2050年中国能源消费结构的系统动力学模拟——基于重点行业的转型情景

doi:10.31497/zrzyxb.20201111

自然资源学报 ›› 2020, Vol. 35 ›› Issue (11): 2696-2707.doi: 10.31497/zrzyxb.20201111

2050年中国能源消费结构的系统动力学模拟——基于重点行业的转型情景

何则¹^,²^,³^,⁴(), 周彦楠¹^,²^,³, 刘毅¹^,²^,³()

1.中国科学院地理科学与资源研究所,区域可持续发展分析与模拟实验室,北京 100101
2.中国科学院大学资源与环境学院,北京 100049
3.粤港澳大湾区战略研究院,广州 510070
4.乌特勒支大学人文地理与空间规划系,荷兰乌特勒支 3584CB

收稿日期:2020-01-03 修回日期:2020-08-05 出版日期:2020-11-28 发布日期:2021-01-28
通讯作者: 刘毅 E-mail:heze@lzb.ac.cn;liuy@igsnrr.ac.cn
作者简介:何则（1992- ）,男,陕西宝鸡人,博士研究生,主要从事能源经济地理,产业与区域规划研究。E-mail: heze@lzb.ac.cn
基金资助:
国家自然科学基金项目(41842056);国家自然科学基金项目(41871118);国家自然科学基金项目(42022007);国家留学基金项目(201904910633)

System dynamics simulation on China's energy consumption in 2050: Based on the policy scenarios of key industries

HE Ze¹^,²^,³^,⁴(), ZHOU Yan-nan¹^,²^,³, LIU Yi¹^,²^,³()

1. Key Laboratory of Regional Sustainable Development Modeling/Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, CAS, Beijing 100101, China
2. College of Resources and Environment, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3. Institute of Strategy Research of Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area, Guangzhou 510070, China
4. Department of Human Geography and Spatial Planning, Utrecht University, Utrecht 3584CB, Netherlands

Received:2020-01-03 Revised:2020-08-05 Online:2020-11-28 Published:2021-01-28
Contact: Yi LIU E-mail:heze@lzb.ac.cn;liuy@igsnrr.ac.cn

摘要/Abstract

摘要：

面向2050年世界能源发展形势与中国发展实际,推进能源转型与保障油气供给是关乎国家发展和能源安全的重大前瞻性问题。考虑能源转型这一关键前提,基于重点行业部门的政策情景模拟了中国能源消费的总量与结构变化情况,并分析了中国油气消费需求及其对外依存情况。结果显示：（1）若实行积极的部门能源转型政策,中国的一次能源消费总量将在较大幅度上低于参照情景,并有望在2040年达到峰值,其峰值在5755~7000 mtce之间。具体来看,煤炭消费可在2030年前达峰,石油消费在两种转型情景下均将在2040年达到峰值,而天然气仅在加速转型情景下可于2035年实现消费达峰。（2）从推进能源结构转型角度看,在转型情景下中国2050年煤炭消费量占能源消费总量的比例为21%,在加速转型情景下到2050年煤炭占能源消费总量的比例将不足10%;无论是在转型情景下还是加速转型情景下,到2050年油气消费占中国能源消费总量的30%;若推行更加积极的转型政策,在加速转型情景下中国到 2050年非化石能源消费占比将超越化石能源。（3）高需求低产出将导致中国油气对外依存度在中长期内处于较高水平,因而,在2050年前保障国家能源安全仍不可忽视油气供给稳定性。研究可为中国能源安全战略与能源政策制定提供科学依据。

关键词: 能源消费, 能源结构, 能源转型, 能源安全, 情景模拟, 2050, 中国

Abstract:

Based on the new trend of world energy development in 2050 and the reality of China's development, how to realize energy transition and ensure oil and gas demand is a major forward-looking issue concerning China's national security. This study simulates the changes in the quantity and structure of primary energy of China based on the policy scenarios of key industries. And it also analyzes the demand of oil and gas in China and its oversea dependence in 2050. The results show that: (1) By implementing the active energy transition policies, the value of primary energy consumption is expected to peak in 2040, with a maximum value of 5755 to 7000 mtce. For different types of energy, coal consumption can reach its peak by 2030, oil consumption will peak in 2040 under both transition scenarios, and natural gas consumption will peak in 2035 under accelerated transition scenario. (2) From the perspective of advancing the transition of the energy structure, China's coal consumption will account for 21% of the total energy amount in 2050 under the transition scenario, and coal will account for less than 10% of total energy consumption by 2050 under the accelerated transition scenario. In both of the transition and the accelerated transition scenarios, oil and gas consumption will account for 30% of China's total energy amount in 2050. If a more active transition policy is implemented, no-fossil energy will be the most important energy sources for China in 2050 in the accelerated transition scenario. (3) High demand and relatively low domestic production of oil/gas will lead to a high level of China's oversea dependence in a mid- and long-term trend. Therefore, the supply of oil and gas to the national energy security in 2050 cannot be ignored based on the policy scenarios of key industries. This research can provide a scientific basis for the policy making of China's energy security.

Key words: energy consumption, energy structure, energy transition, energy security, scenario simulation, 2050, China

何则, 周彦楠, 刘毅. 2050年中国能源消费结构的系统动力学模拟——基于重点行业的转型情景[J]. 自然资源学报, 2020, 35(11): 2696-2707.

HE Ze, ZHOU Yan-nan, LIU Yi. System dynamics simulation on China's energy consumption in 2050: Based on the policy scenarios of key industries[J]. JOURNAL OF NATURAL RESOURCES, 2020, 35(11): 2696-2707.

图/表 7

图1

表1

情景定义及参数选择"

部门	转型情景	加速转型情景
交通	● 加快推进交通去油化,提高电动汽车市场化水平。到2050年,轿车和SUV占比达到7%,公交车占20%,卡车占20%,电驱动铁路客运与货运的年替代率6%,电动摩托车年替代率5% ● 持续提高燃料经济性。到2050年轿车和SUV的燃油经济性提升30%,重型车辆提升24%,飞机提升27%,货运列车提升31%,船舶提升33%,摩托车提高247%
建筑	● 提升建筑电气化程度。到2050年,城市建筑电气化程度提升到35%,乡村建筑提升到38%,商业建筑提升到49% ● 加大建筑节能改造,推广更严格的能效标准。城乡住宅及商业建筑制热效率提升40%,城乡住宅及商业建筑制冷效率提升50%,城乡住宅照明效率提升26%,商业建筑提升15%,城乡住宅及商业建筑围护结构提升效率40%,城乡住宅及商业建筑的其他改造与提升措施13%
电力	● 加大落后燃煤机组的淘汰力度。每年至少退出30000 MW/年 ● 强化非水可再生电力发展。到2050年通过可再生能源配额制政策使非水可再生能源发电量占比至少达到31.0% ● 推动电网储能技术的发展。在基准情景上保守估计每年2%的增长率 ● 新能源补贴。依照原有标准执行 [风电补贴 60元/(MW·h),光伏发电补贴为200元/(MW·h)]	● 禁止新建燃煤电厂 ● 加大落后燃煤机组的淘汰力度。每年至少退出30000 MW/年 ● 强化非水可再生电力发展。到2050年通过可再生能源配额制政策使非水可再生发电量占比至少达到39.0% ● 推动电网储能技术的发展。在基准情景上保守估计每年5%的增长率 ● 新能源补贴退坡。可再生电力已初步具备市场竞争力,因此取消可再生电力的补贴政策
工业	● 加快低效工业设备改造与折旧。到2050年实现低效工业设备改造与折旧的比率至少过半 ● 提高工业能效标准。各行业平均提升18% ● 工业生产中的煤改气。12%的工业用煤改为天然气 ● 改善工业系统的整体设计。通过优化系统设计效能提升50%	● 加快低效工业设备折旧。到2050年彻底实现低效工业设备的改造与折旧 ● 提高工业能效标准。水泥26%,油气行业31%,钢铁38%,化学35%,采矿31%,其他工业50% ● 工业生产中的煤改气。25%的工业用煤改为天然气 ● 改善工业系统的整体设计。通过优化系统设计效能翻倍
供热	● 提升热电联产占比。到2050年实现50% ● 持续降低燃煤供热占比。到2050年天然气供热比例在基准情景上再减少25%	● 提升热电联产占比。到2050年实现67.5% ● 持续降低燃煤供热占比。到2050年天然气供热比例在基准情景上再减少50%

表1

图2

图3

图4

图5

图6

参考文献 32

[1]	曹斌, 李文涛, 杜国敏, 等. 2030年后世界能源将走向何方? : 全球主要能源展望报告分析. 国际石油经济, 2016,24(11):8-15.
	[ CAO B, LI W T, DU G M, et al. World energy trend to 2030: Analysis of major global energy outlook reports. International Petroleum Economics, 2016,24(11):8-15.]
[2]	戴彦德, 田智宇, 朱跃中, 等. 重塑能源: 面向2050年的中国能源消费和生产革命路线图. 经济研究参考, 2016, (21):3-14.
	[ DAI Y D, TIAN Z Y, ZHU Y Z, et al. A roadmap for China's energy consumption and production revolution by 2050. Review of Economic Research, 2016, (21):3-14.]
[3]	何建坤. 中国能源革命与低碳发展的战略选择. 武汉大学学报: 哲学社会科学版, 2015,68(1):5-12.
	[ HE J K. The strategic choice of Chinese energy revolution and low carbon development. Wuhan University Journal: Philosophy & Social Sciences, 2015,68(1):5-12.]
[4]	LIU Q, CHEN Y, TIAN C, et al. Strategic deliberation on development of low- carbon energy system in China. Advances in Climate Change Research, 2016,7(1-2):26-34.
[5]	姜克隽, 胡秀莲, 庄幸, 等. 中国2050年低碳情景和低碳发展之路. 中外能源, 2009,14(6):1-6.
	[ JIANG K J, HU X L, ZHUANG X, et al. China's low-carbon scenarios and roadmap for 2050. Sino-global Energy, 2009,14(6):1-6.]
[6]	国家发展和改革委员会能源研究所课题组. 中国2050年低碳发展之路: 能源需求暨碳排放情景分析. 北京: 科学出版社, 2009.
	[ Energy Research Institute National Development and Reform Commission Research Group. China's Low Carbon Development Pathways by 2050: Scenario Analysis of Energy Demand and Carbon Emissions. Beijing: Science Press, 2009.]
[7]	中国社会科学院数量经济与技术经济研究所课题组. 国家能源发展战略研究. 中国社会科学院, 2011.
	[ Institute of Quantitative & Technical Economics, Chinese Academy of Social Sciences Research Group. National energy development strategy research. Chinese Academy of Social Sciences, 2011.]
[8]	中国石油技术经济研究院. 2050年世界与中国能源展望. http://etri.cnpc.com.cn/etri/qydt/201607/0d251da8cfef4c569aee255899d9a037.shtml, 2019-12-10.
	[ China's Institute of Petroleum Technology and Economics. . Energy outlook for the world and China in 2050. http://etri.cnpc.com.cn/etri/qydt/201607/0d251da8cfef4c569aee255899d9a037.shtml, 2019-12-10.]
[9]	樊杰, 李平星. 基于城市化的中国能源消费前景分析及对碳排放的相关思考. 地球科学进展, 2011,26(1):57-65.
	[ FAN J, LI P X. Analysis on the future energy consumption and preliminary discussion on carbon emission of China from the perspective urbanization. Advances in Earth Science, 2011,26(1):57-65.]
[10]	沈镭, 刘立涛, 王礼茂, 等. 2050年中国能源消费的情景预测. 自然资源学报, 2015,30(3):361-373.
	[ SHEN L, LIU L T, WANG L M, et al. 2050 energy consumption projection for China. Journal of Natural Resources, 2015,30(3):361-373.]
[11]	刘强, 王恰. 中国的能源革命: 供给侧改革与结构优化(2017—2050). 国际石油经济, 2017,25(8):1-14.
	[ LIU Q, WANG Q. China's energy revolution: Reform of supply-side and structural optimization (2017-2050). International Petroleum Economics, 2017,25(8):1-14.]
[12]	姜克隽, 胡秀莲, 刘强, 等. 中国2050年低碳发展情景研究. 见: 2050中国能源和碳排放研究课题组. 2050中国能源和碳排放报告. 北京: 科学出版社, 2009: 753-820.
	[ JIANG K J, HU X L, LIU Q, et al. China's low carbon development pathways by 2050: Scenario analysis of energy demand and carbon emissions. In: Study Group of China Energy and Carbon Emissions. 2050 China Energy and CO2 Emissions Report. Beijing: Science Press, 2009: 753-820.]
[13]	刘强, 田川, 郑晓奇, 等. 中国电力行业碳减排相关政策评价. 资源科学, 2017,39(12):2368-2376.
	[ LIU Q, TIAN C, ZHENG X Q, et al. Evaluation of CO₂ emission reduction policies in China's power sector. Resources Science, 2017,39(12):2368-2376.]
[14]	国家应对气候变化战略研究和国际合作中心, 国家发展和改革委员会能源研究所和美国能源创新. 中国气候与能源政策方案—定量分析及与“十三五”规划期的政策建议. https://china.energypolicy.solutions/docs/20160703_ExecutiveSummary_CN.PDF, 2019-11-22.
	[ National Center for Strategic Research and International Cooperation on Climate Change, Energy Research Institute of National Development and Reform Commission and U.S. Energy Innovation. China's climate and energy policy program-quantitative analysis and policy recommendations for the 13th five-year plan period. https://china.energypolicy.solutions/docs/20160703_ExecutiveSummary_CN.PDF, 2019-11-22.]
[15]	梁巧梅, 魏一鸣, 范英, 等. 中国能源需求和能源强度预测的情景分析模型及其应用. 管理学报, 2004,1(1):62-67.
	[ LIANG Q M, WEI Y M, FAN Y, et al. A scenario analysis of China's energy requirement and energy intensity: Model and its applications. Chinese Journal of Management, 2004,1(1):62-67.]
[16]	刘强, 陈怡, 滕飞, 等. 中国深度脱碳路径及政策分析. 中国人口·资源与环境, 2017,27(9):162-170.
	[ LIU Q, CHEN Y, TENG F, et al. Pathway and policy analysis to China's deep decarbonization. China Population, Resources and Environment, 2017,27(9):162-170.]
[17]	姜克隽. 一个强有力的2050碳减排目标将非常有利于中国的社会经济发展. 气候变化研究进展, 2019,15(1):103-106.
	[ JIANG K J. An ambitious CO₂ mitigation target will bring much benefit to China's social economy development. Climate Change Research, 2019,15(1):103-106.]
[18]	刘毅. 沿海地区能源供需保障与解决途径. 地理学报, 1999,54(6):509-515.
	[ LIU Y. Measures for problems of energy issues and supply in China's coastal region. Acta Geographica Sinica, 1999,54(6):509-515.]
[19]	李博, 张文忠, 余建辉, 等. 能源富集区市域经济发展水平空间格局演变: 基于晋陕蒙甘宁地区. 自然资源学报, 2020,35(3):668-682.
	[ LI B, ZHANG W Z, YU J H, et al. Evolution of spatial pattern of urban economic development in energy-rich regions: Based on the Jin-Shan and Meng-Ganning Regions. Journal of Natural Resources, 2020,35(3):668-682.]
[20]	李兰兰, 徐婷婷, 李方一, 等. 中国居民天然气消费重心迁移路径及增长动因分解. 自然资源学报, 2017,32(4):606-619.
	[ LI L L, XU T T, LI F Y, et al. Migration path and growth factor decomposition of natural gas consumption in China. Journal of Natural Resources, 2017,32(4):606-619.]
[21]	王礼茂. 中国资源安全战略: 以石油为例. 资源科学, 2002,24(1):5-10.
	[ WANG L M. Resources security strategies in China: The case of oil resources. Resources Science, 2002,24(1):5-10.]
[22]	史丹. 全球能源格局变化及对中国能源安全的挑战. 中外能源, 2013,18(2):1-7.
	[ SHI D. Changes in global energy supply landscape and implications to China′s energy security. Sino-Global Energy, 2013,18(2):1-7.]
[23]	杨宇, 刘毅. 世界能源地理研究进展及学科发展展望. 地理科学进展, 2013,32(5):818-830.
	[ YANG Y, LIU Y. Progress and prospect of world energy geography in China. Progress in Geography, 2013,32(5):818-830.]
[24]	渠立权, 骆华松, 胡志丁, 等. 中国石油资源安全评价及保障措施. 世界地理研究, 2017,26(4):11-19.
	[ QU L Q, LUO H S, HU Z D, et al. Security evaluation of oil resources and measures on safeguard. World Regional Studies, 2017,26(4):11-19.]
[25]	DNV G L. Energy Transition Outlook 2019. https://eto.dnvgl.com/2019/index.html#ETO2019-top, 2019-12-10.
[26]	吴巧生, 王华, 成金华. 中国可持续发展油气资源安全态势. 中国工业经济, 2003, (12):48-56.
	[ WU Q S, WANG H, CHENG J H. Sustainable developing oil and gas resource security situation in China. China Industrial Economy, 2003, (12):48-56.]
[27]	郎一环, 王礼茂. 石油地缘政治格局的演变态势及中国的政策响应. 资源科学, 2008,30(12):1778-1883.
	[ LANG Y H, WANG L M. Evolution of petroleum geopolitical patterns and China's policy response. Resources Science, 2008,30(12):1778-1783.]
[28]	毛汉英. 中国与俄罗斯及中亚五国能源合作前景展望. 地理科学进展, 2013,32(10):1433-1443.
	[ MAO H Y. Prospects of energy cooperation of China with Russia and Central Asian countries. Progress in Geography, 2013,32(10):1433-1443.]
[29]	杨宇, 何则, 刘毅. “丝绸之路经济带”中国与中亚国家油气贸易合作的现状、问题与对策. 中国科学院院刊, 2018,33(6):575-584.
	[ YANG Y, HE Z, LIU Y. Global energy cooperation between China and Central Asia: Current situation, risks, and countermeasures. Bulletin of Chinese Academy of Sciences, 2018,33(6):575-584.]
[30]	闫世刚, 刘曙光. 新能源安全观下的中国能源外交. 国际问题研究, 2014, (2):109-117.
	[ YAN S G, LIU S G. China's energy diplomacy under the new energy security concept. International Studies, 2014, (2):109-117.]
[31]	余建华. 世界能源政治与中国国际能源合作. 长春: 长春出版社, 2011.
	[ YU J H. World Energy Politics and China's Energy International Cooperation. Changchun: Changchun Press, 2011.]
[32]	申玉铭. 经济全球化与国家能源安全. 世界地理研究, 2003, (3):78-83.
	[ SHEN Y M. Economic globalization and the national energy security. World Regional Study, 2003, (3):78-83.]

2050年中国能源消费结构的系统动力学模拟——基于重点行业的转型情景

System dynamics simulation on China's energy consumption in 2050: Based on the policy scenarios of key industries

RichHTML

PDF (PC)

赞

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 7

参考文献 32

相关文章 15

Metrics

本文评价

推荐阅读 0

[1]	马恩朴, 蔡建明, 林静, 廖柳文, 郭华, 韩燕. 近30年中国农业源氮磷排放的格局特征与水环境影响[J]. 自然资源学报, 2021, 36(3): 752-770.
[2]	余斌, 李营营, 朱媛媛, 卓蓉蓉, 曾菊新. 中国中部农区乡村重构特征及其地域模式——以江汉平原为例[J]. 自然资源学报, 2020, 35(9): 2063-2078.
[3]	成升魁, 沈镭, 封志明, 钟帅. 中国自然资源研究的发展历程及展望[J]. 自然资源学报, 2020, 35(8): 1757-1772.
[4]	沈镭, 钟帅, 胡纾寒. 新时代中国自然资源研究的机遇与挑战[J]. 自然资源学报, 2020, 35(8): 1773-1788.
[5]	陈明星, 周园, 汤青, 刘晔. 新型城镇化、居民福祉与国土空间规划应对[J]. 自然资源学报, 2020, 35(6): 1273-1287.
[6]	李帅, 张勃, 马彬, 候启, 何航. 基于格点数据的中国1961—2016年≥5 ℃、≥10 ℃有效积温时空演变[J]. 自然资源学报, 2020, 35(5): 1216-1227.
[7]	杨传明. 新旧常态中国产业全碳足迹复杂网络比较[J]. 自然资源学报, 2020, 35(2): 313-328.
[8]	方梓行, 何春阳, 刘志锋, 赵媛媛, 杨延杰. 中国北方农牧交错带气候变化特点及未来趋势——基于观测和模拟资料的综合分析[J]. 自然资源学报, 2020, 35(2): 358-370.
[9]	湛东升, 吴倩倩, 余建辉, 张文忠, 张娟锋. 中国资源型城市房价时空变化与影响因素分析[J]. 自然资源学报, 2020, 35(12): 2888-2900.
[10]	杨宇. 论地缘能权[J]. 自然资源学报, 2020, 35(11): 2572-2584.
[11]	崔守军, 蔡宇, 姜墨骞. 重大技术变革与能源地缘政治转型[J]. 自然资源学报, 2020, 35(11): 2585-2595.
[12]	刘承良, 王杰, 杜德斌. 中美能源权力的空间领域与均势区演化[J]. 自然资源学报, 2020, 35(11): 2596-2612.
[13]	苏俊, 王永洵, 王强. 全球能源安全的格局演变与地缘博弈[J]. 自然资源学报, 2020, 35(11): 2613-2628.
[14]	夏四友, 郝丽莎, 唐文敏, 崔盼盼, 吴凤连. 复杂网络视角下世界石油流动的竞合态势演变及对中国石油合作的启示[J]. 自然资源学报, 2020, 35(11): 2655-2673.
[15]	王长建, 汪菲, 叶玉瑶, 张新林, 苏泳娴, 姜璐, 李增, 张虹鸥. 基于供需视角的中国煤炭消费演变特征及其驱动机制[J]. 自然资源学报, 2020, 35(11): 2708-2723.