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摘要：本研究以天津市交通集團濱海有限公司的能耗與排放計算方法和能耗排放控制指標體系建立為核心，基于自底向上的LEAP模型科學合理地構建符合天津市實地特征的交通運輸能耗與排放模型，并在此基礎上探索天津市交通行業能耗和排放在未來不同政策環境下的發展趨勢，提出技術進步、結構調整以及優化車輛三種不同政策情景，并分析在這些情境下下交通部門實現節能減排的潛力，為天津市交通運輸行業的能耗控制指標體系和節能減排策略提供政策建議和理論支持。主要研究內容包括能耗模型的建立和能耗控制指標體系兩部分。通過模型預測數據對比，優化車輛情景具有最好的節能減排效果。
關鍵詞：LEAP模型;節能減排;能源消耗;污染物排放;道路交通
1引言
交通運輸業作為國民經濟的重要部門，已成為全球能源消耗和污染物排放的主要來源之一，是僅次于工業部門的全球第二大能源消耗部門，其能耗占全球總能耗的30%，原油消耗約占世界原油消耗的60[1-3]。能耗與排放的研究首先要確立模型。WChen使用MARKAL模型來研究在中國的綜合能源-環境-經濟的發展與碳排放情景，并詳細敘述了交通電力能耗其在中國整個能源消耗結構中的占比和地位[4]。AmiteKumar等學者針對不同政策情景下，模擬了能源消費系統中新能源技術更新對溫室氣體排放的影響[5]。賈彥鵬等學者將LEAP模型和龐大的環境數據庫結合起來，從城市交通能源消費模式中找到了敏感性較高的因素[6]。本研究對天津市交通運輸行業能耗計算方法和能耗控制指標體系進行研究，通過科學模型的建立和有效的數據分析，建立有效的能耗控制指標體系，幫助構建更加高效、快捷、節能、低碳的交通運輸體系，并提供更加高質量和高效率的交通運輸。通過對國內外能源模型的分析、對比，從微觀層次出發，應用LEAP模型搭建了天津市交通集團濱海有限公司客運部門的能耗與排放模型，研究其未來20年的節能減排發展方向。采用情景分析的方法，結合實際情況設置了技術進步、優化車輛、結構調整三個情景，并且分析對比了三種情景的節能減排貢獻度，得到了最合適的節能減排措施。
2系統設計
2.1模型簡介
LEAP是由瑞典斯德哥爾摩環境研究所SEI聯合美國波士頓Telles研究所開發的計量經濟模型。LEAP通過數學模型來預測各部門的能源需求、能源消費及環境影響，并且通過情景分析，實現了對能源消費系統的仿真，也被稱為“終端能源消費模型”。
2.2模型數據
作為通用模型，LEAP需要的數據取決于研究的問題，相比于其他模型，LEAP所需要的數據更少也更加透明，主要為以下方面：1）能源數據：包括一般能源數據和能源價格數據。一般能源數據指的是能源消費和生產的平衡數據，能源價格數據指當前主要燃料的能源價格。2）環境數據：能源部門的排放因子，主要是環境污染物和溫室氣體的排放因子。在無對應國家的具體數據時，可采用IPCC中的第一級排放因子，本次實驗便部分采用IPCC中的相關數據。3）燃料特征：描述燃料相關特征的數據，例如化學成分，熱值等。本項目是對天津市交通集團濱海有限公司的數據進行LEAP建模的微觀分析，所以主要需要的數據成分為各種類型的機動車數量，預期的采購數量，所消耗的能源及其能耗因子，平均里程數和燃料的排放因子等。
2.3建模方法
本項目主要采取LEAP模型中的終端能源分析模塊和環境影響模塊，按軟件幫助中的方法，第一要確定研究的類型，在進行建模前首先明確研究內容為能源需求分析以及環境分析，LEAP模型可以自動將不同的分析結合起來進行能耗建模和減排分析；第二要建立數據結構，本項目主要為能源系統的數據結構。在進行數據建模時，往往采取層次樹的數據結構，從上到下分為部門、子部門，終端設備和燃料等；第三要進行情景分析，在建立好的數據結構上，給予一種特定的政策條件，分析在這些條件影響下能源系統會如何演變。為了更加全面地分析天津市交通集團濱海有限公司的發展趨勢和能源需求，又要考慮到數據的可獲得性，本項目在參考中國汽車分類標準GB9417-89的基礎上將車輛數據劃分為四層分支：部門，子部門，次子部門以及技術層次?？傆?個部門，5個子部門，9個次子部門和12個技術層次。第一層部門為客運，第二層子部門為車輛尺寸分支，第三層次子部門為車輛動力類型分支，第四層技術層次為燃料類型分支，把燃料類型作為最后的技術層次，除了要進行各類燃料類型的保有量和采購比重設置，還要為每一種燃料類型設置年里程數以及能耗因子。燃料的能耗因子通過實際集團中設備的百公里能耗數目進行計算，排放因子可以參考《2006年IPCC國家溫室氣體清單指南》以及國家第六階段機動車污染物排放標準。
2.4情景設計
基準情景就是假設該公司按照2020年之前（包括2020年）采取的發展策略，根據《中國統計年鑒2020》，我國的民用機動車平均年增長率約為13%。對比基準年的數據，基準年保有量1178輛，2020年到2040年的年采購量的增長率設置為2%，其他參數保持現有情況不變?；鶞是榫白鳛橐环N無政策情景，通常作為一種參考情景，用于和其他采取措施的情景進行對比。技術進步情景依據《“十四五”節能減排綜合性工作方案》設計技術進步情景。國6A與國6B對應的時間點分2020年和2023年，在此情景中分兩個階段提高燃油經濟性，2025年提高5%，然后保持不變，到2030年再提高3%，2035年再提高2%，由此模擬國五到國六的過渡。在國六排放標準中，變化最大的是柴油機排放標準，氮氧化物的排放標準由2g/kwh降低為1g/kwh，二氧化碳、一氧化碳和二氧化硫同比減少約30%。與之對應，在本情景中，自2023年起，氮氧化物的排放因子逐步減少為原來的0.5倍，其他排放因子同比減少30%。結構調整情景中，采購量中新能源的占比保持5%的年增長率，作為清潔能源過渡形式的油電混動車從2020年到2030年采購比例提升至5%，2030年之后降低為3%。逐步增加新能源車的比例。車輛優化情景設計體現在兩個方面：提高準入標準和提高淘汰率。提高準入標準反映為年均采購量的減少，年均采購量增長率相比于基準情景的0.5%的年增長率進行縮減，前十年的負增長代表提高準入標準后，相比于往年的采購數量有所下降，經過十年時間，汽車行業的發展使得大部分汽車滿足準入標準，年采購數量開始正增長。
3節能減耗
技術進步情景在減少能耗方面的表現并不理想，貢獻度僅有6.9%，但在減少排放方面是三種情景中最有效的，對CO2、NOX、SO2的貢獻度都達到了20%以上，這主要是因為考慮到國六標準的實行對機動車污染物的排放因子進行了更加嚴格的限值，從根本上限制了污染物和溫室氣體的排放量，因此減排效果最為理想。但是該情景的燃油經濟性并沒有明顯的提升，相比于2020年僅僅提高了10%，因此并沒有明顯的節能效果，要想獲得更好的效果，需要采用更加高效率的燃油。優化車輛情景在節能和減排兩方面表現都很突出，是三種情景中節能效果最好的，達到了21.6%，這是因為增加車輛準入標準和調高淘汰率使得2040年相比于基準情景保有量減少了25.51%。結構調整情景在節能和減排兩方面的貢獻度均不高，節能貢獻度僅有5%，究其原因，一方面結構調整并沒有限制保有量的整體增長速度，因此車輛增速仍與基準情景相同；另一方面，結構調整并沒有根本上進行燃料主體的轉換，車輛保有量中柴油機仍然占據主體，這也從側面反映出該政策的新能源推廣力度不夠大。各單項情景的節能減排貢獻度見表所示：
4結論
總之，本研究利用抽樣數據通過模型計算得到天津市交通集團濱海有限公司整體能耗排放；通過對比各情景，得到了能耗控制指標的核心參數與各指標對于節能減排效果的潛力。能夠由點到面計算天津市交通集團的整體能耗與排放規模，并且能耗控制指標參數對于宏觀角度來說也具有一定啟發意義。
作者：翁玉波 單位：天津市中環系統工程有限責任公司
