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工业园区经济能源环境耦合的系统动力学研究

张昕 李艳萍 赵亚洲 智静 杨奕 陈晨

张昕,李艳萍,赵亚洲,等.工业园区经济能源环境耦合的系统动力学研究[J].环境工程技术学报,2022,12(3):948-956 doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210476
引用本文: 张昕,李艳萍,赵亚洲,等.工业园区经济能源环境耦合的系统动力学研究[J].环境工程技术学报,2022,12(3):948-956 doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210476
ZHANG X,LI Y P,ZHAO Y Z,et al.Research on the system dynamics of economic-energy-environment (3E) coupling in industrial parks[J].Journal of Environmental Engineering Technology,2022,12(3):948-956 doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210476
Citation: ZHANG X,LI Y P,ZHAO Y Z,et al.Research on the system dynamics of economic-energy-environment (3E) coupling in industrial parks[J].Journal of Environmental Engineering Technology,2022,12(3):948-956 doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210476

工业园区经济能源环境耦合的系统动力学研究

doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210476
基金项目: 国家重点研发计划项目(2019YFC0214401);内蒙古自治区科技重大专项(2020ZD0013)
详细信息
    作者简介:

    张昕(1989—),女,助理研究员,硕士,主要从事清洁生产,工业污染防治研究,zhangxin@craes.org.cn

    通讯作者:

    李艳萍(1976—),女,研究员,博士,主要从事清洁生产、工业园区、碳中和等方面研究,leeyp@craes.org.cn

  • 中图分类号: X021

Research on the system dynamics of economic-energy-environment (3E) coupling in industrial parks

  • 摘要:

    工业园区是企业的集聚地,同时也是污染的高发地,工业园区的生态化发展对区域绿色发展意义重大。鉴于工业园区发展过程中的经济、能源、环境多系统之间的复杂关系,构建了经济–能源–环境(3E)系统动力学模型,在模型有效性的基础上以某国家级生态工业园区为案例进行动态仿真。针对案例园区现状,设定了基准、节能减碳、减污、能源结构调整、经济适度增长、加大节能减碳力度6种情景进行趋势预测,并对照HJ 274—2015《国家生态工业示范园区标准》进行绩效评价。结果表明:工业园区3E系统动力学模型可以用于园区生态化发展的趋势预测,通过经济增速、能耗强度、能源结构、减排因子等关键因子的调控,可对其发展情景进行优化,提出一定条件下的园区发展增速与节能减排力度,为园区规划及发展提供科学指导和决策支持。

     

  • 图  1  系统因果关系反馈回路

    Figure  1.  System causality feedback loop

    图  2  工业园区3E系统存量–流量图

    Figure  2.  Stock and flow diagram of 3E system in industrial parks

    图  3  不同情景下主要参数趋势预测

    Figure  3.  Trend prediction of main parameters of different scenarios

    表  1  模型主要参数

    Table  1.   Main parameters of the model

    子系统存量流量内生变量外生变量
    经济 工业增加值 工业增加值增长量 工业增加值年均增长率
    废水减排因子
    固碳技术减排比例
    能源 综合能耗 单位工业增加值综合能耗
    煤炭(碳)排放 煤炭占比
    天然气(碳)排放 天然气占比
    石油(碳)排放 石油占比
    电力(碳)排放 电力占比
    可再生能源(碳)排放 可再生能源占比
    环境 废水COD最终排放量 工业废水COD排放量 单位工业增加值COD排放量
    工业废水COD排放减量
    废水氨氮最终排放量 工业废水氨氮排放量 单位工业增加值氨氮排放量
    工业废水氨氮排放减量
    二氧化硫排放量 煤炭二氧化硫排放因子
    二氧化碳排放量
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    表  2  不同情景参数设定

    Table  2.   Parameter setting of different scenarios

    主要参数变量情景
    基准情景节能减碳情景减污情景能源结构调整情景经济适度增长情景加大节能减碳力度情景
    工业增加值年均增长率/%1010101077
    单位工业增加值综合能耗
    5年累计下降率/%
    01414141418
    2030年与2019年相比煤炭消费占能源
    消费总量比例下降率/%
    000100100100
    2030年与2019年相比石油消费占能源
    消费总量比例下降率/%
    000202020
    2030年与2019年相比电力消费占能源
    消费总量比例下降率/%
    000000
    2030年与2019年相比天然气消费占能源
    消费总量比例提高率/%
    000151515
    2030年与2019年相比可再生能源消费占能源
    消费总量比例提高率/%
    000181818
    废水减排因子000.050.050.050.05
    自2025年开始固碳技术减碳比例/%022224
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    表  3  综合能耗弹性系数

    Table  3.   Elastic coefficient of comprehensive energy consumption

    情景年份
    20202021202220232024202520262027202820292030
    基准情景 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00
    节能减碳情景 0.67 0.65 0.66 0.65 0.65 0.65 0.65 0.66 0.66 0.66 0.66
    减污情景 0.67 0.65 0.66 0.65 0.65 0.65 0.65 0.66 0.66 0.66 0.66
    能源结构调整情景 0.67 0.65 0.66 0.65 0.65 0.65 0.65 0.66 0.66 0.66 0.66
    经济适度增长情景 0.54 0.50 0.51 0.51 0.50 0.50 0.50 0.51 0.52 0.51 0.52
    加大节能减碳力度情景 0.38 0.35 0.35 0.35 0.34 0.34 0.34 0.35 0.36 0.35 0.36
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    表  4  单位工业增加值二氧化碳年均削减率

    Table  4.   Average annual reduction rate of carbon dioxide per unit industrial added value %

    情景年份
    20202021202220232024202520262027202820292030
    基准情景 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
    节能减碳情景 3.00 3.05 3.00 3.00 3.00 3.33 3.28 3.24 3.22 3.20 3.18
    减污情景 3.00 3.05 3.00 3.00 3.00 3.33 3.28 3.24 3.22 3.20 3.18
    能源结构调整情景 3.31 3.33 3.28 3.28 3.27 3.60 3.59 3.58 3.57 3.54 3.51
    经济适度增长情景 3.42 3.43 3.31 3.31 3.30 3.62 3.61 3.60 3.60 3.55 3.53
    加大节能减碳力度情景 4.31 4.28 4.28 4.27 4.27 4.92 4.86 4.82 4.78 4.73 4.69
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    表  5  单位工业增加值二氧化碳5年累计下降率

    Table  5.   Cumulative decline rate of carbon dioxide per unit industrial added value %

    情景年份
    2024202520262027202820292030
    基准情景0000000
    节能减碳情景14.1315.8415.7615.8415.8715.8514.13
    减污情景14.1315.8415.7615.8415.8715.8514.13
    能源结构调整情景15.3316.9917.1317.4017.6517.6315.92
    经济适度增长情景15.4217.1217.8917.5617.7817.9516.01
    加大节能减碳力度情景19.6022.8023.0123.1723.3823.3820.16
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    表  6  主要污染物弹性系数

    Table  6.   Elastic coefficient of main pollutants

    情景年份
    20202021202220232024202520262027202820292030
    基准情景 0.99 0.95 0.98 0.96 0.97 0.97 0.97 0.98 0.98 0.98 0.97
    节能减碳情景 0.99 0.92 0.96 0.94 0.95 0.96 0.95 0.97 0.96 0.96 0.96
    减污情景 0.49 0.42 0.49 0.48 0.51 0.54 0.55 0.59 0.61 0.62 0.63
    能源结构调整情景 0.49 0.42 0.49 0.48 0.51 0.54 0.55 0.59 0.61 0.62 0.63
    经济适度增长情景 0.27 0.18 0.25 0.24 0.26 0.29 0.31 0.36 0.38 0.40 0.42
    加大节能减碳力度情景 0.27 0.18 0.25 0.24 0.26 0.29 0.31 0.36 0.38 0.40 0.42
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    表  7  单位工业增加值二氧化硫年均削减率

    Table  7.   Average annual reduction rate of sulfur dioxide per unit industrial added value %

    情景年份
    20202021202220232024202520262027202820292030
    基准情景 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
    节能减碳情景 3.00 3.05 3.00 3.00 3.00 3.00 3.00 3.00 3.00 3.00 3.00
    减污情景 3.00 3.05 3.00 3.00 3.00 3.00 3.00 3.00 3.00 3.00 3.00
    能源结构调整情景 9.93 10.24 10.49 10.83 11.21 11.64 14.06 17.06 21.86 25.50 100.00
    经济适度增长情景 9.93 10.24 10.49 10.83 11.21 11.64 14.06 17.06 21.86 25.50 100.00
    加大节能减碳力度情景 10.86 11.12 11.42 11.75 12.12 12.55 14.95 17.92 22.67 26.27 100.00
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  • 收稿日期:  2021-09-01
  • 网络出版日期:  2022-06-07

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