基于LEAP模型的能源环境发展、碳排放建模预测及不确定性分析

第二章

基于LEAP模型的能源需求预测模型构建

2.1结合情景分析法的基本能源需求预测模型构建

2.1.1需求模块主要功能和计算方法

2.1.2案例描述及基本参数设置：标准单位（标吨煤、净现值）、基年、基期、参考情景等

2.1.3需求侧模型构建

-需求树形图绘制

-基年账户数据录入：城镇居民及农村家庭能源消费数据（家庭数及各能源品种消费强度）

2.1.4参考情景创建及结果分析

-参考情景创建：预测年内人口结构及能源消费强度变化率

-以图表方式查看结果

2.1.5节能政策效果量化：高效照明及冰箱

-创建节能情景，输入各节能措施下能源强度的预测年内变化率

-查看结果并与参考情景结果比较

2.2不同部门、情景下的细化需求侧模型构建

2.2.1细化需求侧部门模型：工业、交通及商业建筑

2.2.2工业

-细化为能源密集型产业（钢铁和制浆造纸）和其他所有行业

-基年账户数据录入：活动水平（产值或产量）、活动强度（过程热、电力、油气煤等化石能源消耗强度）

-参考情景创建：使用Time Series Wizard设置各参数预测年变化情况

-结果查看及分析

2.2.3交通部门

-细化为客运交通（小汽车、公共汽车及铁路）及货运交通（公路货运及铁路货运）

-基年账户数据录入：活动水平（周转量、运输里程）、活动强度（单位里程耗油量、能源强度）

-参考情景创建：周转量、轿车占比以及人均货运需求增长率、能源效率提高率

-结果查看及分析

2.2.4商业建筑

-细化为多种燃料和技术下的采暖、制冷、供电等有效能源分析

-基年账户数据录入：活动水平（建筑面积）、活动强度（终端能源消费等价热值、供热技术效率）、燃料消费比例等

-参考情景创建：建筑面积、能源强度及供热技术效率变化率

-结果查看及分析

2.2.5总体能源需求分析

-分部门、子部门、能服务器托管源品种、年份、情景下能源需求预测

第三章

基于LEAP模型的能源供应预测模型构建

3.1结合情景分析法的基本能源供应预测模型构建

3.1.1能源供应转换模块主要功能及计算方法

3.1.2基础供应侧模型构建及参数设置

-能源输入、转化模型框架图绘制

-基年账户数据录入：发电、输配电、天然气输配等模块设置

-电网供电稳定性、电力调度原则、电网负荷变化、不同发电技术特征等参数设置

3.1.3参考情景创建及结果分析

-参考情景创建：电厂建设、发电效率、能源运输效率等年度变化情况

-重点关注各发电形式间的调度原则

-查看各发电方式电力贡献率等结果

3.1.4能源流动情况诊断

-基于能源流动图分析该案例能源供应及消费平衡情况

-研判参考情景下能源发展态势

3.1.5能源供应侧节能措施效果量化

-节能政策：输配电损失减少、电力系统负荷系数改进

3.2不同能源品种、情景下的细化供应侧模型构建

3.2.1细化能源转换模型：木炭生产、电力、炼油和煤炭开采

3.2.2木炭生产

模拟单能源品种输入单能源品种产出的能源转换流程

-建立标准模块：木炭产量、不同技术转换效率（技术替代）

3.2.3电力生产

模拟多能源品种输入单能源品种产出的能源转换流程

-调整发电系统容量以配合电量需求：水电、煤电、燃油发电

-新能源发电新增容量规划

3.2.4炼油

模拟单能源品种输入多能源品种产出的能源转换流程

-炼油厂效率、产品种类及各产品产量

3.2.5煤炭开采

模拟本地能源开采

-煤炭开采能力、煤矿厂效率

3.2.6资源情况

模拟不同能源品种的本地生产、调入调出情况

-区分生产资源、进口资源

-区分化石燃料储备、可再生能源产量

3.2.7逐年、逐情景能源系统图、能源平衡表分析比较

第四章

基于LEAP模型的温室气体及其他空气污染物排放预测模型构建

4.1结合情景分析法的基本排放预测模型构建

4.1.1排放模块主要功能和计算方法

4.1.2温室气体及其他空气污染物排放模型构建

-明确污染物类型和污染物来源：能源及非能源过程（工业过程、碳汇等）

-污染物排放因子录入及TED数据库使用及编辑

-基于能源供应及消费模块的构建，链接IPCC排放因子库或者自行添加排放因子，可采用多种方法定义排放因子

4.1.3参考情景构建及结果分析

-查看参考情景下各大气污染物预测结果

4.1.4节能政策情景构建

-查看节能政策对各大气污染物排放的影响

4.2结合情景分析法的非能源来源排放预测模型构建

4.2.1非能源来源排放类型

-工业流程和产品使用、农业林业其他土地使用、废弃物

4.2.2案例整体描述及基础参数设置

4.2.3模型构建及基年账户数据录入

-制冷空调行业排放HFC

-与EXCEL链接，直接输入排放因子逐年值

-粪便管理中产生的甲烷、一氧化二氮

-设定自定义变量，实现基于不同活动水平的排放因子

4.2.4基础情景设置

-非能源来源排放活动水平及排放强度设置

-全球变暖潜力值等结果比较

4.2.5沼气发电情景设置

-发电模块中设置沼气发电技术参数

-非能源排放部门对应减排量设置

第五章

基于LEAP模型的能源需求及碳排放预测实例示范

5.1基于LEAP的典型能源输入型城市能源需求预测实例操作

5.1.1数据搜集及模型结构划分

-根据数据可获得性，基于经济和能源统计表将模型划分如下，综合考虑宏观经济社会发展、能源环境政策及能源技术水平的影响。

5.1.2基年能流图绘制

图5某市基年能源流动图

5.1.3情景设置

-结合平均增长率法、计量经济学模型（ARIMA模型等）、人口预测模型（Leslie模型）等方法，考虑不同政策设置多种情景：

-基础情景：能源需求在过去的基础上自然发展(BS)

-不同经济增速情景：高、低经济增长速度(HGDP、LGDP)

-不同产业结构情景：高、低第二产业占比(HIS、LIS)

-节能情景：技术进步及设备升级引起的能源强度降低(ES)

-综合情景：综合考察GDP增速、第二产业占比及能源强度变化(MBS、MSS)

5.1.4结果对比

-定量分析GDP增速、产业结构及节能目标对该市能源需求的影响

-重点部门节能政策效果量化

-能源发展情况研判及政策建议

5.1.5预测结果不确定性分析

-基于蒙特卡洛法，采用与EXCEL链接的水晶球软件，操作简单

-构建函数，确定估计变量和需求参数

-确定参数的概率分布，包括正态分布、对数正态分布等

-分析指定情景、指定年份下的能源需求总量分布曲线及不确定性敏感性分析

5.2基于GREAT模型的省市一级能源政策分析和排放评估示例

5.2.1基于GREAT模型的能源需求模块构建

-生活用能：城市、农村；电力、天然气等；照明、家电用电

-商业用能

-交通用能

-工业用能：钢铁、水泥、铝工业、造纸业、玻璃工业等

-农业用能

5.2.2基于GREAT模型的能源转换模块构建

-输配电

-热力生产和供应

-发电

-石油开采

-焦化

-天然气开采

-煤炭开采

5.2.3控制变量设置

-生活电耗强度指数

-工业电耗强度指数

-农业燃料消耗强度指数等

5.2.4基于GREAT模型的排放模块构建

-电力间接排放或直接排放计算等

5.2.5情景设计及结果分析

5.3LEAP用于碳达峰预测注意事项

5.3.1省级温室气体排放编制指南解读

5.3.2省级温室气体排放排放部门划分与能源消费统计的区别

5.3.3排放因子和折标煤系数统一

5.3.4碳排放强度、减排空间、非化石能源占比等指标设定

第六章

LEAP模型成本效益分析专题

6.1基于LEAP模型的成本效益分析简介

6.1.1成本计算方法和分类

-预测年限内需求、转换、一次能源及输入能源、外部环境中所有成本

-能源需求的资本成本、运行和维护成本，能源节约的成本

-能源转换资本成本、固定成本、运行及维护成本

-本土资源的成本

-进、出口燃料的成本

-污染物排放的外部成本

-用户自定义成本等

6.1.2成本计算系统边界和经济参数含义

-需求侧、部分能源系统和整体能源系统

-贴现率、燃料成本、设备投资成本、能源效率提升成本等经济参数

6.2示例整体描述

6.2.1成本数据参数输入和模型设置

-技术渗透

-技术性能

-技术成本

6.2.3政策情景创建

-高效照明

-节能冰箱

-压缩天然气公交车

-天然气和可再生能源

-工业效率提升

6.2.4成本效益结果分析

-成本效益分析表

-不同情景下节能减排净现值

-边际减排曲线

第七章

LEAP模型交通运输及碳排放专题

7.1基于库存周转率法的交通部门建模

7.1.1库存周转率法含义及使用

-销售量

-库存量

7.1.2车辆性能随车龄分布曲线设定

-行驶里程数

-能源效率

-排放因子

7.2示例整体描述

7.2.1模型构建及基本设置

-模型架构设置

-轿车、运动多功能车（SUV）数量（分为柴油车、汽油车、混合动力车及电动车）

7.2.2基年账户车辆参数输入

-车辆年龄及库存销售量函数关系

-车辆耗油量及耗油量与车辆年龄关系

-车辆行驶里程数

7.2.3基年账户排放因子录入

-二氧化碳、氮氧化物、一氧化碳及可吸入颗粒

-根据各车型输入其排放因子

7.2.4参考情景设置（BAU）

-无新政策减少燃料使用及排放

-预测年内各参数变化率

7.2.5政策情景设置

-燃油经济性提高（Improved fuel economy）

-混合动力电动汽车、电动汽车市场占有率提升(Hybrid)

-柴油轿车和柴油SUV车市场占有率提升（Diesel）

-新尾气排放标准（Tailpipe Emissions Standard）

-轿车推广力度高于SUV(Fewer SUVS)

-组合情景（Combined）

7.2.6结果分析

第八章

LEAP模型电力系统优化专题

8.1LEAP优化模块基本原理

-优化方法的分类和简介

-NEMO和Julia平台的使用和介绍

8.2以发电成本最小化为目标的发电模块优化示例

-可用于新能源装机配置和电网调度研究

8.2.1多种发电技术特性数据

-成本

-装机容量

-系统负荷曲线

-规划储备余额

-效率

-各技术排放因子

8.2.2导入小时负载数据建立载模型

-时间片段

-每小时的点子表格数据（EXCEL）

-年度变化

-系统能源负荷曲线

8.2.3情景设置

-仅天然气发电

-仅核能发电

-仅水力发电

-仅风能发电

-仅光伏光热发电

-仅燃煤发电

8.2.4单独发电模式情景结果查看

-社会成本

-规划装机容量

-温室气体排放量等外部价值

8.2.5最小发电成本优化配置情景

-使用NEMO进行优化

-得到优化的发电技术组合和调度分配情况

-选择优化变量及优化情景

8.3储能模块构建

-NEMO框架储能模块的使用

-优化储能模块大小及储放时间

8.4约束条件下的最低发电成本优化模型

-建立排放约束

-建立最低可再生能源利用率约束

-寻找在约束条件下最低发电成本情景