出发，采用情景分析法，运用LEAP模型模拟不同情景下的能源需求与碳排放趋势。结果表明：碳交易市场政策对于造纸产业节能减排的效果最好，其次为缩减产能政策，再其次为技术推广政策，最后为基准情景。

　　关键词：林浆纸产业,LEAP,碳排放,情景分析

　　1概述

　　最近世界气象组织发布的《2018年全球气候状况声明》显示，2018年全球的二氧化碳排放量比上年增加了1.6%，全球温室气体浓度创下纪录，导致海平面上升，南北两极冰面消融，而这一趋势在2019年仍将持续。面对如此严峻的事实，人类应对全球变暖的努力赶不上气候变化的速度，必须尽快找到可持续的解决方案。我国的经济体量大、增速快，作为温室气体排放大国，必须切实当前的经济发展状态，找到一条绿色经济的可持续发展道路，以负责任的姿态履行发展低碳经济的承诺。

　　在此背景下，碳排放的影响因素、碳排放的潜力预测等方面受到了国内外学术界的广泛关注，主要的研究思路围绕因素分解法以及计量经济学两种展开。在研究碳排放影响因素方面，主要有Dietz等在Kaya模型基础上建立的IPAT方程的随机模型——STIRPAT模型;灰色关联度分析、对数均值迪式分解法LMDI以及向量自回归VAR模型。

　　在碳排放的潜力预测方面，主要有基于长期能源替代规划系统模型LEAP的情景分析、蒙特卡洛动态模拟研究等。LEAP模型是一种能对能源系统进行情景分析和计算的能源技术模型。目前LEAP模型得到了国内外许多学者的应用。于灏[1]等通过利用LEAP模型构建了北京市客运交通能源环境模型，测算了北京市在未来不同政策下CO2的排放趋势，最后认为改善交通结构并限制私家车的使用对降低北京市客运交通能源需求和CO2排放起很大作用。

　　杨顺顺[2]通过构建长江经济带分区域碳排放LEAP模型，核算了现状排放量，并对2015-2030年碳排放变化进行情景分析，结果表明长江经济带空间上东部区域排放占比最高，贡献源上以终端能耗碳排放为主，并指出2030年左右碳排放将达到峰值，中部区域将成为碳排放的最高板块。刘艳艳[3]运用LEAP模型对江西省2010-2030年的交通运输业排放进行预测分析，结果表明必须将不同的能源合理分配到交通运输的各个部门中，才能缓解能源供应压力，减少碳排放。国外学者Di.Sbroiavacca等[4]利用LEAP模型评估各种气候变化控制政策对阿根廷2010-2050年期间的一次能源消耗、末端能源消耗、电力部门发展和能源部门的CO2碳排放影响。

　　Safaai等[5]采用LEAP模型对马来西亚的电力部门、交通运输部门、工业部门和建筑部门的CO2排放进行预测分析，结果表明2020年马来西亚的碳排放量将达到2.853亿t，且电力部门是最大的碳排放行业，约占43.4%。对于林浆纸产业碳排放的研究，赵庆建、温作民等[6]基于林浆纸供应链的多次层次投入产出模型，建立隐含碳流与碳排放模型，对各层次和部门的隐含碳流与碳排放进行计算和描述，找出了热点碳排放源与碳流路径，帮助企业从生产系统优化、设备技术改造、新能源替代、低碳原材料使用等方面探索可持续发展的路径。陈诚和邱荣祖[7]基于我国制浆造纸工业特点，从供应链的视角对我国制浆造纸工业的能源消耗和碳排放量进行估算，提出了一种在遵守IPCC指导方针的前提下，既能区分进口和国产不同的供应链投入，也能考虑到供应链上能源原料本质及多用性的计算方法。

　　ShabbirI,MirzaeianM[8]从节能减排的视角对巴基斯坦的制浆造纸工业的能源效率与CO2减排潜力开展研究，结果表明，热电联产技术能够实现相当于轧机实际热能需求16.9%的节能潜力，使目前的碳排放水平降低14.3%。根据对国内外相关文献的分析，可以发现已有的研究多是针对工业中如交通运输业、电力部门等高污染、高排放的某些公众熟知的行业开展，林浆纸行业也是一个高能耗、高排放的行业，但是由于其更具有专业性，技术和管理领域也不为公众熟知，针对该行业碳排放的深入研究也相对缺乏。

　　基于此，本文对中国林浆纸行业的能源需求与碳排放开展了调研，以2016年为基准年，设定了1个碳排放基准情景和缩减产能、技术推广以及碳交易市场3个碳减排政策情景。从宏观经济视角出发，采用情景分析法，运用LEAP模型模拟各情景下的能源需求与碳排放情况，旨在为我国林浆纸产业发展节能减排寻找一条可持续发展的道路。

　　2LEAP模型与碳排放情景设定

　　2.1LEAP模型概述

　　LEAP(Long-rangeEnergyAlternativesPlanningSystem)，即长期能源替代规划系统，由美国波士顿大学与斯德哥尔摩环境研究所共同开发，是一种以情景分析法为基础的自下而上分析的能源—环境核算工具。LEAP模型一般基于能源建模软件LEAP实现，LEAP软件包含了能源需求预测、能源转换、生物质资源、环境影响预测及成本分析等模块，这些模块通常可以互相组合，形成一个或若干个具体的方案。然后通过在模块中建立相应模型、设置相关参数以实现所研究对象对环境的影响以及成本预测等[9]。

　　相比于其他模型，LEAP具有容易使用、输入数据后自动运算分析的优势，是一个很好的构建能源需求与供给的量化模型，使结果具体化、可视化;同时模型设置了不同情景参数以改变最终结果，方便决策者从不同情景中选择系统最佳方案;另一方面，LEAP模型提供了环境数据库，决策者既可链接使用软件自带数据库，也可以自行输入数据，对研究对象进行费用效益分析，同时优化选择。最后，LEAP模型可以让用户根据现有的能源需求与数据进行能源预测，有助于制定和实施减少温室气体排放、节约能源等能源政策。

　　2.2能源需求与CO2排放计算

　　2.2.1能源需求

　　该模块用于预测将来的能源需求。一般需先建立相应的数据结构，数据结构通常包括部门、子部门、终端使用以及设备四个层次。例如，本文的研究部门是工业，则它的子部门就是林浆纸产业，热电站动力锅炉是其中一个终端，而煤锅炉就是终端使用的设备之一。能源需求通常由部门的活动水平以及活动水平所对应的能源强度决定。

　　2.2.2碳排放

　　本参考联合国政府间气候变化专门委员会发布的碳排放计算指南，用碳排放系数法主要核算林浆纸行业能源活动消耗煤炭、石油、天然气一次电力以及其他燃料产生的二氧化碳排放量。

　　3模拟结果分析

　　3.1能源需求情景模拟

　　根据假定的情景，借助LEAP软件进行政策的模拟，可以得出在四种不同的假设情景、下的能源需求。中国林浆纸产业能源需求在四种假设情景下都呈下降趋势，其中基准情景下能源需求量由13.9亿吉焦减少到12.5亿吉焦;缩减产能情景下需求量下降到6.6亿吉焦;技术推广情景下能源需求量下降到7.5亿吉焦;碳交易市场情景下能源需求量下降到4.9亿吉焦。综合看来，碳交易市场情景对于林浆纸产业节能减排效果最好。

　　4结论与建议

　　4.1结论

　　通过建立四种假设的政策情景，采用情景分析法模拟分析政策推行效果，得出以下几点结论：中国林浆纸产业具有很大的节能减排潜力，政府通过建立节能减排政策对林浆纸产业低碳发展是十分有效的。根据LEAP模型软件模拟的结果可以看出，文中假设的4种政策情景对于节能减排的效果不一，其中碳交易市场政策对于造纸产业节能减排的效果最好，其次为缩减产能政策，再其次为技术推广政策，最后为基准情景。通过排序可以得出：政府如果想通过政策的建立促进高能耗、高排放的林浆纸企业向节能减排的绿色方向发展，应优先考虑建立碳交易市场政策，其次为建立有效化解产能政策或淘汰落后产能政策，最后为推广国内外先进技术政策。

　　如果政府在林浆纸行业推广《国家低碳节能技术(2017年版本)》中相关的先进节能低碳技术，国内林浆纸产业的能源消耗会大幅降低，且二氧化碳等温室气体的排放也将得到有效控制。通过控制国内林浆纸产业的产能，能够缓解产能过剩的问题，同时可以达到节能减排的效果。落后产能的淘汰有利于推进林浆纸行业的“供给侧”改革，推动该产业向着高技术水平方向发展。

　　模拟结果表明，通过建立碳交易市场政策在林浆纸产业中的减排效果是最为有效的。碳交易市场政策的建立，二氧化碳排放的外部成本将直接成为企业的内部成本，这一转变将有效推动林浆纸产业向着节能减排方向努力改进，通过设备引进和技术升级改造来实现节能减排的目的，碳排放交易政策将有效推动国内林浆纸产业向着绿色发展方向发展。

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