基于LEAP模型的林漿紙產業碳排放情景模擬

　　摘要：針對林漿紙行業碳減排情景進行模擬分析。以2016年為基準年，設定了1個基準碳排放情景和縮減產能、技術推廣以及和碳交易市場3個政策情景。從宏觀經濟視角出發，采用情景分析法，運用LEAP模型模擬不同情景下的能源需求與碳排放趨勢。結果表明：碳交易市場政策對于造紙產業節能減排的效果最好，其次為縮減產能政策，再其次為技術推廣政策，最后為基準情景。

　　關鍵詞：林漿紙產業,LEAP,碳排放,情景分析

　　1概述

　　最近世界氣象組織發布的《2018年全球氣候狀況聲明》顯示，2018年全球的二氧化碳排放量比上年增加了1.6%，全球溫室氣體濃度創下紀錄，導致海平面上升，南北兩極冰面消融，而這一趨勢在2019年仍將持續。面對如此嚴峻的事實，人類應對全球變暖的努力趕不上氣候變化的速度，必須盡快找到可持續的解決方案。我國的經濟體量大、增速快，作為溫室氣體排放大國，必須切實當前的經濟發展狀態，找到一條綠色經濟的可持續發展道路，以負責任的姿態履行發展低碳經濟的承諾。

　　在此背景下，碳排放的影響因素、碳排放的潛力預測等方面受到了國內外學術界的廣泛關注，主要的研究思路圍繞因素分解法以及計量經濟學兩種展開。在研究碳排放影響因素方面，主要有Dietz等在Kaya模型基礎上建立的IPAT方程的隨機模型——STIRPAT模型;灰色關聯度分析、對數均值迪式分解法LMDI以及向量自回歸VAR模型。

　　在碳排放的潛力預測方面，主要有基于長期能源替代規劃系統模型LEAP的情景分析、蒙特卡洛動態模擬研究等。LEAP模型是一種能對能源系統進行情景分析和計算的能源技術模型。目前LEAP模型得到了國內外許多學者的應用。于灝[1]等通過利用LEAP模型構建了北京市客運交通能源環境模型，測算了北京市在未來不同政策下CO2的排放趨勢，最后認為改善交通結構并限制私家車的使用對降低北京市客運交通能源需求和CO2排放起很大作用。

　　楊順順[2]通過構建長江經濟帶分區域碳排放LEAP模型，核算了現狀排放量，并對2015-2030年碳排放變化進行情景分析，結果表明長江經濟帶空間上東部區域排放占比最高，貢獻源上以終端能耗碳排放為主，并指出2030年左右碳排放將達到峰值，中部區域將成為碳排放的最高板塊。劉艷艷[3]運用LEAP模型對江西省2010-2030年的交通運輸業排放進行預測分析，結果表明必須將不同的能源合理分配到交通運輸的各個部門中，才能緩解能源供應壓力，減少碳排放。國外學者Di.Sbroiavacca等[4]利用LEAP模型評估各種氣候變化控制政策對阿根廷2010-2050年期間的一次能源消耗、末端能源消耗、電力部門發展和能源部門的CO2碳排放影響。

　　Safaai等[5]采用LEAP模型對馬來西亞的電力部門、交通運輸部門、工業部門和建筑部門的CO2排放進行預測分析，結果表明2020年馬來西亞的碳排放量將達到2.853億t，且電力部門是最大的碳排放行業，約占43.4%。對于林漿紙產業碳排放的研究，趙慶建、溫作民等[6]基于林漿紙供應鏈的多次層次投入產出模型，建立隱含碳流與碳排放模型，對各層次和部門的隱含碳流與碳排放進行計算和描述，找出了熱點碳排放源與碳流路徑，幫助企業從生產系統優化、設備技術改造、新能源替代、低碳原材料使用等方面探索可持續發展的路徑。陳誠和邱榮祖[7]基于我國制漿造紙工業特點，從供應鏈的視角對我國制漿造紙工業的能源消耗和碳排放量進行估算，提出了一種在遵守IPCC指導方針的前提下，既能區分進口和國產不同的供應鏈投入，也能考慮到供應鏈上能源原料本質及多用性的計算方法。

　　ShabbirI,MirzaeianM[8]從節能減排的視角對巴基斯坦的制漿造紙工業的能源效率與CO2減排潛力開展研究，結果表明，熱電聯產技術能夠實現相當于軋機實際熱能需求16.9%的節能潛力，使目前的碳排放水平降低14.3%。根據對國內外相關文獻的分析，可以發現已有的研究多是針對工業中如交通運輸業、電力部門等高污染、高排放的某些公眾熟知的行業開展，林漿紙行業也是一個高能耗、高排放的行業，但是由于其更具有專業性，技術和管理領域也不為公眾熟知，針對該行業碳排放的深入研究也相對缺乏。

　　基于此，本文對中國林漿紙行業的能源需求與碳排放開展了調研，以2016年為基準年，設定了1個碳排放基準情景和縮減產能、技術推廣以及碳交易市場3個碳減排政策情景。從宏觀經濟視角出發，采用情景分析法，運用LEAP模型模擬各情景下的能源需求與碳排放情況，旨在為我國林漿紙產業發展節能減排尋找一條可持續發展的道路。

　　2LEAP模型與碳排放情景設定

　　2.1LEAP模型概述

　　LEAP(Long-rangeEnergyAlternativesPlanningSystem)，即長期能源替代規劃系統，由美國波士頓大學與斯德哥爾摩環境研究所共同開發，是一種以情景分析法為基礎的自下而上分析的能源—環境核算工具。LEAP模型一般基于能源建模軟件LEAP實現，LEAP軟件包含了能源需求預測、能源轉換、生物質資源、環境影響預測及成本分析等模塊，這些模塊通常可以互相組合，形成一個或若干個具體的方案。然后通過在模塊中建立相應模型、設置相關參數以實現所研究對象對環境的影響以及成本預測等[9]。

　　相比于其他模型，LEAP具有容易使用、輸入數據后自動運算分析的優勢，是一個很好的構建能源需求與供給的量化模型，使結果具體化、可視化;同時模型設置了不同情景參數以改變最終結果，方便決策者從不同情景中選擇系統最佳方案;另一方面，LEAP模型提供了環境數據庫，決策者既可鏈接使用軟件自帶數據庫，也可以自行輸入數據，對研究對象進行費用效益分析，同時優化選擇。最后，LEAP模型可以讓用戶根據現有的能源需求與數據進行能源預測，有助于制定和實施減少溫室氣體排放、節約能源等能源政策。

　　2.2能源需求與CO2排放計算

　　2.2.1能源需求

　　該模塊用于預測將來的能源需求。一般需先建立相應的數據結構，數據結構通常包括部門、子部門、終端使用以及設備四個層次。例如，本文的研究部門是工業，則它的子部門就是林漿紙產業，熱電站動力鍋爐是其中一個終端，而煤鍋爐就是終端使用的設備之一。能源需求通常由部門的活動水平以及活動水平所對應的能源強度決定。

　　2.2.2碳排放

　　本參考聯合國政府間氣候變化專門委員會發布的碳排放計算指南，用碳排放系數法主要核算林漿紙行業能源活動消耗煤炭、石油、天然氣一次電力以及其他燃料產生的二氧化碳排放量。

　　3模擬結果分析

　　3.1能源需求情景模擬

　　根據假定的情景，借助LEAP軟件進行政策的模擬，可以得出在四種不同的假設情景、下的能源需求。中國林漿紙產業能源需求在四種假設情景下都呈下降趨勢，其中基準情景下能源需求量由13.9億吉焦減少到12.5億吉焦;縮減產能情景下需求量下降到6.6億吉焦;技術推廣情景下能源需求量下降到7.5億吉焦;碳交易市場情景下能源需求量下降到4.9億吉焦。綜合看來，碳交易市場情景對于林漿紙產業節能減排效果最好。

　　4結論與建議

　　4.1結論

　　通過建立四種假設的政策情景，采用情景分析法模擬分析政策推行效果，得出以下幾點結論：中國林漿紙產業具有很大的節能減排潛力，政府通過建立節能減排政策對林漿紙產業低碳發展是十分有效的。根據LEAP模型軟件模擬的結果可以看出，文中假設的4種政策情景對于節能減排的效果不一，其中碳交易市場政策對于造紙產業節能減排的效果最好，其次為縮減產能政策，再其次為技術推廣政策，最后為基準情景。通過排序可以得出：政府如果想通過政策的建立促進高能耗、高排放的林漿紙企業向節能減排的綠色方向發展，應優先考慮建立碳交易市場政策，其次為建立有效化解產能政策或淘汰落后產能政策，最后為推廣國內外先進技術政策。

　　如果政府在林漿紙行業推廣《國家低碳節能技術(2017年版本)》中相關的先進節能低碳技術，國內林漿紙產業的能源消耗會大幅降低，且二氧化碳等溫室氣體的排放也將得到有效控制。通過控制國內林漿紙產業的產能，能夠緩解產能過剩的問題，同時可以達到節能減排的效果。落后產能的淘汰有利于推進林漿紙行業的“供給側”改革，推動該產業向著高技術水平方向發展。

　　模擬結果表明，通過建立碳交易市場政策在林漿紙產業中的減排效果是最為有效的。碳交易市場政策的建立，二氧化碳排放的外部成本將直接成為企業的內部成本，這一轉變將有效推動林漿紙產業向著節能減排方向努力改進，通過設備引進和技術升級改造來實現節能減排的目的，碳排放交易政策將有效推動國內林漿紙產業向著綠色發展方向發展。

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