中長期煤炭消費碳排放與二氧化碳排放值預測

張福新 ，白鋒堂

(中煤平朔集團有限公司，山西省朔州市，036006)

我國是煤炭資源大國，每年煤炭消費量巨大。當前，實現(xiàn)碳中和碳達峰對我國能源產(chǎn)業(yè)提出了新的挑戰(zhàn)，也對煤炭產(chǎn)業(yè)提出了新的要求。而加強煤炭消費領(lǐng)域中長期碳排放值和CO2排放值預測的研究，對煤炭生產(chǎn)加工利用領(lǐng)域的高質(zhì)量發(fā)展尤為重要。

1 煤炭年度消費碳排放測算

1.1 碳含量計算煤炭年度碳排放總量

國家統(tǒng)計局2020年國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報顯示[1]，初步核算，全年能源消費總量49.80億t標準煤。其中：煤炭消費量占能源消費總量的56.8%。

根據(jù)涂華等[2]對標準煤CO2排放的計算方法，依據(jù)不同煤種碳含量計算得到，1 t標準煤的碳排放值為0.69 t，1 t標準煤的CO2排放值為2.54 t 。按照此系數(shù)計算，2020年，煤炭消費部分折算標準煤28.29億t，碳排放19.5億t、CO2排放71.9 億t。

1.2 發(fā)電量計算煤炭年度碳排放總量

(1)根據(jù)國內(nèi)度電碳排放計算年度碳排放總量。根據(jù)專家統(tǒng)計，使用1 kW·h電折算標準煤0.4 kg，產(chǎn)生碳排放0.272 kg， CO2排放0.997 kg。

國家統(tǒng)計局2020年國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報顯示，全年發(fā)電量77 790.6億kW·h；據(jù)中電傳媒記者數(shù)據(jù)庫統(tǒng)計，2020年全國發(fā)電量中煤電發(fā)電量占比65%左右；依據(jù)《綜合能耗計算通則》[3]初步核算，折算標準煤20.2億t，碳排放13.8億t，CO2排放50.4億t。

(2)根據(jù)國際度電碳排放計算年度碳排放總量。斯坦福大學教授馬克(Mark Z. Jacobson)通過比較各類發(fā)電技術(shù)全生命周期的度電碳排放值，分析得出煤電碳排放值為282～876 g/(kW·h)，加權(quán)平均碳排放值為579 g/(kW·h)[4]。2020年依據(jù)煤電加權(quán)平均碳排放指標，再結(jié)合相關(guān)發(fā)電量數(shù)據(jù)，且煤電占當年發(fā)電總量65%，測算得出2020年我國煤電碳排放量為29.3億t。

全球電力排放數(shù)據(jù)庫(GPED)顯示，我國CO2排放系數(shù)為864 g/(kW·h)；根據(jù)2020年全國煤電發(fā)電量初步測算，煤電CO2排放量為43.7億t。

(3)根據(jù)國內(nèi)碳排放系數(shù)計算煤炭年度碳排放總量。根據(jù)國家發(fā)改委能源研究所推薦的碳排放系數(shù)[5]及其他參考資料，標準煤的碳排放系數(shù)和CO2排放系數(shù)分別為0.680、2.493，以此計算煤炭年度碳排放量，以此計算2020年年煤炭碳排放19.2億t，CO2排放70.5億t。

2 碳排放對比研究

2.1 不同測算方式下煤炭碳排放量比對

對碳含量計算、國內(nèi)度電碳排放系數(shù)、國際度電碳排放指數(shù)、全球電力碳排放數(shù)據(jù)和國內(nèi)碳排放系數(shù)這5種方法測算碳排放的結(jié)果進行了對比研究，結(jié)果見表1。

表1 2020年度不同測算方式下煤炭碳排放量比對

從表1可以看出，根據(jù)國際度電碳排放系數(shù)計算的碳排放量是根據(jù)國內(nèi)度電碳排放計算值2倍以上，根據(jù)GPED數(shù)據(jù)庫計算的CO2排放量較根據(jù)國內(nèi)度電排放系數(shù)計算值明顯偏低。2020年煤電碳排放量約占火電碳排放量的95%，再依據(jù)碳含量計算得出的煤炭消費折合28.3億t標準煤與國內(nèi)度電碳排放總量計算中折算的標準煤20.2億t綜合對比，對比系數(shù)均為1.4，可知碳含量、國內(nèi)度電碳排放系數(shù)和GPED計算的結(jié)果均相差不大，具有參考性。依據(jù)煤炭消費量和碳含量計算法得出的碳排放量和CO2排放量值，與國內(nèi)碳排放系數(shù)法依據(jù)煤炭消費量計算出的結(jié)果也相差不大，因此筆者將其二者碳排放值和CO2排放量值的加權(quán)平均值作為后續(xù)的測算依據(jù)，即2020年基于煤炭消費量的碳排放與CO2排放值分別為19.35億t和71.20億t。

《BP世界能源統(tǒng)計年鑒》[6]2021版指出，2020年我國CO2排放總量為98.99億t；按照上述2020年基于我國煤炭消費量計算的CO2排放量71.20億t，那么煤炭消費產(chǎn)生的CO2排放量占全國CO2排放總量的71.9%。

2.2 不同發(fā)電技術(shù)條件下碳排放對比

利用國際研究機構(gòu)的思路測算發(fā)電技術(shù)條件下碳排放比例，比較各類發(fā)電技術(shù)全生命周期的度電碳排放值，可求得加權(quán)平均的碳排放指數(shù)；結(jié)合2020年國民經(jīng)濟和社會發(fā)展公報中不同類型發(fā)電技術(shù)條件下的發(fā)電量，計算不同發(fā)電技術(shù)條件下的發(fā)電量占比；加權(quán)平均碳排放值與發(fā)電量占比乘積求得不同發(fā)電技術(shù)條件下的加權(quán)碳排放指數(shù)，其中生物質(zhì)與天然氣、陸地風電與海上風電、屋頂光伏與公共光伏假設同種類型發(fā)電條件下不同發(fā)電技術(shù)均為50%的發(fā)電量，綜合計算我國各類型發(fā)電技術(shù)條件下的碳排放占比，如表2所示。

表2 國內(nèi)不同發(fā)電技術(shù)碳排放占比結(jié)構(gòu)表

從表2綜合對比，煤電碳排放占發(fā)電碳排放總量的89.97%，明顯高于其他發(fā)電技術(shù)的碳排放。也就是說，在“雙碳”目標形勢下，為減少碳排放，煤電產(chǎn)業(yè)可能是未來一段時間內(nèi)發(fā)展受限的產(chǎn)業(yè)之一。

3 中長期煤炭消費結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變

3.1 能源研究預測煤炭發(fā)展

依據(jù)2011年《中國能源中長期(2030-2050)發(fā)展戰(zhàn)略研究》[7]預測2030-2050年我國基于科學產(chǎn)能和用能的能源結(jié)構(gòu)見表3。

表3 我國2030- 2050年能源結(jié)構(gòu)預測 億t標準煤

假設這期間的煤炭全部用于發(fā)電，根據(jù)表2測算出2030-2050年我國能源結(jié)構(gòu)調(diào)整碳排放平衡表見表4。

從表4綜合分析，在2020-2050年，我國煤電消費總量將逐期下降，2020-2030年，年度煤炭消費量逐年下降8.69%，2030-2050年逐年下降4.76%；煤電碳排放占比方面，2020-2030年逐年下降2.00%，2030-2050年逐年下降1.27%；而除煤電外的其他發(fā)電技術(shù)能源消費比重將逐年提高。

根據(jù)表4可計算出表5能源結(jié)構(gòu)中各能源類別的占比。從表5綜合分析，隨著能源結(jié)構(gòu)的綜合調(diào)整，煤電消費總量逐年減少。2020-2030年逐年下降2.00%，2030-2050年逐年下降1.27%。

表4 2030-2050年我國能源結(jié)構(gòu)調(diào)整碳排放平衡

表5 能源結(jié)構(gòu)中各能源種類的占比 %

3.2 學界預測煤炭發(fā)展

陳浮等[8]對修正的煤炭需求預測分析，得出2030年后煤炭市場份額下滑不可避免，2030-2050年是煤炭行業(yè)生死存亡的關(guān)鍵期，在全球碳約束下，煤炭未來發(fā)展空間取決于能否實現(xiàn)原位利用、零碳排放及CCUS技術(shù)應用與推廣。朱超等[9]研究指出，在“雙碳”目標影響下，煤炭在能源系統(tǒng)中的作用將從主體能源逐步向兜底能源轉(zhuǎn)變，預測2040年煤炭消費比重將降至40% 以下；在推進煤炭生產(chǎn)集中度提高的情況下，預計到2025年和2035年，前8家煤炭企業(yè)生產(chǎn)集中度分別達到60% 和80%；“十五五”期間將大幅遏制煤炭消費增長，預計2030年碳達峰實現(xiàn)后，煤炭消費總量下降速度將加快；煤炭行業(yè)要堅持低碳化發(fā)展，逐步淘汰落后產(chǎn)能，綜合推進煤炭原料化利用。左前明[10]研究指出，能源結(jié)構(gòu)調(diào)整是煤炭行業(yè)的重中之重，我國能源將從以清潔發(fā)展為主線轉(zhuǎn)向以低碳發(fā)展為主線，煤炭消費需在2025 年前率先達峰；2060 年前碳中和意味著在達峰后幾十年內(nèi)，煤炭等化石能源消費量需大幅降低，并推動新能源發(fā)展。

4 預測碳排放總量

根據(jù)表4可計算得出各年碳排放指數(shù)總和，與2020年煤炭消費總量加權(quán)碳排放總量，推算各年煤炭消費碳排放總量見表6。

表6 2020-2050年碳排放總量預測表

從表6綜合對比看，未來30年，我國煤炭消費碳排放與CO2排放總量將逐期下降，2020-2030年逐年下降1.26%，2030-2050年逐年下降0.84%。

5 結(jié)論與展望

(1)利用不同的碳排放計算方法預測碳排放，國內(nèi)碳排放測算值相差不大，而國際碳排放測算值約是國內(nèi)碳排放值的2倍以上。

(2)在發(fā)電技術(shù)全生命周期下，通過對不同發(fā)電技術(shù)條件下進行的碳排放值測算對比，得出煤電領(lǐng)域碳排放占比明顯偏高。可見，在“雙碳”目標背景下，減少煤電發(fā)電量是減少碳排放的必然手段之一；同時，以電煤生產(chǎn)和煤炭發(fā)電為主的企業(yè)，其產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整或轉(zhuǎn)型將是產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展的必然趨勢。

(3)從學術(shù)界對煤炭發(fā)展預測展望研究結(jié)果中得知，煤電消費總量必然減少，煤炭行業(yè)低碳發(fā)展必然成為一種趨向性選擇。

(4)通過研究，認為以電煤生產(chǎn)和煤炭發(fā)電為主的企業(yè)，應順應國家綜合政策導向，利用自身資本和技術(shù)優(yōu)勢，發(fā)展可再生能源可能會成為一種趨勢，以此推動產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。

(5)從煤炭碳排放預測總量分析得知，為實現(xiàn)碳中和目標，預測2050年我國煤炭碳排放量將在14.09億t以下，CO2排放量將在51.85億t以下。