【LEAP模型】能源环境发展、碳排放建模

news2024/10/6 16:23:15

本次内容突出与实例结合,紧密结合国家能源统计制度及《省级温室气体排放编制指南》,深入浅出地介绍针对不同级别研究对象时如何根据数据结构、可获取性、研究目的,构建合适的能源生产、转换、消费、温室气体排放(以碳排放为主)预测模型并设计情景以量化不同低碳化能源发展政策效果,并且采用蒙特卡洛法进行预测结果的不确定性分析。结合软件自带例子,对关键部门及重点关注技术,如能源结构清洁转型、重点领域如工业、交通节能减排降耗、新能源发电系统及发电成本最优化、区域碳达峰碳中和实现路径设计及政策评估等,进行了重点解析示范。涵盖范围广,理论深度强,紧密结合理论与操作,有助于学员快速掌握模型使用并可灵活套用于自身研究中。大纲的设置主要围绕下述体系来设计理论知识与上机操作步骤,通过逐一环节的讲解与实际操作,达到本次培训的目的,实现既定目标。

【原文链接】: 基于LEAP模型的能源环境发展、碳排放建模预测及不确定性分析


【方式】:在线 +永久回放+长期答疑群辅助+全套课件资料

【本课程为基础到进阶完整教学,有无基础均可学习】

【目标】:

  1. 掌握LEAP软件操作基础流程

  1. 掌握不同能源系统数据核算及能源现状评价

  1. 掌握应用多种数据处理方法以测算模型输入数据预测年内变化情况

  1. 掌握LEAP软件构建基本的能源需求及供应分析模型

  1. 掌握LEAP软件构建细化的能源需求情景分析模型

  1. 掌握LEAP软件对情景进行成本效益分析、对非能源活动的温室气体排放进行分析

  1. 掌握LEAP软件构建交通部门减排模型

  1. 掌握LEAP软件预测结果不确定分析

【教学特色】:

  1. 原理深入浅出的讲解,强调原理的重要性;

  1. 技巧方法讲解,提供课程配套的完整教材数据及提供长期回放;

  1. 与项目案例相结合,更好的对接实际工作应用;

  1. 跟学上机操作、独立完成案例操作练习、全程问题跟踪解析;

  1. 结束后专属助学群辅助巩固学习及实际工作应用交流,不定期召开线上答疑;

【内容介绍】:

《 第一章、LEAP建模理论基础 》:

  1. 能源需求及碳排放预测方法【理论学习】:

  • 能源系统工程基础理论及典型研究内容

  • 典型能源需求及碳排放预测方法和模型

  • LEAP模型计算原理

能源需求为活动水平和活动强度之积:

其中【ED】是总的能源需求量,【AL】是活动水平,【EI】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【ET】是总的温室气体排放量,【AL】是活动水平(能源消费量或者工业产出),【EMI】是排放因子;i,j 和 k分别代表不同的部门、设备和燃料。

  1. LEAP软件操作基础(基础操作)【理论学习】

  • LEAP软件安装与注册

  • LEAP软件设置、主要模块及基本操作

  • LEAP软件模型构建基本原理和数据结构

  1. 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. 能源及碳排放数据获取方式

  • 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。

  • 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。

  • 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。

第二章、基于LEAP模型的能源需求预测模型构建 》:

  1. 结合情景分析法的基本能源需求预测模型构建

  • 需求模块主要功能和计算方法

  • 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

  • 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)

  • 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

  • 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

  1. 不同部门、情景下的细化需求侧模型构建

  • 细化需求侧部门模型:工业、交通及商业建筑

  • 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

  1. 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

  1. 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

  1. 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

《第三章、基于LEAP模型的能源供应预测模型构建 》 :

  1. 结合情景分析法的基本能源供应预测模型构建

  • 能源供应转换模块主要功能及计算方法

  • 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

  • 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

  • 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

  • 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

  1. 不同能源品种、情景下的细化供应侧模型构建

  • 细化能源转换模型:木炭生产、电力、炼油和煤炭开采

  • 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)

  • 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

  • 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

  • 煤炭开采

模拟本地能源开采

煤炭开采能力、煤矿厂效率

  • 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

  • 逐年、逐情景能源系统图、能源平衡表分析比较

《 第四章、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 》:

  1. 结合情景分析法的基本排放预测模型构建

  • 排放模块主要功能和计算方法

  • 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

  • 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

  • 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

  1. 结合情景分析法的非能源来源排放预测模型构建

  • 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

  • 案例整体描述及基础参数设置

  • 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

  • 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

  • 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

《 第五章、基于LEAP模型的能源需求及碳排放预测实例示范 》:

  1. 基于LEAP的典型能源输入型城市能源需求预测实例操作

  • 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。

  • 基年能流图绘制

  • 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)

  • 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

  • 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

  1. 基于GREAT模型的省市一级能源政策分析和排放评估示例

  • 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

  • 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

  • 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

  • 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

  • 情景设计及结果分析

  1. LEAP用于碳达峰预测注意事项

  • 省级温室气体排放编制指南解读

  • 省级温室气体排放排放部门划分与能源消费统计的区别

  • 排放因子和折标煤系数统一

  • 碳排放强度、减排空间、非化石能源占比等指标设定

《 第六章、 LEAP模型成本效益分析专题 》:

  1. 基于LEAP模型的成本效益分析简介

  • 成本计算方法和分类

预测年限内需求、转换、一次能源及输入能源、外部环境中所有成本

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

  • 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

  1. 示例整体描述

  • 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

  1. 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

  1. 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

《第七章、 LEAP模型交通运输及碳排放专题 》:

  1. 基于库存周转率法的交通部门建模

  • 库存周转率法含义及使用

销售量

库存量

  • 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

  1. 示例整体描述

  • 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)

  • 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

  • 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

  • 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

  • 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)

  • 结果分析

《 第八章、LEAP模型电力系统优化专题 》:

  1. LEAP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

  1. 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

  • 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

  • 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

  • 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

  • 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

  • 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

  1. 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

  1. 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

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