（农业生物环境与能源工程专业论文）基于leap模型的河南省居民生活能源与环境情景分析.pdf

摘要 随着全面建设小康社会目标推进，我国城乡居民生活水平的持续提高，生活用能持续增 长，加剧了能源供给紧张的形势，同时由于能源资源消耗所带来的严重环境问题也削弱了居 民生活质量。 在这样的背景下，在国内外研究的基础上，通过对国内外能源模型应用现状分析，应用 长期能源替代规划系统l e a p ( l o n g r a n g ee n e r g ya l t e r n a t i v e sp l a n n i n gs y s t e m ) 软件，以河 南省城乡居民为实证研究对象，建立河南省居民生活能源与环境模型- - h e n a n l e a p 。 h e n a n l e a p 模型所研究的居民生活用能包括居民日常家庭生活的各种能源消费，主要部分 有炊事、热水、采暖、空调、照明和家用电器等的能源消费。为了充分反映城市居民和农村 居民在能源消费构成上和能源消费水平上存在的显著差别，在模型中把居民生活能源消费分 为城市和农村两部分分别加以描述和计算分析。结合河南省统计资料分类方法以及居民生活 能源特点，本研究以2 0 0 5 年作为基准年，从终端用能的角度来分析，将生活用能分为照明、 炊事、热水、采暖、空调、家用电器6 个部分。模型的驱动因素包括经济增长、人口规模、 城市化率、家庭数量等。研究在确保居民生活能源需求增长的前提下，采用“自下而上”的 计量经济方法，结合各种生活的能源强度和环境影响因子数据库( t e d ) ，比较分析不同情 景下2 0 0 5 - - 2 0 3 0 年间河南省居民生活的环境影响、用能需求。利用该模型模拟3 个不同情 景下河南省居民生活在2 0 0 5 - - - 2 0 3 0 年间能源需求和环境影响。模拟结果表明：政策执行力 度及技术推广程度对能源需求量及能源结构有较大影响，3 个不同情景下的能源需求量的最 大差异量达到8 5 m t c e ，而且终端直接消费能源所产生的g w p ( g l o b a lw a r m i n gp o t e n t i a l ) 排放量在三个不同的情景下逐年下降，从三个情景下的居民生活用能污染物排放结构可以看 出，大多数污染物排放量都呈下降趋势，只有n 2 0 以年均0 8 2 - 3 0 9 的速度增长外，其他 都以3 0 9 6 7 2 的年均增长率下降。 以期通过上述的研究，为居民生活能源政策分析，探究节能途径与对策提供了理论研 究基础，为制定河南省区域能源发展政策及能源预警提供理论依据。 关键词：居民生活，l e a p ，情境分析，能源需求，环境影响 l 河南农业大学硕士学位论文 e n e r g ya n de n v i r o n m e n ts c e n a i u 0 a n a l y s i sf o rr e s i d e n ts e c t o rb a s e do nl e a p s u p e r v i s o r ：p r o f x ug u a n g y i n m a s t e rc a n d i d a t e ：t is h u g u a n g a b s t r a c t ：w i t ht h ep r o m o t i o no ft h eg o a lt ob u i l daw e l l o f fs o c i e t yi na l l a l l - r o u n dw a y , c o n t i n u o u sr a i s i n go fl i v i n gs t a n d a r d sa n dt h eg r o w t ho f u s i n ge n e r g y i nu r b a na n dr u r a la r e a , t h es h o r to fe n e r g ys u p p l yi sc r e a s i n g ，a tt h es a m et i m es e r i o u s e n v i r o n m e n t a lp r o b l e m sc a u s e db yt h ec o n s u m p t i o no fe n e r g yr e s o u r c e sa r ea l s o r e d u c i n gt h eq u a l i t yo fr e s i d e n tl i f e i nt h i sc o n t e x t ，b a s e do nt h er e s e a r c ha th o m ea n da b r o a d ，t h r o u g ha n a l y z i n gt h e a p p l i c a t i o ns t a t u so fd o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a le n e r g ym o d e l s ，u s i n gt h el o n g - t e r m e n e r g ya l t e m a t i v e sp l a n n i n gs y s t e ml e a p ( l o n g r a n g ee n e r g ya l t e r n a t i v e s p l a n n i n gs y s t e m ) s o f t w a r e ，t h eu r b a na n dr u r a lr e s i d e n t si nh e n a np r o v i n c ea st h e s t u d yo b j e c t s ，t h ea u t h o re s t a b l i s h e dt h em o d e lo fe n e r g ya n de n v i r o n m e n t a ll i f eo f r e s i d e n t si nh e n a np r o v i n c e - h e n a nl e a rt h es t u d yo fh e n a nl e a pm o d e li n c l u d e s r e s i d e n t sa l le n e r g yc o n s u m p t i o ni nt h e i re v e r y d a yl i v e s t h em a i np a n so fe n e r g y c o n s u m p t i o na r et h ee t c h e n ，h o tw a t e r , h e a t i n g ，a i rc o n d i t i o n i n g ，l i g h t i n gh o u s e h o l d a p p l i a n c e sc o n s u m p t i o na n ds oo n i no r d e rt of u l l yr e f l e c ts i g n i f i c a n td i f f e r e n c e s b e t w e e nt h ec i t yr e s i d e n t sa n dr u r a lr e s i d e n t si nt h es t r u c t u r ea n dl e v e lo fe n e r g y c o n s u m p t i o n ，i nt h i sa r t i c l e ，t h ea u t h o rd e s c r i p t sa n da n a l y z e st h ee n e r g yc o n s u m p t i o n i nu r b a na n dr u r a la r e ar e s p e c t i v e l y , a n dc a l c u l a t e da n da n a l y z e d s t a t i s t i c so fh e n a n p r o v i n c ea n dt h ec l a s s i f i c a t i o no fl i v i n ge n e r g yc h a r a c t e r i s t i c s ，t h es t u d yu s i n g2 0 0 5 a sb a s ey e a r , f r o mt h ep e r s p e c t i v eo fe n d u s ee n e r g ya n a l y s i s ，l i f ec a nb ed i v i d e dw i t h t h el i g h t i n g ，c o o k i n g ，h o tw a t e r , h e a t i n g ，a i rc o n d i t i o n i n g ，h o u s e h o l da p p l i a n c e s6 p a r t s m o d e l - d r i v e nf a c t o r s ，i n c l u d i n ge c o n o m i cg r o w t h ，p o p u l m i o ns i z e ，u r b a n i z a t i o n ， t h en u m b e ro fs u c hf a m i l i e s s t u d yt h eg r o w t ho fe n e r g yd e m a n dt oe n s u r er e s i d e n t s l i v i n gu n d e rt h ep r e m i s eo fa ”b o r o m u p ”e c o n o m e t r i ca p p r o a c h ，c o m b i n e dw i t ha v a r i e t yo fl i f e ，e n e r g yi n t e n s i t ya n de n v i r o n m e n t a li m p a c tf a c t o r sd a t a b a s e ( t e d ) ， c o m p a r a t i v ea n a l y s i so fd i f f e r e n ts c e n a r i o si nh e n a np r o v i n c ei n2 0 0 5 - 2 0 3 0r e s i d e n t s l i v i n gi nt h ee n v i r o n m e n t a li m p a c t ，、v i me n e r g yd e m a n d u s et h em o d e lt os i m u l a t e t h r e ed i f f e r e n ts c e n a r i o so fl i f eo fr e s i d e n t si ne n e r g yd e m a n di nt h ey e a r s2 0 0 5 2 0 3 0 ， a n de n v i r o n m e n t a li m p a c t s s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a t ：t h e i m p l e m e n t a t i o no f p o l i c i e sa n dt e c h n o l o g i e st op r o m o t et h ed e g r e eo fi n t e n s i t yo fe n e r g yd e m a n da n du s e c a i ln a v eag r e a t e ri m p a c to nt h es t r u c t u r e ，t h r e ed i f f e r e n t s i t u a t i o n so ft h eg r e a t e s t d l f i e r e n c e sm e n e r g yd e m a n dh a sr e a c h e d8 5 m t c e ，a n dd i r e c tc o n s u m p t i o no f e n e r g v b yt h ee n do ft h ec 0 2p r o d u c e de m i s s i o n si nt h r e e d i 仃e r e n ts i t 崛t i o n sw a sa d o w n w a r dt r e n d ，a n dt e r m i n a l d i r e c tc o n s u m p t i o no fe n e r g y g e n e r a t e db yg w p ( g j o b 砒w 姗l n gp o t e n t i a l ) e m i s s i o n si nt h r e ed i f f e r e n ts c e n a r i o sd e c r e a s e dy e a rb v y e 甄f r o m 佗s l d e n t i a le n e r g yu n d e rt h et h r e es c e n a r i o se m i s s i o ns t m c t e c a i lb es e e n m o s to ft h ee m i s s i o n sd e c r e a s e dw h e no n l y0 8 2 o f a v e r a g e 锄u a ln 2 0 3 0 9 g r o w mr a t e ，t h eo t h e ra l e 6 7 2 t o3 0 9 a v e r a g ea n n u a l 盯o h r a t ed e c l i n e d v 1 e wt ot h ea d o p t i o no ft h e s es t u d i e s ，a n a l y s i s o fe n e r g yp o l i c yf o rt h el i v i n g e x p l o r et h ew a y sa n dm e a s u r e se n e r g yp r o v i d e sat h e o r e t i c a lr e s e a r c hb a s ef o rt l l e d e v e j o p m e n io fr e g i o n a le n e r g yd e v e l o p m e n tp o l i c yi nh e n a n p r o v i n c ea n de n e r g yt o p r o v i d et h et h e o r e t i c a lb a s i sf o re a r l yw a r n i n g k e yw o r d s ：r e s i d e n t i a l ，l e a p , s c e n a r i o a n a l y s i s ，e n e r g yd e m a n d ，e n v i r o n m e n 协l i m p a c t 4 7 致谢 本论文是在导师徐广印副教授的悉心指导、热情鼓励下完成的，在此，我向 徐老师表示最衷心的感谢。感谢三年来他在学习、生活、科研等方面给与我的大 力支持和帮助，特别是在论文的选题、研究架构及撰写的过程中给与的宝贵意见。 导师徐广印副教授高瞻远瞩、治学严谨、孜孜不倦、对工作认真负责的态度， 都是我学习的典范。三年来，我不仅从徐老师身上学到了许多宝贵的科学文化知 识，更重要的是学到了许多为人处世的道理，这些都使我在今后的生活中终身受 益。 在论文选题和完成过程中，我得到了机电工程学院能源与环境工程系的张全 国、刘圣勇、赵廷林、焦有宙、杨世关、尤希凤、徐桂转、岳建芝、王艳锦、李 刚、郭前辉和交通系蓝建华老师等领导和老师们的帮助，他们兢兢业业的工作精 神、孜孜以求的科研态度激励着我，他们无私地将知识传授给我，在这里我对他 们表示衷心的感谢。感谢师兄理勇，师弟时在涛、秦伟锋，师妹武瑞娟、陈佳等 同学和我的同窗白冰、黄俊、杨国锋、李德峰、李亚丽、申翔伟等同学在三年研 究生生活中提供的大量的无私的帮助。 我还要感谢斯德哥尔摩环境研究所美国分中心c h a r l i e h e a p 先生在软件应用 方面给予的无私帮助。 十分感谢一直以来默默支持我的朋友和含辛茹苦养育我的家人，感谢他们多 年来的关心、支持和鼓励，使我能够有足够的时间，安心地进行课题研究。 最后再次感谢所有关心、帮助、支持过我的老师、同学和朋友! 逋曙光 2 0 1 0 年5 月 河南农业大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 研究背景 我国目前的能源生产量居世界第l 位；基本能源消费占世界总消费量的1 0 4 ，居世界 第2 位，虽然我国已经成为一个能源生产和消费大国。但是我们应当清醒地看到：中国资源 总量虽然较大，但人均占有量少，人均能源资源可采储量远低于世界平均水平【1 】。 在全面建设小康社会的过程中，一方面能源的可持续供应面临着很大压力。2 0 0 8 年， 全国能源消费总量达到2 8 5 亿吨标准煤。2 0 0 8 年全年能源消费总量按可比口径计算，比上 年增长4 o 而2 0 0 8 年中国一次能源生产总量只有2 6 亿吨标准煤，我国能源供求形势十 分紧张，国内能源供应缺口达到2 5 亿吨标准蜊捌。中国的石油对外依存度不断上升，2 0 0 8 年中国石油对外依存度达到5 1 1 2 1 。另一方面可持续发展面临较大压力。尤其是如何满足小 康社会对环境的要求面临着巨大挑战。中国并没有摆脱先污染后治理的老路。仅以大气污染 情况为例，2 0 0 7 年中国的二氧化硫排放量为2 4 6 8 1 万吨、化学需要量排放量为1 3 8 1 8 吨， 烟尘排放量为9 8 6 3 万吨和工业粉尘排放量为6 9 9 0 万吨【3 】。2 0 1 0 年3 月中国正式批准了哥 本哈根协议( c o p e n h a g e na c c o r d ) ，到2 0 2 0 年单位国内生产总值二氧化碳排放比2 0 0 5 年下 降4 0 - - 4 5 ，在如此长时间内这样大规模降低二氧化碳排放，任务十分艰巨。当前，我国 面临着能源需求紧张与环境压力大双重问题，在建设小康社会的进程中，必须以科学发展观 为指导，坚持节能、高效、环保和可持续发展的原则1 4 j 。 据有关资料表明，在西方发达国家，居民生活用能消耗已经超过工业部门能耗，在能源 需求增长量中占绝大部分【5 1 。西方发达国家的发展经验表明，其居民生活用能所产生的温室 气体排放量约占社会排放量的1 4 。我国正处于社会转型时期，城乡结构和消费结构的变化 对我国未来的能源消费和生态环境保护将产生重要影响。随着全面建设小康社会目标推进， 我国城乡居民生活水平的持续提高，生活用能持续增长，同时由于能源资源消耗所带来的严 重环境问题削弱了居民生活质量。2 0 0 1 年至2 0 0 5 年，城镇居民人均住房面积增长了2 8 6 ， 家用电脑数量增长了3 3 倍，家用汽车增长了5 7 倍。农民家庭的彩电数量增长了7 2 ，电 冰箱增长了6 3 ，洗衣机增长了4 0 。2 0 0 3 年至2 0 0 5 年，生活能源消费量较上年的增长幅 度依次为1 3 1 、7 3 和9 9 ；生活污水排放量较上年的增长幅度依次为6 5 、5 7 和7 7 ； 生活类化学需氧量较上年的增长幅度依次为4 9 、1 和4 8 1 6 1 。从分析2 0 0 5 年到2 0 0 7 年 居民生活领域数据表明，能源需求量在该领域增长迅速，而能源消耗而带来的环境问题也日 益严重。 河南省是全国第一人口大省。截至2 0 0 7 年底，全省总人e l9 8 6 9 万人，其中城镇人口 3 3 8 9 万人，农村人口6 4 8 0 万人。同时也是是农业大省，农村人口多，这是河南省的基本省 情。同其他省份相比，河南省居住用地比重最高农村居民居住用地占总土地面积的8 9 3 一 1 0 1 ，此外，2 0 0 6 年河南省的城镇化水平为3 0 7 ，而全国城镇化水平为4 3 9 ，河南省 河南农业大学硕士学位论文 还有相当一部分人口居住在农村，城镇化水平与全国还存在很大差距，未来发展潜力很大。 近年来，河南省经济发展速度加快，制定了“中原崛起”战略，加快了中原城市群建设，居 民生活水平得到较大改善，刺激了居民生活能源消费需求，河南省的居民生活能源消费需求 对于全国能源需求有着重要的影响，同时河南省的社会经济发展水平和城乡结构和整个中国 十分接近，因此以河南省居民生活用能为研究对象，对于指导全国居民生活能源政策制定有 重要意义。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国内外相关理论研究现状 在发达国家，政府和学者都很重视居民生活的能源和环境问题，并且制定了相关的政策， 做了大量的研究。英国在1 9 7 9 年成立了能源可持续发展中心( c s e ) ，通过研究政府的行为， 政府政策指导和法律约束等加强人们对能源可持续发展的认识，为国家、地区和地方层面的 能源决策服务，从而协调居民生活用能问题【_ 7 1 。美国能源信息管理总署( e i a ) 自1 9 7 8 第一 次进行住宅建筑能耗调研r e s i d e n t i a le n e r g yc o n s u m p t i o ns u r v e y ( r e c s ) 以来进行了十二 次，2 0 1 0 年2 月份已经开始统计2 0 0 9 年的能源消耗数据。其目的在于提供住宅建筑能源消 耗和支出的统计数据以及这些建筑的相关能源特性的信息。这个调研是基于一系列住宅样本 而进行的，所涉及的内容非常详细，主要调查的项目有建筑物的分类、所属关系、特征、围 护结构状况、采暖空调系统情况、人员、照明、太阳辐射状况、燃料、年总能耗、成本，运 行维护的程序以及推荐的节能措施与潜力。迄今为止，美国已经建立了住宅能耗统计数据库 【8 】o v a n d i e p e n 把家庭能源类型分为住宅能源消耗和交通能源消耗。住宅能源消耗主要包括 炊事、照明和各种家用电器等能源消耗；交通能源消耗主要包括各种用途的交通行为，如为 商务、公务、探亲、购物、娱乐和旅游等发生的交通行为【9 】。而p o o r t i n g a 、s t e g 和v l e k 等 人认为不应该把住宅能源消耗与交通能源消耗放在一起研究，住宅能源消耗和交通能源消耗 应该单独研究，因为影响这两种类型的能源消耗的因素不同【1 0 】。而l i n d e n ，c a r l s s o n k a y a m a 和e k s s o n ，等人在研究中把住宅能源使用类型具体细分为采暖和照明、清洁、炊事和娱乐。 安明霞从能源需求总量、能源使用结构、居民节能意识三个方面对浙江省家庭能源消费的状 况进行了调查和分析，认为政府对居民实行正确引导影响人们的能源消费行为【1 2 】。龙惟定 根据国家“十一五”规划中单位产值能耗降低2 0 的战略目标，他以2 0 0 5 年的建筑能耗实 物量对比基准，估算出了2 0 1 0 年建筑节能量约为1 亿吨标准煤。并建议针对围护结构传热、 系统设备能效、温室气体减排、住宅能耗标识的建立等关键问题采取相应措施【1 3 1 。 1 2 2 国内外能源模型研究现状 能源模型是用数学方法来表达复杂能源系统与其相关的其他社会经济系统之间的相互 关系，由于能源模型具有灵活参数设置的特点，可以对能源系统进行定性和定量分析。经过 2 河南农业大学硕士学位论文 几十年的发展，能源模型在建模理论、计算方法和实际应用等方面，发展十分迅速。根据研 究对象的变化在此作者把能源模型发展分为三个阶段：单纯能源模型系统的提出、能源经济 模型和能源环境模型二元系统的发展及能源环境经济多元模型系统。 1 2 2 1 单纯能源模型系统的提出 2 0 世纪7 0 年代所爆发的能源危机，世界各国对能源形势普遍关注，推动和促进 了能源模型的研究，而后出现了一系列用来研究能源规划及预测能源供应和需求的模 型，这些能源模型为制定国家能源政策和能源政策分析提供了有力的工具。 早在2 0 世纪4 0 - 5 0 年代，开始初步应用数学方法来研究能源问题。特别是7 0 年代出现世界性的石油危机后，k c h o f f m a n l l 4 】提出了能源系统网络最优化模型，1 9 7 4 年美国布鲁克黑文国家实验室在能源系统网络最优化模型的基础上，应用线性规划方法 建立了模型b e s o m ( b r o o kh a v e ne n e r g ys y s t e mo p t i m i z a t i o nm o d e l ) l l s i 。 c o n n o l l y ，t j 【l6 】等人在p i l o t 模型基础上建立了斯坦福能源经济模型。1 9 7 6 年法国的 c f i n o n 建立了能源流供应最优化模型e f o n ( e n e r g yf l o wo p t i m i z a t i o nm o d e l ) ，这 一模型在能源网络结构系统分析的基础上，纳入了模块分解技术，将能源建模水平提 高到一个新的高度【l7 1 。“能源技术系统分析规划”( e n e r g y t e c h n o l o g ys y s t e m sa n a l y s i s p r o g r a m ，e t s a p ) 是国际能源署( i n t e r n a t i o n a le n e r g ya g e n c yi e a ) 组织开展的一项 国际合作研究项目，开发了以技术为基础的能源分配长期动态线性规划模型 m a r k a l 模型【限1 9 】。m e d e e ( m o d e ld e m a n de n e r g ye u r o p e ) m e d e e 模型是在能源技术 经济模型i e p e ( t h e l n s t i t u t eo f e n e r g yp o l i c ya n de c o n o m i c s ) 的基础上开发的，其核心 还是m e d e e s 模型。它是建立在对一定时期内社会经济、人口、经济、技术的一系 列宏观驱动因素上的，通过对各个部分发展水平的仿真模拟来预测各部门的能源需 求，模型中把能源系统划分为工业、交通、居民生活、商业和农业5 个部门，在欧盟 各国能源规划及能源预警得到广泛应用1 2 0 - 2 1 j 。 1 9 7 7 年，美国又提出由国家能源模型、伊利诺伊大学的能源投入产出模型和赫德 森一乔根森宏观经济模型联接组成的国家能源系统模型，用以预测未来的能源供需形 势。苏联在7 0 年代也提出了由动态投入产出、能源系统优化、能源发展动态等模型 组成的国家能源系统模型1 2 2 】。 上述这些早期模型规模比较大、结构复杂、考虑较为全面，但大多数缺乏实用性。 但对为一步开展能源模型建模和分析奠定了基础。 1 2 2 2 能源经济模型和能源环境模型二元系统的发展 随着7 0 年代经济危机的结束，全球环境问题日益突出，因此环境安全的研究也 成为决策者所关注的问题之一。各国积极开发和研究能源环境模型。 日本国立环境研究所( n a t i o ni n s t i t u t ef o re n v i r o n m e n ts t u d i e s ，n i e s ) 在以能源需求、 消费为焦点开发了终端能源消费、能源技术模型a i m ( a n a l y s i s a s i a - p a c i f i ci n t e g r a t e dm o 河南农业大学硕士学位论文 d e l s ) 2 3 1 。 瑞典斯德哥尔摩环境研究所( t h es t o c k h o l me n v i r o n m e n ti n s t i t u t e ) 1 9 8 0 年开发 的静态能源经济环境模型一l e a p ( l o n g r a n g ee n e r g ya l t e r n a t i v e sp l a n n i n gs y s t e m ) ， 以能源需求、成本分析和环境影响为研究对象，通过数学模型来预测各部门的能源需 求、经济成本及环境影响，并对各种能源方案进行详细的经济效益分析。模型实现了 对能源消费系统的仿真，通常称为“长期能源替代规划系统”【2 4 】。 欧盟开发的e f o m e n v ( e n e r g yf l o wo p t i m i z a t i o nm o d e l - - e n v i r o n m e n t ) 模型 是国家动态优化的能源环境模型，通过线性规划理论再现了各成员国能源生产和消费 部门的供需状况，模型主要用来研究能源和环境政策的分析和规划，以及减少污染物 排放的能源政策的成本效率分析f 2 5 1 。 这一时期的模型主要是通过对能源终端消费、转换、生产过程中的技术方式以及 在此过程中所产生的环境影响进行模拟和仿真，并进行能源供需分析、成本效率分析、 环境影响分析，为决策者制定能源和环境政策提供依据。 1 2 2 3 基于能源一经济一环境系统的模型 近年来，随着社会经济的发展，决策者所面临的问题越来越多，不单单是能源问 题，经济问题和环境问题也日益突出，所以后者也被整体纳入能源模型系统中，这就 形成了能源一经济一环境模型( 3 e ) 。各国学者研究和开发了不少3 e 模型。下面介 绍几个典型的3 e 模型。 n e m s ( t h en a t i o n a le n e r g ym o d e l i n gs y s t e m s ) 模型是属于能源经济区域模型， 美国能源信息管理署( e i a ) 和美国能源部( d o e ) 研发n e m s 能源经济模型的主要 目是模拟能源、经济、环境、安全等因素对美国未来发展的影响【2 6 1 。 可计算一般均衡( c o m p u t a b l eg e n e r a le q u i l i b r i u m ，c g e ) 模型是以新古典w a l r a s 的一般均衡理论的假说为理论基础，由投入产出方法分析揭示某一经济体中各产业 部门间与最终需求部门的关联性。可计算一般均衡模型是把一个经济系统中各个要素 和变量通过复杂数学表达式联系在一起的。1 9 6 0 年，挪威经济学家j o h a n s e n 建立了第 一个c g e 模型，主要用于分析挪威的资源配置【2 7 】。2 0 世纪9 0 年代以来，可计算一般均 衡模型在其他领域得到广泛的发展和应用，形成3 e - - - c g e 模型，主要研究能源、环境、经 济之间的关联性。各国研究者根据各个领域和国家的实际情况建立了不同的c g e 模型。 日本长冈科技大学( n a g a o k au n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g y ) 根据日本的国情研发t 3 e s m o d e l ( m a c r o e c o n o m i c ，e n e r g ya n de n v i r o n m e n ts u b ，m o d e l ) 经济能源环境模型，简称“3 e s 模型。3 e s 模型从类型上讲属于计量经济学模型，主要由经济子模块、能源子模块、环境 子模块组成，模型共包含6 31 个庞大复杂的方程，主要是通过仿真模拟经济、能源、环境三 者之间的关系，预测分析未来在节能、碳排放、能源利用率提高等减排情景下，经济、能源 和环境的发展趋势，模型结果为决策者制定能源长期战略规划和政策提供依据【2 引。 4 河南农业大学硕士学位论文 i i a s a w e c - e 3 ( t h ei 认s 卜、e ce n e r g ye c o n o m i ce n v i r o n m e n t ) 模型是i i a s a 和w e c 于2 0 世纪9 0 年代开发的动态线性规划的能源经济环境模型，由s c e n a r i og e n e r a t o rm o d e l 、r a i n sm o d e l 、m e s s a g em o d e l 、m a c r om o d e l 、b l sm o d e l 、m a g i c cm o d e l 、g c mm o d e l 和s o f t - l i n k i n ga n ds c e n a r i od e f m i t i o na n de v a l u a t i o n 组成。它是以连续 的、相互独立的情景分析方式，研究受不确定性因素影响的未来社会能源技术的一系列可能 的发展状况【2 9 j 。 m e s s a g e 模型是国际应用系统分析研究所( i i a s a ) 、m e s s n e r 等研究开发的，用于研 究中长期能源系统规划、能源政策分析和情景发展的动态线性规划模型，目标函数是寻求能 源系统的总成本最小，研究方法主要是运筹学的线性规划理论和混合整数规划方法： 上述这些模型以及发展趋向于目标多元化、建模方法综合化、模型具体地区化以及模型 结果对比分析。 1 2 2 4 国内能源模型发展概况 2 0 世纪8 0 年代初，我国开始了能源模型的研究，清华大学核能技术研究所吴宗鑫等 开发的全国能源需求预测模型，该模型在部门分析法的基础上提出能量单元分析法【3 1 1 。刘 铭，叶元熙等人在运筹学的线性规划理论基础上研发的东北经济区经济发展与能源供需模型 f 32 1 。李为正等人在模型m a r k a l 的基础上提出的多地区能源系统供应模型3 3 1 。其中以国 家科委工业局的国家重点软科学攻关项目：“中长期国家能源模型系统”和中国联邦德国合 作金星的“广东省能源调研”是当时能源模型系统中的典型代表。 2 0 0 4 年清华大学佟庆等人运用m a r k a l 模型研究了北京地区能源系统，在北京未来能 源、经济、环境协调发展的假设条件下，进行了北京地区的能源需求情景分析【3 4 1 。黄东风 采用“能源供应战略方案及其环境综合影响模型( m o d e lo fe n e r g y s u p p l ys t r a t e g ya l t e m a t i v e sa n dt h e i rg e n e r a le n v i r o n m e n t a li m p a c t s ，m e s s a g e ) ”，分析环保政策和可再生能 源政策对浙江电力机构变化的影响1 35 1 。 中国科学院预测科学研究中心开发的中国能源需求预测系统c e r c m a l 0 、国家能源系统 原型、能源需求预测模型系统、原油进口风险评价与预警模型国际原油价格预测系统。此外， 该中心还开发了“国际原油价格波动对中国经济的影响分析系统”、“能源相关的碳排放预 测与政策分析模型”、“能源的价格弹性与替代弹性分析模型”、“能源消费的区域差异分 析技术”、“最优战略石油储备规模分析模型”等项目【3 6 】。 由国家发展改革委员会下属能源研究所研发的中国能源环境综合评价模型系统( i p a c ) ，主要包括三个部分：能源与排放模型、环境模型和影响模型，不是十分完善的能源、 经济和环境3 e 模型【3 7 1 。 我国能源模型的研究不连续，区域性能源模型研究以及应用性研究不多。特别是缺乏应 用模型分析成果作为区域规划和政策制定依据的应用。 1 2 2 5 典型能源模型软件 5 河南农业大学硕士学位论文 为配合能源模型的分析计算和实际应用，目前国际上已经开发了众多的能源模型软件工 具和数据库，这里选取几种典型的能源软件进行说明【3 8 4 9 】。其主要应用领域详见表1 1 。 表1 1 典型能源模型软件的应用 t a b i 1a p p l i c a t i o n so ft y p i c a le n e r g ym o d e l i n gs o f t w a r e 上述能源管理工具，基本上都是建立在能源系统可持续发展的基础上即能源、经济与 环境协调发展，并且有足够的灵活性，能够满足大多数国家和地区的使用要求。可供我国研 究人员可以借鉴。 1 2 2 6 能源模型总体分析 前文介绍了能源模型的发展历程和各个时期的典型模型系统，这些模型系统对各国、 各地区的能源系统管理和规划、能源经济战略发挥了很大的作用。通过论述，作者以为： 6 河南农业大学硕士学位论文 ( 1 ) 能源模型大体分为两类。一类是能源经济模型，另一类是能源技术模型。前者以 经济学模型为出发点，集约地表现它们与能源消费与生产的关系，在宏观经济的总体构架下 考察经济、能源、环境部门之间的联系，以此来分析不同政策情景下能源消费及环境排放的 变化，并从中寻求能够实现能源、经济、环境协调发展的政策方法和途径：后者以反映能源 消费和生产的人类活动所使用的技术过程为基础，对能源消费和生产方式等进行预测，以此 来评价不同政策对能源技术选择及环境排放的影响，以实现能源、经济、环境可持续发展为 目标，制定和确立实现这个目标的政策和技术的方法。两种模型各有所长，在研究中可以综 合运用这两种模型，将大大提高模型的分析能力和结果的可靠性。 ( 2 ) 目前国际上所研发的能源模型系统大多属于多元能源模型，已经不是单一的能源 问题而是涉及经济、环境、能源利用技术等问题，因而系统十分复杂，在分析计算时需要大 量连续可靠的统计数据，这对统计数据要求很高。而我国的统计系统比较落后，使得一些长 期连续的社会经济、能源和环境统计数据很难得到，这些模型在我国很难得到实际应用。 ( 3 ) 能源系统是一个开放式的系统，与能源系统相关的因素很多，常见的不可预知的 因素如军事冲突、自然灾害的突发性等，所以说只考虑能源经济、技术、环境等某单一因素 的模型所得出的结果的可靠性较差。 1 3 研究目标、研究对象及研究内容 1 3 1 研究目标 我国长期以来关注于工业生产领域能源需求与政策研究，而对居民生活用能领域的能源 需求研究较少。在当今世界能源紧张与环境问题突出的大背景下，我国居民生活能源需求增 长强劲，并且在整个能源需求中所占比例日益扩大，有必要建立一个综合能源需求、环境分 析的模型，从多个视角系统地对居民生活能源领域进行研究。 本研究采用情景分析方法，对河南省居民生活的能源消费行为进行研究分析，通过分析 河南省居民生活用能现状及特点，设计出河南省居民生活能源环境模型，对居民生活能源政 策进行分析，探究节能途径与对策，为制定河南省区域能源发展政策及能源预警提供理论依 据。 1 3 2 研究对象及方式 本研究以河南全省城乡居民作为实证研究对象，采用文献查阅、专家咨询和问卷调查等 方式构建研究架构和获取调研数据。主要包括： ( 1 ) 文献查阅：通过河南农业大学图书馆数据库及有关专业网站查询相关数据资料。 ( 2 ) 咨询：通过电子邮件、电话以及面谈等方式咨询居民生活领域国内外专家学者的 意见，听取他们对未来居民生活领域的能源消耗发展趋势与家用设备的能耗标准的制定方面 的建议。通过访谈相关政府和企业工作人员，咨询请教河南省居民生活能源消耗现状以及发 展趋势。 7 河南农业大学硕士学位论文 ( 3 ) 问卷调查：由于居民样本整体数量巨大而分散，为了方便调研数据的获取，本文 采取网络调查法与实地调查相结合的方式。网络调查法主要通过电子邮件、专业论坛等方式 进行。而实地调查主要通过抽取典型样本，然后与网络调查结果相比较分析，确定原始研究 数据。 1 3 3 研究内容 本文所研究的居民生活用能包括居民日常家庭生活的各种能源消费，主要部分有炊事、 热水、采暖、空调、照明和家用电器等的能源消费。在国内外对居民生活能源消费的研究基 础上，通过对国内外能源模型应用比较分析，采用应用长期能源替代规划系统l e a p ( l o n g - r a n g ee n e r g ya l t e r n a t i v e sp l a n n i n gs y s t e m ) 软件，以2 0 0 5 年作为基准年构，构造了 河南省( 2 0 0 5 2 0 3 0 年) 居民生活能源与环境模型- h e n a i l l e a p 。基于未来政策执行力度及 技术推广程度的不同，作者对未来居民生活能源消费设置了3 个不同的情景。通过对基准期 的统计数据，采用弹性系数法、增长率预测法和趋势外推法，参考政府规划和专家学者预测 的基础上，对影响未来居民生活能源消费的主要驱动因素即经济增长、人口规模、城市化率、 家庭数量等进行了设置。同时对三个不同情景下的用能方式构成及能源强度进行了设置。计 算模拟了河南省城乡居民生活能源需求和环境负荷，模拟结果表明：政策执行力度及技术推 广程度对能源需求量及能源结构有较大影响，3 个不同情景下的能源需求量的最大差异量达 到8 5 m t c e ，而且终端直接消费能源所产生的g w p ( g l o b a lw a r m i n gp o t e n t i a l ) 排放量在三个 不同的情景下逐年下降。通过对模拟结果的分析，对河南省制定未来能源政策提出了建议。 8 河南农业大学硕士学位论文 2 基于l e a p 的河南省居民生活畿源与环境模型 2 1 研究方法 2 1 1 情景分析方法 情景( s c e n a r i o ) 分析就是就某主体或某一主题所处的宏观环境进行分析的一种特殊 研究方法。概括地说，情景分析的整个过程是通过对环境的研究，识别影响研究主体或主题 发展的外部因素，模拟外部因素可能发生的多种交叉情景分析和预测各种可