淺析某市溫室氣體排放系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)
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重慶市溫室氣體排放系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究
中國(guó)是世界上溫室氣體排放增長(zhǎng)最為迅速的國(guó)家，2001-2006年間中國(guó)的碳排放增長(zhǎng)了近兩倍。城市作為人類生產(chǎn)和生活的中心，在經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中起著舉足輕重的作用，其人均能耗是農(nóng)村地區(qū)的3.5倍，超過(guò)75%的溫室氣體從城市產(chǎn)生［1］。因此，在全球氣候變暖和快速城市化的背景下，開(kāi)展城市溫室氣體減排研究十分迫切。
系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型作為一種綜合的仿真模型，適用于模擬能源部門間的供給與消費(fèi)關(guān)系，并實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、技術(shù)進(jìn)步、環(huán)境排放等諸多因素相互作用的因果影響，在對(duì)能源供應(yīng)和需求技術(shù)詳細(xì)表述的基礎(chǔ)上，通過(guò)外生的情景假設(shè)驅(qū)動(dòng)，有效協(xié)調(diào)人口、經(jīng)濟(jì)、資源與環(huán)境間的復(fù)雜動(dòng)態(tài)反饋問(wèn)題。因此，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型已廣泛應(yīng)用于國(guó)家、區(qū)域或城市以及行業(yè)等多尺度下能源消費(fèi)、供需調(diào)控、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、溫室氣體排放與管理的綜合研究中。
國(guó)家層面：李明玉［2］和宋世濤等［3］都對(duì)國(guó)家尺度能源供給與消費(fèi)的供需關(guān)系進(jìn)行了系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模的綜述與分析，就影響國(guó)家能源供需關(guān)系的子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和過(guò)程模擬進(jìn)行闡述。朱勤等［4］建立分析人口-消費(fèi)-碳排放的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型, 對(duì)人口發(fā)展、經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、居民消費(fèi)及碳排放進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真，定量考察未來(lái)人口發(fā)展與居民消費(fèi)對(duì)碳排放的影響，量化人口發(fā)展與居民基本生活需求的合理碳排放空間。秦鐘［5］等人運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型分析了GDP增長(zhǎng)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與能源消費(fèi)總量及煤炭、石油、天然氣、水電消費(fèi)量之間的關(guān)系，并在此基礎(chǔ)上對(duì)中國(guó)能源需求和CO2排放量進(jìn)行預(yù)測(cè)。Guan等人［6］在結(jié)合生產(chǎn)、生活、碳捕捉與封存和能源利用效率綜合考慮的基礎(chǔ)上，基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)原理模擬不同政策和技術(shù)條件下中國(guó)未來(lái)20年CO2排放的變化趨勢(shì)，并提出大力發(fā)展碳捕捉與碳封存技術(shù)是未來(lái)減排的最有效方式。 思想?yún)R報(bào) /sixianghuibao/
區(qū)域城市層面：Li和Huang等人［7-9］構(gòu)建了能源規(guī)劃利用與溫室氣體排放的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型，以反映不確定條件下能源可持續(xù)利用與碳減排程度的綜合實(shí)現(xiàn)效果，并將該模型應(yīng)用到加拿大Waterloo市的能源管理與決策分析中。周賓等［10］基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法，構(gòu)建甘南藏族自治州區(qū)域累積碳足跡模型并仿真，研究區(qū)域的累積碳足跡演替情況。由此可見(jiàn)，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)為研究能源經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)內(nèi)CO2排放的動(dòng)態(tài)模擬仿真，提供了科學(xué)可行的分析工具。李瑋和楊鋼［11］以能源富集區(qū)中國(guó)山西省為研究對(duì)象，運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法構(gòu)建能源消費(fèi)系統(tǒng)的區(qū)域子系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展動(dòng)力學(xué)模型，通過(guò)模擬調(diào)控得出該省能源消費(fèi)科學(xué)發(fā)展的最佳方案。吳建新［12］提出獨(dú)立區(qū)域凈碳排放的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，以簡(jiǎn)潔綜合的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)需求綜合估算碳排放量，并在天津?yàn)I海新區(qū)的案例研究中得到與事實(shí)比較貼近的仿真結(jié)果。
部門行業(yè)層面：Stepp等人［13］評(píng)估美國(guó)交通部門溫室氣體減排政策的成效，在考慮政策行動(dòng)的直接反饋以外，也兼顧復(fù)雜的社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)產(chǎn)生的間接影響。Anand等人［14］開(kāi)發(fā)了印度水泥工業(yè)二氧化碳排放系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，并綜合考慮了人口穩(wěn)定增長(zhǎng)、公寓節(jié)能和水泥生產(chǎn)工藝結(jié)構(gòu)管理的政策選擇對(duì)CO2減排影響。此外，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的研究方法還在廢棄物處置、畜牧林業(yè)、工業(yè)等多個(gè)部門的CO2排放核算中得到應(yīng)用［15-21］。
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由此可以看出，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真模擬是綜合研究復(fù)雜能源供需系統(tǒng)關(guān)系，模擬溫室氣體排放研究的有效手段，能夠?yàn)榭茖W(xué)、合理的預(yù)測(cè)與保障能源供給、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展和溫室氣體減排提供參考依據(jù)，對(duì)實(shí)現(xiàn)地區(qū)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。同時(shí)，能源消費(fèi)與溫室氣體排放的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究在城市和行業(yè)雙重層面的考慮下，目前研究還不夠系統(tǒng)全面，對(duì)城市的能源消費(fèi)與排放只有通過(guò)多行業(yè)完整的解析過(guò)程才能達(dá)到完整與接近現(xiàn)實(shí)，這也是本研究的出發(fā)點(diǎn)。
本文選擇重慶作為案例城市。作為中國(guó)西部地區(qū)唯一的直轄市，重慶是全國(guó)統(tǒng)籌城鄉(xiāng)綜合配套改革試驗(yàn)區(qū)，在促進(jìn)區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展和推進(jìn)改革開(kāi)放大局中具有重要的戰(zhàn)略地位。與地處東部、經(jīng)濟(jì)相對(duì)發(fā)達(dá)的城市相比，在重慶這類老工業(yè)基地探索低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展與低碳城市建設(shè)的實(shí)現(xiàn)模式對(duì)于廣大西部地區(qū)具有較強(qiáng)的示范意義。而低碳城市的發(fā)展要求對(duì)城市溫室氣體排放進(jìn)行定量核算，制定城市溫室氣體排放清單，掌握溫室氣體排放結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。本研究通過(guò)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法，對(duì)城市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展因素和溫室氣體排放間的響應(yīng)關(guān)系進(jìn)行梳理與動(dòng)態(tài)模擬，并預(yù)測(cè)重慶市未來(lái)溫室氣體排放量趨勢(shì)，從而對(duì)未來(lái)重慶市發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)和低碳城市建設(shè)進(jìn)行情景分析和評(píng)價(jià)，最終提出相應(yīng)減排依據(jù)和政策措施。 簡(jiǎn)歷大全 /html/jianli/
1 重慶市溫室氣體排放模型構(gòu)建
1.1 模型邊界與建模目的
本研究將溫室氣體排放的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型邊界確定為重慶市行政區(qū)域范圍內(nèi)，綜合考慮包括重慶市行政區(qū)域內(nèi)部的能源消費(fèi)（不包括火力發(fā)電導(dǎo)致的氧化亞氮的排放）、工業(yè)部門非能源消費(fèi)、農(nóng)牧業(yè)過(guò)程、廢棄物處置過(guò)程、碳匯等過(guò)程的社會(huì)-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)及其內(nèi)部變量對(duì)能源消費(fèi)產(chǎn)生的影響以及由此產(chǎn)生的溫室氣體排放。根據(jù)重慶歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和未來(lái)發(fā)展目標(biāo)、規(guī)劃確定模型參數(shù)，并采用STELLA軟件進(jìn)行如下仿真：①模擬重慶市2011-2020年間溫室氣體排放系統(tǒng)主要變量動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)；②調(diào)控模型決策變量并進(jìn)行模擬，了解不同政策情景對(duì)溫室氣體排放的影響。
1.2 模型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析
將重慶市溫室氣體排放系統(tǒng)分為能源供給、能源消費(fèi)、溫室氣體排放、經(jīng)濟(jì)、人口、碳匯六個(gè)子系統(tǒng)。這六個(gè)子系統(tǒng)間相互聯(lián)系、相互影響，形成因果反饋關(guān)系。各子系統(tǒng)影響關(guān)系見(jiàn)圖1所示。
圖1 重慶市溫室氣體排放各子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)關(guān)系圖
Fig.1 Structural relationship among different subsystem of
greenhouse gases emission in Chongqing City 作文 /zuowen/
由圖1可以看出能源供應(yīng)子系統(tǒng)和能源需求子系統(tǒng)是模型的兩大主體，CO
