PDF《中国发电行业生命周期温室气体 减排潜力及成本分析》

885 教育部人文社会科学研究一般项目(10YJC790344)资助 收稿日期: 2012-07-30;

修回日期: 2012-10-15;

网络出版日期: 2013-05-28 网络出版地址: http://www.

cnki.net/kcms/detail/11.2442.N.20130528.1249.001.html 北京大学学报(自然科学版), 第49 卷, 第5期,

2013 年9月Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis, Vol. 49, No.

5 (Sept. 2013) 中国发电行业生命周期温室气体 减排潜力及成本分析 廖夏伟1 谭清良2 张雯1 马晓明1,3 计军平1,3,? 1. 北京大学环境科学与工程学院, 北京 100871;

2. 深圳市人居环境委员会, 深圳 518034;

3. 北京大学深圳研究生院 环境与能源学院, 城市人居环境科学与技术重点实验室, 深圳 518055;

? 通信作者, E-mail: [email protected] 摘要 基于相关规划目标, 分析

2020 年中国发电行业

8 类减排发电技术的生命周期温室气体减排潜力、减 排成本和单位减排成本.结果表明: 1) 发电行业共能产生 2099.0~2070.3 MtCO2e 的减排量, 其中水电和核电 的减排潜力最大, 两者占总潜力的 62.90%~63.34%;

2) 发电行业总减排成本为 3307.6 亿元, 其中水电的发电 成本最低, 为?783.0 亿元, 生物质发电的成本最高, 为1687.5 亿元;

3) 发电行业的平均单位减排成本为 157.6~159.8 元/tCO2e, 其中水电和核电的单位减排成本最低, 分别为?104.3~?104.8 元/tCO2e 和13.2~13.3 元/tCO2e, 天然气发电的最高, 为958.8~1598.0 元/tCO2e.总体而言, 水电和核电的单位减排成本较低且减排 潜力大, 未来应重点发展这两种发电技术. 关键词 生命周期评价;

温室气体减排潜力;

温室气体减排成本曲线;

发电行业 中图分类号 X196 Analysis of Life-Cycle Greenhouse Gas Emission Reduction Potential and Cost for China'

s Power Generation Sector LIAO Xiawei1 , TAN Qingliang2 , ZHANG Wen1 , MA Xiaoming1,3 , JI Junping1,3,? 1. College of Environmental Sciences and Engineering, Peking University, Beijing 100871;

2. Human Settlements and Environment Commission of Shenzhen Municipality, Shenzhen 518034;

3. Key Laboratory for Urban Habitat Environmental Science and Technology, School of Environment and Energy, Peking University Shenzhen Graduate School, Shenzhen 518055;

? Corresponding author, E-mail: [email protected] Abstract Based on the relevant planning objectives, life-cycle emission reduction capacities and costs of eight categories of emission reduction technology of China'

s power sector are analyzed. The results indicate that the total emission reduction capacity amounts to 2099.0C2070.3 MtCO2e. The emission reductions generated by hydropower and nuclear power are the biggest, accounting for 62.90% to 63.34% together. The total cost is projected to be 330.76 billion RMB. The lowest cost, by hydropower, is ?783.0 billion RMB, while the highest, by biomass power, is 168.75 billion RMB. The average unit cost of reducing emissions is between 157.6 to 159.8 RMB/tCO2e. Hydropower and nuclear power have the lowest unit abatement costs, ?104.3C ?104.8 RMB/tCO2e and 13.2C13.3 RMB/tCO2e respectively, while natural gas power has the highest, 958.8C1598.0 RMB/tCO2e. Overall, the hydropower and nuclear power generate relatively low unit abatement costs and big emission reduction capacities. Thus, China should focus on the development of these two types of new energy in the future. Key words life-cycle assessment;

greenhouse gas emission reduction potential;

greenhouse gas emission reduction cost curve;

power generation sector DOI:10.13209/j.0479-8023.2013.118

886 目前, 中国已成为世界上最大的温室气体排放 国, 而发电行业是最主要的温室气体排放源[1C2] .国 务院于

2009 年公布了我国的温室气体减排目标, 即到2020 年单位国内生产总值 CO2 排放比

2005 年下 降40%~45%. 在此背景下研究我国发电行业的温室 气体减排潜力及减排成本, 对于制定科学有效的减 排政策具有重要指导意义. 现有研究多从直接排放的角度分析发电行业的 温室气体减排潜力和成本[3C10] .不过, 除发电过程 的燃料消耗会产生排放和成本外, 电厂建设、设备 生产、其他原材料的生产和电厂退役等环节也会间 接引起排放和成本.忽略其他环节的排放不利于全 面认识发电行业的减排潜力和成本.因此, 有必要 从生命周期的角度全面分析我国发电行业各类发电 技术的温室气体减排潜力和减排成本. 本文在明确生命周期温室气体减排潜力和减排 成本概念的基础上, 建立相应的计算模型.针对发 电行业的

8 种减排发电技术, 从装机容量、设备年 有效运行时间、生命周期温室气体排放系数和生命 周期发电成本系数等

4 个方面进行文献综述, 详细 分析求解模型所需的数据.从减排潜力、减排成本 和单位减排成本等角度分析计算结果.

1 研究方法 1.1 生命周期温室气体减排潜力 本文将发电行业的生命周期温室气体减排潜力 定义为: 碳减排发电技术替代基准情景中的传统燃 煤发电技术生产等量新增电力时所减少的生命周期 温室气体排放量.其中, 基准情景是指各类减排发 电技术保持现状规模不变, 未来新增的发电量均由 传统燃煤发电技术提供.与此对应的规划情景是指 新增发电量由减排发电技术提供, 各类技术的发电 量按照相关规划设定. 某种发电技术的生命周期温室气体排放 g 可通 过式(1)计算: , g cet ? (1) c 为该技术的生命周期温室气体排放系数, e 为该技 术的装机容量, t 为设备的年有效运行时间. 总减排潜力?gtotal 由式(2)~(4)计算. 式(2)表示 从基准情景排放总量中减去规划情景排放总量, 这 样可使?gtotal 的值大于零. total total total base plan Δ = g g g ? , (2) total coal coal coal base base base base base =1 = + n i i i i g c e t c e t ? , (3) total coal coal coal plan plan plan plan plan =1 = + n i i i i g c e t c e t ? , (4) 上角标 i 为某种减排发电技术的序号, n 为减排发电 技术的总数, 上角标 total 表示各类发电技术的排放 总量, 上角标 coal 表示传统燃煤发电技术, 下角标 base 表示基准情景, 下角标 plan 表示规划情景. 为简化总减排潜力?gtotal 的计算公式, 根据本 文对减排潜力的定义引入等式(5), 即两种情景中传 统燃煤发电技术的发电量差值与减排发电技术的发 电量差值绝对值相等、符号相反: ? ? coal coal coal coal base base plan plan base base plan plan =1 = n i i i i i e t e t e t e t ? ? ? ? . (5) 将式(5)代入式(2)~(4), 则总减排潜力?gtotal 的计算 公式可简化为式(6): ? ?? ? total coal base base plan plan =1 Δ = n i i i i i i g c c e t e t ? ? ? . (6) 减排发电技术 i 的减排潜力?gi 通过式(7)计算: ? ?? ? coal base base plan plan Δ = i i i i i i g c c e t e t ? ? . (7) 1.2 生命周期温室气体减排成本 生命周期温室气体减排成本指减排发电技术替 代基准情景中的传统燃煤发电技术生产等量新增电 力时所增加的生命周期成本. 某种发电技术的生命周期成本 q 可由式(8)计算: q pet ? , (8) 其中 p 为该技术的生命周期发电成本系数.总减排 成本?qtotal 和减排发电技术 i 的减排成本?qi 分别通 过式(9)和(10)计算, 推导过程类似于式(2)~(7).主 要区别在于, ?qtotal 由规划情景总成本减去基准情景 总成本得到. ? ?? ? total coal plan plan base base =1 Δ = n i i i i i i q p p e t e t ? - - , (9) ? ?? ? coal plan plan base base i i i i i i q p p e t e t ? ? ? ? . (10) 减排发电技术 i 每减排一单位温室气体所需的 成本 unit i q ? 通过式(11)计算. coal unit coal Δ Δ = = Δ i i i i i q p p q g c c - - - . (11)

2 数据 为求解式(7), (10)和(11), 需要各类碳减排发电 技术的装机容量、设备年有效运行时间、生命周期 温室气体排放系数和生命周期发电成本系数等........