原文链接：LEAP模型的能源环境发展、碳排放建模预测及不确定性分析教程
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1.1能源需求及碳排放预测方法
1.1.1能源系统工程基础理论及典型研究内容
1.1.2典型能源需求及碳排放预测方法和模型
1.1.3LEAP模型计算原理
能源需求为活动水平和活动强度之积：
其中是总的能源需求量，是活动水平，是能源强度；i，j和k分别代表不同的部门、设备和燃料
温室气体排放量为活动水平和排放因子之积：
其中是总的温室气体排放量，是活动水平（能源消费量或者工业产出），是排放因子；i，j和k分别代表不同的部门、设备和燃料
1.2 LEAP软件操作基础
1.2.1LEAP软件安装与注册
1.2.2LEAP软件设置、主要模块及基本操作
1.2.3LEAP软件模型构建基本原理和数据结构
1.3情景分析法
介绍情景分析法原理及其与LEAP模型的结合使用。
1.4能源及碳排放数据获取方式
1.4.1经济、人口、工业产品产量、交通运输周转量：统计年鉴;GDP的不变价、可比价换算；
1.4.2能源：行业年鉴、统计年鉴能源篇、政府报告、电力消费、发展规划、标准规范等；能源平衡表读取分析、能源平衡流动图绘制；明确能源统计报表，了解我国能源统计制度；
1.4.3温室气体排放：历年温室气体排放清单、统计年鉴、技术标准、实验数据、文献报告等。
第二基于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、能源品种、年份、情景下能源需求预测
图1预测年各部门能源需求（左）及各能源品种需求（右）示意图
第三基于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
各能源品种能源系统转化图（左）及能源平衡表（右）
第四基于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
图3与基础情景沼气发电情景全球变服务器托管暖潜力值
第五基于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。
图4某市LEAP模型结构划分
5.1.2基年能流图绘
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
图6不同GDP增速情景（左）及不同产业结构（右）能服务器托管源消费总量及能源强度
图7节能情景（左）及综合情景（右）能源消费及能源强度
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
图8蒙特卡洛不确定性分析原理图
图9典型年能源需求预测结果概率分布图（左）及各参数对需求预测结果方差贡献率
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LEAP模型成本效益分析
-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
图10各情景典型年成本效益分析表
第七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）
图11交通部门碳排放模型结构树形图
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
图12各情景典型预测年碳排放量
第八LEAP模型电力系统优化
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
图13各情景典型年发电成本（左）及发电小时数来源（右）
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
图14在不同约束条件下各情景碳排放量（左）及发电成本（右）
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