張雅京 中日友好環(huán)境保護(hù)中心

一、研究目的與意義

（一）研究目的

本文以城市交通系統(tǒng)的能耗特征為基礎(chǔ)，探討有關(guān)交通政策碳減排潛力評價與城市交通系統(tǒng)能源消耗模型，通過比較分析國內(nèi)外能源與交通系統(tǒng)能耗模型，為建設(shè)城市交通系統(tǒng)能源消耗與有關(guān)能源政策評價模型提供基礎(chǔ)理論依據(jù)，旨在分析當(dāng)前城市交通系統(tǒng)的能源消耗和今后城市交通發(fā)展過程中所需能源需求，以及相關(guān)能源政策碳減排潛力內(nèi)因。探索更有效和更具針對性的現(xiàn)代城市交通清潔能源發(fā)展對策，為政府及相關(guān)決策制定機(jī)構(gòu)設(shè)計與實(shí)施合理的城市交通發(fā)展規(guī)劃及發(fā)展“綠色生態(tài)城市”提供有價值的建議與參考，以及科學(xué)有效的決策依據(jù)。

目前我國關(guān)于計算城市交通系統(tǒng)能源消耗方面的理論文章與系統(tǒng)分析方法相對較少，且現(xiàn)階段經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)城市頒布實(shí)施的大部分交通政策基本為定性描述，關(guān)于定量的分析較少。本文旨在探索解決城市內(nèi)部交通系統(tǒng)能源消耗較為全面的科學(xué)計算方法，從節(jié)能潛力、碳減排的角度來定量分析、評價各政策的實(shí)施效果，為政府科學(xué)、合理制定城市交通系統(tǒng)有關(guān)能源政策提供決策參考。

（二）研究意義

現(xiàn)階段國內(nèi)大多數(shù)地區(qū)對節(jié)能、低碳清潔交通的發(fā)展正處于摸索階段，對于推動綠色交通體系建設(shè)，發(fā)展綠色交通的側(cè)重點(diǎn)及能耗、控制二氧化碳、氮氧化物等溫室氣體的排放指標(biāo)并沒有一套全面、科學(xué)地標(biāo)準(zhǔn)可以參考，且有關(guān)交通政策對社會、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境的影響難以定量化預(yù)測。本文通過城市交通能源結(jié)構(gòu)、能源消耗及需求定量分析預(yù)測，且這種預(yù)測而不僅僅限于單一交通方式，目前只是針對公路部分進(jìn)行分析和預(yù)測，沒有將城市交通作為一個有機(jī)統(tǒng)一的整體進(jìn)行科學(xué)合理的預(yù)測分析，并不足以應(yīng)對當(dāng)前的嚴(yán)峻形勢，進(jìn)行城市交通政策的能源消耗與碳減排潛力的評價研究工作，為綠色交通、生態(tài)環(huán)保與可持續(xù)發(fā)展城市建設(shè)提供科學(xué)有效的技術(shù)支持和科學(xué)決策幫助。

二、我國交通部門能源消耗現(xiàn)狀

雖然我國當(dāng)前能源消費(fèi)量連續(xù)五年減緩增長，但仍然占比全球能源消費(fèi)增長量的四分之三。我國在2008年全年能源消費(fèi)總量共計28.5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，同比比2007年能源消費(fèi)總量增長了4%。單從行業(yè)消費(fèi)的角度來看，所占比重較大的為交通運(yùn)輸。高速經(jīng)濟(jì)增長隨之而來的是城市交通及相關(guān)領(lǐng)域的高能源消耗，而高能源消耗恰恰對有限的資源是一個嚴(yán)峻地挑戰(zhàn)，與此同時，交通系統(tǒng)溫室氣體的高排放量對生態(tài)環(huán)境也是一項(xiàng)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。預(yù)計到2020年，全國用油量的50%將被城市交通運(yùn)輸業(yè)耗油量占據(jù)，屆時我國石油對外依存度將達(dá) 60%。因此，作為石油能源消耗的主要需求大國，降低城市交通運(yùn)輸系統(tǒng)的能源消耗，對于減少全社會能耗，提高資源使用效率，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，將產(chǎn)生積極而深遠(yuǎn)的影響。

20世紀(jì)60年代中期，隨著對石油進(jìn)口的依賴度越來越高，各國政府高度重視能源供應(yīng)安全的問題，與此同時，能源使用帶來的環(huán)境問題越來越嚴(yán)重，全球?qū)δ茉吹年P(guān)注重點(diǎn)逐漸從如何推動經(jīng)濟(jì)發(fā)展領(lǐng)域轉(zhuǎn)向可持續(xù)發(fā)展領(lǐng)域，基于此各國開發(fā)了一系列有關(guān)能源規(guī)劃和預(yù)測能源供給、需求的能源消耗預(yù)測模型。根據(jù)模型的特點(diǎn)和建模方法基本可以分為三種類型：

（一）宏觀經(jīng)濟(jì)型模型——自上而下能源模型

自上向下能源模型(Top-down Model)。該模型是在經(jīng)濟(jì)學(xué)模型基礎(chǔ)上，通過能源價值、經(jīng)濟(jì)彈性為主要經(jīng)濟(jì)指數(shù)，集中表現(xiàn)其與生產(chǎn)能源和消費(fèi)能源之間的關(guān)系，主要適用于宏觀經(jīng)濟(jì)和能源政策及相關(guān)規(guī)劃分析方面的研究。該模型較為典型代表是CGE模型，該模型是基在一般均衡理論的模型（Ceomputational General EquilibriumMode）的基礎(chǔ)上進(jìn)行研發(fā)。20世紀(jì)年代末，瑞典經(jīng)濟(jì)學(xué)院于研發(fā)了一般均衡能源CGE模型，該模型于 20世紀(jì)80年代末發(fā)展完善并建立了能源境-經(jīng)濟(jì)CGE模型，作為自上而下模型的代表，該模型主要分析預(yù)測和模擬經(jīng)濟(jì)發(fā)展與能源、環(huán)境之間的相互內(nèi)在關(guān)聯(lián)。CGE模型的適用研究對象為能源環(huán)境、能源相關(guān)經(jīng)濟(jì)貿(mào)易以及規(guī)劃政策等方面的分析評價，在分析各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)政策與能源政策、環(huán)境政策的實(shí)施效果方面具有優(yōu)勢。

計量經(jīng)濟(jì)模型是由日本于同時代中期研發(fā)，該模型主要從自上而下尺度設(shè)計，主要評估分析國家和地區(qū)能源消費(fèi)、國內(nèi)生產(chǎn)總值等國家宏觀經(jīng)濟(jì)尺度的參數(shù)，在此基礎(chǔ)上分析能源政策以及能源相應(yīng)的價格，對能源消費(fèi)和使用的影響。除此之外，較為典型其它該類別典型模型還有于1993開研究發(fā)的一般均衡環(huán)境Green模型、OECD模型，德國斯圖加特大學(xué)能源經(jīng)濟(jì)與能源效率研究所于1996年研發(fā)的區(qū)域乃至整體的一般均衡系統(tǒng)應(yīng)用模型（NEWAGE），歐盟在1993年開發(fā)的Global2100模型，本世紀(jì)初日本研發(fā)的3ES模型，以及20世紀(jì)80年代歐盟聯(lián)合開發(fā)的宏觀部門投入產(chǎn)出HERMES模型、溫室氣體排放預(yù)測與政策分析模型EPPA、GLOBAL、溫室氣體減排政策地區(qū)與全球影響評價MERGE模型等等。這一類別的模型能夠很好地反映宏觀經(jīng)濟(jì)部門之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，但與技術(shù)相關(guān)的環(huán)境和資源約束成本等無法在模型中得到有效反饋。綜觀自上而下這類模型，總體來看其在對市場體系比較完善的宏觀經(jīng)濟(jì)體進(jìn)行模擬則更有優(yōu)勢。

（二）能源工程型模型——自下而上能源模型

自下而上模型(Bottom-up Model)。主要在工程技術(shù)模型的基礎(chǔ)上，對以能源生產(chǎn)和能源消費(fèi)過程中所使用的技術(shù)作為基礎(chǔ)，進(jìn)行仿真和詳細(xì)描述，且對生產(chǎn)方式、能源消費(fèi)為主進(jìn)行供需預(yù)測和生態(tài)環(huán)境影響分析的模型。主要包括仿真和優(yōu)化模型，優(yōu)化模型最具代表性的包括以國際能源組織（IEA）為核心開發(fā)的模型MARKAL、歐盟研發(fā)的模型EFOM、日本國立研究所（NIES）研發(fā)的技術(shù)模型AIM、國際應(yīng)用系統(tǒng)分析研究所（IIASA）研發(fā)的模型MESSAGE等；仿真模型的典型代表，是由瑞典斯德哥爾摩環(huán)境研究所研發(fā)的LEAP政策模擬仿真模型，該模型是基于情景分析的能源-環(huán)境模型，目前得到廣泛應(yīng)用。自下向上模型當(dāng)前主要有兩大開發(fā)方向：一是以消費(fèi)、能源需求為分析作為對象，詳細(xì)分析計算各部門能源消耗；二是以能源轉(zhuǎn)換、供應(yīng)為中心，以分析高效能源技術(shù)引入和其實(shí)施效果為目標(biāo)的模型，此類模型典型代表為EFOM模型和MARKAL模型。

“終端能源消費(fèi)模型”是因人類活動變化所引起的能耗強(qiáng)度和能耗水平變化的模型。法國的LEAP模型和MEDEE模型是這類模型的典型代表。除此之外，其它具有代表性的自下而上模型還有：1996年由美國馬薩諸塞技術(shù)研究所研發(fā)的氣體污染物排放預(yù)測與政策分析EPPA Model模型等。

LEAP（Long-range Energy Alternatives Planning system）模型以能源消費(fèi)、能源需求和環(huán)境影響為研究對象，通過數(shù)學(xué)模型來預(yù)測各部門的能源消費(fèi)、能源需求及環(huán)境影響的靜態(tài)能源經(jīng)濟(jì)環(huán)境模型。該模型作為“終端能源消費(fèi)模型”的典型代表，可成功的對能源消費(fèi)系統(tǒng)進(jìn)行仿真。總體來看，LEAP已有研究目前已相對較多，但現(xiàn)階段研究尺度一般都較大，且研究多數(shù)集中于一個或某幾個能源部門，而從整個城市交通系統(tǒng)角度出發(fā)對城市交通系統(tǒng)內(nèi)部各個組成部門進(jìn)行能源消耗和節(jié)能減排潛力的分析研究相對較少。

日本國立環(huán)境研究所（MES）于1994年研究開發(fā)AIM模型是能源終端消費(fèi)模型。該模型主要對人類活動引起的溫室氣體排放，大氣中溫室氣體增加引起的氣候變化，以及氣候變化對生態(tài)環(huán)境、社會經(jīng)濟(jì)的影響進(jìn)行全面綜合分析。因此，該模型也通常用來評價應(yīng)對地球變暖各種對策的實(shí)施效果。

創(chuàng)立于 20世紀(jì) 70年代末的MARKAL模型，是以技術(shù)為支撐的能源分配長期動態(tài)線性規(guī)劃模型。該模型被廣泛應(yīng)用于37個國家的77個研究機(jī)構(gòu)中。MARKAL模型作為能源系統(tǒng)模型主要用于研究國家層級或地區(qū)層級的能源政策和規(guī)劃分析。

此類模型的優(yōu)勢在于將能源的技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性、利用效率、及環(huán)境排放水平等一系列信息納入至模型中，值得注意的是該類模型忽略了和缺乏經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)內(nèi)部的反饋關(guān)系。此外，低碳經(jīng)濟(jì)的研究中也是借鑒了系統(tǒng)動力學(xué)模型的強(qiáng)大系統(tǒng)仿真能力應(yīng)用于模型的研究中，可持續(xù)發(fā)展類研究經(jīng)常使用該類模型，現(xiàn)階段成功應(yīng)用到能源政策、能源規(guī)劃和低碳城市相關(guān)政策中去。

（三）混合模型

混合模型是指從能源開采到能源最終使用全生命周期過程中對整體能源系統(tǒng)的預(yù)測和情景模擬的模型。此類模型囊括了自上而下的宏觀經(jīng)濟(jì)模型和自下而的能源供應(yīng)及需求模型兩種模型。它整合了以上兩種模型的優(yōu)點(diǎn)，具體而言，混合模型主要通過自上而下的方式作為數(shù)據(jù)獲取的主要方式，同時，輔以自下而上模型作為補(bǔ)充，分析內(nèi)部要素。這兩種方法互相協(xié)調(diào)，補(bǔ)充完善。最終對碳排放及能源消耗的計算結(jié)果更趨向客觀準(zhǔn)確，所分析數(shù)據(jù)的來源更加全面廣泛?；旌夏Ｐ蛧H上最具有代表性的是美國NASA和WEC開發(fā)的動態(tài)線性規(guī)劃能源-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境模型 (NASA- WECE3模型)，EIA/DOE研發(fā)的能源經(jīng)濟(jì)區(qū)域模型(NEMS模型)，以及歐盟TEEM計劃JOULE研究組開發(fā)的研究能源預(yù)測和規(guī)劃的能源經(jīng)濟(jì)模型(MIDAS模型)。

截止目前，國外對于城市交通領(lǐng)域能源消耗和碳減排的研究，各類模型已運(yùn)用成熟，城市交通系統(tǒng)領(lǐng)域的能源消耗和碳減排模型我國目前仍處于探索階段，案例較少，且主要采用MAKLE、AIM模型等，除此之外大都采用MAKLE、AIM、因素分解等模型。國內(nèi)學(xué)者碳排放分析研究主要集中在碳排放與能源結(jié)構(gòu)演進(jìn)、碳排放與經(jīng)濟(jì)增長演進(jìn)等方面的關(guān)系，而對于城市交通產(chǎn)生碳排放基礎(chǔ)的內(nèi)部各要素之間相互影響和相互作用的研究尚未取得突破性進(jìn)展。

三、國內(nèi)外交通能源消耗與碳減排研究特點(diǎn)和存在問題

綜上，國內(nèi)外城市交通系統(tǒng)能源消耗與碳減排研究領(lǐng)域存在以下的特點(diǎn)和問題：

1.CGE模型、LEAP模型和MARKAL模型等以大量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的綜合模型，在能源規(guī)劃和低碳能源相關(guān)對策研究中的應(yīng)用愈來愈廣泛，最近投入產(chǎn)出模型、系統(tǒng)動力學(xué)模型也被引入到能源政策和低碳對策研究中，是對能源規(guī)劃、能源消耗和溫室氣體減排模型分析新方向的有意義的探索。

2.現(xiàn)階段城市交通系統(tǒng)領(lǐng)域碳減排研究大部分采用AIM模型分析法、相關(guān)性分析法，交通系統(tǒng)能耗主流研究方法多采用指數(shù)分析法，但在產(chǎn)生碳排放內(nèi)部關(guān)鍵要素之間的相互作用與關(guān)聯(lián)，以及未來需求預(yù)測和潛在影響分析研方面的究尚未取得令人滿意的成果；當(dāng)前，基于 Leap模型的能源消耗、碳減排潛力、遠(yuǎn)期能源替代相關(guān)政策的研究已成為目前國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。