基于LEAP 模型的厦门市能源规划研究

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作者：黄毅贤、王永强、张远取、张朝晖、章健强

摘要：能源是国民经济和社会发展的重要战略资源，能源发展对国民经济运行和社会发展有着基础性、全面性和战略性的影响。本文详细阐述厦门市能源利用现状与存在的问题，运用LEAP模型作为工具，综合考虑经济活动、环境约束、政策措施影响和技术水平进步等多种因素设置厦门市能源情景分析，将厦门市的能源需求分成家庭、交通、农业、工业、建筑业、服务业6个部门进行模拟，在此基础上对厦门市能源需求和结构进行预测分析。研究各品种能源供应潜力与需求之间的差距，为下一步进行能源供应及设施规划方案提供参考，保障厦门市能源供应安全。

关键词：能源预测，LEAP，情景分析

能源是城市经济和社会发展的基础和动力，研究城市能源的发展趋势、供需平衡、能源结构和基础设施布局等是保证社会经济健康快速发展的重要前提。《国家新型城镇化规划（2014-2020年）》针对我国能源资源和生态环境面临的困境，提出要加快绿色城市建设，严格控制高耗能、高排放行业发展，节约集约利用土地、水和能源等资源，促进资源循环利用，控制总量、提高效率。同时，《中共中央国务院关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》中提出要推进节能城市建设，实现节能、低碳、减排目标。

目前能源基础设施专项规划在我国城市规划体系中主要包括电力、热力、燃气及成品油规划四方面内容，这些专项规划编制由于各专业相互之间缺乏协调，使得规划方案有专业局限性，得不到客观的整体能源解决方案。因此，我们需要从各能源专业统筹角度出发，在战略目标上控制能源总量，优化能源结构，空间实施上落实能源供应，通道预留，设施布局及管控，规划远景能源结构，为制定能源相关政策提供参考，指导各能源专项的编制。

1 厦门市能源利用现状
1.1能源消费现状1.1.1能源消费总量

2010年综合能源消费量为1034.88万吨标准煤，2015年增加至1193.33万吨标准煤，“十二五”期间年平均增长率为2.89%，与“十一五”期间的11.18%相比较有大幅减缓。工业部门是主要的能源消费者，根据2015年的能耗数据，工业部门占全社会能源消费总量的36.5%。

厦门市的电力生产主要依靠火电厂，“十二五”期间发电量保持在100亿千瓦时左右，较为稳定（2015年因省内水电大发，火力发电机组发电小时数大幅降低）。随着产业部门和居民生活对电力需求的不断增长，净外调电力逐年增长，从2011年的64.10亿千瓦时增长到2015年的136.21亿千瓦时，年均增长20.74%。

1.1.2能源消费特点

厦门市能源结构以化石能源为主，结构调整缓慢。“十二五”期间虽然电力、天然气等清洁能源占能源消费中所占比例上升明显（表1），但其中电力资源主要通过煤炭转化而来，煤炭占能源消费比重仍过高。由于受到清洁能源市场价格和本地资源禀赋特征的影响，天然气消费量增长缓慢，新能源开发条件受限，给能源结构的优化带来了很大不确定性和阻碍。

表1 厦门市“十二五”输入端能源消费结构（%）

	2010	2011	2012	2013	2014	2015
煤炭	34.24	35.93	29.12	29.63	28.10	24.01
石油产品	35.63	37.85	36.69	38.46	37.70	35.27
天然气	8.41	8.96	8.23	7.94	7.78	5.54
外调电力及其他	21.71	17.26	25.96	23.97	26.42	35.18

1.2能源资源现状

煤炭供应依赖于市外调入，其进口煤矿主要供厦门本地及其周边发电厂使用，调入区域主要是国外的越南和印度尼西亚等东南亚国家、国内的北方主要产煤区及省内的龙岩。其主要运输途径为港口、高速公路和铁路等，大部分煤炭是通过海运方式调入，厦门市港口包括东渡港区、海沧港区、招银港区和翔安港区；少量煤炭从省内通过公路和铁路调入。基础设施条件改善供应能力不断提升，供应问题已不突出。

厦门市没有石油矿藏，生产成品油的能力较低，所需成品油几乎全部从外地调进，主要依靠管道输送，供应能力受到管道输送能力制约，本地储气设施欠缺也影响供应保障。

天然气供给主要是新店燃气电厂直供LNG和华润燃气有限公司供应管道燃气，2015年新店燃气电厂用气量为2.52亿立方米，华润管道燃气供气量约2.45亿立方米/年。目前天然气供应较充足。

电力供应方面，厦门市本地发电总体保持稳定，年均发电量为99.12亿千瓦时；网供用电量和地区外调电力总量均呈上涨趋势，同比增长率则有所下降。电源方面，到2015年底全市电源总装机2268 MW，其中主力电源为嵩屿电厂（4×300 MW）和东部燃气电厂（2×393 MW），接入220千伏电网。

由于厦门的地域、资源限制，不适合发展火电、核电、水电、风电等能源项目，对于可再生能源的利用主要集中在太阳能光伏发电和垃圾发电上。

图1 厦门市能源体系一张图

2  基于LEAP模型的能源需求预测及结构分析
2.1模型概述

城市能源消耗的主要影响因素包括人口增长、经济发展、技术进步、资源状况及环境约束等。由斯德哥尔摩环境研究所开发的LEAP模型（长期能源替代规划系统）被广泛运用于能源规划中。LEAP模型包括3个核心模块，即能源供给、能源转换和终端能源需求模块（图2），LEAP提供了一个灵活的建模框架，允许研究人员综合考虑多种因素对未来能源状况进行预测，并且具备情景分析功能。

图2 LEAP 模型结构

情景是对事物可能的未来发展态势的描述，包括了对未来态势基本特征的定性和定量描述，以及各类态势出现可能性的描述。基于“情景”的概念所发展的情景分析方法，就是通过构建未来的可选择情景，分析其可能导致的结果，以调整发展策略，服务于决策。本文构建了3种情景：惯性情景，战略情景，强化节能情景。在惯性情景中，能源利用偏重经济性，能源效率提高缓慢或者停滞，清洁能源替代率不高，能源政策对环境保护和气候变化关注较小；在战略情景中，能源效率得以提升，对节能减排和可持续发展将持续关注，环境约束可能进一步加强，该情景的发生可能性最大；而在强化节能情景中，能源效率、清洁能源替代率、环境约束、政策对环境保护的偏重将会进一步增大，并且付出更大努力以达到节能减排。情景设置中，宏观社会经济参数均为外生变量，即在各种情景下这些参数均相同。

2.2能源发展情景参数设置

本次采用LEAP模型作为工具，以2015年为基期，综合考虑经济活动、环境约束、政策措施影响和技术水平进步等多种因素，对厦门市能源活动进行中长期预测和规划。在进行终端需求模拟中，将厦门市的能源需求分成家庭、交通、农业、工业、建筑业、服务业6个部门进行模拟，能源转换部门以发输电为对象（表2）。基本原理是以各年份GDP和人口作为主要驱动因素，对各部门活动水平和能耗强度分别进行核算后加总得到厦门市的总能耗；在能源供给和转换建模中，考虑了各种发电方式及其未来变化。

表2 能源需求部门和转换部门

*各个部门数据通过统计年鉴和部门调研获取，因数据繁多，篇幅有限，不再赘述，本文只展示模型框架架构

社会经济参数作为外生变量，在各个情景中的参数值相同，建模中各项参数具体数值设置如表3

表3 宏观社会经济参数设置

GDP采用2015年可比价计算

2.3能源需求预测结果

通过LEAP模型运算后，获得厦门市从2015至2050年的能源需求，图3为三种情景下的能源需求情况，厦门市未来能源需求将持续增长，主要分为两个阶段：转型过度期（2016~2040年），绿色高效期（2040年以后）。规划情景的远景能源需求量为3533.8万吨标准煤；惯性情景较高，为4721.7万吨标准煤，强化节能情景较低，为2861.6万吨标准煤。本次按规划情景进行数据分析。

图3 不同情景下的能源需求预测

从不同能源品种角度来看，外调电力和油品所占比重最高，且增长速度较快，在规划情景中，两种能源至2050年分别达到2264.9万吨标准煤和758.1万吨标准煤，分别占64.1%和21.5%。工业电气化对电力增长的贡献最大，其次是家庭部门和服务业部门；而油品需求量快速增长的主要原因是交通出行需求的增长。天然气的使用量也将持续增长，2050年天然气需求量为416.2万吨标准煤，占比11.8%。而煤炭的使用量则持续下降，远景2050年需求量为77.9万吨标准煤，占比仅为2.2%（表4）。

表4 厦门市基准年和规划各期能源消费量及其结构

图4 不同情景下的分能源品种需求预测

从不同部门能源需求的角度来看，受到人口和社会经济增长对生活生产活动能源需求的驱动，家庭部门和交通部门能源需求量增长最快，且后者所占比重最高，分别增长了5.1和1.6倍，占比分别为25.2%和29.5%；工业部门远景能源需求占比为28.9%，增长较快，相比基准年增加了1.5倍；服务业占比13.9%，期间上升了2.1倍；其他行业占比较低。

图5 不同情景下的分部门能源需求预测

3  结论

本文利用LEAP模型建立厦门市2015-2050能源需求预测模型，预测厦门市能源发展的不同阶段，研究发现:

（1）2040年以前能源需求仍较快速增长属于转型过渡期，2040年后能源需求平缓进入绿色高效期。

（2）家庭、服务业和交通为能源消费较快的部门，而随着城市的发展，能源结构重点需要在外调电力和天然气方向加强。

本次研究根据能源需求和结构预测，寻找各品种能源供应潜力与需求之间的差距，可望在城市能源规划理念创新方面提供理论基础，也能为其他城市政府制定实施能源战略规划提供案例参考。

参考文献

[1]厦门市城市规划设计研究院,中国科学院城市环境研究所.厦门市能源发展战略规划[R].2017.

[2]曹斌,林剑艺,崔胜辉,唐立娜. 基于LEAP的厦门市节能与温室气体减排潜力情景分析[J].生态学报,2010,12:3358-3367.

[3]周健,崔胜辉,林剑艺,李飞.基于LEAP模型的厦门市交通能耗及大气污染物排放分析[J].资源科学与技术,2011,34（11）:164-170.

[4]陈睿,饶政华,刘继雄,谌盈盈,廖胜明.基于LEAP模型的长沙市能源需求预测及对策研究[J].资源科学,2017,39（3）:482-489.

[5]顾朝林,谭纵波,刘宛,等.气候变化、碳排放与低碳城市规划研究进展[J].城市规划学刊,2009,3:38-45.  

作者

黄毅贤，厦门市城市规划设计研究院，设计人员

王永强，厦门市城市规划设计研究院，主任工程师

张远取，厦门市城市规划设计研究院，设计人员

张朝晖，厦门市城市规划设计研究院，设计人员

章健强，厦门市城市规划设计研究院，设计人员

以上好文分享！

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关键词：LEAP 能源规划 Lea EAP 厦门市