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      中國水電溫室氣體減排作用分析

      2010-02-13 02:37:42廖文根
      關(guān)鍵詞:基準(zhǔn)線水電二氧化碳

      隋 欣,廖文根

      (中國水利水電科學(xué)研究院 國家水電可持續(xù)發(fā)展研究中心,北京 100038)

      1 研究背景

      溫家寶總理在哥本哈根全球氣候變化大會(huì)公布了中國減排目標(biāo),一是到2020年非化石能源在能源消費(fèi)中的比例達(dá)到15%,二是2020年的單位GDP二氧化碳排放量比2005年減少40%~45%。為確保實(shí)現(xiàn)該目標(biāo),經(jīng)測算,2020年水電總裝機(jī)容量需要達(dá)到(3.3~3.8)億kW規(guī)模[1],需要高于《中國可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》中提出的至2020年水電裝機(jī)容量達(dá)到3.0億kW的目標(biāo)。水電對于中國實(shí)現(xiàn)碳減排目標(biāo)和優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。

      現(xiàn)有有關(guān)水電溫室氣體減排方面的研究,僅限于監(jiān)測和估算單個(gè)水庫溫室氣體的排放量,且這些水庫僅分布于巴西、加拿大北部、美國和中國等少數(shù)地區(qū)[2-3]。研究方法以現(xiàn)場監(jiān)測、基于生命周期評價(jià)的統(tǒng)計(jì)分析、清潔發(fā)展機(jī)制(Clean Development Mechanism,CDM)的基準(zhǔn)線法和排放系數(shù)法為主[4-6]。其中,前兩種方法側(cè)重于水庫溫室氣體排放機(jī)理,研究結(jié)果較為準(zhǔn)確,但主要用于單個(gè)水庫尺度[7-8];基準(zhǔn)線法和排放系數(shù)法的基本原理是通過計(jì)算相同發(fā)電量燃煤發(fā)電的二氧化碳排放量衡量水力發(fā)電的減排效應(yīng)[9-10],計(jì)算方法相對簡便,適用于單個(gè)水庫和區(qū)域尺度評價(jià)。至今為止,尚未見有關(guān)中國水電溫室氣體減排總量現(xiàn)狀及2020年預(yù)測的文獻(xiàn)報(bào)道。

      本文采用適于大尺度分析的情景分析法、基準(zhǔn)線法及排放系數(shù)法,對中國水電溫室氣體減排現(xiàn)狀和相對于2005年的“十二五”、“十三五”期末年減排潛力進(jìn)行分析和預(yù)測,研究結(jié)果可為全面評價(jià)水電的綜合效益和制定國家中長期能源發(fā)展規(guī)劃提供定量參考依據(jù)。

      2 研究方法

      2.1 中國電力總發(fā)電量及水電發(fā)電量多情景假設(shè)對于我國未來發(fā)電量的不同情景取值,本文參考國家能源局以及國際能源機(jī)構(gòu)、美國能源部能源信息署等的預(yù)測結(jié)果,最終采納國家能源局《能源戰(zhàn)略研究報(bào)告(2009)》中提出的低方案、基準(zhǔn)方案和高方案3種分類,即2015年和2020年中國電力總發(fā)電量及水電發(fā)電量未來情景假設(shè)如圖1所示。

      2.2 基準(zhǔn)線法CDM提出的燃煤電廠溫室氣體排放量計(jì)算公式如下:

      式中:ERy為計(jì)算的燃煤發(fā)電量排放的二氧化碳(t),即相同電量下水力發(fā)電二氧化碳的減排量(t);EGy為上網(wǎng)電量(MW·h);EFy為國家發(fā)改委2009年公布的中國區(qū)域電網(wǎng)基準(zhǔn)線排放因子的均值(t(co2)/(MW·h)),經(jīng)計(jì)算為0.8357t(co2)/(MW·h)**國家發(fā)改委應(yīng)對氣候變化司.關(guān)于公布2009年中國區(qū)域電網(wǎng)基準(zhǔn)線排放因子的公告.2009年7月2日,http://qhs.ndrc.gov.cn/qifzjz/t20090703_289357.htm;EFOMi為電量邊際排放因子的加權(quán)平均值(t(co2)/(MW·h));EFBMi,ERy為容量邊際排放因子(t(co2)/(MW·h))。

      2.3 排放系數(shù)法二氧化碳排放量的計(jì)算公式為:

      式中:Wco2為二氧化碳排放量(t);Q為發(fā)電量(億kW·h);Ece為供電煤耗,取2005年國家電網(wǎng)公司的公布值,34 300 t(co2)/(億kW·h);EF為標(biāo)準(zhǔn)煤的二氧化碳排放系數(shù),取國家發(fā)改委的公布值,2.5 t(co2)/t(ce)。

      3 結(jié)果與討論

      3.1 中國水電開發(fā)二氧化碳減排量核算根據(jù)式(1)和式(2),計(jì)算得到中國2005年基準(zhǔn)年、2009年現(xiàn)狀年以及“十二五”、“十三五”期末年水電開發(fā)二氧化碳減排量,結(jié)果見表1。其中,基準(zhǔn)方案水電發(fā)電量和裝機(jī)容量數(shù)據(jù)取自相關(guān)文獻(xiàn)[1,11]。高方案和低方案數(shù)據(jù)由基準(zhǔn)方案數(shù)據(jù)按比例推算。結(jié)果表明,2種計(jì)算方法的結(jié)果非常接近,排放系數(shù)法對減排量的計(jì)算結(jié)果與基準(zhǔn)線法計(jì)算結(jié)果僅相差2.6%。取2種方法的均值作為最終結(jié)果,相對于2005年,2015年和2020年基準(zhǔn)方案可進(jìn)一步減排二氧化碳3.42億t和6.39億t(表1)。

      對于水庫的溫室氣體減排作用,有學(xué)者提出還需要考慮水庫的溫室氣體排放[12-14]。水生和浮游生物的呼吸作用及細(xì)菌分解沉積物中的有機(jī)物使溶解的有機(jī)碳及其顆粒釋放出溫室氣體是水庫產(chǎn)生溫室氣體的主要機(jī)理[7-8]。進(jìn)一步研究表明,地處熱帶雨林地區(qū)的水庫,具有溫度高、植物淹沒量大和水域面積廣闊等特殊性[15]。更多研究表明,與化石燃料發(fā)電相比,水電的溫室氣體排放水平很低[16]。與前人結(jié)果[15]相同,本文的研究結(jié)果也表明,水電作為一種清潔可再生能源,對于減少二氧化碳等溫室氣體排放具有重要的作用。

      3.2 可再生能源二氧化碳減排效果比對根據(jù)式(1)和式(2)計(jì)算了中國2020年水電、核電、風(fēng)能、太陽能和生物質(zhì)能相對2005年的二氧化碳減排量,將兩種方法的平均值作為最終結(jié)果,見表2。結(jié)果表明,2020年可再生能源相對于2005年共減排二氧化碳14.81億t,其中,水電減排占可再生能源減排總量的43%(表2)。

      表1 中國水電開發(fā)二氧化碳減排量現(xiàn)狀及減排潛力預(yù)測

      表2 中國可再生能源2020年二氧化碳減排潛力

      3.3 2種方法用于國家尺度二氧化碳減排量計(jì)算的適用性CDM執(zhí)行委員針對水電CDM項(xiàng)目的應(yīng)用范圍提出了明確的標(biāo)準(zhǔn),即以功率密度(W/m2,發(fā)電裝機(jī)容量/水庫淹沒表面積)來判斷水電站作為CDM項(xiàng)目的合格性。功率密度大于4W/m2的水電項(xiàng)目才能應(yīng)用現(xiàn)有計(jì)算溫室氣體減排量的方法學(xué),其中,功率密度大于4W/m2,但小于或等于10W/m2的水電廠能應(yīng)用目前經(jīng)批準(zhǔn)的方法學(xué),但要計(jì)入水庫的排放;功率密度大于10W/m2的水電廠能應(yīng)用目前經(jīng)批準(zhǔn)的方法學(xué),并且可忽略來自水庫的項(xiàng)目排放量[10,17]。

      大型水電工程相對于中小水電能帶來更大的溫室氣體減排效應(yīng),在CDM項(xiàng)目開發(fā)中更占優(yōu)勢,但是由于部分大型水電工程,特別是平原型水庫有較大蓄水面積,水庫溫室氣體排放在科學(xué)上存在不確定性,此類水庫電站難以滿足功率密度大于4W/m2的標(biāo)準(zhǔn)。峽谷型水庫,水庫水域面積小,裝機(jī)容量大,可以滿足這一標(biāo)準(zhǔn)。中國的13個(gè)水電基地分布于大江大河干流,以峽谷型水庫為主,總裝機(jī)容量2.78億kW,約占全國技術(shù)可開發(fā)量的51%;中國小水電資源豐富,技術(shù)可開發(fā)量為1.28億kW,約占全國技術(shù)可開發(fā)裝機(jī)容量的21%左右,二者合計(jì)4.06億kW[18]。因此,采用CDM的基準(zhǔn)線排放因子法計(jì)算2020年3.5億kW裝機(jī)水電工程溫室氣體的減排量是可行的。

      我國水能資源地區(qū)分布不均,云、貴、川、渝和藏5個(gè)?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市)占全國總量的66.7%,其中,水能資源最豐富的3?。▍^(qū))分別是四川1.2億kW,西藏1.1億kW以及云南1億kW,分別占全國技術(shù)可開發(fā)量的22%、20%和19%[19]。云、貴、川、渝4省所在的華中和南方區(qū)域電網(wǎng)基準(zhǔn)線排放因子的平均值為0.820 4,低于本文采用的所有區(qū)域電網(wǎng)基準(zhǔn)線排放因子均值的0.835 7。因此,本文采用基準(zhǔn)線排放因子均值計(jì)算的二氧化碳減排量可能有所偏大。為了量化采用基準(zhǔn)線排放因子均值計(jì)算減排量的偏大幅度,本文采用2003年中國水力資源復(fù)查成果中的分省數(shù)據(jù)(水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院,2004),應(yīng)用各省對應(yīng)的區(qū)域電網(wǎng)基準(zhǔn)線排放因子,計(jì)算得到中國2003年二氧化碳的減排量為4.36億t;如采用區(qū)域電網(wǎng)基準(zhǔn)線排放因子的平均值進(jìn)行計(jì)算,中國2003年二氧化碳減排量為4.39億t。由此可見,均值法的計(jì)算差別僅為0.7%,說明采用中國區(qū)域電網(wǎng)基準(zhǔn)線排放因子均值預(yù)測水電二氧化碳減排潛力是可行的。此外,標(biāo)煤排放系數(shù)法源于化石燃料發(fā)電過程中的碳循環(huán),計(jì)算過程中所需參數(shù)簡便,本文的計(jì)算結(jié)果與基準(zhǔn)線法近似,也可用于國家尺度水電二氧化碳減排量的預(yù)測評估。

      4 結(jié)語

      本文基于區(qū)域電網(wǎng)基準(zhǔn)線排放因子法和標(biāo)煤系數(shù)法計(jì)算了中國水電開發(fā)的溫室氣體減排潛力。相對于2005年,2020年水電開發(fā)將減排二氧化碳6.39億t,占可再生能源總減排量的43%?;谂欧乓蜃泳档膮^(qū)域電網(wǎng)基準(zhǔn)線法和標(biāo)煤系數(shù)法均可用于國家尺度水電開發(fā)二氧化碳減排量的計(jì)算。

      溫室氣體排放過程和減排效應(yīng)貫穿水庫的整個(gè)生命周期。除了本文計(jì)算得到的直接減排作用外,水電開發(fā)還具有諸如“以電帶薪”等間接減排效應(yīng)。因此,未來迫切需要開展基于全生命周期評價(jià)的水電工程綜合減排效應(yīng)量化方法學(xué)研究,以為管理者提供更為精確的溫室氣體減排數(shù)據(jù)信息。

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