情景分析和LCA組合方法在可再生能源政策環(huán)評的應(yīng)用
——以山東省為例

徐 鵬，徐千淇，張亞寧，包存寬，*

(1.復(fù)旦大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程系，上海 200438；2.復(fù)旦大學(xué) 城市環(huán)境管理研究中心，上海 200438；3.復(fù)旦大學(xué) 上海市生態(tài)環(huán)境治理政策模擬與評估重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200438；4.山東省建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境評審服務(wù)中心， 山東 濟(jì)南 276399)

0 引 言

加快發(fā)展可再生能源實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型是“雙碳”目標(biāo)的重要抓手，而發(fā)展可再生能源離不開政策的支持和規(guī)劃。可再生能源政策作為一種對社會、環(huán)境影響較大的政策類型，開展政策環(huán)評，綜合評估政策所帶來的影響，對體現(xiàn)新形勢下政府行政行為規(guī)范化，決策制定科學(xué)化、民主化、法治化具有重要的意義。

政策環(huán)評目的是為了對政策及其替代方案的環(huán)境影響進(jìn)行綜合的評價，將環(huán)境因素納入政策的制定過程中，使政策實(shí)施過程的負(fù)面環(huán)境影響最小化[1]。可再生能源的政策環(huán)評涉及內(nèi)容面廣、聯(lián)動性高，造成的影響在空間和時間尺度更大，具有全局性和持久性[2]。這使得政策環(huán)評在進(jìn)行預(yù)測評價和對策方案比選時，面對的是一個變化更為迅速、影響更加廣泛的多重復(fù)雜系統(tǒng)，需要處理更為復(fù)雜的不確定性問題。圖1顯示了受不確定性影響的復(fù)雜系統(tǒng)，在不同時間點(diǎn)通過不同路徑在未來發(fā)展的可能狀態(tài)?？稍偕茉凑攮h(huán)評的不確定性主要包括三個方面。第一是政策本身的不確定性。政策是對社會系統(tǒng)未來活動在時間和空間的大尺度安排，政策與社會系統(tǒng)、社會系統(tǒng)與自然環(huán)境系統(tǒng)均是互動的，造成了系統(tǒng)未來發(fā)展的不確定性。同時，政策本身也會受外部局勢的變化，不斷被調(diào)整和改變，比如可再生能源政策會受到能源價格、國際形勢等方面的影響。第二是政策實(shí)施過程中外部環(huán)境對自然環(huán)境影響的不確定性，政策的制定與實(shí)施須考慮資源環(huán)境條件與生態(tài)對社會系統(tǒng)的制約，如評價對象本底自然、經(jīng)濟(jì)條件，如沿海地區(qū)適合發(fā)展海上風(fēng)電，而內(nèi)陸地區(qū)適合發(fā)展光伏發(fā)電。第三是現(xiàn)行和新出政策的實(shí)施對生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)可能產(chǎn)生的影響。需要注意的是，政策實(shí)施對生態(tài)環(huán)境可能的影響包括負(fù)面影響和正面影響，例如可再生能源的替代效應(yīng)就是典型的環(huán)境正效應(yīng)，而在以往環(huán)評中對于正效應(yīng)的討論較少。因此，識別和應(yīng)對上述不確定性，是確保政策環(huán)評科學(xué)開展的關(guān)鍵。

圖1 政策對自然環(huán)境系統(tǒng)的不確定性影響Fig.1 Uncertainty of policy on natural environment system

情景分析法可用于處理環(huán)境影響評價中的不確定性問題，得到了環(huán)評編制者和研究者的廣泛青睞[3-4]。情景分析是將未來可能的發(fā)展界定于一定范圍內(nèi)，通過定性定量相結(jié)合的方法，描述未來可能發(fā)展的狀態(tài)，將視角從評估未來最有可能發(fā)展的狀況，轉(zhuǎn)向了評估不同情景下最需要關(guān)注的重點(diǎn)問題[5]。Zhu[6]和Schwenke[7]等學(xué)者探索了情景分析在戰(zhàn)略環(huán)評的應(yīng)用，均取得了較為理想的效果，然而由于評價目標(biāo)涉及環(huán)境影響可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出評價目標(biāo)所劃定的地理范圍，仍存在環(huán)境系統(tǒng)邊界劃定和核心要素識別困難的問題。生命周期評估(LCA)廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品、技術(shù)、政策等多個社會領(lǐng)域，可以評估評價目標(biāo)整個或某個生命周期階段的消耗與影響，和情景分析法具有高度的適配性，也可以較好地反映可再生能源帶來的潛在環(huán)境影響。鑒于此，本文擬通過LCA與情景分析相結(jié)合的方式，從LCA系統(tǒng)論的角度出發(fā)，探索應(yīng)對可再生能源政策環(huán)評不確定性的方法，并結(jié)合案例進(jìn)行分析討論，以期為政策環(huán)評的科學(xué)決策提供支持。

1 情景分析和LCA在環(huán)評中的應(yīng)用

1.1 情景分析框架

20世紀(jì)中期，美國物理學(xué)家Herman Kahn首先提出情景構(gòu)建，用于預(yù)測可能發(fā)生的世界性“核戰(zhàn)爭”[8]。隨后該方法經(jīng)過發(fā)展與完善，被廣泛應(yīng)用于規(guī)劃、環(huán)評等多個領(lǐng)域[9]?！扒榫啊笔菫榱岁P(guān)注決策目標(biāo)的因果過程，而對未來可能呈現(xiàn)勢態(tài)構(gòu)建的假設(shè)事件。情景分析在環(huán)評中的應(yīng)用步驟如圖2所示。

圖2 情景分析法的方法框架Fig.2 The methodological framework of scenario analysis

首先是評價對象的影響識別，包括劃定評價對象的影響范圍、核心要素識別以及系統(tǒng)不確定性的識別。系統(tǒng)邊界劃定是確定系統(tǒng)可能造成影響的范圍；核心要素是指評價對象對系統(tǒng)可能造成的主要環(huán)境影響；不確定性是由于外部環(huán)境改變可能帶來的影響。

第二是影響預(yù)測和評價，確定評價對象在情景分析中時間和空間的評價范圍，預(yù)測驅(qū)動因素和不確定性因素，確定模型參數(shù)，最后通過模型模擬各個情景。

最后是根據(jù)各個情景得出的結(jié)果，提出針對性的建議。

與具體項(xiàng)目相比，政策涉及的時空尺度較大，擬議方案實(shí)施面臨的不確定性因素更多，這些都導(dǎo)致政策環(huán)評難以實(shí)施，且其評價結(jié)果的主觀性更強(qiáng)。傳統(tǒng)的情景分析方法都缺乏標(biāo)準(zhǔn)的邊界評估和因素識別流程，導(dǎo)致在情景方案比選時缺乏說服力。因此，本文采用LCA系統(tǒng)論思路，結(jié)合情景分析進(jìn)行優(yōu)化，使流程在實(shí)踐中相對標(biāo)準(zhǔn)可靠。

1.2 LCA和情景分析的組合方法框架

LCA最初作為產(chǎn)品的環(huán)境管理工具，不僅能對產(chǎn)品直接的環(huán)境影響進(jìn)行有效的定量分析和評價，而且能對其“從搖籃到墳?zāi)埂钡娜^程所涉及的環(huán)境問題進(jìn)行評價。隨著LCA的發(fā)展，該方法的應(yīng)用逐漸拓展到戰(zhàn)略分析、公共政策分析等領(lǐng)域?；贚CA，一方面可更為全面分析評價發(fā)展可再生能源的生態(tài)環(huán)境影響，另一方面為后面明確不同階段或環(huán)節(jié)的相關(guān)主體的環(huán)境責(zé)任提供依據(jù)。LCA應(yīng)用于政策環(huán)評具有以下優(yōu)勢。

首先是評價對象的系統(tǒng)邊界劃定問題。預(yù)測政策實(shí)施后系統(tǒng)內(nèi)生態(tài)環(huán)境變化情況是政策環(huán)評的基礎(chǔ)，LCA的系統(tǒng)論思路包含了評價對象造成的直接影響和間接影響，可以更加科學(xué)判斷政策環(huán)評的系統(tǒng)邊界和研究范圍，預(yù)防間接影響導(dǎo)致的次生污染問題，減小環(huán)境影響不確定性。同時LCA龐大的數(shù)據(jù)庫可以為預(yù)測模擬的定量表達(dá)提供大量的數(shù)據(jù)支持。第二，LCA具有綜合性的特點(diǎn)，不僅可以計(jì)算污染廢物對生態(tài)環(huán)境的影響，同時可以考慮因資源、能源消耗對環(huán)境造成的綜合影響，有助于體現(xiàn)政策影響的全局性。第三，LCA具有全局性特點(diǎn)，從全局視角避免了局部視角改進(jìn)的污染轉(zhuǎn)嫁問題，有助于情景方案的正確比選，幫助決策者做出更好的決策。

圖3 LCA與情景分析組合方法框架Fig.3 Combination method framework of LCA and scenario analysis

如上所述，使用LCA與情景分析組合方法，可以進(jìn)一步綜合評估政策所帶來的環(huán)境影響，減少預(yù)測的不確定性。與一般情景分析相比，組合方法考慮了政策地理邊界外的環(huán)境影響。一般情景分析是以政策的地理邊界作為評價邊界，忽視了政策執(zhí)行對上下游所帶來的影響，而組合方法有助于評價系統(tǒng)的不確定性來源，從而做到源頭防治。此外，政策環(huán)評的目標(biāo)是評價政策執(zhí)行所能造成的影響，影響評價的角度會得出不同的評價結(jié)果。一般的情景分析是基于環(huán)境影響的絕對值進(jìn)行選擇的，如污染排放量、生態(tài)空間變化量等。組合方法則是使用LCA的特征化和歸一化分析，綜合經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、資源消耗等多個指標(biāo)綜合值得出的情景方案比選結(jié)果。組合方法無疑可以更好地減小不確定性，滿足政策環(huán)評對預(yù)測的要求。

2 山東可再生能源發(fā)展政策環(huán)評案例分析

2.1 政策案例基本概況

為貫徹落實(shí)碳達(dá)峰、碳中和戰(zhàn)略目標(biāo)。山東省依托地緣優(yōu)勢，積極建設(shè)以海上風(fēng)電、光伏發(fā)電為主體的新型電力系統(tǒng)，整體推進(jìn)“能源-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境”系統(tǒng)的協(xié)調(diào)、優(yōu)化與升級，2021年7月9日，山東省發(fā)展和改革委員會、山東省能源局等印發(fā)了《關(guān)于促進(jìn)全省可再生能源高質(zhì)量發(fā)展的意見》(以下簡稱《意見》)?！兑庖姟访鞔_指出了風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、生物質(zhì)發(fā)電等六類可再生能源及其配套設(shè)施的發(fā)展思路。

本案例中，分別使用一般情景分析和LCA情景分析組合方法，預(yù)測分析了不同情景下發(fā)電環(huán)節(jié)可再生能源替代火電(主要是煤電)的影響，比較不同情景下可再生能源的減污降碳協(xié)同效應(yīng)。

2.2 系統(tǒng)邊界劃定

基于LCA的系統(tǒng)邊界劃定包括空間和時間兩部分。

在空間維度上，本次政策環(huán)評將空間分為省內(nèi)空間和其他空間。其中，省內(nèi)空間是指以全省范圍為邊界，總面積15.79萬km2，涉及分布式城鄉(xiāng)光伏發(fā)電項(xiàng)目、碳排放、能源結(jié)構(gòu)及電力體系、社會經(jīng)濟(jì)效益等的具體分析。其他空間則是指設(shè)備制造和運(yùn)輸、項(xiàng)目建設(shè)等可能造成的間接環(huán)境影響的部分。以可再生能源項(xiàng)目為例，圖4展示了可再生能源生態(tài)環(huán)境影響的空間。橫軸為設(shè)備周期，包括設(shè)備生產(chǎn)、設(shè)備運(yùn)輸、電廠建造、電廠運(yùn)行和設(shè)備廢棄后回收與處置等5個環(huán)節(jié)；縱軸為項(xiàng)目周期，包括項(xiàng)目選址、場地整理、建設(shè)與運(yùn)營、場地廢棄后再利用等4個環(huán)節(jié)。

圖4 可再生能源生態(tài)環(huán)境影響邊界Fig.4 Eco-environmental impact boundary of renewable energy

時間維度上考慮4個時間節(jié)點(diǎn)：一是基準(zhǔn)年，以《意見》發(fā)布時間(即2021年)的前一年即2020年為基準(zhǔn)年，考慮到因疫情影響等特殊性以及2020年相關(guān)數(shù)據(jù)異常及可獲得性，需要參考2019年相關(guān)數(shù)據(jù)；二是政策目標(biāo)年，即《意見》所明確的2025年，作為預(yù)測時間節(jié)點(diǎn)，基于政策分析現(xiàn)狀，預(yù)測政策生態(tài)環(huán)境影響的范圍、方式和類型，判斷政策實(shí)施的生態(tài)環(huán)境效益和不良影響，判斷是否可能造成重大生態(tài)環(huán)境影響、不確定性及風(fēng)險分析；三是考慮到山東省大規(guī)模開發(fā)可再生能源是始于“十三五”期間，以及國家提出2030年碳達(dá)峰、以及2035年基本實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化和美麗中國基本建成，全國及山東省“十四五”發(fā)展規(guī)劃及2035遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要，山東省相關(guān)能源(含可再生能源及產(chǎn)業(yè))發(fā)展規(guī)劃的目標(biāo)年，設(shè)置2030年和2035年2個時間節(jié)點(diǎn)，作為情景分析時間節(jié)點(diǎn)；四是展望至第二個百年目標(biāo)(2050年)和國家承諾實(shí)現(xiàn)碳中和的2060年。

2.3 情景構(gòu)建

(1)情景1——BAU情景

“十三五”時期，山東省規(guī)劃建成可再生能源發(fā)電機(jī)組3 010萬kW，實(shí)際建設(shè)4 433萬kW，超出規(guī)劃目標(biāo)75%?？紤]到山東目前電力系統(tǒng)之中可再生能源的占比較低，而且仍有較大的發(fā)展空間，基準(zhǔn)情景即“BAU情景”(Business As Usual)設(shè)置為維持“十三五”期間的增長態(tài)勢。

(2)情景2——政策情景

政策情景即作為本次環(huán)評對象的《意見》完全實(shí)施、政策目標(biāo)完全實(shí)現(xiàn)下的情景。根據(jù)《意見》，山東省將進(jìn)一步推動風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能、抽水蓄能等可再生能源開發(fā)與利用空間，提高可再生能源的利用率。到2025年，山東省可再生能源發(fā)電裝機(jī)規(guī)模將達(dá)到8 000萬kW以上，力爭達(dá)到9 000萬kW左右。

(3)情景3——雙碳情景

山東是能源消耗大省，能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型壓力巨大。雙碳情景是基于我國“雙碳”目標(biāo)總體要求和《山東省“十四五”生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃》發(fā)展要求設(shè)定而出的情景。按照國務(wù)院發(fā)布的《2030年前碳達(dá)峰行動方案》，全國到2030年，風(fēng)電、太陽能發(fā)電總裝機(jī)容量達(dá)到12億kW以上。因此，本情景假設(shè)山東在2030年實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，“十四五”時期嚴(yán)格控制煤炭消費(fèi)增長，淘汰煤電落后產(chǎn)能，推進(jìn)可再生能源建設(shè)。“十五五”時期實(shí)現(xiàn)火電清潔化轉(zhuǎn)型改造，火電裝機(jī)不再增長，用電增長全部由可再生能源補(bǔ)充。

(4)情景4——德國情景

德國是全球碳排放前15位國家中最早實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰的國家，先后決定于2022年實(shí)現(xiàn)棄核、2038年完全退出煤電，并提出在2050年實(shí)現(xiàn)碳中和。2020年德國可再生能源約占電力消費(fèi)比重35%，占終端能源消費(fèi)比重18%。2021年1月，德國正式拉開退煤帷幕，開始拍賣煤電裝機(jī)容量。作為歐洲第一的工業(yè)強(qiáng)國，德國電力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型對工業(yè)大省山東具有極強(qiáng)的借鑒意義。德國情景就是假設(shè)山東2025年達(dá)到同期德國的可再生能源發(fā)展和電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

2.4 一般情景分析與組合方法的結(jié)果比較

通過預(yù)測模型模擬兩種方法，在不同情景下的政策目標(biāo)年(2025)的環(huán)境影響。根據(jù)“減污降碳協(xié)同增效”原則、污染物與碳排放同火力發(fā)電(主要是煤電)關(guān)聯(lián)程度，并考慮到數(shù)據(jù)可獲得性，選擇SO2、NOx、煙塵、廢水、CO2等指標(biāo)進(jìn)行減污降碳的協(xié)同效應(yīng)進(jìn)行權(quán)重賦值，賦值方法均為專家打分法。然后根據(jù)四個情景下減污降碳協(xié)同效應(yīng)進(jìn)行打分，計(jì)算得出各情景綜合得分。

一般情景分析的減污降碳協(xié)同效應(yīng)，具體見圖5。

圖5 一般情景分析情景比選結(jié)果Fig.5 Comparison results of general scenario

圖5可得四個情景的得分從高到低依次為：BAU情景、雙碳情景、德國情景、政策情景。從指標(biāo)得分來看，BAU情境中，除了廢水減排量，其他污染物的減排效益均為最佳，尤其是權(quán)重最大的CO2減排量，與其他三類情景相比優(yōu)勢明顯。這是由于只考慮發(fā)電過程的情況下，污染物減排效益直接受到可再生能源裝機(jī)量影響，而BAU情景中裝機(jī)量最大，因此減排效益最佳。

LCA與情景分析組合方法的四個情景得分從高到低依次為：德國情景、BAU情景、雙碳情景、政策情景，具體見圖6。

圖6 LCA與情景分析組合方法的情景比選結(jié)果Fig.6 Comparison results of LCA and scenario analysis combination methods

從指標(biāo)得分來看，在德國情景下，除了SO2和NOx這兩類大氣污染物之外，其他污染物的減排效益都呈現(xiàn)較好的結(jié)果；在BAU情景中，應(yīng)對氣候變化相關(guān)指標(biāo)以及對于大氣污染物、廢水、粉煤灰等污染的減排效益顯著。這是由于從LCA的視角考慮時，將裝備制造、運(yùn)輸、使用、拆解、回收全過程產(chǎn)生的污染物納入到了計(jì)算結(jié)果，而風(fēng)力發(fā)電在全生命周期的污染物排放較少，因此裝機(jī)結(jié)構(gòu)對與不同情景的得分影響較大，即風(fēng)力發(fā)電占比較高時，全生命周期的污染物減排效益更為明顯。當(dāng)只考慮發(fā)電過程的污染物減排效益時，BAU情景的替代效益最為突出；當(dāng)基于LCA視角考慮污染物減排效益時，德國情景和BAU情景由于裝機(jī)結(jié)構(gòu)的影響，具有較好的替代效應(yīng)。

2.5 不確定性討論

基于組合方法的綜合預(yù)測分析可以看出，本案例中可再生能源發(fā)展政策，其自身所涉及的可再生能源項(xiàng)目及其配套設(shè)施的建設(shè)、運(yùn)營和服役期滿后的拆解處置的全過程，因各類事故會產(chǎn)生一定的生態(tài)環(huán)境風(fēng)險，《意見》包含有風(fēng)電、光伏發(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電和抽水蓄能、電化學(xué)儲能以及輸送變電升壓等配套設(shè)施，這些項(xiàng)目和設(shè)施的建設(shè)和運(yùn)營及服役后的拆解處置中，除前述正常狀況下產(chǎn)生相應(yīng)的生態(tài)環(huán)境影響之外，還會因各類事故或突發(fā)事件而造成一定生態(tài)環(huán)境風(fēng)險。此外，還有可再生能源設(shè)備設(shè)施生產(chǎn)中使用的重金屬、危險化學(xué)品在服役期滿拆解處理處置產(chǎn)生的危險廢物以及其生態(tài)環(huán)境影響。

同時政策執(zhí)行內(nèi)容也可能受其他政策的影響產(chǎn)生偏移。政策執(zhí)行存在不確定性體現(xiàn)在政策年限上，《意見》是2021年7月9日發(fā)布，政策目標(biāo)年是2025年，而國家雙碳目標(biāo)明確碳達(dá)峰時間是到2030年。然而截止目前，山東碳達(dá)峰行動方案尚未出臺，其達(dá)峰的時間點(diǎn)和峰值無疑將對于《意見》內(nèi)容來說是一項(xiàng)較大的不確定因素。

3 結(jié)果與討論

目前，政策環(huán)評仍處于探索階段，其理論和方法研究仍需完善。由于政策的不確定性和復(fù)雜性，決定了其評價方法的多重性，在實(shí)踐應(yīng)用上需要根據(jù)不同區(qū)域政策對象的異質(zhì)性加以靈活應(yīng)用，突出因地制宜原則，實(shí)施定性和定量相結(jié)合的方法予以評價。

本文以山東可再生能源規(guī)劃為案例，探討了基于LCA的情景分析在政策環(huán)評中的應(yīng)用。案例研究表明，LCA和情景分析組合方法可以拓展政策評價的范圍，同時可以通過綜合影響分析，減少間接環(huán)境影響帶來的不確定性問題，用更為標(biāo)準(zhǔn)化的方式來呈現(xiàn)復(fù)雜系統(tǒng)的多維情景，提高政策環(huán)評中多方案比選時的決策能力，有利于評估出最優(yōu)政策方案，提升其綜合決策水平。同時，要想實(shí)現(xiàn)政策實(shí)施與環(huán)境影響評價的協(xié)調(diào)一致，在政策環(huán)境影響評價的基礎(chǔ)上，還需要做好跟蹤評價，以使其更具有指導(dǎo)意義。