第5章
基础清单数据动态评估模型

基础清单数据是LCA评价计算中的重要乘子，用于将评价对象的消耗量数据转化为原材料的投入量和环境排放量数据。DLCA中开展清单分析依赖动态的基础清单数据，在评价某年的环境影响时调用对应年份的基础清单数据。本章对未来一段时期内能源结构的动态变化情况进行量化，构建了能源和电力在2010~2050年间的动态基础清单数据，为环境影响的动态评价提供数据基础。

5.1 研究范围确定

建筑全生命周期内消耗了多种类型的建筑材料和能源。能源包括煤炭、石油、天然气、电力等多种形式，其中电力还可细分为火电、水电等。能源的使用贯穿原材料开采、构配件加工、现场施工安装、运营维护和拆除处置全周期始终，消耗量较大，且环境排放显著，应将其基础清单数据的动态变化纳入评价。

建筑材料种类繁多，包括水泥、混凝土、砂石、钢铁、砌块等等，本书中暂不评估其基础清单数据的动态性，主要考虑如下：第一，动态变化较小。各类建筑材料部品生产所需的主要原材料、类型和配比随着工艺技术变化，但为了保持基本性状和功能，其基本构成不应有较大变化。此外，大部分的建筑材料消耗于施工安装阶段，该阶段持续时间较短，且距离评价时点很近，相应的时间动态变化较小，可沿用静态评价数据。第二，相关的环境影响比重较小。相比于建筑全周期中消耗的能源，建筑材料的使用所产生的相关环境影响在总影响值中的占比小 ^[172] 。第三，动态评估实施难度大。建筑中涉及的材料部品类型繁杂，往往多至上千种，对其成分构成的变化做到系统齐备的确定需要耗费大量的时间和人力，基本是不现实的。

本章的研究范围如图5-1所示，对综合能源和综合电力的基础清单数据开展动态评估。

5.2 影响因素及其动态性分析

根据中国工程院对我国能源中长期发展战略研究 ^{[168 - 169]} 。未来一段时期是我国能源体系的重要转型期，能源的基础清单数据应会发生较大变化，能源结构变化是其主要的影响因素。（1）能源结构对综合能源基础清单数据的影响很大。世界各国都将提升可再生能源在能源结构中的占比作为解决环境污染、气候变化等问题的有效措施 ^[173] 。美国规划到2050年将可再生能源发电量比重提升到80% ^[174] ；欧盟规划到2050年将可再生能源比重提高到50% ^[175] ；加拿大规划到2035年将可再生能源发电量比重提升到68% ^[176] 。我国颁布实施了《可再生能源法》，在《可再生能源发展“十三五”规划》中将2020和2030年非化石能源占一次能源消费比例限定为15%和20% ^[177] 。（2）我国煤炭占总能源消费的比例约为70% ^[169] ，远高于欧美发达国家和世界平均水平，能源结构可优化空间很大。近年来，我国增加可再生能源建设投资，支持相关装备制造业发展，大力推进能源结构的优化升级 ^[178] 。国家发展和改革委员会能源研究所对我国能源发展的预测研究显示 ^[179] ，到2050年，我国可再生能源的占比将提高到30%~40%左右；如果实践高比例可再生能源发展路径，这一比例将超过60% ^[180] ，可以预见能源结构变化对能源基础清单数据将产生重要影响。

能源结构变化是能源领域的研究热点，评估和预测研究较为充分，常见的方法包括灰色理论法、经济动力学模型、复杂适应系统理论等。国家发展和改革委员会能源研究所长期从事能源系统分析相关研究工作，基于国际国内合作开发了中国能源环境综合政策评价模型（Integrated Policy Assessment model of China，IPAC）。该模型主要包括能源与排放模型、环境模型和影响模型3个部分，细分为12个子模块，在能源与经济、环境相互影响的研究中得到广泛运用 ^[181] 。发改委能源研究所利用该模型对中国的能源需求结构和排放情景进行定量分析，综合考虑我国未来一段时期经济、人口、技术、生活方式等各方面的发展情形分设三个情景，以2005年为起点，自上而下诠释到2020年完成全面建设小康社会以及2050年达到中等发达国家水平对届时中国能源供需的要求 ^[179] 。考虑到该机构的权威性和所采用模型的广泛适用性，本章采用其对能源结构预测的相关数据进行动态评估。

将文献 ^[179] 中的节能情景记作情景1，低碳情景记作情景2，强化低碳情景记作情景3。情景1不采取专门应对气候变化的节能对策，节能减排的重大技术突破不显著；情景2是通过尽力争取可能实现的低碳发展情景，综合考虑国家的可持续发展、能源安全、经济竞争力和节能减排能力；情景3是较为理想的情景，关键的低碳技术取得重大突破，重大技术成本下降很快。详细的情景参数设置详见文献 ^[179] 。经IPAC模型分析，三种情景下能源的需求量水平和能源结构情况如图5-2和图5-3所示（其中电力包括水电、核电、风电、太阳能发电等形式），电力的需求量水平和电源结构情况如图5-4和图5-5所示（报告中仅给出2010年、2020年、2035年、2050年的数据，中间年份的数据采用线性内插法计算）。

从图5-2和图5-3中可以看出，2010年至2050年期间我国能源的需求水平呈现显著上升趋势，在情景1的模式下2050年总需求量将接近67亿tce，即便是在情景3的强化政策模式下，需求量也超过50亿tce，未来一段时期的国家发展对能源的需求仍然很大。在能源结构方面，煤炭在总能源中所占的比例明显下降，在2010年的总能源中占比为70%，到2050年在三种情景下分别下降为41%、36%和29%；石油在总能源中的占比相对稳定，维持在20%左右，只有在情景1的模式下有上升趋势；天然气在总能源中的占比缓慢上升，在2010年仅为4%，到2050年月为12%，且三种情景下的差异并不大；电力在总能源中所占比例明显上升，在2010年仅占比8%左右，到2050年在三种情景下分别上升为22%、32%和39%。我国2010年的能源结构中，以煤炭为主，远远高于其他能源形式；到2050年，能源形式呈现多样化，非化石能源得到大力的发展。

从图5-4和图5-5可以看出，2010年至2050年期间我国电力的需求水平呈现显著上升趋势，在2010年仅为35 000亿kW·h，到2050年需求量接近100 000亿kW·h，用电量很大。在电源结构方面，煤电占比下降明显，在2010年为75%，三种情景下到2050年分别下降至44%、31%和19%；核电的上升趋势最为显著，在2010年为2%，到2050年在三种情景中所占的比例分别为20%、25%和32%，这与核电站的大规模建设和相关技术发展有关；风电、天然气发电和太阳能发电的占比呈现上升趋势，但是相对缓慢，在2010年占比为1%~2%，到2050年占比均在10%左右；水电的占比在15%~22%之间变化，在2010年是电源中第二大的电力形式，在2030年间至2040年间逐渐被核电超过。我国2010年的电源结构以煤电为主、其次是水电，其他电力占比均低于5%；到了2050年，电源结构以核电为主，煤电和水电次之，其他电力占比均有提高。

综上，我国能源结构调整的主要变化是煤炭在总能源中占比下降，大力发展可再生能源发展（水电、风电、太阳能发电等），并且能源结构变化幅度较大。

需要说明的是，除能源结构外，分项能源自身的基础清单数据可能随技术和设备水平发生变化，亦会影响能源的基础清单数据水平。但是这种变化属于改善优化的范畴，相比而言影响程度有限，并考虑到分项能源种类繁多，对每一项的基础清单数据在长期内的变化情况做到准确预测并不现实，故本专著中不考虑分项能源基础清单数据变化的影响，沿用静态基础清单数据。

5.3 能源动态基础清单数据构建

基于未来一段时期内能源结构变化预测，构建综合能源和综合电力的动态基础清单数据评估公式，分别为式（5-1）和式（5-2），主要考虑了各分项能源和分项电力在总量中占比的变化情况。由于综合能源的清单数据是以kgce为单位，而分项能源的清单数据可能以立方米、吨等为单位，所以公式中引入折算系数进行转换。

式中，f _E-j （t）：单位质量综合能源在t年的基础清单数据，即生产1kgce综合能源需要投入的j原材料质量/产出的j环境排放质量；

f _kj ：单位质量分项能源k的基础清单数据，生产单位质量能源需要投入的j原材料质量/产出的j环境排放质量，其中k代表煤炭、石油、天然气、水电、核电、风电和太阳能发电；

a _k （t）：t年时，分项能源k在总能源中所占的比例；

b _k ：分项能源k相对于标准煤的折算系数；

式中，f _{EL- j} （t）：单位质量综合电力在t年的清单数据，即生产1 kW·h电力需要投入的j原材料质量/产出的j环境排放质量；

f _kj ：单位质量分项电力k的基础清单数据，生产单位质量电力需要投入的j原材料质量/产出的j环境排放质量，其中k代表火电、水电、核电、风电、太阳能发电和天然气发电；

d _k （t）：t年时分项电力k在总电力中所占的比例；

e _k ：生产分项电力k采用的能源相对于电力的折算系数；

在上述公式中，a _k （t）和d _k （t）的取值来源于5.2小节；b _k 和e _k 的取值来自国家标准《综合能耗计算通则》（GB/T 2589—2020） ^[182] ，相关数据如表5-1所示；分项能源的基础清单数据f _kj 主要来自CLCD数据库，对于该数据库未提供的部分，通过文献调研获取：风电、太阳能发电、核电的清单数据分别来自文献 ^[183] 、文献 ^[184] 和文献 ^[185] 。经计算，单位质量综合能源和综合电力的基础清单数据如表5-3和表5-4所示（清单数据条目较多，仅列出部分）。

从上述动态清单中可以看出：

（1）1 kgce综合能源生产需投入的原材料质量随时间呈现下降趋势，且下降幅度为情景3>情景2>情景1；在消耗的原材料中，初级能源的下降幅度最大，2050年相较2010年在三种情景下分别下降22%、29%和35%，可再生能源的大量使用减少了对初级能源的消耗；其次是铝矿石资源下降幅度最大，2050年相较2010年在三种情景下分别下降13%、21%和26%。

（2）1 kgce综合能源的环境排放随时间呈现下降趋势。能源生产的主要环境排放物为颗粒物、CO ₂ 和SO ₂ ，图5-6以2010年的排放质量为基准，重点分析这几种排放物质量的变化情况。可以看出，三种环境排放在2010~2030年间下降幅度相对较大，2030~2050年趋于平缓。三种排放物的减少幅度差异不大，以颗粒物排放量的减少最为显著，其2050年的排放量水平在三种情景模式下分别相当于2010年排放量水平的78%、71%和64%。

（3）1 kW·h综合电力生产需要投入的原材料质量随时间呈现下降趋势，下降幅度为情景3>情景2>情景1；初级能源和铁矿资源的下降幅度较大，初级能源2050年消耗量相较2010年在三种情景下分别下降21%、35%和44%，铁矿消耗量则分别下降20%、34%和44%；铝土矿资源的消耗量小幅上升，这是因为天然气发电对铝土矿的消耗很大，远超过其他类型，随着天然气发电在总电力中占比上升，铝土矿资源的投入量增加。

（4）1 kW·h综合电力生产的环境排放呈下降趋势，图5-7以2010年的排放质量为基准，分析了三种重要环境排放物（颗粒物、CO ₂ 和SO ₂ ）的质量变化情况。环境排放在2010~2030年间下降比较明显，2030~2050年趋于平缓。三种环境排放的下降程度差异不大。

（5）随着结构优化，能源和电力的基础清单数据会有比较明显的变化，需要投入的原材料和环境排放大体呈现下降趋势，产生的环境影响将会明显降低。从基础清单数据变化幅度可以看出，在住宅这样长周期产品的环境影响评价中，基础清单数据的动态变化对环境影响评价结果可能有很大影响。

5.4 小结

本章的工作及成果总结如下：

（1）明确能源基础清单数据动态变化的主要影响因素为能源结构，并综合使用文献调研、线性假设等方法预测2010~2050年间能源结构的变化情况。

（2）基于动态能源结构，构建了综合能源和电力的动态基础清单数据动态评估模型，给出三种情景模式下能源和电力的动态基础清单数据，并对主要环境排放量的变化展开分析。

（3）本章研究结果表明，能源的基础清单数据在未来一段时期内有较为明显的变化，应将基础清单数据作为重要动态评价要素纳入DLCA评价。 M+xP8Xh/Ej6bWPNLtrueaGC8Mey+o3Q8bsYtPgJ+86ebiWjHzwP+0NJ2pIycQfFA