（环境科学专业论文）河南省“十二五”节能目标测算及分析研究.pdf

a b s t m c t a b s t r a c t a sab i n d i n gi n d e xf o re c o n o m yd e v e l o p m e n t ，ar e a s o n a b l ee n e r g ye f f i c i e n c y t a r g e tm a yp r o m o t es t r u c t u r ea d j u s t m e n ti nt h e s eo v e r c a p a c i t yi n d u s t r i e s ，a c c e l e r a t e t h ec h a n g eo fe c o n o m i cg r o w t hm o d ef o rm o r eo r d e r l yd e v e l o p m e n t ，a n dp r o m o t e g h ge m i s s i o nr e d u c t i o n i n1i 伽f i v ey e a r s ，b yf o r m u l a t e i n g2 0 e n e r g yi n t e n s i t y t a r g e t a n dc a r r y i n go u tt a r g e tr e s p o n s i b i l i t ys y s t e m ，e n e r g yi n t e n s i t i e sd r o p p e d o b v i o u s l y b u tt h i st a r g e tf o r m u l a t e dw i t h o u t r e a s o n a b l ea n a l y s i sa n dc a l c u l a t i o n a sa r e s u l t ，t h i st a r g e tw a sh a r dt oo p e r a t e s oi ti ss i g n i f i c a n tt os e ta n e we n e r g yi n t e n s i t y t a r g e tf o r12 my e a r sp l a nb ya s c i e n t i f i cw a y t h i ss t u d ye s t i a m a t e sh e n a n sa n di t sc i t i e s e c o n o m i cd e v e l o p m e n ta n de n e r g y c o n s u m p t i o ni n c r e a s ed u r i n g12 t hy e a r s b yb u i l d i n ge n e r g y e c o n o m ym o d e l a n d t h e n h e n a n se n e r g yi n t e n s i t yt a r g e ti sf o r m u l a t e d t h i ss t u d yc o n t a i n st w op a r t s ：e n e r g y i n t e n s i t yt a r g e te s t i m a t i o na n dt a r g e td e c o m p o s i t i o n a tf i r s t ，s c e n a r i o sa n a l y s i s i s u s e df o re s t i m a t i n gh e n a n j st o t a le n e r g yi n t e n s i t yt a r g e ta n da n a l y z i n ge n e r g ys a v i n g p o t e n t i a l d i f f e r e n ts c e n a r i o sa r eb a s e do np o s s i b l ee n e r g ys a v i n gp l a n sf o rh e n a n i n f u r t u r e i nt h i ss t u d yf o u rd i f f e r e n ts e e m - l o sa r es e t ，t h e ya l ei m p l e m e n ts c e n a r i o ， s t r u c t u r eo p t i m i z a t i o ns c e n a r i o ， f r e e z i n gs c e n a r i o ， a n de n e r g ys a v i n gs c e n a r i o a c c o r d i n gt oc o m p a r a t i v ea n a l y s i sa m o n gs c e n a r i o s ，e n e r g yi n t e n s i t yt a r g e to fh e n a n f o r12 mf y pi sf o r m u l a t e dc o n s i d e r i n gr e a l i z a b i l i t ya n dr a t i o n a l i t yc o m p r e h e n s i v e l y t h e nc i t y l e v e lt a r g e t sa r ee s t i m a t e dw i t ht r i p t y c ha p p r o a c h e a c hc i t y st o t a le n e r g y c o n s u m p t i o ni sa n a l y z e df r o mt h r e es e c t o r s ：i n d u s t r y , r e s i d e n t ra n do t h e rf o re v e r y c i t y t h ee n e r g ye f f i c i e n c yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n b a s e do na h pi su s e df o r e v a l u a t i n gc i t i e s e n e r g ye f f i c i e n c ys i t u a t i o ni no r d e rt oi m p r o v e t h er e s u l to ft r i p t y c h a tl a s te n e r g yi n t e n s i t yt a r g e ta l l o c a t i o np l a ni sf o r m u l a t e d a st h er e s u l to fa n a l y s i sa n de s t i m a t i o n ，t h ed r o pr a t eo f h e n a n se n e r g yi n t e n s i t y a sf o l l o w s ：17 a ti m p l e m e n ts c e n a r i o ，21 a to p t i m i z a t i o ns c e n a r i o ，8 a tf r e e z i n g s c e n a r i oa n d2 2 a te n e r g ys a v i n gs c e n a r i o a c c o r d i n gt oe c o n o m yd e v e l o p m e n ta n d r e a l i z a b i l i t y , p r o v i n c i a le n e r g ye f f i c i e n c yt a r g e tf o r 12 my e a r si st h a ti nt h ee n do f 2 015 ，e n e r g yi n t e n s i t yw i l ld r o pb y17 i nc o m p a r i s o nw i t ht h a ti n2 0 10 a n dt h e d r o pr a t e so fc i t y 1 e v e lt a r g e t s w i l lb ei nt h er a n g ef r o m12 t o15 k e y w o r d s ：e n e r g yi n t e n s i t yt a r g e t ；t a r g e td e c o m p o s i t i o n ；l e a pm o d e l ；t r i p t y c h a p p r o a c h ；a h p 。 1 绪论 1 绪论 1 1 研究背景与意义 一、国内外能源利用形势 随着世界各国经济的不断发展，全球的能源消费总量也在不断增加。到2 0 0 9 年时，全球一次能源消费总量已经达到了1 1 1 6 4 亿t o e ，与1 9 8 4 年相比增长了 约7 0 。综合分析世界能源消费的区域分布情况和能源品种比例情况，石油和煤 炭占了总能源消费的半数以上。而近年来，石油占总量的比例在不断下降，煤炭 所占的比例增长迅速。这主要是因为，以煤炭为主要一次能源的亚太地区( 尤其 是我国巨大的煤炭消费量占了世界煤炭消费总量的4 6 9 ) 能源消费增长较快， 而以石油为主的欧洲和北美的能源消费增长较慢。由此可见，全球一次能源消费 的进一步增长主要是由以我国为主的亚洲发展中国家能源消费的快速增长引起 的1 2 。我国的节能工作对全球总体的能源利用形势影响巨大。 而就我国而言，由于我国持续的高速经济增长和落后的能源效率，我国总体 的能源消费量增长极为迅速。2 0 0 9 年时，我国的能源消费总量已达3 0 6 6 亿t c e ， 与2 0 0 0 年相比增长了1 1 倍。由于能源消费的大幅增长，我国的能源进口量也 不断增加，较2 0 0 0 年已经扩大了2 倍3 ”。随着我国工业化和城镇化的进一步深 入发展，工业、交通和居民生活等各方面的能源消费量会保持持续的增长5 , 6 0 在 国家“十一五 节能目标提出后，以节能目标责任制为主线的各种节能政策在我 国得以实施，并且取得良好的成效，单位g d p 能耗也有所降低。而分地区来看， 我国各地区经济的发展水平和能源利用情况都存在着较大的差异。其中以河南省 为代表的中部省份工业发展迅速，能源消费量总量大、能源利用效率相对较低， 节能潜力巨大。 二、河南省能源利用形势 河南省当前处于经济高速发展阶段，工业尤其是重工业发展尤为迅速。产业 结构发生由1 9 8 5 年的3 8 4 ：3 7 6 ：2 4 0 转变为2 0 0 9 年1 4 2 ：5 6 5 ：2 9 3 ，相比于 同期国家的产业结构1 0 3 ：4 6 3 ：4 3 4 ，可以认为河南省目前是一个以工业为主 的省份7 。由于工业快速发展和较大的经济产业规模，河南省能源消费总量增长 迅速。由于能源需求的大幅增加，河南省已由过去能源输出省份变为了能源输入 省份，能源供应的压力逐渐增大。目前河南省能源利用效率在全国处于中下游水 平，2 0 0 9 年河南省的单位g d p 能耗为1 1 5 6 t c e 万元，高于全国平均水平的 1 0 7 7 t c e 万元，与先进省分相比差距更大。而我国目前总体的能源利用效率就 已处于全球较落后的水平，而河南省的单位能耗又处于全国中下游水平。由此可 见河南省仍有巨大的节能潜力有待挖掘。 1 绪论 三、研究的意义和目标 通过“十一五 节能目标的实施，河南省能源效率有所提高，节能减排工作 取得显著成效。但是“十一五”节能目标的提出缺乏切实的计算和分析过程，以 及相应的数据进行支撑，并没有切实的区域节能潜力分析作为依据。同时“十一 五 节能目标对各地区经济、环境、科技等因素的考察不足，并未体现出不同区 域之间能源一经济综合情况的差异。因此“十一五 节能目标在实施过程中引起 了诸多问题，例如部分地市为了完成节能目标而拉闸限电的情况出现。由此可见 一个以合理的节能潜力分析为基础的，并可以合理分解到各地市的节能目标作为 “十二五”期间进一步开展节能减排工作的基础。同时根据我国已公布的二氧化 碳减排目标，到2 0 2 0 时，我国的单位g d p 二氧化碳排放要比2 0 0 5 年下降4 0 4 5 ， 非化石能源占一次能源消费的比重达到1 5 。为了完成这一减排目标，河南省也 需要相应的节能潜力和二氧化碳减排潜力的分析。目前，国家和部分地区均已有 相关的能源一经济研究而河南的相关研究则较少。在汲取“十一五 节能目标制 定工作经验和教训的基础上，也为了保证河南省“十二五 节能工作的顺利开展， 本研究将通过建立河南省的能源一经济模型来对其在“十二五”期间的能源和经 济发展情况进行预测，并对其节能潜力进行分析。同时建立另一套数学模型用于 节能目标分解，以保证节能目标的可靠性和节能方案的可操作性。 本研究的目标是分析河南省“十二五”期间工业、居民生活、交通和其他部 门节能潜力，以此为基础制定河南省的“十二五节能目标；分别计算河南省 1 8 个地市“十二五 期间节能潜力，并分别评估其节能特征，以制定河南省“十 二五 节能目标分解方案。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 区域节能潜力分析研究现状 进行一个地区综合的节能潜力的分析测算，实际是建立相应的能源一经济模 型对该地区的经济发展，能源需求以及其环境影响进行综合的分析和规划而得 到。通过系统的能源一经济模型的分析可以充分各种能源政策的作用机制，将其 效益和成本进行量化分析，从而有利于提出合理的能源政策和目标。而在国外能 源系统模型早在1 9 世纪7 0 年代就已用于政府的政策分析，因此能源一经济模型在 外国已经有了大量的成熟的研究，基本包括了能源政策相关的全部领域。而各种 模型在结构，方法上也不少类似之处，但根据其具体的年代，应用区域和研究目 的不同而有各自不同的特征。其中有一些模型，已经被我国的研究机构广泛的采 用，进行能源政策和规划方面的研究。 2 1 绪论 目前几种主要的分类方法如下8 ：按照研究方法分类，主要可以分为能源仿 真模型、能源优化模型、能源均衡模型和能源投入一产出模型；按照功能分类， 主要可以分为供应模型、需求模型和技术模型；按建模方法分类，主要可以分为 自上而下模型，自下而上模型。其中按建模方法分类，可以更方便模型的比较分 析。 一、自上而下模型的应用 自上而下模型( t o p - - d o w nm o d e l ) 又可以认为是经济学模型。其以经济学 模型为出发点，通过能源价格等各类与能源相关的经济指标，表现它们与能源消 费和生产之间的关系；从宏观的角度来考察分析能源一经济一环境之间的关系，采 用计量经济学、一般均衡理论等方法研究三者协调发展的政策，途径和方法。一 般用于宏观分析和能源规划的制定。自上而下模型的优点在于其采用了经济学方 法，便于进行经济分析和能源供应分析。但是由于能源技术在其模型中并不能得 到很好的体现和反应，其对技术进步对能源一经济系统的影响分析不足9 。自上而 下模型中比较典型有c g e 模型，3 e s 模型等。 c g e ( c o m p u t a t i o n a lg e n e r a le q u i l i b r i u m ) 模型，即一般均衡模型。该模型 是基于现代微观经济学中的瓦尔拉斯一般均衡理论而建立的1 0 。c g e 模型分析最 早在1 9 6 0 年提出，但是c g e 模型在之后多年的时间内都没有明显的进展，直到 2 0 世纪8 0 年代，随着能源因素等对市场和经济的影响加大和其自身处理细化问 题能力的提升，使c g e 模型得到了长足的发展，并开始广泛的用于能源一经济一 环境复合系统的分析和预测。例如g t t r a k ns e l c u kk u m b a r og l u 从宏观上用c g e 模型对土耳其不同碳税情景下的可持续发展情况进行了研究1 1 。c g e 模型目前在 我国已经有了较广泛的应用，已有不少通过分利用c g e 模型分析了中国经济和 二氧化碳减排之间的关系的研究例如张中祥1 2 - 1 4 9 王灿1 5 、贺菊煌1 6 等。 3 e s 模型( m a c r o e e o n o m i ce n e r g ya n de n v i r o n m e n ts u b m o d e l ) 是由日本长 冈理工大学研发。如其名称所示，其主要由经济，能源和环境三个子模型 ( s u b m o d e l ) 组成。其中能源子模型是模型的核心，分析由各级用能终端和不 同的能源交易地位出发的能源流向，环境子模型则是用于分析能源消费所产生的 二氧化碳和二氧化硫排放，而经济子模型主要作为影响能源供求和污染排放的指 示和因素。l iz h i d o n g 通过该模型对未来3 0 年中国保持7 的g d p 增速的情景进 一行分析了，发现除非有更多提高能效的措施和能源消费结构的转变，否则中国将 在能源供应安全，二氧化碳减排和空气污染等三方面遭遇极大的困难1 7 其他较成熟的自上而下模型还有m a n n e 等开发的m a c r o 模型1 8 , l o j 欧盟的 研究机构基于c g e 模型开发的s o l f e g e g e m e 3 模型矩2 1 等。 二、自下而上模型的应用 3 1 绪论 自下而上模型( d o w n - u pm o d e l ) 可以视为一种工程技术模型。自下而上模 型侧重于对总体能源流动系统中所应用的各种具体技术等考察和分析，通过能源 消费和生产对能源需求进行预测同时分析各种技术的成本和效益的影响以及排 放情况，进而构建一套能源一经济一环境模拟系统。与自上而下模型相对应，自下 而上模型长于技术层面的分析而在经济分析方面较薄弱。目前自下而上模型研究 的中心和对象的不同又可以分为两类：以能源技术的影响和效果为目标，从能源 供应和转换出发进行分析；从终端能源消费出发对技术引起的能源消费和生产变 化进行分析。在自下而上模型中，应用较为广泛主要有l e a p 模型，m a r k a l 模型和a i m 模型等。 l e a p 模型即“长期能源可替代规划系统模型 ( l o n g r a n g ee n e r g y a l t e r n a t i v e sp l a n n i n gs y s t e m ) 是由瑞典斯德哥尔摩环境研究所( s t o c k h o l m e n v i r o n m e n ti n s t i t u t e ，s e i ) 和美国波士顿t e l l u s 研究所联合开发的一个能源一环 境一经济情景分析模型2 2 , 2 3 0l e a p 模型是以能源需求以及环境影响为研究对象， 以社会经济发展趋势为基础，根据不同能源政策及技术，分析不同发展情景下的 能源消费。如今l e a p 模型已经在世界范围内得到了推广和应用。美国的劳伦斯 伯克利实验室采用l e a p 模型分区域对世界的能源消费和二氧化碳排放进行了 分析预测孔，南非的能源研究中心( e r c ) 采用l e a p 模型从人口、家庭规模、经济 增长等因素出发分析了开普敦市( c a p et o w n ) 2 0 0 0 - 2 0 2 0 年的能源需求情况黔， 印度的t a l a 能源研究所采用l e a p 模型对德里市( d e l l l i ) 的交通能耗和由此引 起的环境污染进行了分析2 8 。l e a p 模型在我国也得到了广泛的应用：l e a p 模 型被用于对我国各高耗能行业到2 0 2 0 年时的发展情景做了分析预测2 7 , 2 8 j p 清华大 学的王灿等采用l e a p 模型针对电力和水泥等五行业不同节能政策情景的二氧化 碳减排潜力进行了分析艄1 ，朱松丽，姜克隽等采用l e a p 模型对北京市的城市交 通能源需求和污染物排放进行分析预测3 2 ，黄成等也采用l e a p 模型对上海市的 交通能耗进行分析3 3 并分析了上海市总体的大气污染和二氧化碳排放情况科，其 他还有迟春浩等进行的能源发展分析弱，高虎等进行的可再生能源规划等。 m a r k a i ，模型即市场配置模型( m a r k e t a l l o c a t i o nm o d e l ) 。m a r k a i 模型 是以能源技术为起点，采用长期动态线性规划的方式分析能源市场分配：在大气 污染物排放限制条件下，对计算和分析供应、转换以及终端消费等不同层次的能 源平衡，预测整个能源一经济系统中效益最高的政策和技术。m a r k a l 模型是 i e a ( i n t e m a t i o n a le n e r g y a g e n c y ) 下属的实施协议e t s a p ( t h ee n e r g yt e c h n o l o g y s y s t e m sa n a l y s i sp r o g r a m ) 7 0 年代末8 0 年代初的研究成果3 7 , 3 8 。经过近3 0 年的 发展m a r k a l 模型已被全球近百家研究机构所采用。日本的佐藤等人采用 m a r k a l 模型对日本1 9 9 0 2 0 5 0 间的能源和能源选择进行分析，发现核能对日 4 1 绪论 本未来的低碳发展相当重要，br y d d n 等采用m a r k a l 模型研究了热电联产 技术对瑞典乌普萨拉( u p p s a l a ) 等五个城市二氧化碳排放的影响柏。在各发展中 国家m a r k a l 模型也得到了广泛的应用，如m o n i c ad u t t a 进行的印度的钢铁、 铝和水泥三个行业能耗的研究4 1 。在我国m a r k a l 模型得到了一定的推广， w e n y i n gc h e n 等通过m a r k a l 模型进行了中国碳排放控制的研究和西部的可 持续发展研究4 2 , 4 3 9 佟庆、白泉等采用m a r k a i ，模型进行了北京市中长期能源 系统的分析“。 a i m 模型即亚太地区气候变暖对策评价模型( a s i a n p a c i f i ci n t e g r a t e dm o d e l ) 是由是日本国立环境研究所的气候变暖影响对策小组研发的模型4 5 , 4 6 0 越m 模型 与其他自下而上模型不同的是：上述的自下而上模型的中缺少从终端能源消费出 发来分析能源技术影响的模型，而a i m 模型正是这种类型的模型。作为a i m 发 源地，日本早有较多成熟的研究，如松冈等模拟了全球气候变暖的不同情景以分 析在固定投入的条件下全球变暖的不确定性( 1 9 9 5 ) 4 7 并分析和预测了基于不同 政策措施的两种社会经济情景下日本的二氧化碳排放变化( 2 0 0 0 年) 鹌。而我国 在趾m 模型的应用方面较早的与日方进行了合作，姜克隽和上文中的松冈等合 作从能源利用，土地利用和工业生产出发模拟了不同社会经济情景下亚太地区和 全球长期的温室气体排放。近年来，我国对址m 模型的开发也逐渐深入，建立 包括a i m 模型在内的i p a c 模型( 中国能源政策综合评价模型) 分析我国总体 的能源利用和二氧化碳排放，同时也将其用于一个地区和行业的分析 ( i p a c a i m l o c a l 模型) 例如对广州市城市客运交通能耗和大气污染的分析。 此外，常用的自下而上模型还有以系统动力学方法构建的系统动力学模型， 其中以丹尼斯l 梅多斯的增长的极限以及其后续工作最具代表性5 1 , 5 2 | 运 用线性规划理论和混合整数规划理论的m e s s a g e 模型( t h em o d e lf o re n e r g y s u p p l ys y s t e m sa l t e r n a t i v e ) 船；欧盟开发的能源供应系统线性规划模型e f o m ( e n e r g yf l o wo p t i m i z a t i o nm o d e l ) ；法国i e p e ( t h ei n s t i t u t eo fe n e r g yp o l i c ya n d e c o n o m i c s ) 开发的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 ) 模型5 4 等。 三、能源一经济模型的发展方向 由于上述两大类能源一经济模型或长于经济分析或长于技术分析，都无法综 合模拟和分析经济和技术的影响，因此功能更齐全，结构更复杂的混合能源模型 一会是进一步开发和研究的重点。目前典型的混合能源模型有美国能源部开发的 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 ) 跖和奥地利国际应用系统分析研 究所开发的i i a s a ( t h ei n t e r n a t i o n a li n s t i t u t ef o r a p p l i e ds y s t e ma n a l y s i s ) 模型。 5 1 绪论 1 2 2 区域节能目标分解研究现状 区域节能目标分解研究方面，国外尤其是西方发达国家和我国的研究背景有 着较大差异。而这种差异源自二者的节能减排工作的进行方式的不同，西方发达 国家由于其基层的能源消费单位和企业在节能减排方面的积极性和主动性较强， 其节能减排的工作主要以企业层面为主导来推动实施，政府起的辅助作用。而我 国由于发展阶段的限制，企业和相关的地方政府的主动性较差，节能减排工作主 要依靠政府以行政手段逐层推动。另一方面，西方发达国家大都已经建成了合理 能源管理和统计制度，其各种历史数据均可以逐级向下分解至各种用能单位。而 我国在能源管理和统计方面的建设仍较落后，不同层次的统计数据往往存在差 异。由此就导致了两者在处理总体节能目标和区域节能目标关系时的差别：前者 可以从企业层面开始进行分析计算不断汇总得到总体目标，而后者需要将总体目 标逐级分配。前者可以直接利用上述各类能源一经济模型进行分析，而后者往往 需要一套新的模型体系来进行目标。 但是由于京都议定书中对规定世界各国和地区尤其是欧洲的二氧化碳减排 目标，因此其也需要一个新的模型来进行不同区域减排目标的分配，其所采用方 法为三联一体( t r i p t y c ha p p r o a c h ) 5 6 0 三联一体方法荷兰乌得勒支大学( u t r e c h t u n i v e r s i t y ) 的p h y l i p s e n 等人于1 9 9 8 年建立的5 7 。之后三联一体方法也被用于更 广泛的区域的研究，如h e l e e ng r o e n e n b e r g 等对4 8 个国家承诺的二氧化碳减排 目标评估和分析弱，同时三联一体方法自身也有一定的改进和发展，如m i c h e ld e n e l z e n 在发展中国家增加时间等方面的改进5 99a s b j o r nt o r v a n g e r 和 l a s s er i n g i u s 在分析部门方面的拓展。 国内在各地区能源效率差异方面的研究较多，大都采用的是数据包络分析法 对各地区能效利用效率的差异进行分析并对可能影响能源利用效率的因素进行 了分析6 1 喇。但在节能目标分解的成熟的研究则较少。比较成熟是采用基于层次 分析法的综合评价体系对国家“十一五 进行了分解，得到“十一五节能目 标分配方案6 5 , 6 6 0 其他包括韩亚芬和孙根年通过分析单位g d p 能耗和人均g d p 之 间的关系采用学习曲线得到了我国“十一五 期间各省的节能潜力6 7 ，史丹根据 趋同趋势分析我国能源各地区能源利用效率的差异以及节能潜力鹪等。 1 3 研究思路及方法 一 。_ - 。_ 一一。 1 3 1 研究方法 根据对目前主要能源一经济模型的考察，本研究选取l e a p 模型作为分析河 南省能源经济体系的模型方法；选取三联一体方法作为主要的节能目标分解方 6 1 绪论 法；同时选用层次分析法对河南省各地市经济、能源和环境等的综合情况进行评 估，作为对三联一体方法的补充。 选取l e a p 模型的原因主要有：l e a p 模型的数据结构灵活，对数据的要求 不高，适合能源统计制度不完善的地区；l e a p 模型已有成熟的软件作为分析工 具，用户界面友好便于学习和使用不需要进行额外的编程来计算分析；l e a p 模 型可以扩展的空间较大，在现阶段的研究完成，如能获取更多的数据可以很方便 进行更深入的研究；l e a p 模型已经进行了一定程度的中文化较其他模型更有学 习和使用。l e a p 模型软件的使用界面如图1 1 。 抽o * h 晰卿* 州- _ ”呻嗽t 一2 氍啦戚淄珊o l 膏：黼：t 0 已e * - 日_ ， 图1 1l e a p 模型软件界面 排放分析 非能源部门二氧化碳 外部环境效应l 一 图1 2l e a p 模型计算流程图 7 1 绪论 l e a p 模型内部的计算流程如图1 2 所示，其计算的起点为宏观经济社会统 计。以宏观经济社会指标为关键假设，通过使用者自己选定的计算方法和公式进 行能源分析，其中包括了能源的需求、转化、储备和资源等四方面的分析。而对 能源分析的结果与非能源部门二氧化碳排放分析的结果进行汇总，根据l e a p 模 型所附带的环境技术数据库可以计算总体的环境负荷( 即污染物排放) ，进而得 到一定的环境负荷下产生的环境效应。另一方面综合考虑能源技术自身的成本和 相应环境效应产生的成本，可以对特定能源政策和技术的成本和效益进行分析。 由此可见l e a p 模型功能主要包括了能源需求分析、能源转化分析、能源资源分 析、成本效益分析和环境影响分析五种。 而在本研究中，由于收集到的数据有限，l e a p 模型的环境及成本的计算功 能无法实现，对河南省经济一能耗情况分析和计算只限于对能源需求的分析。而 就能源需求分析而言，l e a p 模型是从各类用能终端出发，根据关键假设( k e y a s s u m p t i o n ) 对其活动水平( a c t i v i t yl e v e l ) 和能源强度( e n e r g yi n t e n s i t y ) 进行 预测以及计算汇总。而其中的用能终端可以是具体的设备、工艺也可以是产品甚 至行业乃至或者部门，这主要取决于收集到的数据情况，使用者根据自身掌握数 据的情况进行设定，建立l e a p 模型的树状结构。同时，模型本身并未对能源强 度和活动水平的数据的形式进行规定，使用者可以根据收集到的数据来选择不同 的数据形式和单位进行分析计算，甚至可以在模型的不同部分采用的不同的数据 形式。在本研究中，依然是由于数据收集问题，基本只能从部门层面对总能耗进 行分析，对于重点部门可以进行一定的细分。本研究采用l e a p 模型进行能源需 求计算的基本公式如下： e = 蕊 ( 1 1 ) i 式中f 表示河南省的全社会总能源消费量，鼠，表示部门中子部门j 的单 位能源强度，色，为其相对应的活动水平。 通过对l e a p 模型总体的计算流程和结构的了解可以发现其主要有以下特 点：1 结构性强，可以与一般的经济模型、终端消费和能源供需模型结合使用来 评价具体措施的效果：2 用途多样，通过l e a p 模型可以进行多种情景下能源需 求、能源供应、环境负荷、成本效益分析以及非能源部f - j - 氧化碳排放的分析、 计算和比较；3 附有环境技术数据库，其中包括了1 0 0 0 种以上能源技术的特点， 成本和排放数据，方便环境影响评价的进行；4 数据输入透明，而且比较灵活， 可以根据所得数据情况来调整模型；5 适用范围较广。l e a p 模型适用的地理范 围从地方( l o c a l ) 到区域( r e g i o n a l ) 最后到全国( n a t i o n a l ) 均可，时间范围也 可由使用者自行设定，模型本身未对时间范围进行限制。 8 1 绪论 虽然l e a p 模型可以进行区域节能潜力分析，但国内的统计数据的数量和质 量很难支持这样的计算和分析，因此需要另一种对数据要求更低的方法来进行目 标分解研究。目前国内外用于节能目标分解的几种方法，三联一体方法是较为合 理和科学的一种。国内所采用的几种分解都没节能潜力分析作为基础，因此其结 果与“十一五 目标相比并不具备太多的优越性。而三联一体方法是根据国家或 者区域的能源利用状况按进行工业、生活、其他三个部门分解( 在国外后续的研 究中三联一体的部门得到了扩展) ，然后对每个区域的各个部门的能耗状态和二 氧化碳排放情况进行情景预测。另外三联一体方法对数据要求更灵活，可以根据 所掌握的区域的社会经济发展水平、能源消耗、产业结构、能源利用效率、生活 水平等资料的全面程度进行调整，有利于在目前能源统计制度不健全的河南省进 行研究。因此本研究中采用三联一体方法作为节能目标分解的主要方法。 采用三联一体方法分解节能目标的基本过程如下：1 将各地市总能源消费的 历史数据分解至3 个终端用能部门：工业，居民生活和其他( 包括交通，服务业， 农业等) ；2 确定每个终端能耗部门制定目标的标准；3 根据历史趋势和历史指 标预测2 0 1 5 年各地市的终端用能部门( 工业、居民生活、其他) 的能耗和g d p ； 4 计算各地市单位g d p 能耗和降低率，并确保各地市的结果汇总后与省级的计算 结果一致。 但是，由于目前国内和河南省的能源统计体系的不完善，统计数据不全同时 有一定误差，使得三联一体方法在应用时侧重于各地市节能潜力的分析和计算， 而忽略了现实情况中各地市存在着经济技术实力和节能困难方面的差异性，无法 准确的分析各地市实现节能目标的能力。因此需要采用一种综合考虑经济和环境 等因素的分析方法对起计算结果进行一定的修正，以确保节能目标的可行性和公 平性。就国内已有的研究来看，基于层次分析法的综合评价充分考虑经济、环境 和能源等诸多方面的因素。因此，本研究选择了用层次分析法对河南省的经济一 能源一环境发展现状进行综合分析，将综合评价的结果作为对三联一体方法计算 的补充。层次分析作为一种定性和定量分析相结合的系统化和层次化分析方法 ，在能源政策和规划中得到了广泛的运用。由于层次分析法能地使复杂问题变 得简单明了，避免了复杂的计算分析，在能源统计制度不完善的发展中国家也能 有效的使用。目前一些发展中国家的研究机构采用其来进行能源政策和技术的分 析和研究7 0 ，? 虬 而利用层次分析法进行综合评估的过程如下： 1 确定指标体系和权重。指标体系是综合评价的基础，需要综合考虑能源、 经济、环境、科技等多方面的因素来建立指标体系。而权重则反映了各指标在体 系的差异，目前确定权重的方法主要包括了主观和客观两大类。本研究中主要采 9 1 绪论 用了专家判断法作为确定权重的依据。 2 数据的标准化和计算。为了不同。的统计数据之间能够进行了量化比较， 需要对原始数据进行标准化处理。在标准化中指标可分为正向指标和逆向指标两 种。正向指标的数值越大越有利节能，而逆向指标越大越不利于节能。对于正向 指标其标准化的公式如下： l ，一l ， z = 詈l 等 ( 1 2 ) a 蛐一五m j n 逆向指标的标准化公式如下： l ， 一l ， 互= - 二生竖竺l( 1 3 ) 爿蚴一z m j n 。 其中z 表示标准化的结果，石表示原始数据，如表示该项指标原始数据中 的最小值，l 表示该项指标原始数据中的最大值。完成数据标准化后，即可用 标准化的数据初步对各地市进行评价。 3 聚类分析和敏感性分析。为了尽量消除层次分析法中的主观的因素，需要 对初步的评价结果进行验证。对于各项次级指标可以采用聚类分析法来对对其权 重的赋值进行考察。而对于一级指标可采用敏感性分析，来考察不同权重组合的 影响。 虽然已经采用多种办法来减小层次分析法中的主观因素，但是必须指出的由 于最终的指标选取过程仍是人的主观意志为主的，因此层次分析法始终会带有研 究者的主观认识。同时由于其是缺乏以实际为依据的过程，只能进行各区域间相 对的评价，如果进一步进行节能目标分解结果会缺乏科学依据。因此层次分析法 只能作为一种辅助的方法来使用。 另一方面，由于需要对“十二五”期间，河南省完成国家2 0 2 0 年二氧化碳 减排目标的情况进行评估，需要计算河南省的二氧化碳排放量。但是由于目前河 南省对各行业、部门以及高能耗产品的能源消费量统计，基本只有以标准煤表示 的综合能源消费量，因此无法采用l e a p 模型计算二氧化碳排放。本研究采用了 先预测能耗结构，再结合综合能源消费量计算二氧化碳排放的方法。首先根据河 南省历史能源消费结构的变化趋势，采用l e a p 模型分析中的部门划分，预测了 河南省“十二五 期间的能源消费结构，结合已有的综合能源消费量来计算各品 种能源的消费量。之后采用 2 0 0 6 年i p c c 温室气体清单指南中温室气体排放 量计算方法和排放因子，和不同品种燃料的净发热量、碳含量来估算河南省二氧 化碳排放量。其基本的计算公式如下： c e = w n , i , j e “c e f ，f ， ， f” ( i 4 ) 1 0 1 绪论 式中c e 表示河南省由化石燃料燃烧引起的二氧化碳排放总量，既，表示部 门中子部门j 燃料1 1 所占的比例，最，表示部门中子部门j 的能源消费总量， e e l , l ，表示燃料相对的排放因子( c e f 为结合不同燃料的净发热量、碳含量以及 i p c c 排放因子后的结果) 。 1 3 2 研究思路 根据已选定的研究方法，确定总体研究思路如图1 3 所示：首先通过公开出 版的统计年鉴和有关部门的帮助来收集河南省能源消费现状的数据和资料，主要 包括了三方面：宏观经济数据、能源消费数据和能源利用政策资料。然后从这三 方面对河南省的能源消费现状进行分析，确定影响河南省能源消费的主要因素。 同时，以全国统计年鉴中各省、直辖市和自治区的经济、能源、环境数据为基础， 进行全国范围内的节能综合评价，以评估河南省在国家节能目标中应该承担的份 额。然后以此为基础在l e a p 模型中根据影响河南省能源消费的主要因素进行假 设，设定不同的发展情景对“十二五 河南省的能源与经济发展情况进行分析和 预测，再选择最符合河南省未来发展趋势的情境下的单位g d p 能耗下降率为作为 河南省“十二五节能目标，同时根据i p c c 指定的各种燃料的排放因子7 2 计算 各情景下河南省能源消费所引起的二氧化碳总排放量及单位排放量，对国家提出 的2 0 2 0 年二氧化碳减排目标的完成情况进行评估。完成总体节能目标的测算后， 采用三联一体方法对节能目标实施分解得到初步的分解方案。之后在采用层次分 析法对各地市节能现状进行综合评价，根据评价结果对初步的节能目标分解方案 进行修正和补充。最终得到河南省各地市“十二五节能目标。 1 绪论 1 2 现状分析 总体节能目标测算 节能目标分解 2 河南省经济能耗现状分析 河南省经济- 厶匕f i t ：；耗现状分析 2 1 河南省社会经济发展现状 就经济的总体发展情况而言，如图2 1 所示，“十一五 期间河南省的年均 g d p 增速保持在1 2 以上，经济增长趋于平稳，但仍高于全国平均水平( 如表2 1 所示) 。“十一五 后半段受国际金融危机的影响，经济增长放缓。2 0 0 9 年时全 省g d p 为1 9 4 8 0 4 6 亿元，占了全国的5 7 。但河南省人口基数庞大，2 0 0 9 年时 河南省人口为9 9 6 7 万人。同时河南省的城市化水平较为落后，2 0 0 9 年的城市化 率仅为3 7 7 ，远低于全国平均水平的4 6 6 。如表2 2 所示，河南省虽然经济 总量较大，但人均水平仍很落后，人均生产总值和居民人均收入虽然都有较快增 长，但仍低于全国平均水平。 河南省目前仍处于工业化阶段中，因此工业是河南省经济发展的主要推动因 素，由图2 2 可见工业在河南省的g d p 所占比例远高于其他产业。从三大产业的 增速对比中( 如表2 3 ) 可以发现，河南省二产尤其是工业的增速一直高于其他 产业，同时也高于总体的经济的发展速度。而在河南省的工业中，各种高耗能的 重工业又占到了相当大的比例，在“十一五”期间煤炭、黑色金属、有色金属、 非金属、化工和电力六大高能耗行业占总工业增加值比重增长到4 5 以上( 如表 2 4 所示) 。就农业而言，河南省虽然是农业大省，但是农业增长基本保持在较 低水平上，在总体产业结构中的比例也在不断下降。而就第三产业而言，虽然近 来河南省的第三产业也保持较快的增长速度，但是由于工业发展速度过快，第三 产业的比重有所下降。由于目前河南省的工业化仍处于初级阶段，因此可以认为 在“十二五河南省的经济增长仍会以工业为主。 分地市来看，河南省下辖的1 8 个地市经济发展极不平衡，如图2 3 ，2 4 所 示，各地市在经济社会发展和产业结构存在着较大的差异。郑州市由于政治和经 济方面的优势以及历史原因，总体的发展水平明显优于其他地市，产业结构也较 其他地市和全省平均要更加均衡。而以工业为经济发展主要动力的地市，像洛阳、 济源等，其工业已有了一定程度的发展，g d p 及g d p 增速普遍较高；农业比重较 高的地市，比如南阳、商丘、信阳、周口、驻马店、开封