電力部門碳減排路徑研究范文

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摘要：從深圳市電力部門供給側減排著手，利用LEAP模型設置了四種情景，分析了電力部門中長期的減排路徑規劃，并從減排量和減排成本等角度對各減排路徑進行綜合評價，得出以下結論：（1）由于電力需求的快速增長，即使在極限情景假設下到2030年深圳市電力部門也不存在碳排放峰值；（2）在規劃情景、積極情景和極限情景下供電結構調整占總減排量比重分別為72.2%、90.7%和93.2%，為減排的重點方向；（3）從經濟效益看，規劃情景是比較合適的選擇；（4）若要實現更高的減排目標，則需要推進分布式光伏發電和關閉燃煤電廠等減排成本較高的減排方式。

關鍵詞：電力部門；碳減排路徑；LEAP模型

1引言

在全球二氧化碳減排的大背景下，中國作為二氧化碳排放量最大的國家，正積極推進各個領域的碳減排。深圳市作為中國低碳減排的重要試點城市，在2015年的《中美領導氣候宣言》中做出到2022年達到碳排放峰值的承諾。深圳市作為中國改革開放的先鋒城市，經濟發展水平居于前列，形成了以高端制造業為代表的第二產業和以互聯網和金融服務業為代表的第三產業為主的經濟結構。與深圳市經濟結構對應的終端能源需求主要是電力，統計數據顯示，2015年深圳市電力部門碳排放量占本地碳排放總量的比重接近60%。深圳市碳減排的重點在于電力部門，因此，探索和研究適合深圳市電力部門的碳減排路徑顯得極為重要。電力部門的減排從減排對象來看分為供給側、需求側和電網側三個角度[1]。其中供給側減排包括對現有發電機組裝機進行技術改進從而提高發電效率[2]，用低碳排放因子的發電方式替代高碳排放因子的碳排放方式從而實現供電結構調整[3]和將發電產生的二氧化碳捕獲與埋存[4]三個方面。電力部門需求側減排主要是電網公司利用各種方式降低用戶電力需求，典型方式有高峰限電、階梯電價或峰谷電價等[5]，但存在激勵不足，不足以調節用電主體對電力需求等問題[6]。電網側減排主要是通過提高電網輸配電效率[7]和通過智能電網進行電力調度管理[8]，但節約電力效率提升空間不大。電力部門供給側碳減排中二氧化碳捕獲與埋存技術存在推廣成本過高、實施難度大以及環境風險等問題[9]，因此本研究主要從提高發電效率和供電結構調整兩個方面研究深圳市電力部門碳減排路徑。在碳減排路徑的研究中，基于能源模型的LEAP模型以結構靈活性和適用廣泛性而得到大量的研究應用，已有研究領域包括鋼鐵、水泥和交通等領域[10-12]。利用LEAP模型對電力部門的研究主要是側重于需求側減排研究，主要是通過對電力需求端經濟、人口、用電強度等參數進行情景設置，分析各情景下需求端對應的碳排放量和碳減排量，從而獲取從需求端減排的路徑[13-14]。而針對電力供給側研究則是選擇其中部分供電結構調整減排技術研究電力部門碳減排[15-16]，沒有囊括提升現有燃氣發電機組能效的減排技術，沒有對減排技術適用性進行實地調研驗證，情景假設確定較為主觀?；谝陨涎芯康牟蛔悖狙芯窟\用LEAP模型并結合深圳市電力部門特點，從供給側角度出發，通過實地調研，收集所有適用于深圳市電力部門的碳減排技術來進行碳減排路徑的研究。本文的主要內容包括兩部分：一是通過實地調研，對適用的減排技術進行減排潛力和減排成本等相關參數計算，作為模型的輸入參數；二是設計模型情景對深圳市電力部門進行碳減排路徑分析，尋求適合深圳市電力部門的碳減排路徑。

2方法與數據

2.1LEAP模型

LEAP（長期能源替代規劃系統）是一個自下向上的能源-環境-成本情景分析的模型。該模型根據對未來社會經濟發展趨勢和能源需求的預測，對各種能源方案進行詳細的環境和成本效益分析。基于LEAP模型并結合深圳市電力部門特點，本研究建立了LEAP-Power（SZ）碳排放路徑情景分析框架見圖1。該框架主要包括關鍵假設、電力需求、能源轉換和資源四個模塊，其中能源轉換（發電）是關鍵板塊。通過設定不同情景下的各模塊參數，即可分析電力部門在不同減排政策措施下的碳排放路徑。深圳市電力部門的能源轉換即為電力的生產與供應。目前，本地已有的發電方式包括燃煤發電、燃氣發電以及垃圾發電。經調研，本研究認為未來在深圳本地適合規模化發展的發電方式為分布式光伏發電和冷熱電三聯產，因此在發電過程分支下設立了5種發電方式。同時由于深圳市本地電力供給不足，在資源板塊中的二次能源主要是從南方電網調入的電力。

2.2情景設計

本研究就深圳市電力部門設計參考、規劃、積極和極限四種情景。在四種情景下，未來在電力需求方面趨勢一致，差異體現在不同減排技術的推廣率方面。

2.3情景參數

2.3.1減排技術相關參數計算方法減排潛力是指某項減排技術在特定區域對所有的適用對象全部實施能夠達到的最大減排量，減排成本是指為實現對應的減排潛力需要每年付出的成本。

2.4數據說明

規劃情景中推廣率參數。依照《深圳市生活垃圾焚燒處理設施近期建設補充規劃（2015—2020年）》中要求到2020年深圳市垃圾處理全部實現焚燒發電處理，因此規劃情景中到2020年新建垃圾發電機組推廣率達到100%。依照《廣東省太陽能光伏發電發展規劃（2014—2020年）》規劃深圳市到2020年分布式光伏發電裝機規模為300MW，占深圳市總的分布式光伏發電的潛力裝機容量比重為3.3%。深圳市政府規劃到2020年新建480萬kW的燃氣機組，系政府規劃，因此規劃情景中新建燃氣機組到2020年推廣率達到100%。新建燃氣機組需要配套調入天然氣，滿足燃氣發電需求，有較為充足的天然氣氣源，對應于提高現有燃氣機組利用到2020年推廣率達到100%。燃煤電廠退役指媽灣電力退役，涉及協調南方電網電力調入和安置工作人員再就業問題，規劃情景中推廣率為0。燃煤電廠減排技術和燃氣電廠減排技術則是實地調研深圳市僅有的一座燃煤電廠和7座燃氣電廠獲取減排推廣時間，由于涉及適用對象較少，同一樣技術采取一次性100%推廣。燃煤電廠和燃氣電廠減排技術及相關參數。減排技術適用規模來自于對本地企業和深圳市供電局的實地調研獲取，單位規模減排技術對應的減排潛力和減排成本計算參數來自于對供電局的調研和《國家重點節能減排技術目錄》等。發電方式及相關參數。本地發電方式的裝機容量、年發電小時數和所耗能源碳排放系數從調研基準年數據和情景分析假設中獲取。外調電力全部來自于南方電網，涉及碳排放系數等參數主要從南方電網歷年公布的《企業社會責任報告》中獲取。

3結果與討論

3.1深圳市電力部門減排潛力與減排成本分析

本研究通過查詢資料和調研獲取的深圳市電力部門適用的減排技術共計19項。其中，提高發電效率類的減排技術共計13項，包括燃煤電廠技術改進9項（編號1～9）、燃氣電廠技術改進4項（編號10～13）；供電結構調整類方案6項（編號14～19）。電力部門各減排技術的減排成本、減排潛力等相關參數，如表2所示。由表2可知，深圳市電力部門總的減排潛力是1092.8萬噸CO2，其中供電結構調整、燃煤電廠技術改進和燃氣電廠技術改進減排量分別為1018.1萬噸、39.1萬噸和35.6萬噸CO2，占比分別為93.2%、3.6%和3.3%，因此深圳市電力部門可以獲取較大碳減排的方向在于供電結構調整，同時這也是電力部門減排的重點方向。分單項減排技術討論，燃煤電廠退役、分布式光伏發電和新建燃氣機組減排量較大，分別為454.8萬噸、409.8萬噸和71.3萬噸CO2，占總減排潛力比重分別為41.6%、37.5%和6.5%，可以作為深圳市電力部門未來碳減排重點推廣的減排技術。燃煤電廠技術改進和燃氣電廠技術改進雖然數量眾多，但是每項減排技術對應的減排潛力均很小，因此嘗試通過提高電廠發電效率對深圳市電力部門減排的貢獻是相對較小的。深圳市電力部門總減排成本為38.4億元，其中燃煤電廠退役、分布式光伏發電和新建燃氣發電機組減排成本較高，分別為28.4億、21.8億和7.7億元。剩余大部分減排技術的減排成本為負，原因如下：燃煤電廠有8項技術改進和燃氣電廠有4項技術改進節約的發電原料成本現值超過對電廠進行減排技術改進需要的初始投資金額；提高現有燃氣機組利用率只需要增加燃氣供應量和燃氣機組年發電小時量而不需要新建燃氣機組，垃圾發電無公害處理城市垃圾能夠獲取政府補助，冷熱電三聯產大幅提高燃氣利用率，這使得三者的供電成本均低于外購南方電網的電力成本，因此減排成本為負。結合深圳市電力部門減排技術的減排潛力和減排成本來看，減排成本和減排潛力較大的減排技術均為燃煤電廠退役、分布式光伏發電和新建燃氣發電減排成本；而其他減排技術減排成本較低的同時減排潛力也相對較小。因此，深圳市電力部門若要取得較大的碳減排量則需要付出較大的減排成本。

3.2深圳市電力部門碳排放總量分析

如圖2所示，電力部門在參考情景下到2030年碳排放總量達到5840.6萬噸CO2，年均增長率達到2.6%，小于深圳市本地電力需求2.8%的年均增長率。原因來自于兩方面，一是調入電力的度電碳排放因子下降，這得益于南方電網水電比例的不斷上升以及火力發電效率提升，使得供電的度電碳排放量下降；二是從南方電網調入電力的供電碳排放因子小于深圳市電力部門基準年的平均供電的度電碳排放因子。而電力部門在規劃情景、積極情景和極限情景下到2030年的碳排放總量分別達到5572.3萬噸、5041.3萬噸和4747.8萬噸CO2，對應的減排量分別為268.3萬噸、799.3萬噸和1092.8萬噸CO2，較參考情景分別下降4.6%、14.3%和21.7%，這說明深圳市電力部門在參考情景基礎上有較大的碳減排空間，通過積極推廣各減排技術能夠實現電力部門的低碳減排。規劃、積極和極限三種情景的碳排放總量到2030年的增長率分別是2.2%、1.6%和1.2%，均保持持續增長的態勢。其原因主要是由于深圳市經濟的快速發展，電力需求也隨之迅速增長，使得電力部門即使將所有減排技術的推廣率達到100%仍無法達到碳排放峰值。

3.3深圳市電力部門減排情景分析

規劃情景按政府規劃確定電力部門的減排路徑；積極情景嘗試在政府規劃的情景下再進一步，確定更積極但仍可行的減排路徑；極限情景嘗試在將電力部門所有減排技術的減排潛力均100%推廣實施的情景下，測度電力部門的碳減排空間和可能的碳減排路徑。整體看，規劃、積極和極限三種情景的碳減排力度呈依次遞進的關系。規劃情景下，深圳市電力部門2030年減排結果見表3。其中，燃煤電廠9項技術改進、燃氣電廠4項技術改進和電力結構替代減排量分別為39.1萬噸、35.6萬噸和193.6萬噸CO2，減排量占比分別為14.6%、13.3%和72.2%。具體到減排技術，對減排量貢獻較大的減排技術主要是新建燃氣電廠和分布式光伏發電，對應的減排量為71.3萬噸和65.4萬噸CO2。在規劃情景下，電力部門的減排路徑整體表現為減排成本為負的減排技術推廣率較高，而減排成本較高的減排技術推廣率相對較低，這使得該情景下電力部門整體的減排成本為-4.9億元，即可獲得正收益4.9億元。這也說明了政府對深圳市電力部門碳減排的規劃是相對符合市場經濟效益的。該情景下，對整體減排經濟效益貢獻比較大的減排技術主要包括垃圾發電、燃氣電廠4項技術改進和提高現有燃氣機組利用率，分別貢獻6.1億、4.6億和3.0億元的經濟收益。

4結論與建議

本文以深圳市電力部門為研究對象，從供給側提高發電效率和供電結構調整兩個方面收集和整理了適合深圳市電力部門的19項碳減排技術，并對各項減排技術的減排成本和減排量等相關參數進行分析。通過運用能源-環境-成本效益分析的LEAP模型并結合深圳市電力部門自身特點，建立LEAP-Power（SZ）模型，通過設置四種適合深圳市電力部門的情景，分析了深圳市電力部門未來可能的減排路徑。主要結論如下：（1）深圳市電力部門在規劃情景、積極情景和極限情景下的減排量分別為268.3萬噸、799.3萬噸和1092.8萬噸CO2，占參考情景碳排量總量比例分別為4.6%、14.3%和21.7%，可見深圳市電力部門有較大的減排空間。但由于經濟快速發展帶來的電力需求的較快增長，使得電力部門在全部減排技術推廣率達到100%的極限情景下2030年也無法達到碳排放峰值。（2）電力結構調整6項減排技術在規劃情景、積極情景和極限情景中的累計碳減排量占總減排量的比重分別為72.2%、90.7%和93.2%，均是碳減排量貢獻最大的減排方式，這說明深圳市電力部門碳減排的重點在于供電結構調整。（3）深圳市電力部門在規劃情景、積極情景和極限情景下的減排成本分別為-4.9億、25.6億和38.5億元。在考慮經濟成本背景下，規劃情景是較為適宜實施的情景，而積極情景和極限情景則需要付出較大減排成本，即政府對深圳市電力部門的碳減排規劃從經濟效益來看是相對合理的。（4）在規劃情景基礎上，深圳市電力部門未來要進一步拓展碳減排空間，需要推廣關閉燃煤電廠和分布式光伏發電等減排潛力較大的減排技術，同時也會因減排成本較大給電力部門帶來較大的成本負擔。

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作者：馬曉明1；段瀅1；李鑫1；周吉萍2；計軍平1 單位：1.北京大學深圳研究生院，2.深圳國家高技術產業創新中心