能源是碳的載體，煤是碳的最主要載體。長期以來，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。化石能源在大力推進(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源。在美國等發(fā)達(dá)國家，能源利用相關(guān)二氧化碳的排放占全社會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。<br>　　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，煤炭在我國能源構(gòu)成中的比重仍會長期維持在70％左右，同時(shí)... 能源是碳的載體，煤是碳的最主要載體。長期以來，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。化石能源在大力推進(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源。在美國等發(fā)達(dá)國家，能源利用相關(guān)二氧化碳的排放占全社會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，煤炭在我國能源構(gòu)成中的比重仍會長期維持在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二氧化碳排放總量的比重不僅會快速地超過70％，而且還會呈現(xiàn)進(jìn)一步上升的態(tài)勢。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，將對中國溫室氣體排放量估算的準(zhǔn)確性影響很大，與國家利益息息相關(guān)，要特別給予重視。
　　能源利用是中國的大問題，關(guān)系國計(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，是筆者對能源利用技術(shù)與規(guī)律、清單編制通則與個案、碳脈傳承表象與實(shí)質(zhì)等關(guān)鍵性問題長期思考和深入研究之后的心得與認(rèn)識，目前研究工作還在繼續(xù)，本論文只是一個階段性的成果。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。基于現(xiàn)場數(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。依托國際國內(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、碳脈分析的長期積累和深厚資源，本文初步完成美國、中國、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。基于LEAP模型、情景分析、趨勢外推等數(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)是我國煤炭利用之CO2排放的關(guān)鍵源；交通運(yùn)輸業(yè)是我國石油利用之CO2排放的關(guān)鍵源。
　　 (三)我國煤為基礎(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國情，同時(shí)結(jié)合國際標(biāo)準(zhǔn)，建立生產(chǎn)側(cè)與消費(fèi)側(cè)配套的、與國際對接的分類轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)，以便于我國排放清單的編制。
　　 ◇本論文的研究表明：
　　 (四)中短期內(nèi)能源消費(fèi)與碳排放增長的態(tài)勢難以逆轉(zhuǎn)，2040年左右可能出現(xiàn)峰值，上海將早于全國。
　　 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，且這一趨勢在中短時(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緩慢下降，全國的峰值時(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的可持續(xù)發(fā)展以及能源的供應(yīng)安全帶來更大的問題與挑戰(zhàn)，也是生態(tài)環(huán)境和國際社會所無法承受的。
　　 (六)摒棄GDP至上，保持經(jīng)濟(jì)適度增長是降低能源消費(fèi)與碳排放增長的現(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增長速度，使其每階段增長率比基準(zhǔn)情景降低1％，則到2050年將節(jié)能9200萬噸標(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)增長速度上做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，對能源消費(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力和長期潛力。
　　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的主要來源。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)展混合動力汽車、CNG汽車、電動汽車等新能源汽車，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1400萬噸/年。本文之模型對未來清潔能源替代的規(guī)模做了較為保守的估計(jì)，隨著電力需求占比不斷增長，華東電網(wǎng)等外來電中水電和核電比例將會顯著提升，預(yù)計(jì)未來清潔能源替代的減排貢獻(xiàn)還會進(jìn)一步擴(kuò)大。
　　三、主要成果與創(chuàng)新點(diǎn)
　　 (一)基于LEAP平臺，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繪制2000-2050年各個年份的上海碳脈圖，并可通過參數(shù)的調(diào)整動態(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)建適合我國國情的碳脈模型與政策模型。其主要創(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。基于能源利用的碳脈分析，可以通過對進(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，在對不同經(jīng)濟(jì)社會狀況和技術(shù)條件下的CO2排放情景預(yù)測的基礎(chǔ)上，進(jìn)行碳脈動態(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，否則將會帶來不可逆轉(zhuǎn)的損失。中國是世界上最具潛力、新興的能源市場之一，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)勢的能源技術(shù)路線和生產(chǎn)生活方式，中國比美國等發(fā)達(dá)國家更為易行、更為現(xiàn)實(shí)，代價(jià)也要小的多。