【深度】中国电力行业1990—2050年温室气体排放研究-北极星火力发电网

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中国电力行业1990—2050年温室气体排放研究

作者：苏燊燊1,2，赵锦洋1，胡建信2

1电力规划设计总院，北京100120;2北京大学环境科学与工程学院区域环境质量协同创新中心，北京100871

摘要：采用《国家温室气体清单指南》推荐方法，估算了1990—2014年中国及各省份电力行业的温室气体排放水平。研究时期内，中国电力行业排放增长6.2倍，达到38.0(95%置信区间为31.3～46.0)亿tCO2当量(CO2-eq)，而各省排放水平及其变化趋势呈现出显著的差异，排放重心向西部省份转移，内蒙古成为全国电力行业排放最大的省份。同时基于未来电源结构的发展方案，预测了2015—2050年不同电力需求情景下电力行业温室气体排放的变化趋势和达到排放峰值情况。电力需求高增速情景下2034年达到排放峰值59.5(49.3～71.8)亿tCO2-eq，而低增速情景可以提前至2031年达到排放峰值，且峰值水平下降7.7(6.3～9.3)亿tCO2-eq。

引言

近年来，以气温升高和极端事件增多为主要特征的气候变化问题在世界范围内引起了广泛的关注。IPCC第五次评估报告(AR5)认为，以使用化石能源为主的人类活动引起的温室气体排放增加，对近百年来的气候变化发挥着主要作用[1]。由于经济的快速增长，中国的一次能源消费和以CO2为主的温室气体排放迅速增加，并于2007年超过美国成为世界温室气体排放第一大国，因此，中国未来的排放水平和减排行动对其可持续发展和全球温室气体控制具有举足轻重的影响[2,3]。面对国际减排压力，国内化石资源供应和大气环境质量的约束，中国政府在节能减排方面制定了一系列的战略目标，包括：2015年单位国内生产总值(GDP)CO2排放量比2010年下降17% 已经成为“十二五”及中长期国民经济和社会发展规划的约束性指标;2020年单位GDP排放比2005年下降40%～45%，非化石能源占一次能源消费比重达到15%;2030年左右达到CO2排放峰值并争取尽早达到排放峰值(以下简称达峰)，单位GDP排放比2005年下降60%～65%，非化石能源占一次能源消费比重达到20%左右[4,5]。

尽管在使用电力的过程中不排放温室气体，但在发电过程中由于消耗煤炭等一次化石能源而产生大量的温室气体排放。在中国，电力行业消费了全国50%以上的煤炭，贡献了超过40%的CO2排放，是最大的排放部门，电力行业排放结果估算的准确性直接影响到全国温室气体清单的不确定性水平，电力行业未来排放的变化对全国减排目标的完成具有重要的影响[6]。关于中国电力行业的温室气体排放，已有不少学者围绕清单编制方法、历史排放估算、主要影响因子和未来潜力分析进行了研究。师华定等[7]通过比较主要发达国家的温室气体清单编制方法，分析了编制电力行业清单的基本原则，并初步构建了符合中国国情的电力行业温室气体清单编制方法的框架体系。金艳鸣[8]利用IPCC温室气体清单指南中提供的方法，测算分析了2006—2008年我国火电行业的平均碳排放量为21.8亿t，李新等[9]采用同样方法测算了2001—2010年间中国电力行业碳排放年均增长达到10%，并分析了不同省份碳排放的空间分布特征。吴晓蔚等[10]利用实测的温室气体排放因子以及2007年火电行业活动水平数据，计算了火电行业温室气体排放量，与利用IPCC方法和国家级能源统计数据直接计算的排放量相差不大。还有学者通过构建因素分解模型进行实证分析，识别了CO2排放量和排放强度变化的主要影响因素[6,11]。情景分析结果显示，基准情景下2030年电力行业碳排放将达到41亿～76亿t，同时，随着低碳技术的推广、电力结构的清洁化、发电效率的提高和电网的优化，不同情景下的2030年碳排放强度较2010年下降60%，电力行业具有巨大的减排潜力[12,13]。

过去的研究主要集中在电力需求快速增长阶段分析全国电力行业的排放水平，近年来电力需求增速降低的新常态下(2014年我国电力需求增速仅达3.8%)[14]，各地区电力行业温室气体排放水平及其时空分布特征有待研究和更新。同时，中国承诺2030年左右实现碳排放峰值，电力行业必然面对更加严峻的节能减排任务，电力行业在什么样的时间范围、什么样的行业发展速度，以及什么样的电力结构情况等条件下达到峰值仍需要认真研究。本研究的主要目的是基于IPCC温室气体清单方法和我国各省电力行业能源消费数据，估算我国电力行业历年来温室气体排放水平，分析其时空分布特征，并基于现有对我国电力行业的展望，预测未来温室气体排放水平和达峰情况，以期为我国电力行业制定科学的温室气体控制政策和区域减排目标提供参考。

1 中国电力行业发展现状

随着中国经济的迅速发展，电力工业经历了显著的增长，截至2014年底，全国装机总量达到13.6亿kW，较1990年1.38亿kW增长近10倍，年均增长10%，其中，非化石能源发电装机容量4.5亿kW，非化石能源发电量占总发电量比重首次超过25%[14]。尽管一次能源以煤为主的结构特征，决定了火电在电力装机结构中长期占有很大比重，但是近年来中国积极利用清洁能源、可再生能源发电，推进电力结构优化调整，具体到各省电力生产来看，不同地区之间存在很大的差异。如图1所示，华北部分省份超过95%的发电量来自于燃煤，而在华中和华南，水力等非化石能源发电贡献比例相对较高，部分省份燃煤发电量占比少于35%。2014年水电装机容量达到3.0亿kW，超过50%的水力发电量来自四川、湖北、云南和贵州等省份。风力发电装机同样分布不均，内蒙古并网风电装机容量超过2000万kW，居全国第一，甘肃、河北、辽宁和新疆等北方省份紧随其后。截至2014年底，全国累计并网风电装机容量达到9500万kW，成为继煤电和水电之后的第三大电源。并网太阳能发电装机达到2600万kW，其中，超过50%分布在甘肃、青海、新疆、内蒙古和宁夏等辐射资源丰富且地广人稀的西北地区。天然气发电和核电装机分别达到5500万kW和2000万kW，主要分布在经济增长迅速的东部沿海省份[14-16]