電力節(jié)能減排面臨的挑戰(zhàn)與對(duì)策

電力節(jié)能減排面臨的挑戰(zhàn)與對(duì)策

0我國(guó)能源和經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)中國(guó)訴均衡碳排放的影響中國(guó)的能源工業(yè)是國(guó)家節(jié)能減排的重要力量。2010年火力發(fā)電的煤炭消耗占全國(guó)煤炭消耗的45%,由于煤炭消耗量大,電力工業(yè)SO2和CO2排放量較大。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展,全社會(huì)用電量穩(wěn)定增長(zhǎng),電力工業(yè)SO2排放量增加,未來(lái),中國(guó)將面臨更大的節(jié)能減排壓力,電力工業(yè)如何更有效地開(kāi)展節(jié)能減排工作是需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。因此,深入分析影響電力工業(yè)CO2排放的因素有利于制定降低電力工業(yè)排放強(qiáng)度的有效措施,促進(jìn)溫室氣體減排。文獻(xiàn)分析了1995—2004年能源結(jié)構(gòu)、能源效率和經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)中國(guó)人均碳排放的影響,認(rèn)為對(duì)人均碳排放增加影響最大的是能源效率,抑制人均碳排放的主要措施是提高能源效率。文獻(xiàn)分析了1995—2007年經(jīng)濟(jì)規(guī)模、經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、能源強(qiáng)度對(duì)中國(guó)碳排放量的影響,認(rèn)為對(duì)碳排放增加影響最大的是經(jīng)濟(jì)發(fā)展。文獻(xiàn)分析1985—2009年人均國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值、電力生產(chǎn)強(qiáng)度、電力生產(chǎn)結(jié)構(gòu)、發(fā)電煤耗等對(duì)電力生產(chǎn)碳排放總量變化的影響作用,認(rèn)為人均國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值增長(zhǎng)是促使排放量增加的主要因素。文獻(xiàn)分析1998—2008年發(fā)電煤耗、單位GDP電耗、發(fā)用電比例對(duì)電力工業(yè)的單位GDPCO2排放強(qiáng)度的影響。本文對(duì)中國(guó)電力工業(yè)的CO2排放強(qiáng)度(文中簡(jiǎn)稱(chēng)電力碳排放強(qiáng)度)進(jìn)行分解,分析和比較1991—2010年廠(chǎng)用電率(auxiliarypowerrate,APR)、發(fā)電結(jié)構(gòu)、發(fā)電煤耗(grosscoalconsumptionrate,GCCR)、線(xiàn)損率(linelossrate,LLR)等因素變化對(duì)電力碳排放強(qiáng)度的影響?；趯?duì)數(shù)平均迪氏指數(shù)法(logarithmicmeandivisiaindex,LMDI)建立中國(guó)電力工業(yè)碳排放強(qiáng)度的因素分解模型,對(duì)影響電力碳排放強(qiáng)度的相關(guān)因素進(jìn)行分解,再對(duì)1991—2010年電力碳排放強(qiáng)度變化的影響因素進(jìn)行定量實(shí)證分析,比較各因素指標(biāo)的貢獻(xiàn)大小,從而識(shí)別出20世紀(jì)90年代以來(lái)電力碳排放強(qiáng)度長(zhǎng)期變化與短期變化的驅(qū)動(dòng)因素,以期為減排政策和措施制定提供依據(jù)。1發(fā)電效率及影響分析近20年以來(lái)電力工業(yè)碳減排措施主要圍繞3個(gè)方面。(1)利用水電、核電、風(fēng)電、太陽(yáng)能和其他清潔能源替代火電機(jī)組發(fā)電,可以減少化石能源消耗。如圖1所示,1991—2010年,火電發(fā)電比重在波動(dòng)中緩慢增長(zhǎng)后,近年穩(wěn)步下降。在2006年中國(guó)實(shí)施《中華人民共和國(guó)可再生能源法》后,風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電項(xiàng)目快速發(fā)展,2007—2010年火電發(fā)電比重累計(jì)下降3.0%。2011年,全國(guó)新增6000kW及以上裝機(jī)容量90.41GW,其中水電、核電和風(fēng)電機(jī)組分別占13.5%、1.9%和17.5%。截至2011年年底,水電、核電和風(fēng)電設(shè)備容量合計(jì)占全國(guó)發(fā)電設(shè)備容量的比重達(dá)到27.3%,歷史數(shù)據(jù)如表1所示。(2)采用效率更高的大容量、高參數(shù)火電機(jī)組替代小火電機(jī)組發(fā)電;提高火電機(jī)組增量部分中大容量、高參數(shù)、高效率、低排放的機(jī)組比例;通過(guò)需求側(cè)管理,合理調(diào)整負(fù)荷,提高發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷率,使1991—2010年廠(chǎng)用電率下降了22.1%,火電的平均發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗下降了20.0%。“十一五”期間,全國(guó)累計(jì)關(guān)停小火電機(jī)組容量達(dá)到77.26GW,占全部火電裝機(jī)容量的10.9%;目前超超臨界機(jī)組已成為火電機(jī)組新增裝機(jī)的主要選擇,2010年,全國(guó)新增1000MW超超臨界機(jī)組11臺(tái),在運(yùn)1000MW超超臨界機(jī)組達(dá)到31臺(tái),共31000MW,占全部火電容量的4.4%,2011年全國(guó)又新增1000MW超超臨界機(jī)組8臺(tái)。(3)負(fù)載容量大、輸送距離遠(yuǎn)的輸電線(xiàn)路采用較高電壓等級(jí),截至2011年,全國(guó)特高壓輸電線(xiàn)路長(zhǎng)度達(dá)到3974.65km;通過(guò)減少重復(fù)的變電容量,合理確定電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式;完善電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)無(wú)功分層就地平衡,使線(xiàn)損率降低,1991—2010年中國(guó)電網(wǎng)線(xiàn)損率下降了19.9%,如圖2所示。2電力碳排放的計(jì)算公式為了分析廠(chǎng)用電率、線(xiàn)損、發(fā)電結(jié)構(gòu)和發(fā)電煤耗等因素對(duì)電力碳排放強(qiáng)度的影響,本文利用指數(shù)分解法創(chuàng)建中國(guó)電力工業(yè)碳排放強(qiáng)度的因素分解模型,通過(guò)層層分解計(jì)算各影響因素的作用,比較減排措施的歷史貢獻(xiàn)和彈性系數(shù)。將電力碳排放強(qiáng)度(CP)分解為關(guān)于煤炭、石油和天然氣的3個(gè)部分,如式(1)所示,并進(jìn)一步分解為式(2)。式中:Ctot為電力工業(yè)的CO2排放總量;Pcon為用電總量;Psup為供電總量;Psup,i為第i種能源的供電量;Pgen,i為第i種能源的發(fā)電量;Qi為電力生產(chǎn)消耗的第i種能源消耗量;Ci是第i種能源生產(chǎn)電力導(dǎo)致的CO2排放總量,1、2和3分別代表煤炭、石油和天然氣,由于水電、核電和可再生能源等根據(jù)電力工業(yè)碳排放核算的國(guó)際慣例設(shè)為零排放,因此公式只考慮這3種火電技術(shù);PSC是供電量與用電量的比例,取決于線(xiàn)路損耗;PSSi為第i種能源生產(chǎn)電量占總電力生產(chǎn)量的比重,描述電力生產(chǎn)結(jié)構(gòu);PGSi為發(fā)電量與供電量的比例,取決于廠(chǎng)用電率;QPGi為第i種能源生產(chǎn)單位電力消耗的第i種能源數(shù)量,取決于發(fā)電煤耗;CQi是第i種能源的CO2排放系數(shù)。根據(jù)LMDI法,由式(2)得到不同年度電力碳排放強(qiáng)度變化的分解公式ΔCP=ΔCPPSC+ΔCPPSS+ΔCPPGS+ΔCPQPG+ΔCPCQ(3)式中:ΔCP為電力碳排放強(qiáng)度的變化;ΔCPPSC為線(xiàn)損變化的影響;ΔCPPSS為電力生產(chǎn)結(jié)構(gòu)變化的影響;ΔCPPGS為廠(chǎng)用電率變化的影響;ΔCPQPG為發(fā)電煤耗變化的影響;ΔCPCQ為CO2排放系數(shù)變化的影響。相關(guān)分解因子在t年和t+T年之間的變化表達(dá)式式中:L(CPi,t,CPi,t+T)=(CPi,t+T-CPi,t)/ln(CPi,t+T/CPi,t)為對(duì)數(shù)平均權(quán)重。3《電力工業(yè)統(tǒng)計(jì)資料匯編》中國(guó)電力生產(chǎn)的煤炭、石油和天然氣消耗量均來(lái)自歷年《中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒》的能源平衡表?；痣姀S(chǎng)廠(chǎng)用電率、線(xiàn)損率、發(fā)電煤耗均來(lái)自中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)的《電力工業(yè)統(tǒng)計(jì)資料匯編》。由于受數(shù)據(jù)限制,沒(méi)有考慮不同年份碳排放系數(shù)的變化,而是采用文獻(xiàn)和的做法,即將美國(guó)能源部能源信息署、日本能源經(jīng)濟(jì)研究所、中國(guó)國(guó)家科技委員會(huì)氣候變化項(xiàng)目和文獻(xiàn)所給出的碳排放系數(shù)計(jì)算出平均值,各種燃料每噸標(biāo)準(zhǔn)煤的CO2排放系數(shù)為:煤炭2.6873,石油2.0438,天然氣1.5495。4電力碳排放強(qiáng)度由式(1)計(jì)算出歷年電力碳排放強(qiáng)度,如圖3所示,電力碳排放強(qiáng)度在波動(dòng)中總體呈下降趨勢(shì)。1991年電力CO2排放強(qiáng)度為0.84t/(MW·h),2010年下降到0.65t/(MW·h),下降了22.8%。4.1發(fā)電煤耗與發(fā)電結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期累計(jì)影響以1991年為基期,利用前文構(gòu)建的分解模型把中國(guó)1991—2010年間電力碳排放強(qiáng)度的累計(jì)變化分解為線(xiàn)損、電力生產(chǎn)結(jié)構(gòu)、廠(chǎng)用電率、發(fā)電煤耗變化的影響,結(jié)果如圖4所示。發(fā)電煤耗的長(zhǎng)期累計(jì)影響基本上與電力碳排放強(qiáng)度的累計(jì)變化同步,它對(duì)電力碳排放強(qiáng)度下降起到最大的正向促進(jìn)作用;發(fā)電結(jié)構(gòu)的累計(jì)影響從2007年起由負(fù)向轉(zhuǎn)為正向,這主要因?yàn)榘l(fā)電結(jié)構(gòu)清潔化近幾年才加快,2006年《可再生能源法》施行以來(lái)在能源安全和節(jié)能減排戰(zhàn)略推動(dòng)下可再生電力快速發(fā)展,火電比重由上升扭轉(zhuǎn)為穩(wěn)步下降,有力促進(jìn)電力碳排放強(qiáng)度下降;廠(chǎng)用電率和線(xiàn)損率的累計(jì)影響總體上均促進(jìn)電力碳強(qiáng)度下降,但其促進(jìn)作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于發(fā)電煤耗的影響。4.2發(fā)電結(jié)構(gòu)對(duì)電力碳排放強(qiáng)度的影響以上一年為基年,利用前文構(gòu)建的分解模型把中國(guó)1991—2010年間電力碳排放強(qiáng)度的短期變化分解為4個(gè)因素的影響,結(jié)果如圖5所示。發(fā)電結(jié)構(gòu)的影響最大,其次是發(fā)電煤耗、線(xiàn)損和廠(chǎng)用電。隨著中國(guó)火電發(fā)電量占電力生產(chǎn)總量的比重發(fā)生波動(dòng),發(fā)電結(jié)構(gòu)對(duì)電力碳排放強(qiáng)度的影響變化較大,也是1991年來(lái)電力碳排放強(qiáng)度經(jīng)歷6次顯著下降的重要原因,同時(shí)也是電力碳排放強(qiáng)度3次顯著上升的最主要原因;發(fā)電煤耗一直穩(wěn)步下降,促進(jìn)電力碳排放強(qiáng)度持續(xù)逐年降低,且影響程度較大;廠(chǎng)用電率和線(xiàn)損率基本上保持逐年下降趨勢(shì),它們的下降引起電力碳排放強(qiáng)度降低,但影響程度最小。4.3火電廠(chǎng)火炬發(fā)電裝置為了衡量電力碳排放強(qiáng)度的變化幅度與各個(gè)影響因素的變化幅度之間的依存關(guān)系,本文建立彈性系數(shù)指標(biāo),即一段時(shí)間內(nèi)某影響因素所引起的碳排放強(qiáng)度變化率與該影響因素變化率的比值。以發(fā)電煤耗變化引起碳排放強(qiáng)度變化為例,彈性系數(shù)(η)為1991—2010年,火電廠(chǎng)廠(chǎng)用電率累計(jì)下降22.1%,其彈性系數(shù)是0.076;線(xiàn)損率累計(jì)下降19.9%,其彈性系數(shù)是0.076;火電發(fā)電煤耗下降20.0%,其彈性系數(shù)是0.969;火電發(fā)電比重下降0.9%,其彈性系數(shù)是3.211?；痣姲l(fā)電比重的彈性系數(shù)最大,意味著如果火電發(fā)電比重與其他影響因素的變化率相同,火電發(fā)電比重變化引起的電力碳排放強(qiáng)度的變化率最大。以上一年為基年的彈性系數(shù)計(jì)算結(jié)果如表2所示,火電發(fā)電比重的彈性系數(shù)絕對(duì)值在絕大多數(shù)年份中是最大的,其彈性系數(shù)在大部分年份為正數(shù),而當(dāng)火電比重與煤電比重變化方向相反時(shí),其彈性系數(shù)為負(fù)數(shù)?；痣姲l(fā)電煤耗的彈性系數(shù)一直是正數(shù),相對(duì)火電比重彈性系數(shù)絕對(duì)值較小?；痣姀S(chǎng)廠(chǎng)用電率和線(xiàn)損率的彈性系數(shù)一直是正數(shù),數(shù)值相對(duì)最小,這與他們對(duì)電力工業(yè)CO2排放量的影響相對(duì)最小有關(guān)。5發(fā)電結(jié)構(gòu)優(yōu)化期發(fā)電企業(yè)碳排放強(qiáng)度有下降本文建立中國(guó)電力工業(yè)碳排放強(qiáng)度的因素分解模型,利用過(guò)去20年歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行定量實(shí)證研究,識(shí)別出發(fā)電結(jié)構(gòu)、發(fā)電煤耗、廠(chǎng)用電率、線(xiàn)路損耗等因素的長(zhǎng)期累計(jì)貢獻(xiàn)、短期年度貢獻(xiàn)和各因素彈性系數(shù)。(1)過(guò)去20年電力碳排放強(qiáng)度累計(jì)下降主要來(lái)源于發(fā)電煤耗下降的影響,而發(fā)電結(jié)構(gòu)優(yōu)化、廠(chǎng)用電率下降、線(xiàn)損率下降的累計(jì)促進(jìn)作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于發(fā)電煤耗的影響。(2)碳排放強(qiáng)度的短期年度變化主要受發(fā)電結(jié)構(gòu)影響,其次是發(fā)電煤耗、線(xiàn)損率和廠(chǎng)用電率。(3)火電發(fā)電比重與電力碳排放強(qiáng)度的彈性系數(shù)最大,這意味著當(dāng)4個(gè)因素的變化率相同時(shí),火電發(fā)電比重下降所引起電力碳排放強(qiáng)度下降變化率最大;其次是