數(shù)據(jù)，已經(jīng)成為了我們度量科學(xué)、度量產(chǎn)業(yè)、衡量生活的重要標(biāo)準(zhǔn)。
本期內(nèi)容，筆者就帶著大家一起做個(gè)發(fā)電行業(yè)碳排放的算術(shù)題：如果2020年全國(guó)所有發(fā)電設(shè)備平均碳排放強(qiáng)度要達(dá)到“550目標(biāo)”(550g/kWh)，全國(guó)到底每年需要新增多少太陽(yáng)能裝機(jī)?這道題可事關(guān)我國(guó)二氧化碳排放2030年左右達(dá)峰并盡早達(dá)峰的承諾;事關(guān)我國(guó)不同階段的氣候承諾。
不算不知道，一算嚇一跳!筆者逐步測(cè)算發(fā)現(xiàn)，若2020年要達(dá)到“550目標(biāo)”：
2020年非水可再生能源發(fā)電量占比需達(dá)到12.5%以上。
2020年太陽(yáng)能發(fā)電量占比應(yīng)達(dá)到6.5%以上(目前僅1.8%)。
2018-2020年全國(guó)每年需新增太陽(yáng)能裝機(jī)容量95GW左右!
所謂仁者見(jiàn)仁，智者見(jiàn)智，但能源領(lǐng)域的清潔化發(fā)展無(wú)疑是大勢(shì)所趨。歡迎在留言區(qū)探討拍磚，以下我們就一起來(lái)做算術(shù)題，用數(shù)據(jù)說(shuō)話：
一、發(fā)電行業(yè)碳排放強(qiáng)度計(jì)算(2015)
1、燃煤機(jī)組碳排放強(qiáng)度
煤中的碳完全燃燒將生產(chǎn)CO2：
即1kg碳完全燃燒生成3.67kg CO2，倍率為3.67。不過(guò)煤在實(shí)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(shí)也會(huì)產(chǎn)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(jì)上，《電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃(2016-2020年)》選取標(biāo)煤二氧化碳的排放系數(shù)K=2.8，即1噸標(biāo)煤(發(fā)熱量7000kcal/kg)排放二氧化碳2.8噸。
2015年煤電機(jī)組平均供電煤耗為318g標(biāo)煤/kWh，按照標(biāo)煤CO2排放系數(shù)2.8計(jì)算，2015年我國(guó)燃煤機(jī)組平均CO2排放強(qiáng)度為318x2.8=890g/kWh。
2、燃?xì)鈾C(jī)組碳排放強(qiáng)度?
天然氣的主要成分是甲烷CH4。甲烷完全燃燒反應(yīng)：
即1kg甲烷完全燃燒產(chǎn)生2.75kg CO2，倍率為2.75。
以燃?xì)怆姀S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(zhì)量換算為8089/0.6982=11585.5kcal/kg。折算到標(biāo)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(jì)》數(shù)據(jù)“2015年火電機(jī)組平均供電煤耗為315克/kWh，煤電機(jī)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(jī)組中占比較小的燃油機(jī)組，經(jīng)加權(quán)后可推算氣電的供電煤耗為：
[315x(2.91+67.9)-318x67.9]/2.91=245g/kWh。進(jìn)一步可得出2015年我國(guó)燃?xì)鈾C(jī)組CO2排放強(qiáng)度為：245x58.1%x2.75=391.4g/kWh，即燃?xì)鈾C(jī)組二氧化碳排放強(qiáng)度約為煤電的44%(391.4/890)。
3、2015年全國(guó)發(fā)電設(shè)備平均碳排放強(qiáng)度?
先看看2015年我國(guó)各類型機(jī)組發(fā)電量：
將水電、核電、風(fēng)電、太陽(yáng)能、和其他類型發(fā)電的碳排放強(qiáng)度取0，忽略火力發(fā)電中占比較小的燃油機(jī)組排放，并對(duì)燃煤機(jī)組平均CO2排放強(qiáng)度取890g/kWh、燃?xì)鈾C(jī)組CO2排放強(qiáng)度取391.4g/kWh?？赏ㄟ^(guò)各類電源發(fā)電量占比，大致推算2015年我國(guó)發(fā)電設(shè)備的平均供電CO2排放強(qiáng)度為：
67.9%*890+2.91%*391.4 = 615.7g/kWh。
二、可再生能源碳排放前景測(cè)算(2020年)
1、2020年全國(guó)發(fā)電行業(yè)碳排放強(qiáng)度基礎(chǔ)目標(biāo)
發(fā)電行業(yè)的綠色低碳發(fā)展是我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的內(nèi)在要求，是推動(dòng)我國(guó)二氧化碳排放2030年左右達(dá)峰并盡早達(dá)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(jī)組平均供電煤耗低于300克標(biāo)煤每千瓦時(shí)，現(xiàn)役燃煤發(fā)電機(jī)組經(jīng)改造平均供電煤耗低于310克標(biāo)煤每千瓦時(shí)，燃煤機(jī)組二氧化碳排放強(qiáng)度下降到865g/kWh左右。
電源結(jié)構(gòu)優(yōu)化、可再生能源轉(zhuǎn)型是“十三五”期間降低發(fā)電行業(yè)碳排放強(qiáng)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(fēng)電發(fā)展“十三五”規(guī)劃》、《太陽(yáng)能發(fā)展“十三五”規(guī)劃》等均對(duì)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(chǔ)數(shù)據(jù)“2020年左右全社會(huì)用電量取7萬(wàn)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(jī)組發(fā)電量占比64.3%，燃?xì)鈾C(jī)組發(fā)電量占比為4.7%)”。按照2020年全國(guó)燃煤機(jī)組平均CO2排放強(qiáng)度865g/kWh，燃?xì)鈾C(jī)組平均CO2排放強(qiáng)度仍取燃煤機(jī)組的43.9%(即865*44%=380g/kWh)進(jìn)行大致推算，2020年我國(guó)發(fā)電設(shè)備二氧化碳排放強(qiáng)度為：
865*64.3%+380*4.7%=574g/kWh
相比2015年下降6.8%。
2、2020年全國(guó)發(fā)電行業(yè)碳排放強(qiáng)度理想目標(biāo)及可再生能源發(fā)展空間
2016年10月，國(guó)務(wù)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(guó)內(nèi)生產(chǎn)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(tuán)單位供電二氧化碳排放控制在550g/kWh以內(nèi)”(以下簡(jiǎn)稱“550目標(biāo)”)。
假設(shè)：2020年全國(guó)所有發(fā)電設(shè)備平均碳排放強(qiáng)度達(dá)到“550目標(biāo)”。
在保持燃?xì)鈾C(jī)組4.7%發(fā)電量占比不變的前提下(國(guó)家正建立天然氣主體能源地位)，燃煤機(jī)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(dá)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(chǔ)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(yīng)達(dá)到30%。
如進(jìn)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(kāi)發(fā)難度加大，預(yù)計(jì)占比將進(jìn)一步降低)，2020年非水可再生能源發(fā)電量占比：
預(yù)計(jì)需達(dá)到12.5%以上。
根據(jù)《風(fēng)電發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，2020年我國(guó)風(fēng)電發(fā)電量占比約為6%。故為實(shí)現(xiàn)“550”目標(biāo)，2020年太陽(yáng)能發(fā)電量占比應(yīng)達(dá)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(shí)數(shù)1200h計(jì)算，為提供該新增部分的太陽(yáng)能發(fā)電量(70000*6.5%-1166=3384億kWh)，則：
2018-2020年全國(guó)每年需新增太陽(yáng)能裝機(jī)容量95GW左右!
最后再重復(fù)兩個(gè)數(shù)字：
太陽(yáng)能占比6.5%以上!!
年新增裝機(jī)需95GW左右!!
