全球电力行业碳强度有序降低 中国电力行业碳排放量仍相对较高
发布者:lzx | 来源:能源研究俱乐部 | 0评论 | 829查看 | 2019-08-26 09:50:45    

随着电力占全球终端能源消费的比重不断增长,世界经济的电气化正在将电力转化为未来的“燃料”。同时,电力行业又是全球重要的二氧化碳排放源,因此,为了应对气候变化,电力行业采取措施减少二氧化碳排放量就显得尤为重要。


全球电力行业碳强度,即单位电量的二氧化碳排放量,自2013年以来有序地降低,但不同国家的情况相去甚远,这主要是由各国不同的经济和技术发展环境下电力生产结构的特点所致。


一、全球电力行业碳强度


在全球经济电气化发展趋势下,碳正在发生跨行业的流动,致使电力行业碳负荷和碳排放增加。以碳从交通行业向电力行业的流动为例,电动汽车本身的碳排放为零,但却需要进行反复充电。电动汽车的大规模应用意味着发动机燃料使用量减少以及交通部门碳排放量减少,同时,电力行业的发电量增加、碳排放量增加。


在最新发布的《全球能源与二氧化碳现状报告》中,国际能源署指出,2018年,全球发电量达到26.672万亿千瓦时,较上一年增长4%,几乎是能源需求整体增速的两倍,创2010年全球经济从金融危机复苏以来最高增速;全球能源相关二氧化碳排放量达到331亿吨的历史最高水平,较上一年增长1.7%,是自2013年以来的最高增速,高出2010年以来年均增速的70%。同年,全球电力行业二氧化碳排放量达到130亿吨,占能源相关二氧化碳排放总量的38%,并且在能源相关二氧化碳排放量增量中,近三分之二来自电力行业的贡献。


尽管排放量持续增长,但电力行业近年来发生了重大转变。全球电力行业碳排放强度自2013年以来有序地降低,市场力量、技术成本降低、应对气候变化和治理空气污染是驱动全球碳排放水平降低的主要动力。


来自国际能源署的数据显示,2018年,全球发电的平均碳强度是475克/千瓦时,比2010年降低了10%。如果没有电力行业碳排放强度的改善,全球二氧化碳排放量会比目前实际情况还要高出15亿吨,相当于在当前电力行业排放总量基础上再增加11%。


引发电力行业碳强度变化的原因之一就是全球发电结构的变化。2018年,可再生能源和核电满足了绝大部分的电力需求增长,煤电和天然气发电也大幅增加。2010~2018年,化石燃料在发电结构中的占比有所下降,其中石油占比下降较大,而天然气占比上升明显,煤炭占比的变化较为平缓;非化石燃料中,以风光为主的可再生能源占比增长显著。


根据国际能源署的数据,用天然气发电的二氧化碳排放量约为400克/千瓦时,比石油和煤炭低30%~60%,用石油和煤炭发电的排放量分别是600克/千瓦时和845~1020克/千瓦时(取决于燃煤类型)。


化石燃料在发电结构中的占比下降并非源于其发电量绝对数量的减少,而是因为二氧化碳低排放或零排放的发电类型,如水力发电和其他可再生能源发电(包括垃圾发电)等,正在以更快的速度增长。


得益于发电成本的大幅降低,近年来可再生能源增长迅速。来自国际可再生能源署的数据显示,2012~2017年全球光伏发电和风力发电的平准化度电成本(LCOE)分别下降了65%和15%。在技术方面,蒸汽-燃气联合循环发电机组以及超临界、超超临界燃煤发电机组的使用推广也是电力行业碳强度下降的重要推动因素。根据国际能源署的数据,2016年全球火电站平均效率增至37.3%,与2010年相比,上升了1.1个百分点。


二、主要国家/地区电力行业碳强度


从全球范围来看,世界各国电力行业碳强度差异较大,从挪威的每千瓦时接近零克到南非的每千瓦时超过800克,这主要是由各个国家不同的经济和技术发展环境下电力生产结构的特点所致,反映了各国发电工业体系构成的多样性。如拥有丰富水力资源或核电资源的国家,度电碳排放几乎为零;使用煤炭、天然气和低碳电源混合发电的国家,度电碳排放约为300~500克/千瓦时;严重依赖煤电的国家,度电碳排放可高达全球平均水平的两倍。


(一)欧盟


欧盟在联盟层面上制定了雄心勃勃的气候和环境政策,在国家层面上采取了各种相应措施。截至2018年11月,欧盟共有10国已宣布在2030年前分阶段淘汰煤电,并有多国已大力开展燃煤发电替代措施,有效降低了电力系统的碳排放量。目前,地区电力行业碳强度最低。但应该注意的是,尽管欧盟所有成员国电力行业碳强度平均值较低,但具体各个成员国的情况可能差异很大。


1.法国


法国不仅在欧盟28国内,而且在整个世界范围内都是电力行业碳强度最低的国家之一。该国发电结构中核电占主导地位。根据法国电网公司RTE的统计数据,2017年法国全境度电碳排放为74克/千瓦时,与2016年相当(73克/千瓦时),但明显高于2015年(44克/千瓦时),主要是因为法国数座核电站因维修停运,天然气发电比例增加。2018年,法国核电装机占比47.5%,发电量占比却达到了71.6%,比上一年增长3.7%,确保了法国发电的低碳水平,同年法国度电碳排放为61克/千瓦时。然而未来法国计划减少核电份额,取而代之的是发展可再生能源,这将对该国发电碳排放产生一定影响。


2.德国


作为欧盟最大的经济体,德国的电力行业碳强度相对较高。这主要是该国发电结构中煤电占主导地位所致。德国是欧盟最大的煤炭消费国,2016年煤炭在德国所有发电电源中占比42.2%,同年,根据清洁能源研究机构Environmental Progress的统计数据,德国度电碳排放为560克/千瓦时。2011~2013年,在福岛第一核电站事故造成的公众抗议下,德国关闭了国内若干核电站,发电行业碳强度增加。随后,德国可再生能源快速发展,到2016年可再生能源在德国发电电源中的占比已经在2010年基础上增长了一倍,从14.3%增至27.1%。再加上燃煤发电部分转变为燃气发电,德国电力行业碳强度于2014年再度出现下降。


2017~2018年,德国减少了1.7吉瓦燃煤装机。2019年1月,德国煤炭委员会正式宣布,已就淘汰燃煤电厂的时间表达成协议,确定德国最晚将在2038年年底结束煤电。此外,德国还计划到2022年关闭国内约四分之一的燃煤电厂,停运12.5吉瓦煤电装机;2023~2030年将煤电装机降至17吉瓦,平均每年减少2.4吉瓦。根据德国能源转型(Energiewende)计划,到2022年将淘汰国内所有核电站,转而发展可再生能源,到2030年将可再生能源发电量提升至总发电量的65%。预计未来德国电力行业碳排放强度进一步下降空间有限。


3.英国


根据英国气候政策网站碳简报(Carbon Brief)的统计数据,2017年英国包括核电、生物质、风光、水电在内的低碳电源发电比例首次超过了50%,而天然气、煤炭、石油等化石能源的发电比例为47.5%,其余2.5%为抽水蓄能等其他电源,同年英国度电碳排放为237克/千瓦时,仅为2012年的一半(508克/千瓦时)。


2018年,英国二氧化碳排放量连续第六年下降,是有记录以来持续时间最长的连续下降。与煤炭相关的二氧化碳排放量仅占英国总排放量的7%。随着燃煤电厂陆续关闭,这一比例将进一步缩小。按照英国政府的计划,2025年10月1日起任何电厂的瞬时碳排放强度都不得超过450克/千瓦时。按照目前的技术状况和趋势,在限定碳强度标准之后,英国可以确保2025年所有燃煤电厂全部停运。如今,煤电在英国电力生产结构中的占比已降至5%,创历史新低。如果煤炭是唯一的减排贡献者,那么英国继续减少总体排放的潜力相当有限。要想在未来实现具有法律约束力的碳排放目标,英国的石油和天然气排放量也必须减少。


(二)美国


美国是世界上第二大二氧化碳排放国,随着燃气发电机组逐步替代燃煤和燃油机组,同时低碳能源发电,特别是风光等可再生能源发电不断增长,其电力行业碳强度较以前有所降低。根据国际能源署的统计数据,2016年美国度电碳排放为433克/千瓦时,比世界平均水平低11.6%。2010~2016年,美国电力行业碳强度下降了18.4%。这一时期内,页岩气生产带动天然气价格大幅下降,燃煤发电大规模地向燃气发电过渡,到2016年,煤电在发电结构中的占比降至31.4%,而天然气的占比则增至32.9%,美国天然气发电量首次超过燃煤发电量。


如果说美国天然气对于其他化石燃料的替代更多的由市场驱动,那么其低碳能源发电的增长则主要由地方政策和联邦鼓励发展可再生能源的相关税收驱动。2005年,低碳电源在所有电源中占比28%。截至2017年,该比例升至38%。几乎所有的增长都来自于包括风光在内的可再生能源,核电和氢能发电等低碳能源发电保持相对稳定。


由于电力需求增长放缓及发电燃料结构变化,美国电力行业二氧化碳排放量自2005年以来已经减少了25%左右。根据美国电子工业联合会的统计数据,2017年,电力行业二氧化碳排放量为17.44亿吨,为1987年以来的最低值。美国能源信息署预计,2018~2020年,美国电力行业二氧化碳排放量将仅减少1亿吨。如果不改变现行法律法规,到2050年,美国电力行业二氧化碳排放量将不会出现明显下滑,基本持平于目前水平,约为16亿吨左右。另外,美国发电量预计将在未来30年增长23%,新增发电量将主要来自二氧化碳排放更少的天然气和风光等可再生能源。


(三)日本


日本是发达国家中为数不多的一个电力行业碳强度超过世界平均水平的国家。作为全球范围内大力发展国内外发电能力(包括二氧化碳减排技术)的工业化国家之一,日本越来越受到来自环保人士的批判和同盟国的压力。根据国际能源署的统计数据,2016年,日本度电碳排放为544克/千瓦时。造成这种情况的主要原因是2011年福岛第一核电站事故导致大量核电厂关闭,日本对化石燃料发电的依赖逐渐增加。2010~2016年,核电在日本发电结构中的占比从26.1%降至1.7%,尽管同一时期内可再生能源在发电结构中的占比从2.6%增至9%,但日本电力行业碳强度仍在继续波动。


不过,自2012~2013财年达到峰值14.09亿吨后,日本碳排放量开始呈下降趋势。根据日本环境部的统计数据,2017~2018财年(截至2018年3月),日本二氧化碳排放量由上一财年的13.07亿吨二氧化碳当量下降至12.94亿吨二氧化碳当量,连续第四年下降,创2009年以来新低。这主要得益于能源效率的不断提高以及反应堆重启后核电站发电量的增加。日本计划到2030年将碳排放量较2013年的水平下降26%至10.42亿吨。最新数据显示,目前日本二氧化碳排放量已较2013年水平下降了8.2%。


(四)俄罗斯


无论是对比世界平均水平,还是其他大型的二氧化碳排放国,俄罗斯电力行业碳强度都相对较低,但仍比欧盟国家平均水平高出20%。根据国际能源署的统计数据,2016年,俄罗斯度电碳排放为358克/千瓦时,与2010年相比减少了59.5克/千瓦时,降幅9%。该国电力结构中,天然气、核电和水电的占比较高,2016年分别为48%、18%和17%,此外热电联产的占比也很高,2016年为39%,效率可达到85%~92%。


三、对我国降低电力行业碳强度的启示


根据目前的碳排放量变化趋势,全球实现2摄氏度温控目标依旧任重道远。电力行业是目前全球能源领域最大碳排放源。为了避免发电行业碳排放量增加,仍需进一步降低当前的碳强度。


中国是世界上最大的二氧化碳排放国,电力结构中煤电占比较大,电力行业碳强度相对较高。根据《电力发展“十三五”规划(2016-2020年)》提供的数据,2015年,我国火电机组平均供电煤耗为315克/千瓦时,燃煤机组为318克/千瓦时,按照燃煤和燃气机组的发电比例计算,则燃气机组的供电煤耗为247克/千瓦时。进一步按照相应的折算系数推算得出我国燃煤机组的平均二氧化碳排放强度在890克/千瓦时左右,燃气机组的平均二氧化碳排放强度在390克/千瓦时左右。


近年来,中国碳排放控制水平显著提升,碳排放强度不断下降。根据2017年9月中国电力企业联合会发布的《中国煤电清洁发展报告》,2016年中国火电单位发电量二氧化碳排放量降至822克/千瓦时,比2005年下降21.6%。2015年全国火电单位供电二氧化碳排放比2010年下降近8%,超额完成《国家应对气候变化规划(2014-2020)》提出的下降3%左右的目标要求。


电力行业碳强度的降低主要得益于电源结构的优化。2016年10月,国务院印发《“十三五”控制温室气体排放工作方案》,提出到2020年,单位国内生产总值二氧化碳排放比2015年下降18%,碳排放总量得到有效控制,明确规定“大型发电集团单位供电二氧化碳排放控制在550克/千瓦时以内”。


此外,以高效现代燃煤机组代替老旧燃煤机组也对降低碳强度起到了明显的推动作用。尽管我国煤电比例呈现下降趋势,但考虑到煤电在相当长时期内仍将占据重要地位,因此新建高效煤电机组、节能改造现役机组、提高机组效率也是我国降低发电碳排放的主要途径之一。2016年12月,国家发展改革委和国家能源局发布《电力发展“十三五”规划(2016-2020年)》,提出“十三五”期间要求新建燃煤发电机组平均供电煤耗低于300克标煤/千瓦时,现役燃煤发电机组经改造平均供电煤耗低于310克标煤/千瓦时;煤电机组二氧化碳排放强度下降到865克/千瓦时左右。

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