深圳火電行業(yè)碳排放現(xiàn)狀、減排成本與配額分配

【摘要】火電行業(yè)是深圳碳交易的重要部門，2011年火電裝機比重為51%，計劃到2015年該比重為54%。在深圳火電行業(yè)中，煤電發(fā)電量約占46%，碳排放量占62%。目前深圳火電行業(yè)的碳強度已屬先進水平，減排潛力有限。在借鑒國外電力行業(yè)碳配額分配經(jīng)驗的基礎上，深圳市根據(jù)碳排放強度分配原則、區(qū)別分類原則和稀缺性原則，制定了符合市情的火電行業(yè)碳配額分配方案。

【關鍵詞】火電行業(yè) 碳排放 減排成本 碳配額

【中圖分類號】F205 【文獻標識碼】A 【文章編號】1004-6623（2013）03-0088-6

【作者簡介】王清華（1989-），女，河南信陽人，北京大學深圳研究生院環(huán)境與能源學院碩士研究生，研究方向：環(huán)境管理、環(huán)境政策、環(huán)境金融、碳交易；許敬涵（1990-），女，滿族，黑龍江哈爾濱人，北京大學深圳研究生院環(huán)境與能源學院碩士研究生，研究方向：環(huán)境管理、環(huán)境政策、環(huán)境金融、碳交易；馬曉明（1962-），黑龍江齊齊哈爾人，北京大學深圳研究生院環(huán)境與能源學院教授，研究方向：環(huán)境規(guī)劃與管理、環(huán)境金融、碳交易。

深圳火電行業(yè)是直接碳排放量最大的部門，2011年火電行業(yè)二氧化碳排放量1551萬噸，約占深圳市直接碳排放的27%。隨著深圳經(jīng)濟的不斷增長，電力需求也在持續(xù)擴大，如果保持現(xiàn)有排放強度，火電行業(yè)的溫室氣體排放量還將進一步增加。對火電行業(yè)的排放量現(xiàn)狀、減排潛力及減排成本開展研究，有助于深圳市碳排放權交易體系的建立。

一、深圳火電行業(yè)現(xiàn)狀分析

（一）深圳火電廠基本情況

深圳市電廠主要分為火電、核電和垃圾焚燒發(fā)電三類。2011年，深圳境內電廠總裝機容量為1270萬千瓦，比2005年的887.22萬千瓦增長了43.14%。其中，核電總裝機容量為612萬千瓦，占48.19%；氣電438.3萬千瓦，占34.51%；煤電184萬千瓦，占14.49%；油電23.5萬千瓦，占1.85%；其它新能源發(fā)電裝機12.2萬千瓦，占0.96%。按電壓層級分，500kV電源裝機612萬千瓦，占48.19%；220kV電源裝機436萬千瓦，占34.33%；110kV電源裝機212.2萬千瓦，占16.71%；10kV電源裝機9.8萬千瓦，占0.77%。

根據(jù)規(guī)劃，到2015年，深圳境內電廠總裝機容量將達到1500萬千瓦。其中，核電612萬千瓦，占40.80%；氣電626.8萬千瓦，占41.79%；煤電184萬千瓦，占12.26%；其它新能源發(fā)電裝機77萬千瓦，占5.15%。

本期碳交易暫不考慮核電廠與垃圾發(fā)電廠。深圳市有火電廠8座，其中燃煤電廠1座、燃機電廠（深圳為燃氣電廠）7座。

（二）深圳近三年火電行業(yè)碳排放分析

經(jīng)過對碳核查數(shù)據(jù)的分析，得到2009、2010、2011年火電行業(yè)8家電廠的發(fā)電量、能源消耗量、碳排放量等基本數(shù)據(jù)。

近3年，各家電廠每年發(fā)電量變化比較平穩(wěn)。在8家電廠中，媽灣電廠3年發(fā)電量占深圳火電發(fā)電總量的46%，其次是廣前電力和能源集團的東部電廠，鈺湖電力發(fā)電量最小。碳排放量情況與之相仿，只是因為媽灣電廠為煤電因素，碳排放量占所有火電廠總碳排放量的比重更高，達到了62%。

3年中，碳強度變化比較平穩(wěn)，媽灣電廠碳強度最高，達到每度電排放二氧化碳897克；廣前電廠最低，每度電排放二氧化碳393克。

考慮到單位增加值的碳排放量，情況有所變化，雖然媽灣電廠依然最高，但南山熱電由于燃氣價格高的因素，企業(yè)虧損經(jīng)營，其單位增加值的碳排放已然為負，其它企業(yè)碳強度基本持平。如果按年份進行分析，2010年最低，2011年最高。

媽灣電廠每度電供電煤耗327克，只比亞臨界320克的國家先進水平略高2%，但與采用更先進燃煤技術的超超臨界機組的300克還有一定差距。

深圳各火電廠的供電標準煤耗均低于亞臨界國內平均供電煤耗水平。2009～2011年，深圳火電行業(yè)平均碳強度總體呈緩慢下降趨勢，燃機電廠每年平均降低接近4%，燃煤電廠碳強度卻呈現(xiàn)小幅波動。

燃機機組發(fā)電效率受裝機容量、機組技術水平影響很大，容量越大，技術水平越高，發(fā)電效率越高，相應的碳排放強度（每度電碳排放量）越低。同一機組的發(fā)電效率，也會受到運行狀況、環(huán)境溫度、運行維護等嚴重影響。運行越平穩(wěn)，環(huán)境溫度越低，發(fā)電效率越高。綜合來看，對燃機發(fā)電效率的評價比較復雜，國內外文獻都沒有查到統(tǒng)一權威的標準。

二、深圳火電行業(yè)主要減排技術及減排成本

（一）燃煤電廠主要減排技術

深圳燃煤電廠僅媽灣電廠一家，其各項能耗指標在全國同類型同容量機組中處于比較先進的水平。但與目前一些新建電廠的設備、技術相比，還有繼續(xù)挖潛增效的空間。所以本研究中以媽灣電廠為例，對燃煤電廠進行了節(jié)能減排技術分析。媽灣電廠原為6臺300MW凝汽式汽輪機組，編號為#l、#2、#3、#4、#5、#6機組。2007年12月#5、#6機組由300MW擴容為2×320MW，目前媽灣電力有限公司總裝機容量為1840MW。媽灣電廠能源消耗主要集中在汽輪機、鍋爐、電氣三大部分。具體節(jié)能減排措施包括凝結水泵變頻改造、發(fā)電機組增容改銘牌、汽輪機通流技術改造、機組提高安全和經(jīng)濟性改造、鍋爐智能吹灰改造、溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)、鍋爐空預器技術改造、超臨界超超臨界機組發(fā)電、整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（1克CC）等。

在深圳市燃機電廠中，廣前電廠采用的是目前國內最先進的大發(fā)電機組——M701F型燃氣——蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組，發(fā)電效率已達50%以上，配套電機已采用變頻改造技術，供電煤耗最低，節(jié)能減排空間幾乎沒有。在其他9E機組中，深圳南山熱電現(xiàn)有的節(jié)能減排方案多，供電煤耗低，所以本研究中對燃機電廠節(jié)能減排的分析以深圳南山熱電為例。

南山熱電廠擁有3套9E燃機蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組，裝機容量54.9萬千瓦，目前的主要產(chǎn)品有電力、管道供熱、移動供熱和污泥干化用熱。

（二）減排成本

本文所述減排成本是一種增量成本，是指減排情景相對于基準情景的成本增加量，即實現(xiàn)如上的減排潛力時需付出的成本量。

某項減排技術的單位減排成本，等于該技術的總減排成本除以其減排量，其中總減排成本是采用某項新技術或某項技術改造所投入的總成本，減排量是設備使用年限內每年的減排量之和，設備每年的減排量是基準情景（所需電力由傳統(tǒng)發(fā)電技術提供時所排放的二氧化碳量）減去減排情景（采用節(jié)能減排技術改造之后提供同等電力所排放的二氧化碳量）所得的二氧化碳排放量。設備使用年限：燃煤電廠取30年，燃機電廠取40年。根據(jù)各技術的單位減排成本及減排量，可以繪制減排成本曲線。

（三）減排量計算

通過上述計算方法可計算出火電行業(yè)各項減排技術的減排量及減排成本。其中超臨界、超超臨界機組和IGCc技術的年減排量計算比較復雜，具體計算過程如下：

超臨界和超超臨界發(fā)電、IGCC技術，通過提高煤轉化效率，減少單位發(fā)電量的耗煤量，從而減少單位發(fā)電量的溫室氣體強度。假定其他條件不變，可認為采用這些技術時發(fā)電效率提高的百分比等于溫室氣體強度降低的百分比。也即采用這些技術時的單位發(fā)電量的減排量，等于采用傳統(tǒng)技術單位發(fā)電量的溫室氣體排放量乘以效率提高的百分比。具體推導過程如下：

假設燃燒1噸煤，排放溫室氣體為x噸C0₂e，采用傳統(tǒng)技術可生產(chǎn)P度電；若改用先進技術（超臨界、超超臨界或IGCC），可使發(fā)電效率提高n%，即能生產(chǎn)P*（1+α%）度電。那么，每生產(chǎn)一度電，采用傳統(tǒng)技術的溫室氣體排放量為一噸CO₂e/kWh，采用先進技術的溫室氣體排放量為x/p（1+α%）噸CO₂e/kWh，先進技術相對于傳統(tǒng)技術的溫室氣體排放系數(shù)減少量為：

也即單位發(fā)電量的溫室氣體排放減少量，等于采用傳統(tǒng)技術的溫室氣體排放系數(shù)乘以采用先進技術時發(fā)電效率的提高量。

因此，總的減排量等于采用先進技術生產(chǎn)的電量、采用傳統(tǒng)技術的溫室氣體排放系數(shù)與發(fā)電效率的提高量三者的乘積。

減排情景中已經(jīng)設定了超臨界和超超臨界機組、IGCC機組的新增裝機容量，要計算生產(chǎn)的電量，還需要年運行時間數(shù)據(jù)，可根據(jù)現(xiàn)有火電機組設備年利用小時數(shù)進行估計。近年來火電發(fā)電設備利用小時數(shù)波動較大且并無明顯的上升或下降趨勢，平均為5267h，取該值作為本文中發(fā)電機組年運行時間。

超臨界和超超臨界機組相對于傳統(tǒng)亞臨界機組只是鍋爐蒸汽的溫度、壓力等狀況不同，對年運行時間并無太大影響。而IGCC與之不同，其運行過程要求各種設備和系統(tǒng)合理配置、密切配合，以提高整體循環(huán)效率，這樣雖提高了能量利用效率，但也使系統(tǒng)復雜性增加，運行過程中各設備互相牽制，影響了IGCC機組的運行時間，使得IGCC相對于常規(guī)的燃煤發(fā)電系統(tǒng)在可靠性方面有相當大的差距。按照美國能源部（DOE）、美國電力研究院（EPRI）等機構專家的預測，商業(yè)化的IGCC電站性能將在未來不斷改善，到2010年可用率達到85%以上。2015年將超過90%。考慮到中國與美國在技術方面尚存在一定差距，預計中國2015年IGCC電站可用率達到85%。

結合以上分析，本文取超臨界和超超臨界機組年運行時間為5300小時，IGCC機組運行時間為其85%，即4505小時。根據(jù)研究，深圳煤電溫室氣體生命周期排放系數(shù)約為1000克CO₂e/kWh，以此作為采用傳統(tǒng)技術的溫室氣體排放系數(shù)。

現(xiàn)在傳統(tǒng)的亞臨界燃煤技術熱效率大概在38%左右，該技術已很成熟，進一步發(fā)展的潛力很有限。綜合考慮超臨界和超超臨界技術、IGCC技術的發(fā)展現(xiàn)狀及相關學者的研究，本文初步預測到2015年，超臨界和超超臨界技術的平均發(fā)電效率達到45%，IGCC技術的發(fā)電效率達到48%，那么，相對于傳統(tǒng)燃煤技術，超臨界和超超臨界技術、IGCC技術發(fā)電效率分別提高7%、10%。

綜合以上分析，2015年，采用超臨界和超超臨界技術替代傳統(tǒng)燃煤發(fā)電技術單臺機組產(chǎn)生的CO₂減排量為11.1萬噸，采用IGCC技術替代傳統(tǒng)燃煤發(fā)電技術單臺機組產(chǎn)生的C02減排量為13.5萬噸。

（四）減排成本

根據(jù)以上分析，得到深圳火電行業(yè)減排成本（見表3、表4）。

三、深圳火電行業(yè)碳配額分配

借鑒國外經(jīng)驗，結合深圳具體情況，我們確定配額分配的原則如下：

1.排放強度分配原則

國外發(fā)電行業(yè)的配額基本都是采用祖父法分配的，而深圳經(jīng)濟目前還處于快速發(fā)展階段，對能源的需求還將持續(xù)增加，特別是主要發(fā)電廠最近3年的運行狀況還遠遠沒有達到最大負荷，因此不能采取祖父法進行分配，應該按照以排放強度為基準進行分配。

2.區(qū)別分類原則

深圳火電行業(yè)碳配額分配方案采用相對總量控制目標，也即碳強度目標對企業(yè)進行約束，根據(jù)發(fā)電機組類型分為燃煤電廠、燃機9F機組和燃機9E機組三類，每類特點一致、不同類別很難比較，需針對每個類別機組的特征分別制定配額分配方案。

3.稀缺原則

作為交易體系的核心內容，配額分配工作應充分考慮企業(yè)間減排成本的差別。對于減排成本較低的企業(yè)，配額分配應該從緊，從而激勵企業(yè)進行節(jié)能改造，減少排放；對于減排成本較高的企業(yè)，配額分配應適當寬松，以免企業(yè)因無法達成減排目標而只能被動接受懲罰，不僅削弱了企業(yè)的競爭力，也違背了建立碳交易體系的初衷。整體而言，配額分配要從緊，這樣才能保證配額的稀缺性，在二級市場上才能形成合理的碳價格，有利于建立起企業(yè)的減排激勵。

燃煤電廠僅媽灣電力一家企業(yè)，其未來3年碳強度目標是在2009～2011年平均碳強度基礎上降低1%。燃機9F機組電廠有廣前和深能源東部電力兩家企業(yè)，由于機組先進、負荷大、燃料清潔、已有節(jié)能減排工作良好等原因，規(guī)定廣前電力未來3年碳強度目標，達到2009～2011年的年度碳強度最低值即可；東部電廠前期碳強度與廣前有約6%的差距，考慮到其客觀環(huán)境與廣前稍有差距，規(guī)定其未來3年碳強度目標在2009～2011年的年度碳強度平均值基礎上降低3%。燃機9E機組電廠共有5家企業(yè)，于2011年全部完成油改氣工程，其未來3年碳強度目標為5家企業(yè)2011年平均碳強度，對于有冷熱電聯(lián)產(chǎn)的電廠，根據(jù)情況進行額外碳配額補貼。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2011年5家9E機組電廠總發(fā)電量為549808.1萬kW·h，總碳排放量為2727895tCO₂-e，平均碳強度為4.96tCO₂-e/萬kW·h。

分配方法：碳排放強度=5家電廠2011年平均碳強度

計劃簽發(fā)年度碳配額=年預測發(fā)電量×碳排放強度

實際確認年度碳配額=年實際發(fā)電量×碳排放強度

根據(jù)經(jīng)濟發(fā)展對能源需求及其南方電網(wǎng)供電規(guī)劃，我們對2015年深圳市發(fā)電行業(yè)的生產(chǎn)情況進行了預測。與2011年相比，2015年深圳市火電行業(yè)結構發(fā)生小幅度變化，燃煤發(fā)電比例由46%降到43.6%；火電行業(yè)總發(fā)電量下降了5.8%，其中燃煤發(fā)電量下降14.7%，燃機電廠發(fā)電總量上升2.4%。與201 1年相比，2015年深圳市火電行業(yè)總排放量共減少1553683tCO₂e，降低9.4%。其中燃煤電廠，即媽灣電廠共減少1680921tCO₂，減排比例為15.59%，燃機電廠在發(fā)電量增加的情況下總碳排放量增加127238.1tCO₂e，增加比率為0.77%。與2011年相比。2015年深圳市火電行業(yè)碳強度由6.62下降到6.37，下降比例為3.8%。目標碳強度低于2011年碳強度的企業(yè)有媽灣電廠、東部電廠、中海油、南山熱電，因為企業(yè)減排技術的改進，相對于碳配額分配存在一定的滯后性，所以這些企業(yè)在未來幾年可能是碳交易市場的買家。目標碳強度高于2011年碳強度的企業(yè)有南天電力、寶昌電力、鈺湖電力，這些企業(yè)在未來幾年碳配額可能會剩余，將成為碳交易市場的賣家。

深圳市火電行業(yè)的總體情況變化不大，對經(jīng)濟影響很小，電力缺口可以由南方電網(wǎng)購入外部電力來補充。

四、結論

1.深圳市火電廠主要是燃煤和燃機兩類，燃機機組都是燃氣的，原有的燃油機組都已經(jīng)改造為燃氣。燃氣機組裝機容量高于燃煤機組裝機容量，但2011年發(fā)電量燃煤機組明顯高于燃機機組，燃煤機組碳排放量更是占到了總體的70%左右。

2.深圳市火電廠技術水平較高，單位發(fā)電量煤耗、單位發(fā)電量碳排放強度均居于全國先進行列，碳排放減排空間、減排潛力很小。

3.借鑒國外經(jīng)驗，更基于深圳市具體情況，采取以單位發(fā)電量碳排放強度為指標的基準法為配額分配辦法。據(jù)測算，此配額方案對經(jīng)濟影響很小。