情景分析和LCA組合方法在可再生能源政策環評的應用
——以山東省為例

徐 鵬，徐千淇，張亞寧，包存寬，*

(1.復旦大學 環境科學與工程系，上海 200438；2.復旦大學 城市環境管理研究中心，上海 200438；3.復旦大學 上海市生態環境治理政策模擬與評估重點實驗室，上海 200438；4.山東省建設項目環境評審服務中心， 山東 濟南 276399)

0 引 言

加快發展可再生能源實現能源轉型是“雙碳”目標的重要抓手，而發展可再生能源離不開政策的支持和規劃。可再生能源政策作為一種對社會、環境影響較大的政策類型，開展政策環評，綜合評估政策所帶來的影響，對體現新形勢下政府行政行為規范化，決策制定科學化、民主化、法治化具有重要的意義。

政策環評目的是為了對政策及其替代方案的環境影響進行綜合的評價，將環境因素納入政策的制定過程中，使政策實施過程的負面環境影響最小化[1]。可再生能源的政策環評涉及內容面廣、聯動性高，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]。這使得政策環評在進行預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雜系統，需要處理更為復雜的不確定性問題。圖1顯示了受不確定性影響的復雜系統，在不同時間點通過不同路徑在未來發展的可能狀態。可再生能源政策環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。政策是對社會系統未來活動在時間和空間的大尺度安排，政策與社會系統、社會系統與自然環境系統均是互動的，造成了系統未來發展的不確定性。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。第二是政策實施過程中外部環境對自然環境影響的不確定性，政策的制定與實施須考慮資源環境條件與生態對社會系統的制約，如評價對象本底自然、經濟條件，如沿海地區適合發展海上風電，而內陸地區適合發展光伏發電。第三是現行和新出政策的實施對生態環境系統可能產生的影響。需要注意的是，政策實施對生態環境可能的影響包括負面影響和正面影響，例如可再生能源的替代效應就是典型的環境正效應，而在以往環評中對于正效應的討論較少。因此，識別和應對上述不確定性，是確保政策環評科學開展的關鍵。

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

情景分析法可用于處理環境影響評價中的不確定性問題，得到了環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展界定于一定范圍內，通過定性定量相結合的方法，描述未來可能發展的狀態，將視角從評估未來最有可能發展的狀況，轉向了評估不同情景下最需要關注的重點問題[5]。Zhu[6]和Schwenke[7]等學者探索了情景分析在戰略環評的應用，均取得了較為理想的效果，然而由于評價目標涉及環境影響可能遠遠超出評價目標所劃定的地理范圍，仍存在環境系統邊界劃定和核心要素識別困難的問題。生命周期評估(LCA)廣泛應用于產品、技術、政策等多個社會領域，可以評估評價目標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境影響。鑒于此，本文擬通過LCA與情景分析相結合的方式，從LCA系統論的角度出發，探索應對可再生能源政策環評不確定性的方法，并結合案例進行分析討論，以期為政策環評的科學決策提供支持。

1 情景分析和LCA在環評中的應用

1.1 情景分析框架

20世紀中期，美國物理學家Herman Kahn首先提出情景構建，用于預測可能發生的世界性“核戰爭”[8]。隨后該方法經過發展與完善，被廣泛應用于規劃、環評等多個領域[9]。“情景”是為了關注決策目標的因果過程，而對未來可能呈現勢態構建的假設事件。情景分析在環評中的應用步驟如圖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不確定性的識別。系統邊界劃定是確定系統可能造成影響的范圍；核心要素是指評價對象對系統可能造成的主要環境影響；不確定性是由于外部環境改變可能帶來的影響。

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

最后是根據各個情景得出的結果，提出針對性的建議。

與具體項目相比，政策涉及的時空尺度較大，擬議方案實施面臨的不確定性因素更多，這些都導致政策環評難以實施，且其評價結果的主觀性更強。傳統的情景分析方法都缺乏標準的邊界評估和因素識別流程，導致在情景方案比選時缺乏說服力。因此，本文采用LCA系統論思路，結合情景分析進行優化，使流程在實踐中相對標準可靠。

1.2 LCA和情景分析的組合方法框架

LCA最初作為產品的環境管理工具，不僅能對產品直接的環境影響進行有效的定量分析和評價，而且能對其“從搖籃到墳墓”的全過程所涉及的環境問題進行評價。隨著LCA的發展，該方法的應用逐漸拓展到戰略分析、公共政策分析等領域。基于LCA，一方面可更為全面分析評價發展可再生能源的生態環境影響，另一方面為后面明確不同階段或環節的相關主體的環境責任提供依據。LCA應用于政策環評具有以下優勢。

首先是評價對象的系統邊界劃定問題。預測政策實施后系統內生態環境變化情況是政策環評的基礎，LCA的系統論思路包含了評價對象造成的直接影響和間接影響，可以更加科學判斷政策環評的系統邊界和研究范圍，預防間接影響導致的次生污染問題，減小環境影響不確定性。同時LCA龐大的數據庫可以為預測模擬的定量表達提供大量的數據支持。第二，LCA具有綜合性的特點，不僅可以計算污染廢物對生態環境的影響，同時可以考慮因資源、能源消耗對環境造成的綜合影響，有助于體現政策影響的全局性。第三，LCA具有全局性特點，從全局視角避免了局部視角改進的污染轉嫁問題，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，可以進一步綜合評估政策所帶來的環境影響，減少預測的不確定性。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，忽視了政策執行對上下游所帶來的影響，而組合方法有助于評價系統的不確定性來源，從而做到源頭防治。此外，政策環評的目標是評價政策執行所能造成的影響，影響評價的角度會得出不同的評價結果。一般的情景分析是基于環境影響的絕對值進行選擇的，如污染排放量、生態空間變化量等。組合方法則是使用LCA的特征化和歸一化分析，綜合經濟、環境、資源消耗等多個指標綜合值得出的情景方案比選結果。組合方法無疑可以更好地減小不確定性，滿足政策環評對預測的要求。

2 山東可再生能源發展政策環評案例分析

2.1 政策案例基本概況

為貫徹落實碳達峰、碳中和戰略目標。山東省依托地緣優勢，積極建設以海上風電、光伏發電為主體的新型電力系統，整體推進“能源-經濟-環境”系統的協調、優化與升級，2021年7月9日，山東省發展和改革委員會、山東省能源局等印發了《關于促進全省可再生能源高質量發展的意見》(以下簡稱《意見》)。《意見》明確指出了風力發電、光伏發電、生物質發電等六類可再生能源及其配套設施的發展思路。

本案例中，分別使用一般情景分析和LCA情景分析組合方法，預測分析了不同情景下發電環節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同效應。

2.2 系統邊界劃定

基于LCA的系統邊界劃定包括空間和時間兩部分。

在空間維度上，本次政策環評將空間分為省內空間和其他空間。其中，省內空間是指以全省范圍為邊界，總面積15.79萬km2，涉及分布式城鄉光伏發電項目、碳排放、能源結構及電力體系、社會經濟效益等的具體分析。其他空間則是指設備制造和運輸、項目建設等可能造成的間接環境影響的部分。以可再生能源項目為例，圖4展示了可再生能源生態環境影響的空間。橫軸為設備周期，包括設備生產、設備運輸、電廠建造、電廠運行和設備廢棄后回收與處置等5個環節；縱軸為項目周期，包括項目選址、場地整理、建設與運營、場地廢棄后再利用等4個環節。

圖4 可再生能源生態環境影響邊界Fig.4 Eco-environmental impact boundary of renewable energy

時間維度上考慮4個時間節點：一是基準年，以《意見》發布時間(即2021年)的前一年即2020年為基準年，考慮到因疫情影響等特殊性以及2020年相關數據異常及可獲得性，需要參考2019年相關數據；二是政策目標年，即《意見》所明確的2025年，作為預測時間節點，基于政策分析現狀，預測政策生態環境影響的范圍、方式和類型，判斷政策實施的生態環境效益和不良影響，判斷是否可能造成重大生態環境影響、不確定性及風險分析；三是考慮到山東省大規模開發可再生能源是始于“十三五”期間，以及國家提出2030年碳達峰、以及2035年基本實現現代化和美麗中國基本建成，全國及山東省“十四五”發展規劃及2035遠景目標綱要，山東省相關能源(含可再生能源及產業)發展規劃的目標年，設置2030年和2035年2個時間節點，作為情景分析時間節點；四是展望至第二個百年目標(2050年)和國家承諾實現碳中和的2060年。

2.3 情景構建

(1)情景1——BAU情景

“十三五”時期，山東省規劃建成可再生能源發電機組3 010萬kW，實際建設4 433萬kW，超出規劃目標75%。考慮到山東目前電力系統之中可再生能源的占比較低，而且仍有較大的發展空間，基準情景即“BAU情景”(Business As Usual)設置為維持“十三五”期間的增長態勢。

(2)情景2——政策情景

政策情景即作為本次環評對象的《意見》完全實施、政策目標完全實現下的情景。根據《意見》，山東省將進一步推動風能、太陽能、生物質能、抽水蓄能等可再生能源開發與利用空間，提高可再生能源的利用率。到2025年，山東省可再生能源發電裝機規模將達到8 000萬kW以上，力爭達到9 000萬kW左右。

(3)情景3——雙碳情景

山東是能源消耗大省，能源結構轉型壓力巨大。雙碳情景是基于我國“雙碳”目標總體要求和《山東省“十四五”生態環境保護規劃》發展要求設定而出的情景。按照國務院發布的《2030年前碳達峰行動方案》，全國到2030年，風電、太陽能發電總裝機容量達到12億kW以上。因此，本情景假設山東在2030年實現碳達峰，“十四五”時期嚴格控制煤炭消費增長，淘汰煤電落后產能，推進可再生能源建設。“十五五”時期實現火電清潔化轉型改造，火電裝機不再增長，用電增長全部由可再生能源補充。

(4)情景4——德國情景

德國是全球碳排放前15位國家中最早實現碳達峰的國家，先后決定于2022年實現棄核、2038年完全退出煤電，并提出在2050年實現碳中和。2020年德國可再生能源約占電力消費比重35%，占終端能源消費比重18%。2021年1月，德國正式拉開退煤帷幕，開始拍賣煤電裝機容量。作為歐洲第一的工業強國，德國電力系統的轉型對工業大省山東具有極強的借鑒意義。德國情景就是假設山東2025年達到同期德國的可再生能源發展和電力系統結構。

2.4 一般情景分析與組合方法的結果比較

通過預測模型模擬兩種方法，在不同情景下的政策目標年(2025)的環境影響。根據“減污降碳協同增效”原則、污染物與碳排放同火力發電(主要是煤電)關聯程度，并考慮到數據可獲得性，選擇SO2、NOx、煙塵、廢水、CO2等指標進行減污降碳的協同效應進行權重賦值，賦值方法均為專家打分法。然后根據四個情景下減污降碳協同效應進行打分，計算得出各情景綜合得分。

一般情景分析的減污降碳協同效應，具體見圖5。

圖5 一般情景分析情景比選結果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，尤其是權重最大的CO2減排量，與其他三類情景相比優勢明顯。這是由于只考慮發電過程的情況下，污染物減排效益直接受到可再生能源裝機量影響，而BAU情景中裝機量最大，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果Fig.6 Comparison results of LCA and scenario analysis combination methods

從指標得分來看，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較好的結果；在BAU情景中，應對氣候變化相關指標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、運輸、使用、拆解、回收全過程產生的污染物納入到了計算結果，而風力發電在全生命周期的污染物排放較少，因此裝機結構對與不同情景的得分影響較大，即風力發電占比較高時，全生命周期的污染物減排效益更為明顯。當只考慮發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情景由于裝機結構的影響，具有較好的替代效應。

2.5 不確定性討論

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

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

3 結果與討論

目前，政策環評仍處于探索階段，其理論和方法研究仍需完善。由于政策的不確定性和復雜性，決定了其評價方法的多重性，在實踐應用上需要根據不同區域政策對象的異質性加以靈活應用，突出因地制宜原則，實施定性和定量相結合的方法予以評價。

本文以山東可再生能源規劃為案例，探討了基于LCA的情景分析在政策環評中的應用。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，減少間接環境影響帶來的不確定性問題，用更為標準化的方式來呈現復雜系統的多維情景，提高政策環評中多方案比選時的決策能力，有利于評估出最優政策方案，提升其綜合決策水平。同時，要想實現政策實施與環境影響評價的協調一致，在政策環境影響評價的基礎上，還需要做好跟蹤評價，以使其更具有指導意義。