能源系统工程与能源回弹效应王兆华课件.ppt

1、能源系统工程与能源回弹效应王能源系统工程与能源回弹效应王兆华兆华ppt主要内容主要内容能源系统建模能源系统建模2能源回弹效应能源回弹效应3政策启示政策启示4能源系统工程能源系统工程1能源系统工程能源系统工程p能源系统包括能源能源系统包括能源勘探、开发、生产、加工、转换、勘探、开发、生产、加工、转换、运编、分配、储备、使用以及环境保护等多个环节运编、分配、储备、使用以及环境保护等多个环节，每个环节又由国民经济的若干部门组成。每个环节又由国民经济的若干部门组成。p 能源系统工程的研究对象是能源系统，可以在能源系统工程的研究对象是能源系统，可以在能源能源预测、能源规划、能源系统分析预测、能源规划、能

2、源系统分析等方面发挥重要作等方面发挥重要作用。用。能源的利用过程能源的利用过程能量运输能量运输 可被工艺利用的能量形式可被工艺利用的能量形式 降质了的能量降质了的能量 能量回收能量回收环境排放环境排放能源生产能源生产 能量利用能量利用 原原 料料 产产 品品 能源系统工程的任务能源系统工程的任务 能源系统工程可以对世界、国家、地区、能源系统工程可以对世界、国家、地区、企业等能源系统进行预测、分析、规划、管理、企业等能源系统进行预测、分析、规划、管理、评价等。评价等。能源需求预测能源需求预测 能源供应预测能源供应预测 能源发展规划能源发展规划 能源的合理分配和使用能源的合理分配和使用 能流分析能

3、流分析 能源、经济和环境的大系统分析能源、经济和环境的大系统分析 5能源流图能源流图-以以20082008年中国为例年中国为例能流图：反映一个系统的输入能源构成、转换情况、消耗及输出构成的图形能流图：反映一个系统的输入能源构成、转换情况、消耗及输出构成的图形Source:Liao H.et al.能源系统建模能源系统建模p对能源系统（从能源的开采、转化、运输到最终能对能源系统（从能源的开采、转化、运输到最终能源需求）的模拟，通过源需求）的模拟，通过系统模拟仿真系统模拟仿真来预测各部门来预测各部门能源的供应能力、能源价格、需求量以及宏观经济能源的供应能力、能源价格、需求量以及宏观经济参数，从而为

4、国家制定能源战略和决策提供政策支参数，从而为国家制定能源战略和决策提供政策支持是能源系统工程的持是能源系统工程的首要任务首要任务能源系统建模能源系统建模目前的主流能源系统模型目前的主流能源系统模型目前的主流能源系统模型目前的主流能源系统模型p最具代表性的能源系统模型是最具代表性的能源系统模型是NEMS(National NEMS(National Energy Modeling Systems)Energy Modeling Systems)模型模型美国国家能源建模系统（美国国家能源建模系统（1993）National Energy Modeling System（NEMS)11NEMS 能源

5、系统模型能源系统模型每个模块之每个模块之间紧密联系间紧密联系p NEMS NEMS综合考虑综合考虑了宏观经济、财政因素、世界能源了宏观经济、财政因素、世界能源市场、资源可获得性和成本、行为和技术选择标市场、资源可获得性和成本、行为和技术选择标准、能源技术的成本和运行特性以及人口统计资准、能源技术的成本和运行特性以及人口统计资料，反应了能源的生产、进口、转化、消费以及料，反应了能源的生产、进口、转化、消费以及价格的情况，价格的情况，能源系统建模的发展趋势能源系统建模的发展趋势主要内容主要内容能源系统建模能源系统建模2能源回弹效应能源回弹效应3政策启示政策启示4能源系统工程简介能源系统工程简介1节

6、能节能 节约能源消费，即从能源生产开始，一直到最节约能源消费，即从能源生产开始，一直到最终消费为止，在开采、运输、加工、转换、使用等终消费为止，在开采、运输、加工、转换、使用等各个环节上都要减少损失和浪费，提高其有效利用各个环节上都要减少损失和浪费，提高其有效利用程度。程度。经济的角度经济的角度节节 能能能源的角度能源的角度 通过合理利用、科学管理、技术进步和经济结通过合理利用、科学管理、技术进步和经济结构合理化等途径提高能源利用效率，以最少的能耗构合理化等途径提高能源利用效率，以最少的能耗取得最大的经济效益。取得最大的经济效益。15能源效率能源效率 我国能源利用效率低，节能潜力巨大我国能源利

7、用效率低，节能潜力巨大。与发达国家相比，我国的能源利用效率很低，每单位与发达国家相比，我国的能源利用效率很低，每单位能源消耗生产的能源消耗生产的GDPGDP，仅相当于发达国家的，仅相当于发达国家的1/41/4左右。例左右。例如，如，20102010年，我国能源消费占世界能源消费总量的年，我国能源消费占世界能源消费总量的20%20%，但但GDPGDP却不足世界的却不足世界的10%10%；我国；我国人均能源消费与世界平均人均能源消费与世界平均水平基本相当，但人均水平基本相当，但人均GDPGDP仅为世界平均水平的仅为世界平均水平的50%50%；我；我国国GDPGDP总量与日本基本相当，但能源消费是日

8、本的总量与日本基本相当，但能源消费是日本的4.74.7倍；倍；我国能源消费总量与美国基本相当，但经济总量仅为美我国能源消费总量与美国基本相当，但经济总量仅为美国的国的37%37%。p 提高能源效率是否真能有效地节约能源吗？是否会出提高能源效率是否真能有效地节约能源吗？是否会出现能源效率提高而能源消费却回弹的情况？现能源效率提高而能源消费却回弹的情况？16中国能源效率规划中国能源效率规划p“十一五十一五”规划提出规划提出20102010年相比年相比20052005年单位年单位GDPGDP能源消耗下降能源消耗下降20%20%，实际完成实际完成19.06%19.06%p“十二五十二五”规划中再次制定

9、了节能减排的量化指标，即规划中再次制定了节能减排的量化指标，即2015 2015 年相比年相比2010 2010 年单位年单位GDP GDP 能耗下降能耗下降16%16%17中国能源消耗中国能源消耗1820002010年：能源消费年均增长8.4%。其中前五年年均增长10.2%，后五年年均增长6.6%。能源回弹效应能源回弹效应p能源能源“回弹效应回弹效应”(energy rebound effect)是指能是指能源效率提高所取得的能源节省部分被扩张性能源消费的行为源效率提高所取得的能源节省部分被扩张性能源消费的行为部分或全部部分或全部抵消抵消。p能源能源回弹效应广泛存在回弹效应广泛存在，但，但未

10、引起未引起足够的足够的重视重视。如，。如，斯特斯特恩报告恩报告基本忽略基本忽略了回弹效应的存在；了回弹效应的存在；IPCC在在2007 年年发布的发布的第四次第四次气候评估报告也气候评估报告也仅仅仅仅注意到大量的文献开始注意到大量的文献开始关关注注回弹效应；回弹效应；大部分国家大部分国家的政府都是通过能源消费模型直接的政府都是通过能源消费模型直接预测能源效率和能源节省之间的关系，回弹效应预测能源效率和能源节省之间的关系，回弹效应未能纳入未能纳入政政策视野。策视野。p非常罕见的一个成功例子非常罕见的一个成功例子：英国政府在：英国政府在21 世纪初鼓励英国世纪初鼓励英国家庭安装隔热设施的过程中考虑

11、了回弹效应的影响，从而比家庭安装隔热设施的过程中考虑了回弹效应的影响，从而比较准确地预计了隔热设施在实际中可能达到的节能效果较准确地预计了隔热设施在实际中可能达到的节能效果p交通、生产制造、生活消费、建筑等领域广泛存在回弹效应交通、生产制造、生活消费、建筑等领域广泛存在回弹效应。19以中国城镇居民用电为例研究回弹效应20能源回弹效应？能源回弹效应？21p什么是能源回弹效应？什么是能源回弹效应？能源能源效率效率的的提高提高使得能源服务的使得能源服务的有效价格降低有效价格降低，从而，从而增加增加了能源了能源服务的服务的需求需求，进而，进而部分或全部部分或全部地地抵消抵消了能源效率提高所导致的能了能

12、源效率提高所导致的能源消费的减少（微观）源消费的减少（微观）技术进步在技术进步在提高提高能源使用能源使用效率效率节约能源的同时也节约能源的同时也促进促进了了经济增长经济增长反过来反过来增加增加了对了对能源能源的的需求需求，最终最终使因效率提高而节约的能源被使因效率提高而节约的能源被经济增长所经济增长所抵消抵消（宏观）（宏观）Jevons Paradoxp杰文斯悖论杰文斯悖论(Jevons Paradox)1865年，年，Stanley Jevons 在其论文在其论文“煤炭问题煤炭问题”中提出：中提出：“通过经济地使通过经济地使用燃料而减少消耗的想法是荒谬的，事实恰恰相反，用燃料而减少消耗的想法

13、是荒谬的，事实恰恰相反，.pKhazzoom-Brookes Postulate Khazzoom(1980)首次指出能源效率提高首次指出能源效率提高不一定不一定会导致能源需求会导致能源需求下降下降,能能源效率提高可能会导致能源服务的增加源效率提高可能会导致能源服务的增加,从而使能源消费的实际减少与单位能源从而使能源消费的实际减少与单位能源服务所消耗能源的减少并服务所消耗能源的减少并不是同比例不是同比例变化。变化。Brookes(1978)认为能源效率提高会导致经济增长认为能源效率提高会导致经济增长,经济增长反过来使能源经济增长反过来使能源消费增加。消费增加。Khazzoom-Brookes

14、Postulate即当真实的能源价格不变时即当真实的能源价格不变时,技术进步引起技术进步引起的能源效率提升的能源效率提升会增加而不是减少会增加而不是减少能源消费能源消费 22杰文斯和他出版的煤炭问题23Jevons paradox24回弹效应的经济机制回弹效应的经济机制pGreening(2000)基于存在一种完善的市场机基于存在一种完善的市场机制尤其是能源市场机制假设，将回弹效应的经济机制尤其是能源市场机制假设，将回弹效应的经济机制分为制分为三大类三大类:直接回弹效应直接回弹效应:能源使用效率的提高降低能源服务的有效能源使用效率的提高降低能源服务的有效价格，进而增加此种能源的消费，这将抵消由

15、能源效率提高价格，进而增加此种能源的消费，这将抵消由能源效率提高引致的能源消费的减少量引致的能源消费的减少量 间接回弹效应：间接回弹效应：能源服务价格的降低同时将引致其他将能源服务价格的降低同时将引致其他将能源作为生产要素的产品、服务价格的降低，进而引致对这能源作为生产要素的产品、服务价格的降低，进而引致对这些产品需求的增加。些产品需求的增加。经济系统层面回弹效应：经济系统层面回弹效应：能源使用效率提高对整体经济能源使用效率提高对整体经济 的回弹效应的回弹效应25Summary of characteristics and results from macro side rebound eff

16、ect(Dimitropoulos 2007)Author/yearCountryProductionRebound%CommentsSemboja(1994)KenyaCD-L170-350Simulations for energy production and useDufournaud et al.(1994)SudanCES54-59Households only,well structured,extensive sensitivity analysisVan Es et al.(1998)HollandCES15Bottom-up feed database,explicit r

17、epresentation of efficiency improvementsGrepperud and Rasmussen(2004)NorwayCES100Focused on limiting emissions with a tax on coal useHanley et al.(2005)ScotlandCES120Open region approach with major energy exportsAllan et al.(2007)UKCES30-50Extensive sensitivity analysisAbbreviations:CD:CobbDouglas,L

18、:Leontief,ESUB:elasticity of substitution(s),CES:constant ESUB26pOECD国家基于计量模型估计的居民能源消费长期直接回国家基于计量模型估计的居民能源消费长期直接回弹效应统计弹效应统计(Sorrell 2009)End-use Range of values in evidence base(%)Best guess(%)No.of studiesDegree of confidencePersonal automotive transport 3-8710-3017HighSpace heating0.6-6010-309Medi

19、umSpace cooling1-261-262LowOther consumer energy services0-411，称为回火效应称为回火效应(Backfire effects)p如果如果RE=l，称为完全回弹效应称为完全回弹效应 (Full rebound effects)p如果如果RE1，称为部分回弹效应称为部分回弹效应 (Partial rebound effects)p如果如果RE=0，称为零回弹效应称为零回弹效应 (Zero rebound effects)p如果如果RE0，称为过度储存效应称为过度储存效应（Superconservation effects)33城镇居民生活

20、用电影响因素城镇居民生活用电影响因素p城镇居民生活用电消费的影响因素分析城镇居民生活用电消费的影响因素分析（1）人口增长）人口增长（2）居民生活水平）居民生活水平（3）节能设备引入及旧设备的更新换代）节能设备引入及旧设备的更新换代（4）生活方式及居民节能态度）生活方式及居民节能态度（5）电价）电价（6）气温）气温本研究选取本研究选取（1)(2)(5)(6)四个影响因素作为解释四个影响因素作为解释变量对城镇居民用电消费进行建模变量对城镇居民用电消费进行建模34模型构建模型构建35在在Haas和和Biermayr(2000)的基础上的基础上进一步引进一步引入人口变量入人口变量，将计量模型设定为：，

21、将计量模型设定为：其中，其中，为常数项，为常数项，为待估计的参数，为待估计的参数，为随机为随机误差项。误差项。式中，式中，表示第省第表示第省第t年城镇居民电力消费量；年城镇居民电力消费量；表示第省第表示第省第t年年 城镇居民人均可支配收入；城镇居民人均可支配收入；表示第省第表示第省第t年民用电价格；年民用电价格；表示第省第表示第省第t年城镇居民人口数；年城镇居民人口数；表示第表示第i省第省第t年度日数年度日数1234lnlnlnlnlnEititititititEIPPDD 14ititEitIEitPitPitDDp对度日的说明：度日分为两种类型，对度日的说明：度日分为两种类型，采暖度日采暖

22、度日(heating degree day)和和降温度日降温度日（cooling degree day）（）（Kadioglu M，Sen Z1999）。计算公式如下（）。计算公式如下（Sailor J David2001）：）：这种方法工作量太大，所需数据不容易获得这种方法工作量太大，所需数据不容易获得，对上述方法进行改进得到对上述方法进行改进得到：式中式中HDD为某一年的采暖度日值；为某一年的采暖度日值；CDD为某一年的降温度日值；为某一年的降温度日值；为月平均温度；为月平均温度；为采暖度日数的基础温度为采暖度日数的基础温度（5度）度）；为降温度日数的基础温度为降温度日数的基础温度（26度

23、）；度）；M为为每月的天数；每月的天数；rd，如果月平均温度高于基础温度，则为，如果月平均温度高于基础温度，则为1，否则为，否则为0。某一年年度日值某一年年度日值：DD=HDD+CDD1121(1)()()nbiinibiHDDrd TTCDDrd TT模型构建模型构建12111221(1)()*()*bmmmbmHDDrd TTMCDDrdTTM1bT2bTmT36p本研究以能源消费的价格弹性测算回弹效应时，本研究以能源消费的价格弹性测算回弹效应时，假设价格是下降假设价格是下降的的（根据对称性假设）根据对称性假设），而实际价格是波动的，为解决该问题价，而实际价格是波动的，为解决该问题价格的变

24、化分解成三部分（格的变化分解成三部分（Dargay 1992和Gately 1993)：历史最高价格历史最高价格 价格下降价格下降 价格上升价格上升 maxitEP模型构建模型构建itcutEPitrecEP其中：则原计量模型可分解为：12maxmax,.,itiiitEEEEPPPPmax11max/0min1,EimEimitEimEimtPPcutEPPmPmax11max/0max1,EimEimitEimEimtPPrecEPPmPmaxmax122234lnlnlnlnlnlnlnitititcutcutrecrecititEEEitititEIPPPPDD 测算出的系数 即为长期

25、回弹效应2cut37模型构建模型构建电价分解图例电价分解图例38p误差修正模型：误差修正模型：误差修正模型误差修正模型（Error Correction Model,ECM)常常被用来估算常常被用来估算短期弹性短期弹性。在长期协整模型的基础上可以得到残差序列在长期协整模型的基础上可以得到残差序列 ，将其作为误差修正，将其作为误差修正项，项，itecm短期回弹计量模型短期回弹计量模型max123456711lnlnlnlnlnlnlnlnitititcutrecititEEEitititititEIPPPPDDEecme 可以建立以下面板误差修正模型：测算出的系数 即为短期回弹效应33940变量

26、变量含义含义测度方法测度方法I居民生活水平居民生活水平实际人均可支配收入实际人均可支配收入(元元)P人口规模人口规模人口数人口数(万人万人)PE价格水平价格水平用电实际价格用电实际价格(元元)DD气温气温度日度日E能源消费能源消费居民用电量（亿千瓦时）居民用电量（亿千瓦时）表1 各变量含义及测度方法变量说明变量说明注：采用注：采用PPP法法计算计算1996-2010年各省人均可支配收入及电价，引用年各省人均可支配收入及电价，引用Brandt 和和 Holz（2006）计算出的）计算出的2000年中国各地区的购买力平价，计年中国各地区的购买力平价，计算出算出1996-2010年各省的购买力平价，

27、气温选取各省会城市气温为各省代年各省的购买力平价，气温选取各省会城市气温为各省代表表u中国统计年鉴中国统计年鉴u中国能源统计年鉴中国能源统计年鉴u中国物价年鉴中国物价年鉴u中国人口统计年鉴中国人口统计年鉴uBrandt L and Holz C A.2006.Spatial Price Differeences in China:Estimates and Implications.Economic Development and Cultural Change 55(1):43-8641数据来源数据来源实证分析实证分析42用用普通最小二乘估计法普通最小二乘估计法估计的长期协整面板模型为：估计

28、的长期协整面板模型为：m axln8.17 0.95ln0.08ln0.74ln0.67ln0.26ln0.14lnitititcutrecititEEEitititEIPPPPD D以以 、和和 的协整回归稳定的协整回归稳定残差误差序列残差误差序列 作为误差修正项，建立的误差修正模型作为误差修正项，建立的误差修正模型如下：如下：m ax,11ln0.87 ln0.34 ln0.72 ln0.16 ln0.19 ln0.08 ln0.03 ln0.40itititcutrecititEEEitititititEIPPPPD DEecmelnitElnitIlnitPmaxlnitEPlnitc

29、u tEPlnitrecEPlnitDDitecm实证分析实证分析估计的模型形式估计的模型形式残差序列的单位根检验残差序列的单位根检验变量回归系数t检验置信概率检验方法统计量置信概率0.94775720.409140.0000LLC检验-4.74502*0.0000-0.079360-0.8535810.3938IPS检验-4.09720*0.0000-0.741594-5.0099170.0000ADF-Fisher检验119.251*0.00000.6701633.3466870.0009PP-Fisher检验124.998*0.00000.2612634.5745070.00000.13

30、86985.6695050.0000常数项8.1709939.9774850.0000调整的0.984765D.W.值1.091550F统计量830.2236注：注：*表示拒绝表示拒绝“存在面板单位根存在面板单位根”的原假设的原假设43价格下降时的弹性价格下降时的弹性大于大于价格上升时的弹性价格上升时的弹性在在5%的显著水的显著水平上平上残差项不存在自相关残差项不存在自相关长期协整模型估计长期协整模型估计实证分析实证分析VariableCoefficientStd.Errort-StatisticProb.0.8703670.07779411.188080.00000.3387310.1042

31、473.2493130.0013-0.7248890.171297-4.2317710.00000.1613460.2141040.7535870.45160.1876540.0779222.4082410.01650.0800020.0137605.8139430.00000.0313200.0439560.7125310.4766-0.4014460.040157-9.9968330.0000Weighted StatisticsR-squared0.188561Mean dependent var0.170509Adjusted R-squared0.173691S.D.dependen

32、t var0.177143S.E.of regression0.146741Sum squared resid8.225615F-statistic3.673759Durbin-Watson stat2.349597Prob(F-statistic)0.00000044价格下降时的弹性价格下降时的弹性大于大于价价格上升时的弹性格上升时的弹性各解释变量不存在自相关各解释变量不存在自相关误差修正模型估计误差修正模型估计在在5%的水平上大于的水平上大于2.33，表明通过检验，表明通过检验实证结果与讨论实证结果与讨论1 1、中国城镇居民用电存在中国城镇居民用电存在明显明显回弹效应，长期回弹效应为回弹效

33、应，长期回弹效应为0.74 0.74，短期回弹，短期回弹效应为效应为0.0.7272。从节约能源的角度来看，单纯地提高能源效率的技术和政。从节约能源的角度来看，单纯地提高能源效率的技术和政策并不像理论上预期的那么有效，因此策并不像理论上预期的那么有效，因此不能不能将提高能源效率将提高能源效率作为作为唯一手唯一手段段来实现节能或解决能源约束问题。来实现节能或解决能源约束问题。2 2、无论无论是长期还是短期，能源消费在价格下降时的弹性是长期还是短期，能源消费在价格下降时的弹性都大于都大于价格上升时价格上升时的弹性的弹性 ，这与，这与(Dargay(Dargay（19921992）；）；Gately

34、Gately（19951995）；）；Haas Haas 和和SchipperSchipper（1998)1998)）的的结果结果截然不同截然不同。原因：原因：中国经济快速增长，城镇居民可支配收入提高且电在中国是一种中国经济快速增长，城镇居民可支配收入提高且电在中国是一种较便宜的能源较便宜的能源，3 3、我国城镇居民用电直接回弹效应大小我国城镇居民用电直接回弹效应大小远远高于远远高于发达国家城镇居民用电直发达国家城镇居民用电直接回弹效应接回弹效应原因：原因：中国正处于中国正处于城市化进程加速、居民消费升城市化进程加速、居民消费升级阶段级阶段主要内容主要内容能源系统建模能源系统建模2能源回弹效应

35、能源回弹效应3政策启示政策启示4能源系统工程简介能源系统工程简介1政策启示政策启示p政策启示政策启示：1 1、回弹效应应该作为能源效率测算的另一个回弹效应应该作为能源效率测算的另一个标准标准,全面开发回全面开发回弹效应测算模型的研究。弹效应测算模型的研究。2 2、加快建立合理的能源价格体系的研究。一方面、加快建立合理的能源价格体系的研究。一方面估计能源价估计能源价格提升对回弹效应的抑制作用，确定能源价格提升的力度和格提升对回弹效应的抑制作用，确定能源价格提升的力度和时机。时机。另一方面另一方面充分研究能源价格政策对收入分配的影响，充分研究能源价格政策对收入分配的影响，防止由于能源价格提升而加重

36、低收入家庭的负担，加重不平防止由于能源价格提升而加重低收入家庭的负担，加重不平等现象。等现象。3 3、继续深入研究我国继续深入研究我国交通、建筑和工业交通、建筑和工业等领域是否存在回弹等领域是否存在回弹效应并测算其回弹效应的大小。效应并测算其回弹效应的大小。47政策启示政策启示p政策启示政策启示4 4、将将各领域的各领域的回弹效应作为一个回弹效应作为一个评价指标评价指标贯彻落实到能源系贯彻落实到能源系统工程的各任务之中，并评价其实施的实际效果统工程的各任务之中，并评价其实施的实际效果。5 5、深入探索深入探索消费者和生产者行为反应消费者和生产者行为反应的研究，了解能源回弹的研究，了解能源回弹效

37、应的效应的发生机制发生机制。（通过专题的跟踪调查研究，充分揭示消。（通过专题的跟踪调查研究，充分揭示消费者对各种能源消费的行为反应）费者对各种能源消费的行为反应）6 6、由政府确定的能源价格及能源消费的外部成本是否会对能由政府确定的能源价格及能源消费的外部成本是否会对能源消费有影响及其影响的大小仍需要做进一步的研究。源消费有影响及其影响的大小仍需要做进一步的研究。4849Paper Publishing:Zhaohua Wang,Milin Lu,ect.,Direct Rebound Effect on Urban Residential Electricity Use:an Empirical Study in China,submitted to Renewable&Sustainable Energy Reviews,2012.Many thanks!Welcome Comments