日本能源数据库：支持地方能源系统分析的逐时与市政级估算

《Scientific Data》：Japan Energy Database with hourly and municipal-scale estimates to support local energy system analysis

　　为解决日本因行政职责碎片化和市政级能源数据缺失而难以制定科学脱碳政策的难题，研究人员开发了日本能源数据库（JED）。该研究整合国家统计、空间信息与工程假设，首次估算了日本全部1,741个市政单位的可再生能源潜力与交通、工业、居民、商业四大部门的终端能源消费（分电力、液化天然气LNG、煤炭、原油），并提供了2019年逐时数据。此开源数据集为制定基于证据的地方能源战略、评估区域可再生能源潜力及增强社区韧性提供了关键数据支撑，对推动日本去中心化的数据驱动型能源规划具有重要意义。

　　

实现“碳中和”是全球共同面临的挑战，而在日本，这一进程尤为复杂。一个核心的困境在于其碎片化的管理体制：经济产业省（METI）负责管理能源事业，而环境省（MOE）则主导 decarbonization（脱碳）工作。更重要的是，国家层面的能源政策与地方层面的具体行动之间，存在着一条巨大的数据鸿沟。日本官方发布的能源消费数据通常只到县级层面，对于全国1,741个市、町、村等基层市政单位而言，它们各自的能源“家底”——消耗了多少能源、消耗在哪些领域、本地拥有多少可再生能源潜力——几乎是一本“糊涂账”。这使得地方政府在制定科学、可操作的区域能源战略和脱碳路径时，常常感到无从下手，只能依赖于宣传节能环保意识等较为泛化的措施。此外，在乡村地区，由于对可再生能源的价值和本地益处缺乏共识，居民反对大规模太阳能、风力发电设施建设的冲突也日益增多。自2011年东日本大地震后，增强地方社区能源韧性的需求愈发迫切，而这一切都呼唤着更精细、更本地化的能源数据作为决策基础。

为了填补这一关键空白，一项发表在《Scientific Data》上的研究带来了突破性的解决方案。由日本东北大学（Tohoku University）等机构的研究人员组成的团队，开发并发布了“日本能源数据库”（Japan Energy Database, JED）。这是日本首个覆盖全国所有1,741个市政单位的综合性能源供需估算数据集。该研究不仅提供了2013、2016和2019三个年份的年度数据，还特别包含了2019年全年的逐小时数据，为深入分析能源系统的动态特性提供了前所未有的细节。

那么，研究人员是如何构建这个庞大而精细的数据库的呢？他们主要采用了以下几项关键技术方法：首先，对于可再生能源潜力（如太阳能光伏PV、陆上/海上风电、地热、径流式水电等），研究整合了环境省的“可再生能源潜力系统（REPOS）”数据、气象卫星数据（如Amaterass提供的太阳辐射和风速数据）以及各类官方统计（如城市固体废物MSW处理量、森林生物质增长量），并运用工程模型（如考虑板面温度的光伏容量因子计算、基于功率曲线的风电估算）进行市政级空间分配和小时级时间序列生成。其次，对于终端能源消费（涵盖交通、工业、居民、商业四大部门，并细分至电力、LNG、煤炭、原油等能源种类），研究采用基于活动指标的按比例分配法，将县级或国家级统计数据下拆至市政级。例如，工业部门使用产品发货值，居民部门使用家庭户数，交通部门使用车辆保有量等作为分配指标。航空能耗则单独根据机场数据分配。电力的小时消费曲线则根据所属的输电系统运营商（TSO）区域模式进行分配。

数据记录

JED数据集在Zenodo仓库中公开可用。它包含了2013、2016和2019三个年份的数据，覆盖所有1,741个市政单位，以及汇总到县级、TSO区域级和国家级的数据。2019年的数据集还额外提供了逐小时的数据。数据集内容详尽，包括市政名称和代码、可再生能源潜力和已安装容量、以及按四大部门和三种燃料类型（电力、液化天然气LNG、煤炭、原油）细分的能源消费量。小时数据集则以市政代码为列、小时值为索引进行组织。

技术验证

由于日本没有官方的市政级部门能源消费数据，研究团队创造性地利用欧洲统计局（Eurostat）和丹麦的公开数据进行类比验证，以评估其采用的按比例分配方法的可靠性。验证涵盖了四个终端用能部门：

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  交通部门：分析显示，车辆数量与燃料消费量之间存在强相关性（相关系数达0.97），支持了使用车辆数作为活动指标的合理性，估计误差可能在20%左右。
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  工业部门：工业产品价值与能源消费量也呈现高度正比关系（相关系数0.92），表明该指标是估算市政级工业能耗的可靠代理变量。
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  商业和居民部门：对丹麦数据的回归分析表明，就业人数与商业用电、家庭户数与居民用电均存在强相关性（决定系数R2分别达0.96和0.94），大部分市政的估算值落在回归线预测值的±25%范围内。

基于这些跨国的验证结果，研究人员认为JED所采用的方法学在人口规模相似的日本市政层面也是有效的。同时，他们也指出了方法的局限性，例如未能完全捕捉城市形态、建筑能效、车辆使用行为等空间异质性因素，这些是未来数据集优化的重要方向。

使用说明

研究人员还开发了JED网络应用程序，用户可下载市政级能源平衡表和小时数据集，并利用其可视化功能直观了解各地能源供需特征。用户需注意，当前数据集的估算值应被视为代表性数值，而非包含不确定性的范围。数据集未提供置信区间或上下界，但未来可通过聚类分析和不确定性分析等方法进行完善。

综上所述，日本能源数据库（JED）的建立是一项重要的基础性工作。它通过整合多源数据和应用严谨的估算方法，首次实现了日本全国范围内市政级、多部门、多能源品种、高时间分辨率的能源供需量化。这套开源数据集极大地增强了地方能源系统分析的能力，为制定基于证据的、符合地方特色的脱碳路径和韧性能源规划提供了坚实的数据基石。它不仅有助于解决日本当前在能源治理和数据支撑上面临的困境，其方法论和框架也对其他面临类似挑战的国家和地区具有重要的借鉴意义。