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摘要：本研究以天津市交通集团滨海有限公司的能耗与排放计算方法和能耗排放控制指标体系建立为核心，基于自底向上的LEAP模型科学合理地构建符合天津市实地特征的交通运输能耗与排放模型，并在此基础上探索天津市交通行业能耗和排放在未来不同政策环境下的发展趋势，提出技术进步、结构调整以及优化车辆三种不同政策情景，并分析在这些情境下下交通部门实现节能减排的潜力，为天津市交通运输行业的能耗控制指标体系和节能减排策略提供政策建议和理论支持。主要研究内容包括能耗模型的建立和能耗控制指标体系两部分。通过模型预测数据对比，优化车辆情景具有最好的节能减排效果。
关键词：LEAP模型;节能减排;能源消耗;污染物排放;道路交通
1引言
交通运输业作为国民经济的重要部门，已成为全球能源消耗和污染物排放的主要来源之一，是仅次于工业部门的全球第二大能源消耗部门，其能耗占全球总能耗的30%，原油消耗约占世界原油消耗的60[1-3]。能耗与排放的研究首先要确立模型。WChen使用MARKAL模型来研究在中国的综合能源-环境-经济的发展与碳排放情景，并详细叙述了交通电力能耗其在中国整个能源消耗结构中的占比和地位[4]。AmiteKumar等学者针对不同政策情景下，模拟了能源消费系统中新能源技术更新对温室气体排放的影响[5]。贾彦鹏等学者将LEAP模型和庞大的环境数据库结合起来，从城市交通能源消费模式中找到了敏感性较高的因素[6]。本研究对天津市交通运输行业能耗计算方法和能耗控制指标体系进行研究，通过科学模型的建立和有效的数据分析，建立有效的能耗控制指标体系，帮助构建更加高效、快捷、节能、低碳的交通运输体系，并提供更加高质量和高效率的交通运输。通过对国内外能源模型的分析、对比，从微观层次出发，应用LEAP模型搭建了天津市交通集团滨海有限公司客运部门的能耗与排放模型，研究其未来20年的节能减排发展方向。采用情景分析的方法，结合实际情况设置了技术进步、优化车辆、结构调整三个情景，并且分析对比了三种情景的节能减排贡献度，得到了最合适的节能减排措施。
2系统设计
2.1模型简介
LEAP是由瑞典斯德哥尔摩环境研究所SEI联合美国波士顿Telles研究所开发的计量经济模型。LEAP通过数学模型来预测各部门的能源需求、能源消费及环境影响，并且通过情景分析，实现了对能源消费系统的仿真，也被称为“终端能源消费模型”。
2.2模型数据
作为通用模型，LEAP需要的数据取决于研究的问题，相比于其他模型，LEAP所需要的数据更少也更加透明，主要为以下方面：1）能源数据：包括一般能源数据和能源价格数据。一般能源数据指的是能源消费和生产的平衡数据，能源价格数据指当前主要燃料的能源价格。2）环境数据：能源部门的排放因子，主要是环境污染物和温室气体的排放因子。在无对应国家的具体数据时，可采用IPCC中的第一级排放因子，本次实验便部分采用IPCC中的相关数据。3）燃料特征：描述燃料相关特征的数据，例如化学成分，热值等。本项目是对天津市交通集团滨海有限公司的数据进行LEAP建模的微观分析，所以主要需要的数据成分为各种类型的机动车数量，预期的采购数量，所消耗的能源及其能耗因子，平均里程数和燃料的排放因子等。
2.3建模方法
本项目主要采取LEAP模型中的终端能源分析模块和环境影响模块，按软件帮助中的方法，第一要确定研究的类型，在进行建模前首先明确研究内容为能源需求分析以及环境分析，LEAP模型可以自动将不同的分析结合起来进行能耗建模和减排分析；第二要建立数据结构，本项目主要为能源系统的数据结构。在进行数据建模时，往往采取层次树的数据结构，从上到下分为部门、子部门，终端设备和燃料等；第三要进行情景分析，在建立好的数据结构上，给予一种特定的政策条件，分析在这些条件影响下能源系统会如何演变。为了更加全面地分析天津市交通集团滨海有限公司的发展趋势和能源需求，又要考虑到数据的可获得性，本项目在参考中国汽车分类标准GB9417-89的基础上将车辆数据划分为四层分支：部门，子部门，次子部门以及技术层次。总计1个部门，5个子部门，9个次子部门和12个技术层次。第一层部门为客运，第二层子部门为车辆尺寸分支，第三层次子部门为车辆动力类型分支，第四层技术层次为燃料类型分支，把燃料类型作为最后的技术层次，除了要进行各类燃料类型的保有量和采购比重设置，还要为每一种燃料类型设置年里程数以及能耗因子。燃料的能耗因子通过实际集团中设备的百公里能耗数目进行计算，排放因子可以参考《2006年IPCC国家温室气体清单指南》以及国家第六阶段机动车污染物排放标准。
2.4情景设计
基准情景就是假设该公司按照2020年之前（包括2020年）采取的发展策略，根据《中国统计年鉴2020》，我国的民用机动车平均年增长率约为13%。对比基准年的数据，基准年保有量1178辆，2020年到2040年的年采购量的增长率设置为2%，其他参数保持现有情况不变。基准情景作为一种无政策情景，通常作为一种参考情景，用于和其他采取措施的情景进行对比。技术进步情景依据《“十四五”节能减排综合性工作方案》设计技术进步情景。国6A与国6B对应的时间点分2020年和2023年，在此情景中分两个阶段提高燃油经济性，2025年提高5%，然后保持不变，到2030年再提高3%，2035年再提高2%，由此模拟国五到国六的过渡。在国六排放标准中，变化最大的是柴油机排放标准，氮氧化物的排放标准由2g/kwh降低为1g/kwh，二氧化碳、一氧化碳和二氧化硫同比减少约30%。与之对应，在本情景中，自2023年起，氮氧化物的排放因子逐步减少为原来的0.5倍，其他排放因子同比减少30%。结构调整情景中，采购量中新能源的占比保持5%的年增长率，作为清洁能源过渡形式的油电混动车从2020年到2030年采购比例提升至5%，2030年之后降低为3%。逐步增加新能源车的比例。车辆优化情景设计体现在两个方面：提高准入标准和提高淘汰率。提高准入标准反映为年均采购量的减少，年均采购量增长率相比于基准情景的0.5%的年增长率进行缩减，前十年的负增长代表提高准入标准后，相比于往年的采购数量有所下降，经过十年时间，汽车行业的发展使得大部分汽车满足准入标准，年采购数量开始正增长。
3节能减耗
技术进步情景在减少能耗方面的表现并不理想，贡献度仅有6.9%，但在减少排放方面是三种情景中最有效的，对CO2、NOX、SO2的贡献度都达到了20%以上，这主要是因为考虑到国六标准的实行对机动车污染物的排放因子进行了更加严格的限值，从根本上限制了污染物和温室气体的排放量，因此减排效果最为理想。但是该情景的燃油经济性并没有明显的提升，相比于2020年仅仅提高了10%，因此并没有明显的节能效果，要想获得更好的效果，需要采用更加高效率的燃油。优化车辆情景在节能和减排两方面表现都很突出，是三种情景中节能效果最好的，达到了21.6%，这是因为增加车辆准入标准和调高淘汰率使得2040年相比于基准情景保有量减少了25.51%。结构调整情景在节能和减排两方面的贡献度均不高，节能贡献度仅有5%，究其原因，一方面结构调整并没有限制保有量的整体增长速度，因此车辆增速仍与基准情景相同；另一方面，结构调整并没有根本上进行燃料主体的转换，车辆保有量中柴油机仍然占据主体，这也从侧面反映出该政策的新能源推广力度不够大。各单项情景的节能减排贡献度见表所示：
4结论
总之，本研究利用抽样数据通过模型计算得到天津市交通集团滨海有限公司整体能耗排放；通过对比各情景，得到了能耗控制指标的核心参数与各指标对于节能减排效果的潜力。能够由点到面计算天津市交通集团的整体能耗与排放规模，并且能耗控制指标参数对于宏观角度来说也具有一定启发意义。
作者：翁玉波 单位：天津市中环系统工程有限责任公司
