电力行业：中国区域电网二氧化碳排放因子研究（2023）

  () 本研究得到中国工程院品牌项目《我国碳达峰碳中和若干重大问题研究》（2022-PP-01）资助 指导专家 舒印彪王金南国家电网有限公司，中国工程院院士生态环境部环境规划院，中国工程院院士 评审专家 杜祥琬黄其励赵勇中国工程院院士国家电网有限公司，中国工程院院士中国华能集团有限公司能源研究院，正高级工程师严刚生态环境部环境规划院，研究员 作者 蔡博峰赵良生态环境部环境规划院碳达峰碳中和研究中心，研究员中国华能集团有限公司碳中和研究所，教授级高级工程师张哲芦新波贾敏生态环境部环境规划院碳达峰碳中和研究中心，助理研究员中国华能集团有限公司碳中和研究所，工程师生态环境部环境规划院碳达峰碳中和研究中心，博士张立刘美雷宇姜玲玲高亚静宁礼哲郭静伍鹏程生态环境部环境规划院碳达峰碳中和研究中心，助理研究员中国华能集团有限公司碳中和研究所，高级工程师生态环境部环境规划院碳达峰碳中和研究中心，研究员中国工程院战略咨询中心，副研究员中国华能集团有限公司碳中和研究所，高级工程师浙江吉利数字科技有限公司，高级工程师生态环境部环境规划院碳达峰碳中和研究中心，博士清华大学万科公共卫生与健康学院，博士 摘要 区域电网二氧化碳排放因子是精准核算电力消费引起二氧化碳间接排放的基础参数。本研究采用平衡分析法，根据省级电网发电数据、跨省电力交换数据以及中长期电力发展规划等数据，构建省级电网生产模拟优化模型，通过情景分析评估未来不同情景下，省级电网电源结构和电力消费，分析中国2020-2035年不同情景下区域和省级电网二氧化碳排放因子。 基于情景分析，中国2020-2035年各省份电网排放因子将出现大幅下降，新能源政策情景下，各省降幅平均达到43%，青海、云南、海南、吉林等8个省份的降幅超过50%；新能源高速发展情景下，各省降幅平均达到53%，青海、云南、海南、吉林等16个省份的降幅超过50%；按照两类情景结果中位数考虑，各省份降幅平均达到48%，青海、云南、海南、四川等11个省份的降幅超过50%。 本研究建立的中长期省级电网排放因子，为支撑各省碳达峰碳中和路径研究，推动区域能源结构低碳化转型评估，鼓励用户优化生产和行为模式，降低企业预测间接排放不确定性，提供借鉴和参考。 01/0501研究背景 2.2 中国电网排放因子现状2.1 中国各省电力分布现状02中国电网排放因子现状06/13 03双碳目标下中国中长期电网排放因子研究14/21 3.2 情景设置3.1 技术路线图3.3 电网排放因子情景分析 附件材料22/30 附2：中国区域中长期电力发展规划明确边界条件附1：研究方法 参考文献 1研究背景 1研究背景国 内 生 产 总 值（GDP） 占 比 超 过 标的逐渐明确及碳减排工作的加快推进，使得CCUS的定位和作用愈加凸显。CCUS是目前实现化石能源低靠性等多重需求，火电加装CCUS是具有竞争力的重要技术手段，可实现近零碳排放，提供稳定清洁低碳电力，平衡可再生能源发电的波电网二氧化碳排放因子是精准核算电力消费引起的温室气体间接排放量的基础，是定量分析并推动消费端碳减排的重要参数，其空间精度和时效性对区域、行业、企业等不同层级排放单元的间接排放影响显著。 电网二氧化碳排放因子指从电网获取和消费单位电量（1kWh）所导致的间接二氧化碳排放（范围二）。电网排放因子是消费端核算碳排放量的关键指标，用于测算评估由于电力消费所产生的间接排放。 结构布局和网络条件不同，电网排放因子也不同。电网范围划分越小，电网排放因子越接近单位电力消费的实际间接排放，电网排放因子更新频率越高，其越能真实反映的电力排放情况。 一 般 将 区 域 边 界 内 的 活 动 引起、但发生在区域外的排放称为间接排放。如企业外购电力的排放，该部分排放实际发生在发电端，但是由用电端的消费活动引起，对于用电端来说就属于间接排放。在现有温室气体核算标准中，净购入电力隐含排放一般基于排放因子法计 电网排放因子尤其是区域电网排放因子，其空间精度和时效性对区域、行业、企业等不同层级排放单元的间接排放影响显著。中国电网分为不同的层级，如全国电网、区域电网和省级电网等，不同层级电网的覆盖范围不同，相应的电源 算，即排放量=净外购电量×电网排放因子。对于绝大部分非高耗能企业，间接排放是其碳排放的主要来源。电网排放因子作为电力生产端与电力消费端的关键枢纽，将发电侧的直接碳排放与电力消费侧的间接排放关联起来，有利于温室气体不仅从生产端进行源头减排，而且从消费端进行引导控制。因此，电网排放因子的准确性对于消费端实施碳排放有效控制至关重要。国 内 生 产 总 值（GDP） 占 比 超 过端不确定性的显著增大，影响电力 和目标。中国和其他国家碳中和目标的逐渐明确及碳减排工作的加快推进，使得CCUS的定位和作用愈加凸显。CCUS是目前实现化石能源低碳化利用的唯一技术选择。中国能统实现快速减排并保证灵活性、可靠性等多重需求，火电加装CCUS是具有竞争力的重要技术手段，可实现近零碳排放，提供稳定清洁低碳电力，平衡可再生能源发电的波动性，并在避免季节性或长期性的结合实际电力需求和生产运行条件，研究区域电网排放因子，是精准反映区域能源结构低碳化进度，以及在消费端精准鼓励用户优化生产和行为模式的重要基础。研究建立中国中长期区域电网排放因子，对于支撑各省（区）碳达峰碳中和路径规划以及降低间接排放预测不确定性有着重要意义。 中国电力行业碳排放占中国二氧化碳总排放量的40%以上（中国大陆省区），准确摸清电力消费端碳排放，积极推动电力消费端碳减排，是落实“双碳”目标的关键举措。碳达峰碳中和目标下，未来发电端将以清洁能源为主体，新型电力系统中风电、太阳能发电为代表的非化石能源占比将大幅提高，电力行业实现深度低碳零碳。工业、交通和建筑等电力消费端部门的用电需求进一步增加，全社会电气化水平将持续提升，未来将依赖低碳电 力 实 现 降 碳 脱 碳。2022年， 间接排放占总二氧化碳排放比例，北 京、上海均超过20%，浙江、天津、江苏等省超过10%。未来随着用电需求的上升，间接排放对典型省份总排放的影响可能会进一步凸显。 研究建立并滚动更新中国中长期区域电网排放因子，有利于精准估算消费端间接碳排放，反映各省电网排放因子的时序变化特征，精准计量净调入电量变化引起的间接排放量，有助于地方因地制宜地制定适合本地实际的能源转型政策，优化电力调入调出和电力消费结构，评估不同区域新能源发展、电力交换和储能应用等对降低排放的效果，形成电力生产端和消费端协 同推进碳减排的良性互动，发挥新型电力系统在各部门降碳脱碳过程中的核心枢纽作用，为各省（区）确定碳达峰时间表、路线图以及政策措施等提供重要支撑。同时，有利于鼓励用户进一步优化生产和行为模式，为企业预测间接排放提供重要参数，降低测算误差和不确定性。 国内外研究学者对于计算电网排放因子主要采用两类方法：宏观测算法和平衡分析法。宏观测算法通过应用宏观统计或测算的区域电力行业碳排放总量数据和发电量数据，从而计算该区域电网排放因子水平。该方法测算方法简单，降低了对基础数据的要求，存在测算精度低、误差大等问题，无法客观准 和目标。中国和其他国家碳中和目标的逐渐明确及碳减排工作的加快推进，使得CCUS的定位和作用愈加凸显。CCUS是目前实现化石能源低碳化利用的唯一技术选择。中国能统实现快速减排并保证灵活性、可靠性等多重需求，火电加装CCUS是具有竞争力的重要技术手段，可实现近零碳排放，提供稳定清洁低碳电力，平衡可再生能源发电的波动性，并在避免季节性或长期性的本研究综合应用平衡分析法，全面整合中国省级（涵盖中国大陆30个省区，由于数据原因，本研究不包括香港、澳门、台湾和西藏）电网发电数据、电力运行数据以及中长期电力发展规划等多源数据，系统构建省级电网生产模拟优化模型，对未来省级电源结构和电力消费进行情景分析，进而研究建立中国2020-2035年省级电网排放因子。 确反映区域间电力交换带来的排放影响。相比较而言，平衡分析法重点基于电网发电数据、区域间电力交换数据，根据不同区域电源结构，按照平衡分析后的电力流向计算每 个区域电网排放因子。测算过程对基础数据要求较高，能够大幅提高电网排放因子的精确度。 美国、澳大利亚、加拿大、英国、新西兰等国均已形成定期更新和发 布电网平均排放因子的机制。中国的全国电网排放因子已更新三次，国家发展改革委发布了2015年的全国电网平均排放因子。在全国碳市场启动后，生态环境部在2022年和2023年两度更新全国电网排放因子数值。中国区域电网平均排放 因 子 公 布 了2010、2011、2012的年度数据；省级电网平均排放因子公布了2010、2012和2018的年度数据。随着中国绿色发展步伐加快，电力生产供应清洁化、低碳化程度不断提升，电力排放因子的更新需求也更加迫切。 子。并将平衡分析法与情景分析相结合，预测省级电网电源结构和电力需求变化，进一步提升了电网排放因子研究方法的准确性，促进了中长期省级电网排放因子研究方法进步。 本研究全面梳理了全国及各省电力发展规划和碳达峰方案预期目标等政策措施，综合应用平衡分析法，全面整合中国省级电网发电数据、跨省电力交换数据以及中长期电力发展规划等多源数据，系统构建中国省级电网生产模拟优化模型（Optimization Model of PowerProduction and Dispatch for China'sProvincial Power Grid，OPPD），对未来省级电网电源结构和电力消费进行情景分析，进而研究提出中国2020-2035年省级电网排放因子的演化规律。 本研究采用平衡分析法测算出中国省级电网排放因子，通过情景分析法预测不同年份各省电源结构、电力需求，基于电力网络结构和各省电力盈亏，估算省间电力交换情况，进而测算现状及未来年（2020-2035年）省级电网排放因 2中国电网排放因子现状 2中国电网排放因子现状 2.1中国各省电力分布现状 比重分别达到9%、8%和8%；水电主要分布于四川、云南、湖北等西南及中南地区，其装机容量占全国总装机比重分别达到24%、20%和9%；核电主要分布于广东、福建、浙江等东部沿海地区，其装机容量占全国总装机比重分别达到30%、22%和18%；风光发电主要分布于山东、内蒙古、河北等地区，其风电和光电装机占全国总装机比重分别达到6%、13%、8%和11%、4%、10%。不同类型电源分布主要与资源分布密切有关，与各地区生产力发展水平和能源消费结构也有较大关系。 2022年， 全 国 发 电 装 机 容 量25.64亿千瓦，火电仍是现阶段中国 最 主 要 的 电 源 类 型。 装 机 占 比中，火电装机占52%，水电装机占16%，核电装机占2%，风电装机占14%，太阳能发电装机占15%。全国全口径发电量8.69万亿千瓦时，火电发电量占66%，水电发电量占15%，核电发电量占5%，风电发电量占9%，太阳能发电量占5%（图1）。 从地区维度看，由于能源资源禀赋条件和开发利用情况不同，各省份之间发电结构存在显著差异。上海、天津和北京等地区以火电为主，装机占比分别达到89%、84%和84%；而青海、云南和四川等地区则以可再生能源发电为主，装机占比分别达到91%、86%和85%。 中国省际间电力交换（图2）整体呈现“西电东送、北电南供”的特点。其中，内蒙古、云南和四川等西部北部地区为电力净调出省份，净调出电量分别占全国总调出电量的17%、15%和11%。相对应地，广东、江苏和浙江等东南地区省份为主要的电力输入省份，净调 从电源类型看，各类电源类别的空间分布特征存在较大差异。火电主要分布于山东、江苏、内蒙古等地区，其装机容量占全国总装机 入电量占全国总调入电量的22%、14%和13%。主要由于中国传统化石能源资源总体