數(shù)據(jù)，已經成為了我們度量科學、度量產業(yè)、衡量生活的重要標準。
本期內容，筆者就帶著大家一起做個發(fā)電行業(yè)碳排放的算術題：如果2020年全國所有發(fā)電設備平均碳排放強度要達到“550目標”(550g/kWh)，全國到底每年需要新增多少太陽能裝機?這道題可事關我國二氧化碳排放2030年左右達峰并盡早達峰的承諾;事關我國不同階段的氣候承諾。
不算不知道，一算嚇一跳!筆者逐步測算發(fā)現(xiàn)，若2020年要達到“550目標”：
2020年非水可再生能源發(fā)電量占比需達到12.5%以上。
2020年太陽能發(fā)電量占比應達到6.5%以上(目前僅1.8%)。
2018-2020年全國每年需新增太陽能裝機容量95GW左右!
所謂仁者見仁，智者見智，但能源領域的清潔化發(fā)展無疑是大勢所趨。歡迎在留言區(qū)探討拍磚，以下我們就一起來做算術題，用數(shù)據(jù)說話：
一、發(fā)電行業(yè)碳排放強度計算(2015)
1、燃煤機組碳排放強度
煤中的碳完全燃燒將生產CO2：
即1kg碳完全燃燒生成3.67kg CO2，倍率為3.67。不過煤在實際燃燒中，有少量部分碳未完全燃燒，將夾雜在飛灰和灰渣中，同時也會產生微量的CO。此外，煤中除碳外，還有氫、氧、氮、硫等元素，以及灰分、水分。不同煤種的含碳量和發(fā)熱量存在較大差別。
在統(tǒng)計上，《電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃(2016-2020年)》選取標煤二氧化碳的排放系數(shù)K=2.8，即1噸標煤(發(fā)熱量7000kcal/kg)排放二氧化碳2.8噸。
2015年煤電機組平均供電煤耗為318g標煤/kWh，按照標煤CO2排放系數(shù)2.8計算，2015年我國燃煤機組平均CO2排放強度為318x2.8=890g/kWh。
2、燃氣機組碳排放強度?
天然氣的主要成分是甲烷CH4。甲烷完全燃燒反應：
即1kg甲烷完全燃燒產生2.75kg CO2，倍率為2.75。
以燃氣電廠使用的西氣東輸天然氣為例，典型成分為甲烷摩爾比例96.2%，低位熱值為8089千卡/立方米，密度0.6982千克/立方米。熱值按質量換算為8089/0.6982=11585.5kcal/kg。折算到標煤熱值，則甲烷的摩爾比例為96.2%x7000/11585.5=58.1%。
根據(jù)《電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃(2016-2020年)》、《中電聯(lián)2015年電力統(tǒng)計》數(shù)據(jù)“2015年火電機組平均供電煤耗為315克/kWh，煤電機組為318克/kWh;煤電發(fā)電量占比67.9%、氣電發(fā)電量占比2.9%”，忽略火電機組中占比較小的燃油機組，經加權后可推算氣電的供電煤耗為：
[315x(2.91+67.9)-318x67.9]/2.91=245g/kWh。進一步可得出2015年我國燃氣機組CO2排放強度為：245x58.1%x2.75=391.4g/kWh，即燃氣機組二氧化碳排放強度約為煤電的44%(391.4/890)。
3、2015年全國發(fā)電設備平均碳排放強度?
先看看2015年我國各類型機組發(fā)電量：
將水電、核電、風電、太陽能、和其他類型發(fā)電的碳排放強度取0，忽略火力發(fā)電中占比較小的燃油機組排放，并對燃煤機組平均CO2排放強度取890g/kWh、燃氣機組CO2排放強度取391.4g/kWh。可通過各類電源發(fā)電量占比，大致推算2015年我國發(fā)電設備的平均供電CO2排放強度為：
67.9%*890+2.91%*391.4 = 615.7g/kWh。
二、可再生能源碳排放前景測算(2020年)
1、2020年全國發(fā)電行業(yè)碳排放強度基礎目標
發(fā)電行業(yè)的綠色低碳發(fā)展是我國經濟社會實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的內在要求，是推動我國二氧化碳排放2030年左右達峰并盡早達峰的必然選擇?！峨娏Πl(fā)展“十三五”規(guī)劃(2016-2020年)》提出“十三五”期間新建燃煤發(fā)電機組平均供電煤耗低于300克標煤每千瓦時，現(xiàn)役燃煤發(fā)電機組經改造平均供電煤耗低于310克標煤每千瓦時，燃煤機組二氧化碳排放強度下降到865g/kWh左右。
電源結構優(yōu)化、可再生能源轉型是“十三五”期間降低發(fā)電行業(yè)碳排放強度的主要途徑，《電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃(2016-2020年)》、《水電發(fā)展“十三五”規(guī)劃》、《風電發(fā)展“十三五”規(guī)劃》、《太陽能發(fā)展“十三五”規(guī)劃》等均對清潔能源發(fā)展規(guī)模有所論述。
取《電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃(2016-2020年)》的基礎數(shù)據(jù)“2020年左右全社會用電量取7萬億千瓦，非化石能源發(fā)電量占比為31%，火電發(fā)電量占比為69%(燃煤機組發(fā)電量占比64.3%，燃氣機組發(fā)電量占比為4.7%)”。按照2020年全國燃煤機組平均CO2排放強度865g/kWh，燃氣機組平均CO2排放強度仍取燃煤機組的43.9%(即865*44%=380g/kWh)進行大致推算，2020年我國發(fā)電設備二氧化碳排放強度為：
865*64.3%+380*4.7%=574g/kWh
相比2015年下降6.8%。
2、2020年全國發(fā)電行業(yè)碳排放強度理想目標及可再生能源發(fā)展空間
2016年10月，國務院印發(fā)《“十三五”控制溫室氣體排放工作方案》，提出到2020年，單位國內生產總值二氧化碳排放比2015年下降18%，碳排放總量得到有效控制，明確規(guī)定“大型發(fā)電集團單位供電二氧化碳排放控制在550g/kWh以內”(以下簡稱“550目標”)。
假設：2020年全國所有發(fā)電設備平均碳排放強度達到“550目標”。
在保持燃氣機組4.7%發(fā)電量占比不變的前提下(國家正建立天然氣主體能源地位)，燃煤機組發(fā)電量必須降低至(550-380*4.7%)/865=61.5%。
即2020年非化石能源的發(fā)電量占比：需達到33.8%以上。
在2020年非化石能源的發(fā)電量占比33.8%的基礎上，扣除核電部分發(fā)電量(2017年約為2481/64171=3.9%)：
可再生能源發(fā)電量占比至少應達到30%。
如進一步扣除水力發(fā)電量部分(2016年約19.5%、2017年約18.6%，后續(xù)開發(fā)難度加大，預計占比將進一步降低)，2020年非水可再生能源發(fā)電量占比：
預計需達到12.5%以上。
根據(jù)《風電發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，2020年我國風電發(fā)電量占比約為6%。故為實現(xiàn)“550”目標，2020年太陽能發(fā)電量占比應達到6.5%以上，現(xiàn)有1.8%(1166/64171)的比重與之相較差距巨大。按年等效發(fā)電小時數(shù)1200h計算，為提供該新增部分的太陽能發(fā)電量(70000*6.5%-1166=3384億kWh)，則：
2018-2020年全國每年需新增太陽能裝機容量95GW左右!
最后再重復兩個數(shù)字：
太陽能占比6.5%以上!!
年新增裝機需95GW左右!!
