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    电力部门碳减排路径研究

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    摘要:从深圳市电力部门供给侧减排着手,利用LEAP模型设置了四种情景,分析了电力部门中长期的减排路径规划,并从减排量和减排成本等角度对各减排路径进行综合评价,得出以下结论:(1)由于电力需求的快速增长,即使在极限情景假设下到2030年深圳市电力部门也不存在碳排放峰值;(2)在规划情景、积极情景和极限情景下供电结构调整占总减排量比重分别为72.2%、90.7%和93.2%,为减排的重点方向;(3)从经济效益看,规划情景是比较合适的选择;(4)若要实现更高的减排目标,则需要推进分布式光伏发电和关闭燃煤电厂等减排成本较高的减排方式。

    关键词:电力部门;碳减排路径;LEAP模型

    1引言

    在全球二氧化碳减排的大背景下,中国作为二氧化碳排放量最大的国家,正积极推进各个领域的碳减排。深圳市作为中国低碳减排的重要试点城市,在2015年的《中美领导气候宣言》中做出到2022年达到碳排放峰值的承诺。深圳市作为中国改革开放的先锋城市,经济发展水平居于前列,形成了以高端制造业为代表的第二产业和以互联网和金融服务业为代表的第三产业为主的经济结构。与深圳市经济结构对应的终端能源需求主要是电力,统计数据显示,2015年深圳市电力部门碳排放量占本地碳排放总量的比重接近60%。深圳市碳减排的重点在于电力部门,因此,探索和研究适合深圳市电力部门的碳减排路径显得极为重要。电力部门的减排从减排对象来看分为供给侧、需求侧和电网侧三个角度[1]。其中供给侧减排包括对现有发电机组装机进行技术改进从而提高发电效率[2],用低碳排放因子的发电方式替代高碳排放因子的碳排放方式从而实现供电结构调整[3]和将发电产生的二氧化碳捕获与埋存[4]三个方面。电力部门需求侧减排主要是电网公司利用各种方式降低用户电力需求,典型方式有高峰限电、阶梯电价或峰谷电价等[5],但存在激励不足,不足以调节用电主体对电力需求等问题[6]。电网侧减排主要是通过提高电网输配电效率[7]和通过智能电网进行电力调度管理[8],但节约电力效率提升空间不大。电力部门供给侧碳减排中二氧化碳捕获与埋存技术存在推广成本过高、实施难度大以及环境风险等问题[9],因此本研究主要从提高发电效率和供电结构调整两个方面研究深圳市电力部门碳减排路径。在碳减排路径的研究中,基于能源模型的LEAP模型以结构灵活性和适用广泛性而得到大量的研究应用,已有研究领域包括钢铁、水泥和交通等领域[10-12]。利用LEAP模型对电力部门的研究主要是侧重于需求侧减排研究,主要是通过对电力需求端经济、人口、用电强度等参数进行情景设置,分析各情景下需求端对应的碳排放量和碳减排量,从而获取从需求端减排的路径[13-14]。而针对电力供给侧研究则是选择其中部分供电结构调整减排技术研究电力部门碳减排[15-16],没有囊括提升现有燃气发电机组能效的减排技术,没有对减排技术适用性进行实地调研验证,情景假设确定较为主观?;谝陨涎芯康牟蛔?,本研究运用LEAP模型并结合深圳市电力部门特点,从供给侧角度出发,通过实地调研,收集所有适用于深圳市电力部门的碳减排技术来进行碳减排路径的研究。本文的主要内容包括两部分:一是通过实地调研,对适用的减排技术进行减排潜力和减排成本等相关参数计算,作为模型的输入参数;二是设计模型情景对深圳市电力部门进行碳减排路径分析,寻求适合深圳市电力部门的碳减排路径。

    2方法与数据

    2.1LEAP模型

    LEAP(长期能源替代规划系统)是一个自下向上的能源-环境-成本情景分析的模型。该模型根据对未来社会经济发展趋势和能源需求的预测,对各种能源方案进行详细的环境和成本效益分析?;贚EAP模型并结合深圳市电力部门特点,本研究建立了LEAP-Power(SZ)碳排放路径情景分析框架见图1。该框架主要包括关键假设、电力需求、能源转换和资源四个???,其中能源转换(发电)是关键板块。通过设定不同情景下的各??椴问?,即可分析电力部门在不同减排政策措施下的碳排放路径。深圳市电力部门的能源转换即为电力的生产与供应。目前,本地已有的发电方式包括燃煤发电、燃气发电以及垃圾发电。经调研,本研究认为未来在深圳本地适合规?;⒄沟姆⒌绶绞轿植际焦夥⒌绾屠淙鹊缛?,因此在发电过程分支下设立了5种发电方式。同时由于深圳市本地电力供给不足,在资源板块中的二次能源主要是从南方电网调入的电力。

    2.2情景设计

    本研究就深圳市电力部门设计参考、规划、积极和极限四种情景。在四种情景下,未来在电力需求方面趋势一致,差异体现在不同减排技术的推广率方面。

    2.3情景参数

    2.3.1减排技术相关参数计算方法减排潜力是指某项减排技术在特定区域对所有的适用对象全部实施能够达到的最大减排量,减排成本是指为实现对应的减排潜力需要每年付出的成本。

    2.4数据说明

    规划情景中推广率参数。依照《深圳市生活垃圾焚烧处理设施近期建设补充规划(2015—2020年)》中要求到2020年深圳市垃圾处理全部实现焚烧发电处理,因此规划情景中到2020年新建垃圾发电机组推广率达到100%。依照《广东省太阳能光伏发电发展规划(2014—2020年)》规划深圳市到2020年分布式光伏发电装机规模为300MW,占深圳市总的分布式光伏发电的潜力装机容量比重为3.3%。深圳市政府规划到2020年新建480万kW的燃气机组,系政府规划,因此规划情景中新建燃气机组到2020年推广率达到100%。新建燃气机组需要配套调入天然气,满足燃气发电需求,有较为充足的天然气气源,对应于提高现有燃气机组利用到2020年推广率达到100%。燃煤电厂退役指妈湾电力退役,涉及协调南方电网电力调入和安置工作人员再就业问题,规划情景中推广率为0。燃煤电厂减排技术和燃气电厂减排技术则是实地调研深圳市仅有的一座燃煤电厂和7座燃气电厂获取减排推广时间,由于涉及适用对象较少,同一样技术采取一次性100%推广。燃煤电厂和燃气电厂减排技术及相关参数。减排技术适用规模来自于对本地企业和深圳市供电局的实地调研获取,单位规模减排技术对应的减排潜力和减排成本计算参数来自于对供电局的调研和《国家重点节能减排技术目录》等。发电方式及相关参数。本地发电方式的装机容量、年发电小时数和所耗能源碳排放系数从调研基准年数据和情景分析假设中获取。外调电力全部来自于南方电网,涉及碳排放系数等参数主要从南方电网历年公布的《企业社会责任报告》中获取。

    3结果与讨论

    3.1深圳市电力部门减排潜力与减排成本分析

    本研究通过查询资料和调研获取的深圳市电力部门适用的减排技术共计19项。其中,提高发电效率类的减排技术共计13项,包括燃煤电厂技术改进9项(编号1~9)、燃气电厂技术改进4项(编号10~13);供电结构调整类方案6项(编号14~19)。电力部门各减排技术的减排成本、减排潜力等相关参数,如表2所示。由表2可知,深圳市电力部门总的减排潜力是1092.8万吨CO2,其中供电结构调整、燃煤电厂技术改进和燃气电厂技术改进减排量分别为1018.1万吨、39.1万吨和35.6万吨CO2,占比分别为93.2%、3.6%和3.3%,因此深圳市电力部门可以获取较大碳减排的方向在于供电结构调整,同时这也是电力部门减排的重点方向。分单项减排技术讨论,燃煤电厂退役、分布式光伏发电和新建燃气机组减排量较大,分别为454.8万吨、409.8万吨和71.3万吨CO2,占总减排潜力比重分别为41.6%、37.5%和6.5%,可以作为深圳市电力部门未来碳减排重点推广的减排技术。燃煤电厂技术改进和燃气电厂技术改进虽然数量众多,但是每项减排技术对应的减排潜力均很小,因此尝试通过提高电厂发电效率对深圳市电力部门减排的贡献是相对较小的。深圳市电力部门总减排成本为38.4亿元,其中燃煤电厂退役、分布式光伏发电和新建燃气发电机组减排成本较高,分别为28.4亿、21.8亿和7.7亿元。剩余大部分减排技术的减排成本为负,原因如下:燃煤电厂有8项技术改进和燃气电厂有4项技术改进节约的发电原料成本现值超过对电厂进行减排技术改进需要的初始投资金额;提高现有燃气机组利用率只需要增加燃气供应量和燃气机组年发电小时量而不需要新建燃气机组,垃圾发电无公害处理城市垃圾能够获取政府补助,冷热电三联产大幅提高燃气利用率,这使得三者的供电成本均低于外购南方电网的电力成本,因此减排成本为负。结合深圳市电力部门减排技术的减排潜力和减排成本来看,减排成本和减排潜力较大的减排技术均为燃煤电厂退役、分布式光伏发电和新建燃气发电减排成本;而其他减排技术减排成本较低的同时减排潜力也相对较小。因此,深圳市电力部门若要取得较大的碳减排量则需要付出较大的减排成本。

    3.2深圳市电力部门碳排放总量分析

    如图2所示,电力部门在参考情景下到2030年碳排放总量达到5840.6万吨CO2,年均增长率达到2.6%,小于深圳市本地电力需求2.8%的年均增长率。原因来自于两方面,一是调入电力的度电碳排放因子下降,这得益于南方电网水电比例的不断上升以及火力发电效率提升,使得供电的度电碳排放量下降;二是从南方电网调入电力的供电碳排放因子小于深圳市电力部门基准年的平均供电的度电碳排放因子。而电力部门在规划情景、积极情景和极限情景下到2030年的碳排放总量分别达到5572.3万吨、5041.3万吨和4747.8万吨CO2,对应的减排量分别为268.3万吨、799.3万吨和1092.8万吨CO2,较参考情景分别下降4.6%、14.3%和21.7%,这说明深圳市电力部门在参考情景基础上有较大的碳减排空间,通过积极推广各减排技术能够实现电力部门的低碳减排。规划、积极和极限三种情景的碳排放总量到2030年的增长率分别是2.2%、1.6%和1.2%,均保持持续增长的态势。其原因主要是由于深圳市经济的快速发展,电力需求也随之迅速增长,使得电力部门即使将所有减排技术的推广率达到100%仍无法达到碳排放峰值。

    3.3深圳市电力部门减排情景分析

    规划情景按政府规划确定电力部门的减排路径;积极情景尝试在政府规划的情景下再进一步,确定更积极但仍可行的减排路径;极限情景尝试在将电力部门所有减排技术的减排潜力均100%推广实施的情景下,测度电力部门的碳减排空间和可能的碳减排路径。整体看,规划、积极和极限三种情景的碳减排力度呈依次递进的关系。规划情景下,深圳市电力部门2030年减排结果见表3。其中,燃煤电厂9项技术改进、燃气电厂4项技术改进和电力结构替代减排量分别为39.1万吨、35.6万吨和193.6万吨CO2,减排量占比分别为14.6%、13.3%和72.2%。具体到减排技术,对减排量贡献较大的减排技术主要是新建燃气电厂和分布式光伏发电,对应的减排量为71.3万吨和65.4万吨CO2。在规划情景下,电力部门的减排路径整体表现为减排成本为负的减排技术推广率较高,而减排成本较高的减排技术推广率相对较低,这使得该情景下电力部门整体的减排成本为-4.9亿元,即可获得正收益4.9亿元。这也说明了政府对深圳市电力部门碳减排的规划是相对符合市场经济效益的。该情景下,对整体减排经济效益贡献比较大的减排技术主要包括垃圾发电、燃气电厂4项技术改进和提高现有燃气机组利用率,分别贡献6.1亿、4.6亿和3.0亿元的经济收益。

    4结论与建议

    本文以深圳市电力部门为研究对象,从供给侧提高发电效率和供电结构调整两个方面收集和整理了适合深圳市电力部门的19项碳减排技术,并对各项减排技术的减排成本和减排量等相关参数进行分析。通过运用能源-环境-成本效益分析的LEAP模型并结合深圳市电力部门自身特点,建立LEAP-Power(SZ)模型,通过设置四种适合深圳市电力部门的情景,分析了深圳市电力部门未来可能的减排路径。主要结论如下:(1)深圳市电力部门在规划情景、积极情景和极限情景下的减排量分别为268.3万吨、799.3万吨和1092.8万吨CO2,占参考情景碳排量总量比例分别为4.6%、14.3%和21.7%,可见深圳市电力部门有较大的减排空间。但由于经济快速发展带来的电力需求的较快增长,使得电力部门在全部减排技术推广率达到100%的极限情景下2030年也无法达到碳排放峰值。(2)电力结构调整6项减排技术在规划情景、积极情景和极限情景中的累计碳减排量占总减排量的比重分别为72.2%、90.7%和93.2%,均是碳减排量贡献最大的减排方式,这说明深圳市电力部门碳减排的重点在于供电结构调整。(3)深圳市电力部门在规划情景、积极情景和极限情景下的减排成本分别为-4.9亿、25.6亿和38.5亿元。在考虑经济成本背景下,规划情景是较为适宜实施的情景,而积极情景和极限情景则需要付出较大减排成本,即政府对深圳市电力部门的碳减排规划从经济效益来看是相对合理的。(4)在规划情景基础上,深圳市电力部门未来要进一步拓展碳减排空间,需要推广关闭燃煤电厂和分布式光伏发电等减排潜力较大的减排技术,同时也会因减排成本较大给电力部门带来较大的成本负担。

    参考文献:

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    作者:马晓明1;段滢1;李鑫1;周吉萍2;计军平1 单位:1.北京大学深圳研究生院,2.深圳国家高技术产业创新中心

    湖南电力杂志责任编辑:张雨    阅读:人次