1 引言

 

  能源是人類進(jìn)行生產(chǎn)活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，其開(kāi)發(fā)利用水平和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展程度，直接關(guān)系著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、生態(tài)環(huán)境的保護(hù)和人民生活的質(zhì)量。江蘇省作為中國(guó)經(jīng)濟(jì)強(qiáng)省之一，近年GDP總量增長(zhǎng)率一直保持在10%以上。經(jīng)濟(jì)發(fā)展意味著能源消耗，“十一五”期間江蘇省每年一次能源消耗的平均增長(zhǎng)速度達(dá)到8.6%。不斷增長(zhǎng)的能源需求賦予節(jié)能減排不輕的壓力，以煤炭為主的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)是全球氣候變暖的主要推手。因此，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)的協(xié)同發(fā)展、保證經(jīng)濟(jì)社會(huì)與自然生態(tài)的和諧統(tǒng)一，分析能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、優(yōu)化能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)路徑、完成2020年碳減排目標(biāo)應(yīng)該成為江蘇省亟需解決的課題。

 

  目前學(xué)術(shù)界對(duì)江蘇省能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)開(kāi)展了大量的研究，并取得了不少的進(jìn)展。田立新等采用改進(jìn)的LMDI能源預(yù)測(cè)模型，分析了江蘇省能源消費(fèi)的驅(qū)動(dòng)因子，并利用情景分析法測(cè)算了江蘇省2020年的碳排放量[2]。王迪等研究了江蘇省能耗結(jié)構(gòu)的優(yōu)化問(wèn)題，測(cè)算了江蘇省能源消耗結(jié)構(gòu)的節(jié)能減排效應(yīng)，提出“高碳能源低度化、低碳能源高度化”的能源優(yōu)化策略，建議江蘇省未來(lái)應(yīng)該由以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)向煤炭的高效清潔利用與能源多元化相結(jié)合過(guò)渡[3]。趙健強(qiáng)等利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法分析了“十二五”期間碳排放約束下江蘇省的能源結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)和優(yōu)化，認(rèn)為目前江蘇省是以煤炭為主的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，應(yīng)在今后一段時(shí)間內(nèi)小幅提高油氣消費(fèi)的比例，同時(shí)根據(jù)不同地區(qū)的特點(diǎn)發(fā)展低碳能源[4]。謝乃明等構(gòu)筑灰色GM（1，1）模型與馬爾科夫預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移模型模擬并預(yù)測(cè)了江蘇省能源消費(fèi)總量和結(jié)構(gòu)，得出未來(lái)一段時(shí)期江蘇省的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)是煤炭比例快速下降、石油比例基本不變、天然氣與可再生能源比例迅速上升的結(jié)論。

 

  國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)碳夾點(diǎn)技術(shù)的運(yùn)用也做了不少的理論與實(shí)證研究。Crilly D.等正式提出了碳夾點(diǎn)分析法，并應(yīng)用于預(yù)測(cè)和規(guī)劃愛(ài)爾蘭電力行業(yè)能源的供需，為進(jìn)一步研究區(qū)域能源供應(yīng)和CO2減排目標(biāo)提供決策依據(jù)[6，7]。張改景等應(yīng)用碳夾點(diǎn)分析技術(shù)對(duì)區(qū)域建筑能源系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)分析，通過(guò)組合累積能阱-累積CO2排放量和累積能源-累積CO2排放量曲線確定各個(gè)情景下最小可再生能源用量、能源供給結(jié)構(gòu)及其對(duì)應(yīng)的CO2排放量[8]。胡曉岑等對(duì)湖北省2020年CO2排放限制下的能源結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，計(jì)算出最小低碳或零碳能源需求量及其對(duì)應(yīng)的CO2排放量，并把湖北省劃分成3個(gè)區(qū)域，確定出每個(gè)區(qū)域的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)[9]。趙立華等針對(duì)某地區(qū)的能源數(shù)據(jù)，運(yùn)用數(shù)學(xué)分析模型得到碳夾點(diǎn)，確定3種不同情景下的能源分配和碳排放限制量，從而優(yōu)化供應(yīng)系統(tǒng)。

 

  通過(guò)總結(jié)上述文獻(xiàn)不難發(fā)現(xiàn)，目前對(duì)江蘇省能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的研究主要集中在如何利用復(fù)雜數(shù)學(xué)模型預(yù)測(cè)并優(yōu)化能耗結(jié)構(gòu)，通過(guò)實(shí)證分析碳排放與能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的關(guān)系，對(duì)碳夾點(diǎn)技術(shù)的研究?jī)H停留在采用假設(shè)數(shù)據(jù)解釋其在能源結(jié)構(gòu)模型優(yōu)化的運(yùn)用的層面上，并無(wú)實(shí)證分析。利用碳夾點(diǎn)技術(shù)分析省際能源問(wèn)題的研究仍鮮見(jiàn)，基于碳夾點(diǎn)技術(shù)從行業(yè)角度定量?jī)?yōu)化能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的研究更是“空白”。

 

  利用碳夾點(diǎn)技術(shù)可求出各種化石燃料的使用量與最少清潔能源的消耗量，找到一種碳約束下科學(xué)分配資源的解決方案，從而優(yōu)化能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)；以能源結(jié)構(gòu)相關(guān)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過(guò)碳夾點(diǎn)技術(shù)可以逆向優(yōu)化能源消費(fèi)的碳排放約束目標(biāo)，從而制訂更合理的碳減排目標(biāo)。此外，用圖形法表示的碳夾點(diǎn)線性規(guī)劃模型（碳夾點(diǎn)圖解技術(shù)）在技術(shù)層面上比純數(shù)學(xué)模型擁有更加獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，可以使決策者更加清晰地分析問(wèn)題。因此，本文以江蘇省為研究對(duì)象，結(jié)合江蘇省的能源數(shù)據(jù)，應(yīng)用碳夾點(diǎn)圖解技術(shù)與情景模擬法研究2020年江蘇省碳排放約束下能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化問(wèn)題，為能源規(guī)劃部門制訂節(jié)能減排政策提供理論參考。

 

  2 碳夾點(diǎn)技術(shù)及其應(yīng)用

 

  英國(guó)曼徹斯特大學(xué)Bodo.Linnhoff 教授等于1982年在前人研究成果的基礎(chǔ)上提出了換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，并逐步發(fā)展成為化工過(guò)程能量綜合技術(shù)的方法論，即夾點(diǎn)技術(shù)。夾點(diǎn)技術(shù)是一種卓有成效的過(guò)程能量綜合（Process Integration）方法，是過(guò)程能量系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)、改造和降低能耗的成功技術(shù)[8]。夾點(diǎn)技術(shù)以熱力學(xué)為基礎(chǔ)，從宏觀角度分析過(guò)程系統(tǒng)中能量流經(jīng)溫度的分布，從中發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)及其用能瓶頸，進(jìn)而給以解瓶頸的一種方法[12]。碳夾點(diǎn)由夾點(diǎn)技術(shù)發(fā)展而來(lái)，它把工程應(yīng)用中的夾點(diǎn)分析思想應(yīng)用于優(yōu)化碳排放限制下區(qū)域的能源結(jié)構(gòu)[9]。Tan等提出了基于夾點(diǎn)的碳約束能源規(guī)劃方法，并首先將圖形夾點(diǎn)法用于分析碳約束的能源規(guī)劃問(wèn)題[13，14]，由可平移的能源曲線構(gòu)成線性規(guī)劃圖形法表示碳夾點(diǎn)，以此確定過(guò)程的最小低碳或零碳能源需求量。Uday V等統(tǒng)一了針對(duì)不同夾點(diǎn)技術(shù)的數(shù)學(xué)模型算法，使夾點(diǎn)技術(shù)的運(yùn)用更加廣泛。

 

  2.1 基于夾點(diǎn)的碳約束規(guī)劃

 

  碳夾點(diǎn)技術(shù)在優(yōu)化碳排放約束下區(qū)域能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)時(shí)需解決的主要問(wèn)題是：在某地區(qū)或企業(yè)內(nèi)，分析與規(guī)劃既定能源供給數(shù)量和能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的碳排放狀況；在碳排放與能源供給的約束下測(cè)算最小清潔能源數(shù)量及碳排放總量；根據(jù)各子區(qū)域的碳排放約束，在最少清潔能源數(shù)量全部消耗的條件下進(jìn)行子區(qū)域能源的分配。

 

  碳夾點(diǎn)技術(shù)的一般步驟如下：①分別計(jì)算行業(yè)的累積需求數(shù)量、能源的累計(jì)供給數(shù)量及對(duì)應(yīng)的累積碳排放量；②根據(jù)行業(yè)（能源）的碳排放系數(shù)大小，按照系數(shù)由小到大、首尾相連的順序分別繪制以累計(jì)能源需求量（供給量）為橫坐標(biāo)、對(duì)應(yīng)的累計(jì)碳排放量為縱坐標(biāo)的能源需求（供給）CO2 復(fù)合曲線，并將兩曲線聚合在同一坐標(biāo)系中，曲線上任意一點(diǎn)的斜率等于該點(diǎn)所在的需求（或供給）曲線表示的碳排放系數(shù)，優(yōu)化前的初始狀態(tài)設(shè)置清潔能源的數(shù)量為0；③在碳排放約束條件下適當(dāng)水平移動(dòng)能源供給曲線，直至與能源消費(fèi)曲線相切于最右邊的唯一交點(diǎn)，該點(diǎn)便是碳夾點(diǎn)，碳排與能源數(shù)據(jù)可以從坐標(biāo)軸上直接讀出，水平移動(dòng)的距離即為最少清潔能源需求量，此時(shí)的能源供應(yīng)既能平衡能源需求又可滿足碳排約束。夾點(diǎn)下方的行業(yè)通過(guò)提供清潔能源代替部分化石能源即能滿足能源需求的碳排放約束，而夾點(diǎn)上方的行業(yè)全部使用高碳排的能源也可滿足式（3）。夾點(diǎn)下方各行業(yè)使用全部高質(zhì)量、低污染的能源充分展示了碳夾點(diǎn)的分析價(jià)值，也使決策者可以把握整個(gè)區(qū)域的能源瓶頸。

 

  2.2 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

 

  嚴(yán)格意義上生物質(zhì)能等能源的碳排放系數(shù)并不為零，為簡(jiǎn)化分析本文統(tǒng)一將其歸為碳排放為零的清潔能源。綜合《中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒》與《江蘇省統(tǒng)計(jì)年鑒》的統(tǒng)計(jì)口徑，將江蘇省的產(chǎn)業(yè)分為農(nóng)林牧漁水利業(yè)、工業(yè)、建筑業(yè)、交通運(yùn)輸倉(cāng)儲(chǔ)及郵電通訊業(yè)、批發(fā)零售業(yè)及住宿餐飲業(yè)、其他行業(yè)等六大行業(yè)，其他行業(yè)包括居民生活消費(fèi)和除交通運(yùn)輸倉(cāng)儲(chǔ)及郵電通訊業(yè)、批發(fā)零售業(yè)及住宿餐飲業(yè)以外的其他第三產(chǎn)業(yè)。依據(jù)《中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒》分地區(qū)綜合能源平衡表的終端消費(fèi)量，把能源劃為煤炭、石油、天然氣及清潔能源四大類。

 

  2020年江蘇省各行業(yè)終端能源供需數(shù)據(jù)根據(jù)汪杏梅《江蘇省能源投入產(chǎn)出結(jié)構(gòu)分析和碳排放前景研究》[16]與《江蘇省能源發(fā)展“十一五”規(guī)劃》[17]整理計(jì)算求得；各品種能源的碳排放系數(shù)來(lái)源于《IPCC碳排放計(jì)算指南（2006）》的收錄。

 

  各行業(yè)的行業(yè)碳排放系數(shù)計(jì)算公式：

 

  C =CO2 E =CO2 GDP ×GDP E=行業(yè)碳排放強(qiáng)度×行業(yè)能源效率式中C 為行業(yè)碳排放系數(shù)；GDP 為當(dāng)年的地區(qū)生產(chǎn)總值；CO2 為碳排放總量；E 為能源消費(fèi)總量。

 

  由于同行業(yè)在不同年份的碳排放強(qiáng)度及能源效率不同，因此本文利用指數(shù)平滑法在2005年基礎(chǔ)上降低40%的碳排放強(qiáng)度粗略預(yù)估2020年各行業(yè)的行業(yè)碳排放系數(shù)。數(shù)據(jù)來(lái)源于1996-2012年《江蘇省統(tǒng)計(jì)年鑒》與《中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒》。碳排放量采用IPCC對(duì)能源碳排放的計(jì)算方法估計(jì)得到。

 

  2.3 碳排放缺口的供需分析

 

  經(jīng)過(guò)整理分析有關(guān)部門公布的能源供需數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)，江蘇省能源供需基本達(dá)到平衡；此外，地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需要要求各行業(yè)的能源需求必須得到滿足。因此，出于能源供需平衡的角度考慮，2020年江蘇省可供給能源數(shù)量是基于終端能源需求總量，結(jié)合《江蘇省能源發(fā)展“十一五”規(guī)劃》中各能源品種的比例計(jì)算得出。表1與表2分別列出了2020年江蘇省的能源供需及其碳排數(shù)據(jù)。從表中可看出江蘇省能源供給的碳排總量為10.025 5億t，大于其碳排限額6.081 8億t，出現(xiàn)“能源碳排逆差”，存在碳排放缺口，利用碳排放系數(shù)低的能源替換系數(shù)高的能源可彌補(bǔ)缺口。清潔能源的碳排放系數(shù)為0，是最佳的替代能源，最大限度地使用清潔能源可最大限度地減少碳排放，但是現(xiàn)階段清潔能源的開(kāi)發(fā)3 基于碳夾點(diǎn)的江蘇省能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)優(yōu)化路徑據(jù)表1與表2，按碳排放系數(shù)遞增的順序?qū)⒛茉雌贩N與需求行業(yè)依次排列，分別計(jì)算累計(jì)能源供給量、累計(jì)能源需求量、各自的CO2排放量及累計(jì)CO2排放量[19]。此外，為使能源供給曲線從原點(diǎn)出發(fā)，使平移分析簡(jiǎn)便而易操作，在優(yōu)化初始狀態(tài)根據(jù)碳夾點(diǎn)技術(shù)設(shè)定清潔能源為0TJ，數(shù)據(jù)整理后的結(jié)果如表3所示。

 

  基于表3，利用碳夾點(diǎn)圖解技術(shù)優(yōu)化江蘇省的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu),本文設(shè)置三種不同情景：情景一為在全省碳排總量約束下測(cè)算最少清潔能源消耗額；情景二為在行業(yè)碳排放量約束下解決各行業(yè)的能源分配結(jié)構(gòu)；情景三為基于固定清潔能源的供給數(shù)量估算全省的碳排總量。

 

  3.1 碳排放總量約束下的能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化

 

  不考慮某一具體行業(yè)的碳排放約束，僅關(guān)注所有行業(yè)的碳排總限額，計(jì)算最少清潔能源的需求數(shù)量，解決化石燃料的分配問(wèn)題。據(jù)表3分別繪制能源供給CO2 排放量與能源需求CO2 排放量復(fù)合曲線，并聚合兩曲線得到圖1。在圖1中，水平移動(dòng)能源供給CO2排放量復(fù)合曲線，直至相交于能源需求CO2排放量復(fù)合曲線的最右頂點(diǎn)，該交點(diǎn)即是碳夾點(diǎn)，其坐標(biāo)為（1 317.8，6.081 8），表示2020年江蘇省能源總需求為1 317.8萬(wàn)TJ，碳排放總量為6.081 8億t，恰好滿足全省的能源需求與碳排放約束。水平移動(dòng)距離561.8萬(wàn)TJ即是最少清潔能源需求量，其占能源需求總量的42.63%。

 

  從圖1看出，碳夾點(diǎn)將能源供給CO2排放量復(fù)合曲線分為上下兩部分，夾點(diǎn)右上方有曲線存在，表明有415.1萬(wàn)TJ（=561.8萬(wàn)TJ-146.7萬(wàn)TJ）的煤炭供給剩余。在碳排總量約束下，剩余的能源將不能被利用，造成部分含碳高的化石燃料將被清潔能源代替，即江蘇省需要提供等量的清潔能源以彌補(bǔ)所減少的煤炭。優(yōu)化后的2020年江蘇省能源結(jié)構(gòu)見(jiàn)表4。

 

  3.2 行業(yè)碳排放約束下的能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化

 

  碳排放總量只能衡量全省總體的碳排情況，并不能反映某一具體行業(yè)碳排放的個(gè)體狀況。如果行業(yè)A的碳排放量未超出其碳排放約束，行業(yè)B的碳排放量處于其碳排限額之上，那么碳低排的行業(yè)A將替碳高排的行業(yè)B所超出的碳排放量“買單”，A、B行業(yè)碳排放量相互中和使兩行業(yè)的碳排放量總和仍可能處于限額之下；同時(shí)，各行業(yè)的清潔能源分配額也仍未求得，碳控路徑不清晰。因此，需要基于各行業(yè)的碳排放約束，將排放目標(biāo)分解到各單一行業(yè)，量化各行業(yè)的能源分配數(shù)額，以達(dá)到碳控制路徑清晰的目的。

 

  （1）碳夾點(diǎn)初始優(yōu)化的各行業(yè)清潔能源需求總量。如圖2所示，平移能源供給CO2排放量復(fù)合曲線，至與能源需求CO2排放量復(fù)合曲線相交，形成一個(gè)新夾點(diǎn)（其他行業(yè)與交通運(yùn)輸倉(cāng)儲(chǔ)及郵電通訊業(yè)的交匯點(diǎn)）。562.2萬(wàn)TJ的清潔能源可以滿足江蘇省所有行業(yè)的碳排總量約束，其占能源總需求的42.66%，415.5萬(wàn)TJ（=562.2 萬(wàn)TJ-146.7 萬(wàn)TJ）的煤炭被清潔能源替代而剩余。

 

  新夾點(diǎn)將能源需求CO2排放量復(fù)合曲線分成了兩部分：農(nóng)林牧漁水利業(yè)、工業(yè)、交通運(yùn)輸倉(cāng)儲(chǔ)及郵電通訊業(yè)、批發(fā)零售業(yè)及住宿餐飲業(yè)、建筑業(yè)均位于其左下方，分布在其右上方的則是其他行業(yè)。在左下方，該五大行業(yè)的能源供給與需求曲線起始于原點(diǎn)、交匯于夾點(diǎn)，表明該五大行業(yè)的能源需求及碳排放量分別與夾點(diǎn)左下方的能源供給曲線所表示的能源數(shù)量及碳排放量相等，通過(guò)利用562.2萬(wàn)TJ的清潔能源代替415.5萬(wàn)TJ的煤炭便能同時(shí)滿足能源總需求和碳排總量約束；在右上方，其他行業(yè)則無(wú)需通過(guò)提供任何數(shù)量的清潔能源即可同時(shí)滿足能源需求與碳排放約束，因?yàn)槠渌袠I(yè)的能源供給CO2排放量復(fù)合曲線斜率小于其能源需求CO2排放量復(fù)合曲線斜率，即煤炭的碳排放系數(shù)小于其他行業(yè)的碳排放系數(shù)。

 

  （2）碳夾點(diǎn)二次優(yōu)化的各行業(yè)能源分配結(jié)構(gòu)。首先分配交通運(yùn)輸倉(cāng)儲(chǔ)及郵電通訊業(yè)的能源用量。圖3中，能源需求曲線上的極限點(diǎn)M為交通運(yùn)輸倉(cāng)儲(chǔ)及郵電通訊業(yè)與農(nóng)林牧漁水利業(yè)的交匯點(diǎn)，在移動(dòng)后的能源供給CO2復(fù)合曲線上定義點(diǎn)A（即在能源供給CO2復(fù)合曲線上，縱坐標(biāo)與M的縱坐標(biāo)相等的點(diǎn)）。水平左移A點(diǎn)以下的能源供給CO2復(fù)合曲線直至與M點(diǎn)重合，此時(shí)M點(diǎn)成為一個(gè)新夾點(diǎn)（1 270.8，5.719 7），A 點(diǎn)坐標(biāo)分別為1 280.1 萬(wàn)TJ 和5.719 7億t。從平移后的圖3可看出優(yōu)化后的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)：交通運(yùn)輸倉(cāng)儲(chǔ)及郵電通訊業(yè)的一部分曲線與能源供給曲線構(gòu)成一個(gè)封閉的多邊形，通過(guò)多邊形各點(diǎn)的坐標(biāo)可以讀出各種能源用量數(shù)據(jù)，即水平移動(dòng)的距離9.3萬(wàn)TJ是必須提供給交通運(yùn)輸倉(cāng)儲(chǔ)及郵電通訊業(yè)的清潔能源數(shù)量，此時(shí)仍需要提供18.3萬(wàn)TJ的煤炭才能保證能源需求。

 

  據(jù)此方法依次計(jì)算夾點(diǎn)左下方其他各行業(yè)的能源配額及碳排放量，如圖4所示，其中點(diǎn)B、C、D均在能源供給CO2 復(fù)合曲線上，其縱坐標(biāo)分別等于工業(yè)與農(nóng)林牧副漁水利業(yè)、建筑業(yè)與工業(yè)、批發(fā)零售業(yè)及住宿餐飲業(yè)與建筑業(yè)的交匯點(diǎn)的縱坐標(biāo)。

 

  在滿足各行業(yè)碳排放約束的條件下，碳排放系數(shù)最小的批發(fā)零售業(yè)及住宿餐飲業(yè)可利用清潔能源15.1萬(wàn)TJ與天然氣4.6萬(wàn)TJ便可滿足行業(yè)的能源需求；35.1萬(wàn)TJ的天然氣與93.4萬(wàn)TJ的清潔能源可以保證建筑業(yè)對(duì)能源的要求；工業(yè)作為2020年江蘇省耗能最大的行業(yè)，需要消耗281.9 萬(wàn)TJ 的煤炭、77.2萬(wàn)TJ的天然氣、441.7萬(wàn)TJ的清潔能源及全部的石油；農(nóng)林牧漁水利業(yè)因自身的行業(yè)特性耗能最少，僅需提供2.9 萬(wàn)TJ 的煤炭與2.7 萬(wàn)TJ的清潔能源；在滿足前述幾大行業(yè)的能源需求后還剩9.3 萬(wàn)TJ 的清潔能源，它可供給交通運(yùn)輸倉(cāng)儲(chǔ)及郵電通訊業(yè)，此外為平衡能源需求還需要煤炭18.3萬(wàn)TJ；其他行業(yè)則利用能源供給中剩下的19.4 萬(wàn)TJ 煤炭即可滿足能源需求。表5列出了優(yōu)化后各行業(yè)的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)。

 

  從該分配方案可知，利用占能源需求總量42.66%的清潔能源可滿足各行業(yè)自身的碳排放約束，煤炭需求量與供給量相比減少了415.5萬(wàn)TJ，石油與天然氣均全部被耗用；實(shí)際產(chǎn)生的碳排放總量小于全省的碳排放限額，這是碳夾點(diǎn)在碳排放約束下落在各個(gè)更加具體而苛刻的子行業(yè)的結(jié)果。由此可知，碳排放總量約束下的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)暗藏了碳低排行業(yè)為碳高排行業(yè)“買單”的現(xiàn)象，導(dǎo)致減排路徑不清晰。因此行業(yè)劃分越細(xì)，越有利于減排。不難得出，如果繼續(xù)細(xì)劃本文研究的幾大行業(yè)，運(yùn)用碳夾點(diǎn)優(yōu)化碳排放約束下每個(gè)行業(yè)的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，那么江蘇省能源消費(fèi)產(chǎn)生的碳排放總量將比6.078 4萬(wàn)t還低。

 

  3.3 固定清潔能源供給數(shù)量下的碳排放總量

 

  2009年9月22日，胡錦濤總書記在聯(lián)合國(guó)氣候變化峰會(huì)開(kāi)幕式上首次提出中國(guó)要“大力發(fā)展可再生能源和核能，爭(zhēng)取到2020年非化石能源占一次能源消費(fèi)比重達(dá)到15%左右”。在此政府能源規(guī)劃目標(biāo)下，不考慮其他能源品種的數(shù)量變化，僅分析在能源消費(fèi)總量保持不變、15%的非化石能源均被利用的條件下江蘇省能否實(shí)現(xiàn)2020年碳減排目標(biāo)，因此根據(jù)這個(gè)比例數(shù)值計(jì)算得到2020年江蘇省需要供應(yīng)197.7萬(wàn)TJ（=1317.8萬(wàn)TJ×15%）清潔能源。

 

  水平向右移動(dòng)能源供給CO2復(fù)合曲線197.7萬(wàn)TJ；保持能源總需求碳排放限制量曲線最右點(diǎn)的橫坐標(biāo)不動(dòng)（即能源總需求不變），繞原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)該曲線，至與能源供給曲線相交于新夾點(diǎn)，如圖6所示，通過(guò)旋轉(zhuǎn)曲線，消除了其與能源供給曲線之間的距離，表明包括清潔能源在內(nèi)的能源供給既滿足能源需求，又在碳排放約束下實(shí)現(xiàn)了最優(yōu)碳減排。新夾點(diǎn)（1 317.8，9.541 0）意味著在清潔能源均被消費(fèi)的情況下，江蘇省各行業(yè)的碳排放總量達(dá)到9.541 0億t，低于初始能源供給的碳排放量10.025 5億t，但高于能源需求碳排放限額6.081 8億t，能源消費(fèi)的碳減排目標(biāo)將難以兌現(xiàn)。

 

  4 結(jié)論與建議

 

  碳夾點(diǎn)圖解技術(shù)可更直觀地優(yōu)化能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，求得碳控制下各種化石燃料的使用量與清潔能源的消耗量。基于碳夾點(diǎn)技術(shù)，本文運(yùn)用情景模擬法設(shè)置了三種不同的情景：一是碳排放總量約束下江蘇能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化；二是行業(yè)碳排放約束下江蘇能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化；三是固定清潔能源供給數(shù)量下江蘇省的碳排放總量。前兩種屬于理論探討的范疇，第三種歸入實(shí)證規(guī)劃的界限。研究結(jié)果表明，情景一中江蘇省碳排放總量恰好等于碳排放限額，其能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)由42.63%清潔能源、24.51%煤炭、23.99%石油與8.87%天然氣構(gòu)成；情景二中江蘇省需要消耗能源供給總量中24.48%的煤炭、全部比例的石油與天然氣、42.63%的清潔能源才能滿足各行業(yè)的碳排放限額，并且平衡能源需求，碳控路徑比情景一清晰是由碳夾點(diǎn)技術(shù)在細(xì)劃行業(yè)類別后優(yōu)化所致；情景三中江蘇省在197.7萬(wàn)TJ的清潔能源全部消耗條件下，碳排放量比初始能源供給的碳排放量低，但比碳排放限額目標(biāo)高，無(wú)法完成2020年的碳減排目標(biāo)。因此，為滿足能源需求與行業(yè)碳排放的“軟硬”雙重約束條件，江蘇省2020年的清潔能源比重必須不低于42.63%。與清潔能源占比不到10%、煤炭占60%以上的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀相比，能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)調(diào)整壓力巨大，將陷入能源消費(fèi)“結(jié)構(gòu)困境”,能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的路途任重道遠(yuǎn)。

 

  基于以上分析與結(jié)論，為了破解江蘇省能源消費(fèi)“結(jié)構(gòu)困境”，江蘇省應(yīng)該充分借鑒國(guó)內(nèi)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，實(shí)施以清潔能源為主的“無(wú)悔減排1）”戰(zhàn)略，具體的政策措施為：

 

  （1）推動(dòng)能源供給革命，建立低碳能源供應(yīng)驅(qū)動(dòng)體系[21]。碳夾點(diǎn)技術(shù)分析得到江蘇省清潔能源比重不能低于42.63%的結(jié)論。當(dāng)前江蘇省清潔能源比重不足10%，實(shí)現(xiàn)42.63%的清潔能源比例對(duì)江蘇省而言是一大挑戰(zhàn)。因此，江蘇省應(yīng)該立足省內(nèi)外，著力發(fā)展清潔能源，加強(qiáng)清潔能源的獲取能力；同時(shí)推進(jìn)化石能源清潔高效利用，努力推動(dòng)傳統(tǒng)化石能源向“低碳能源”和“近零排放能源系統(tǒng)”轉(zhuǎn)變，逐漸形成“清潔能源為主，煤炭、石油、天然氣多輪驅(qū)動(dòng)”的能源供應(yīng)體系。實(shí)現(xiàn)能源供應(yīng)的多元化、清潔化和低碳化，是江蘇省調(diào)整能源結(jié)構(gòu)的必由之路。

 

  （2）推動(dòng)能源消費(fèi)革命，加強(qiáng)需求側(cè)“前端”減排管理。比較情景一與情景二得出行業(yè)劃分越細(xì)，減排效果越理想的結(jié)論。從能源需求方（即各行業(yè)）施行“前端”減排是江蘇省調(diào)整能源結(jié)構(gòu)的直接途徑。首先，精細(xì)行業(yè)類別，碳核算、碳審計(jì)與碳預(yù)算等碳控制工具覆蓋到江蘇省各子行業(yè)。其次，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，降低高耗能產(chǎn)業(yè)比重，逐步構(gòu)建綠色、循環(huán)、低碳的地方產(chǎn)業(yè)體系。最后，實(shí)施“先控增量后削存量”方針，合理控制新增的化石能源消費(fèi)總量，穩(wěn)步削減既存的化石燃料需求總量。

 

  （3）推動(dòng)能源技術(shù)革命，攤薄高碳鎖定效應(yīng)1）助轉(zhuǎn)型。情景三中的碳排放總量比碳排放目標(biāo)限額高，2020年江蘇省在非化石能源占比15%的能源規(guī)劃下將無(wú)法完成碳減目標(biāo)。加大能源科技投入，發(fā)展低碳技術(shù)[22]，提高能效是江蘇省實(shí)現(xiàn)碳減目標(biāo)的核心路徑。政府部門或企業(yè)應(yīng)努力突破高碳鎖定效應(yīng)的影響，鼓勵(lì)利用高效率、低排放的能源技術(shù)，大力發(fā)展清潔能源開(kāi)發(fā)利用技術(shù)，提高常規(guī)化石能源的利用效率，實(shí)現(xiàn)低碳技術(shù)高端化；在技術(shù)減排潛力的基礎(chǔ)上，扣除某些技術(shù)上可行而經(jīng)濟(jì)上缺乏競(jìng)爭(zhēng)力的技術(shù)選擇；在經(jīng)濟(jì)減排潛力的基礎(chǔ)上扣除某些由于市場(chǎng)和機(jī)制不完善，而造成在現(xiàn)有市場(chǎng)條件下不經(jīng)濟(jì)的政策和技術(shù)選擇。

 

  （4）推動(dòng)能源體制革命，打通雙控機(jī)制運(yùn)行快車道。繼續(xù)不遺余力地推進(jìn)改革，調(diào)控能耗總量；根據(jù)各行業(yè)的結(jié)構(gòu)特征、技術(shù)水平、發(fā)展階段等因素，分解行業(yè)碳減排與節(jié)能指標(biāo)；實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)與碳減排控制目標(biāo)的銜接，完成碳減排目標(biāo)和清潔能源發(fā)展目標(biāo)的貫通，在確保能耗總量控制與碳減排目標(biāo)的前提下促進(jìn)全省經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展。