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电力碳排放静态特征及影响因素研究

来源:UC论文发表网2019-05-26 08:13

摘要:

  摘要:电力碳排放占中国碳排放总量比重较大,因此研究电力碳排放的影响因素并制定针对性减排政策对中国节能减排有重要意义。基于我国1991-2012年电力相干数据,阐发了电力碳排放的静态特征,发现电力消费及其碳...

  摘要:电力碳排放占中国碳排放总量比重较大,因此研究电力碳排放的影响因素并制定针对性减排政策对中国节能减排有重要意义。基于我国1991-2012年电力相干数据,阐发了电力碳排放的静态特征,发现电力消费及其碳排放与GDP同步变更,中国电力临盆的能源转换效力在提高,电力碳排放重要来源于煤炭的应用;利用对数平均迪氏指数分解办法,不只考虑电力临盆过程,而且考虑电力输配关键和电力终端消费运动对碳排放的影响,从而把中国电力碳排放增长分解为排放因子、能源布局、电力布局、转换效力、输配损耗、经济规模、生齿规模、产业布局、电力强度、生活消费等10个影响因素。分解结果表明,经济规模是促使电力碳排放增长的最大因素,意味着中国电力碳排放与经济社会睁开密切相干;以工业为主的产业布局使得电力消费增长,驱动了电力碳排放增长;生活消费也是电力碳排放增长的重要影响因素;生齿规模、输配损耗、能源布局、电力布局、排放因子等因素也是正向效应,但影响程度较小;产业部分电力强度下降和能源转换效力提高是克制电力碳排放增长的最重要因素;电力布局也克制了电力碳排放增长,但影响程度较小。基于以上结论,中国必要从电力临盆、输配、消费等关键入手节制电力碳排放。


  关键词:电力碳排放;LMDI;影响因素;


  作者简介:王常凯,博士生,重要研究偏向为低碳经济。;


  改革凋谢以来,中国经济疾速睁开,所取成就举世瞩目。但粗放型经济增长情势使得能源消费量大、应用效力低,导致净化排放量分外是二氧化碳排放赓续增长,目前中国已成为世界第一碳排放大国。为了削减温室气体排放,2009年11月,国务院常务集会提出“2020年单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%-45%”的束缚性偏向。电力是社会经济睁开不行或缺的优质能源,中国电力消费占能源终端消费总量的比重逐年攀升,1991年仅为9.53%,2012年该比例已到达22.56%。因为资源禀赋布局的限制,中国电力临盆以火电为主,火电临盆又重要依煤炭,化石能源的燃烧是二氧化碳排放的重要来源,因此中国的电力临盆伴随大批的碳排放,据本文计算,电力临盆碳排放已经占到中国碳排放总量的40%。为了实现中国节能减排偏向,必需存眷电力的减排成就。


  1文献综述


  中国碳排放量增长较快,哪些因素驱动中国碳排放增长?这个成就遭到学者普遍存眷,DuL,etal[1]基于1995-2009年的省际面板数据研究了中国碳排放的影响因素和减排潜力。王峰等[2]采纳LMDI因素分解办法研究了1995-2007年中国碳排放的驱动因素。WangZ,etal[3]、WangP,etal[4]、WangW,etal[5]、陈诗一[6]分离采纳因素分解或面板数据回归办法研究了北京、广东、江苏和工业碳排放的影响因素,均发现碳排放增长的重要影响因素是经济睁开、都邑化等,而能源强度的下降则克制了碳排放的增长。


  电力作为一种优质二次能源,其消费和中国经济增长相干密切,林伯强[7]在三要素临盆函数框架下的实证表明GDP、本钱、人力本钱和电力消费之间存在着长期均衡相干,YuanJ,etal[8]针对中国也得出了同样的结论;米国芳和赵涛[9]的研究表明,经济增长、电力消费、碳排放三者之间存在着长期稳固的协整相干;碳排放量与经济增长、电力消费与经济增长、碳排放量与电力消费都互为Granger因果相干。


  虽然电力消费对中国经济增长的意义严重,但是电力临盆碳排放量较大,这也引起了部分学者的存眷。侯建朝和分腋籟10]利用对数平均权重分解法构建了电力临盆碳排放变更影响因素的分解模子,将CO2排放变更分解为支出效应、电力临盆强度效应、电力临盆布中应、生齿效应和发电煤耗效应。霍沫霖等[11]利用LMDI分解模子,阐发了厂用电率、发电布局、发电煤耗、线损率等因素变更对电力工业碳排放强度变更的影响。ZhaoX,etal[12]利用ARDL模子研究了行业增长值、火电设备平均利用小时数、模范煤耗率三个因素对中国电力工业碳排放的影响。ZhangM,etal[13]研究了多种因素对中国电力临盆碳排放的影响,并发现经济运动效应是碳排放增长的重要贡献力量,电力临盆效力在克制碳排放方面处于关键地位。


  以上文献在阐发电力碳排放的影响因素时,重要局限于电力工业,从电力临盆角度去阐发,缺乏考虑中国电力所处的经济社会微观配景;虽有少数考虑到经济运动的影响,但忽视了生齿增长、国民生活程度提高和产业布局变更对电力碳排放发生的影响,分外是对中国如许一个处于产业布局调剂进级、经济稳步增长和国民生活程度逐渐提高时期的生齿大国,这些因素的影响不容忽视。


  本文从电力临盆、输配到消费的全过程,引入电力临盆布局、能源投入布局、能源转换效力、输配损耗、电力强度、经济布局和生齿等因素,从电力的产业消费、输配损耗和生活消费三个角度停止因素分解,采纳对数平均迪氏指数分解法(LMDI)研究这些因素对电力碳排放的影响程度和偏向。本文的研究对付节制能源消费总量、优化能源布局、提高能源效力、增进节能减排、解决雾霾等成就都具有参考意义。


  2研究办法和数据来源


  2.1电力碳排放计算


  我国的电力范例有火电、水电、核电及风电等4种重要范例,本文假设水电、核电及风电的临盆不发生碳排放,电力碳排放重要由火电临盆中投入的初始能源燃烧发生。计算碳排放有多种办法办法,结合国政府间气候变更专门委员会(IPCC)2006年体例《国度温室气体清单指南》,此中提出的碳排放计算办法是最常用的办法:


  此中i表示能源种类,C表示二氧化碳排放量,Ei表示各种能源投入量,此中“其余能源”用“一样平常废弃物”代替;Ki代表平均低位发热量;ε表示能源含碳量;η表示碳氧化因子,取常数1。按照(1)式即可获得1991-2012年电力临盆碳排放量。


  2.2因素分解办法


  因素分解阐发在能从碳排放研究中取得了普遍应用,本文基于电力从投入、转换到消费的全过程,构造电力碳排放因素分解模子如下:


  火电临盆初始能源投入种类较多,本文将其归为三类:“煤及其产品”、“油及其产品”和“自然气和其余”,分离对应i=1、2、3;C表示电力CO2排放,单位是万吨;Ei和E分离表示火电临盆第i种能源投入和能源总投入,T1和T表示火电临盆量和电力临盆总量,单位均为万吨模范煤;G表示GDP,单位是亿元,P表示生齿,单位是万人。


  电力总消费可以或许或许分为农业、工业、修建业和效劳业等产业消费Ts、生活消费Tr和输配损耗量Tl三类,所以有


  (4)式中j=1、2、3、4、5、6分离表示农业、工业、修建业、效劳业、住民生活等电力消费部分和电力丧失。即电力临盆碳排放增长分解为10个影响因素:排放因子效应CEi,即火电临盆单位能源投入碳排放;能源布局效应ESi,即火电临盆各能源投入比例;转换效力效应ET,即电力产出和临盆投入之比;电力布局效应S,即电力临盆中火电比重;电力强度效应TIj,各产业单位GDP电力消耗量;产业布局效用pj,即国民经济中各产业比重;经济规模效应PG,即人均GDP;生活消费效应PT,即人均生活用电量;生齿规模效应P,即年末生齿数;输配损耗效应TL,即电力在输配电中的丧失。


  碳排放量驱动因素的分解办法中,Ang等人[14,15,16]提出的对数平均迪式指数(LMDI)分解法,实现为了完全分解且解决了数据中的零值和负值成就,从而获得了普遍应用。本文采纳LMDI分解办法对电力碳排放驱动因素停止分解阐发。


  假设C0和CT分离表示基年和第T年电力消费碳排放量,则根据LMDI法将碳排放总量从基年到偏向年T的变更分解为10个因素发生的影响,即


  (5)式中各分解因素可以或许表示为:


  此中Dm,m=1,2…,10对应10个影响因素,函数L为对数平均函数,该函数由Ang和Choi[17]引入Divisia分解中,其表达式如下:


  2.3数据来源


  本文电力相干数据来自1991-2012年中国电力均衡表和中国能源均衡表;产业和生齿数据来自《中国统计年鉴2013》,各产业GDP根据各自的GDP指数转化为1990年不变价钱。各种能源折模范合数由中国能源均衡表模范量和什物量对应数据计算获得;能源平均低位发热量来自《中华国民共和国国度模范GB/T2008综合能耗计算通则》;能源含碳量来自结合国政府间气候变更专门委员会(IPCC)2006年体例的《国度温室气体清单指南》。因为电力临盆量和电力消费量数据相差非常小(一样平常在0.3%),本文假定二者等同。


  3电力临盆及其碳排放静态特征


  3.1电力临盆及其碳排放增长较快,与GDP同步变更


  1991-2012年,电力临盆量由8327万tce增长到61297万tce,年均增长9.97%;碳排放由6.23亿t增长到36.01亿t,年均增长率为8.72%,占中国碳排放总量的比例已到达40%。电力临盆和碳排放与GDP环比增速见图1。从图1可以或许或许看出,三者的变更趋向几近相同,GDP增长率变更稍平缓,电力消耗及其碳排放的增长率环抱GDP高低波动。碳排放增幅最小的三年为1998、2008和2012年。1998和2008年分离爆发了亚洲金融危机、美国金融危机和欧债危机,对中国经济构成为了严重冲击,使得经济增长放缓,电力临盆增长率大幅下降,电力碳排放呈负增长。2012年中国经济下行压力较大,三者又呈现增长同时放缓的状况。由此可见以经济睁开变加倍主线,电力临盆及其碳排放都遭到经济睁开变更的影响。


  3.2电力临盆量大且以火电为主,重要依赖煤炭


  电力在中国能源体系中的地位越来越重要,电力消费占能源终端消费总量的比重逐年攀升,1991年仅为9.53%,到了2012年该比例已到达22.56%;从世界看,2011年中国总发电量占世界比重为21.31%,初次超出美国(19.55%),高居世界第一名。2011年世界重要国度电力临盆布局见表1,从表1可以或许看出,与世界其余大多数国度分歧,中国电力临盆以火电为主,火电占比在79%83%之间,低于80%的只要1995、2001和2010三年。火电临盆又存在煤炭比例过高、自然气比例过低的成就。因为煤是一种高碳能源,所以中国的电力临盆会有大批碳排放发生。


  3.3电力碳排放重要来源于煤炭燃烧


  1991年燃煤碳排放占比为93.24%,2012年上升到98.01%,比重逐年升高;燃油碳排放1991年占比为6.54%,2012年为0.25%,占比逐年下降;其余能源排放1991年占比0.22%,2012年为1.75%,比重出现了上升。电力碳排放来源布局见图2。电力临盆碳排放几乎全体来自煤炭的应用,自然气等优质能源在初始能源投入中的比例虽然不停在增长,但比重太小,低落煤炭比重、增长优质能源比例仍是中国电力临盆需积极面对的一个成就。


  3.4火电能源转换效力逐年晋升,单位电力碳排放下降


  中国发电效力也是一个由低到高的过程。根据中国能源均衡表(模范量)中的电力临盆部分,计算得出电力临盆的能源转换效力,计算公式为


  中国1991-2012年积年火电临盆转换效力,在1991-1997年先上升后下降,从1997年开端稳固上升,到2012年已经比最低的1997年晋升了9.10个百分点(见图3)。这意味着中国火电临盆初始能源的利用率在提高,临盆技术在提高,与世界先辈程度的差距正在逐渐缩小(根据《中国能源统计年鉴》数据,1995年,火电厂供电煤耗中国为412gce/kW·h,日本为331gce/kW·h;到2012年该数字分离为305和295,差距由81gce/kW·h缩小到10gce/kW·h)。单位电力CO2排放与转换效力的趋向刚好相反,先下降后上升再下降,1997年最高为9.61t/tce,2012年下降为7.53t/tce,这表明电力临盆技术提高削减了电力碳排放。


  4因素分解结果阐发


  利用LMDI乘法分解办法,以1991年为基期,得出以后每一年排放因子、能源布局、转换效力、输配损耗、电力布局、电力强度、产业布局、经济规模、生活消费和生齿规模等10个因素对电力碳排放增长的贡献值,分解结果见表2。


  从表2可以或许看出,2012年电力CO2排放量是1991年的5.783倍。根据1992-2012年各影响因素贡献值平均排序,正向驱动效应(即贡献值大于1)从大到小依次是经济规模、产业布局、生活消费、生齿规模、输配损耗、能源布局和排放因子;负向驱动因素(即贡献值小于1)是电力强度、转换效力、电力布局。此中经济规模效应是最大的正向驱动效应,贡献值高达2.575,使得电力碳排放疾速增长;电力强度效应和转换效力效应的贡献值分离为0.776和0.933,是削减电力碳排放的重要力量。


  排放因子、能源布局和电力布局三效应都反映了电力临盆分歧能源的投入比例成就。排放因子是煤、油和气这三大类能源内部分歧种类能源的布局,如煤华夏煤、洗精煤和煤气的占比;能源布局反映火电临盆中煤、油、气三种能源中煤的占比;电力布局反映了电力临盆中化石能源和水能、核能、风能等的投入相干。发生同等电力,煤电碳排放高于油电、气电,火电高于核电、水电和风电,所以这些布局变更会对电力碳排放发生影响。1991-2012年,火电比例在81%附近波动起伏,煤类能源的排放因子从2.95升高到3.02,油类能源的排放因子从2.23升高到2.31,气类能源的排放因子从1.64下降到1.35,但因为煤类比重较大,所以综合后排放因子效应呈正向效应;在火电临盆能源投入中煤占比从91.2%升高到96%,使得能源布局也呈正向效应,驱动电力碳排放增长。


  输配电损耗包含供电源与配电点之间输送电力和向消费者配送电力过程中发生的损耗,该部分电力被白白丧失掉,不能创造任何价值。1991-2012年中国输配损耗率全体上呈现先上升后下降趋向,1991年为6.77%;1995-2000年损耗率均超了7%,此中1995年(7.92%)为22年内最高峰值;此后损耗率在波动中下降,2011年为6.00%,是22年内的最低值,2012年为6.03%。因为中国发电量大,而且中国地区宽广使得输配线路较长,导致电力损耗量十分惊人,2012年中国电力损耗量为2896.16亿kW·h,而同期北京市电力消费量算计为911.94亿kW·h,损耗量相当于北京市电力消费总量的3倍。因此输配损耗效应驱动了电力碳排放增长,从分解结果看,1992年贡献值是1.005,2012年为1.124,成为驱动电力碳排放增长的因素之一。


  产业布局从沉斯窬济内部农业、工业、修建业、效劳业产出的比例相干。1991-2012年,农业产出占比从25.43%下降到7.51%;工业从38.49%升高到53.94%;修建业和效劳业产出占比虽有波动但变更不大,可见中国经济增长对工业的依赖越来越重。单位产出用电量工业要比其余产业高出很多,以2012年为例,工业是3828kW·h/万元,分离是农业、修建业和效劳业的4.58、5.68、3.58倍,所以中国以工业为主且其比重还在逐渐加大的产业布局,使得产业布局效应呈正向且逐年增强。从分解结果看,1992年贡献值为1.036,2000年贡献值为1.159,2012年贡献值为1.214,对电力碳排放的影响程度逐渐加大,是驱动电力碳排放增长的第二大因素。


  电力强度和转换效力反映了度胗氩出的相干。电力强度反映同等GDP消耗电力的多少,转换效力反映同等电力能源度的多少。当电力强度下降、转换效力升高时,同样产出必要的电力及发电能源度削减,会使得电力碳排放削减。1991-2012年除效劳业外,GDP及其余产业部分的电力强度均有下降,工业下降幅度最大,每万元工业GDP电力消耗由6084kW·h/万元下降到3828kW·h/万元,21年间下降了37.07%。火电临盆能源转换效力从最低的30.12%升高到39.22%,增长了9.1个百分点。从分解结果看,电力强度的贡献值1992年为0.942,2012年为0.776,转换效力的效应从0.987下降到0.933,表明单位GDP耗电量下降和单位火电能源度削减,使得电力强度效应和转换效力效应成为克制电力碳排放的重要力量。


  经济规模即人均GDP,不但是一个国度经济睁开程度的表示,也是住民物质生活富饶程度的从。1991-2012年,中国人均GDP由1760元上升到11923元,增长了6.77倍,年均增长率为9.54%。产出程度的提高使得电力消费及其碳排放相应增长。同时,住民生活富饶程度提高,空调、冰箱等耐用消费品增长,导致用电量大大增长:人均生活用电已由1991年的47kW·h上升到2012年的459kW·h,20年增长了近10倍。中国生齿增长率很低,但每一年净增生齿数目较大,推动电力消费增长。因此经济规模、生活消费和生齿规模效应都驱动电力碳排放增长。从分解结果看,经济规模的贡献值从1.109增长到5.005,成为最大的正向驱动因素;生活消费从1.013增长到1.112,是驱动碳排放增长的第三大因素;生齿规模贡献值从1.012增长到1.153,是驱动电力碳排放增长的重要因素。


  5结论与建议


  电力碳排放占中国碳排放总量的比重较大,因此研究电力碳排放影响因素并制定针对性减排政策对中国节能减排有重要的意义;1991-2012年电力相干数据,首先阐发了电力碳排放的静态特征,发现电力消费及其碳排放与GDP同步变更,中国电力临盆的能源转换效力在提高,电力碳排放重要来源于煤炭的应用。利用对数平均迪氏指数分解办法,不只考虑电力临盆过程,而且考虑电力输配关键和电力终端消费运动对碳排放的影响,从而把中国电力碳排放增长分解为排放因子、能源布局、电力布局、转换效力、输配损耗、经济规模、生齿规模、产业布局、电力强度、生活消费等10个影响因素的贡献。分解结果表明,经济规模是增进电力碳排放增长的最大因素,意味着中国电力碳排放与经济社会睁开密切相干;以工业为主的产业布局使得电力消费增长,驱动了电力碳排放增长;生活消费也是电力碳排放增长的重要影响因素;生齿规模、输配损耗、能源布局、电力布局、排放因子等因素也呈正向效应,但影响程度较小。产业部分电力强度下降和能源转换效力提高是克制电力碳排放增长的最重要因素;电力布局部酥屏电力碳排放增长,但影响程度较小。


  基于以上结论,可以或许从电力的临盆、输配和消费等关键入手节制电力碳排放,本文提出如下政策建议:


  (1)电力临盆侧。一是调剂电力布局。中国电力布局存在的成便是火电比重太大,火电临盆又以煤炭为主。因此应在掩护环境的条件条件下正当开拓水能,安全利煤能,高效利用风能,增长燃气装机容量,从而逐渐提高干净能源和可再生能源的装机比重,颠末过程削减煤炭的应用节制碳排放。二是晋升能源综合利用效力。淘汰技术落后、程度较低的中小发电机组,颠末过程开拓、引进新技术提高能源的转换效力,颠末过程热电联产、全体煤气化结合轮回等办法极力低落煤耗、油耗、气耗,实现能源的梯级利用、综合利用和高效利用。三是煤炭的干净利用。积极稳妥睁开现代新型煤化工项目,对煤炭停止二次加工和深加工,使之转化为油、气等优质能源。


  (2)电力输配关键。电力输配关键的电力损耗是不行防止的,但是可以或许或许采取措施低落输配损耗率。一是对现有线路和设备停止进级改革。部分线路分外是宽大农村的低压配电网线损率高,应停止进级改革;晋升变压器的能耗的范,用节能型变压器替换目前的部分高耗能设备。二是研发和采纳新技术、新工艺、新资料。采纳高压直流输电,高压直流输电不但设备经济,而且线损率 改变传统电网运行管理办法,打造智能电网,智能电网触及到电力的临盆、输配、消费和调剂等各个关键,可以或许或许有用提高电网的资源设置设备摆设能力,实现电力的远距离、大规模输送,不但低落电力损耗,而且晋升了全体电力体系的运行效力。


  (3)电力消费侧。一是优化产业布局。淘汰落后、化解过剩,积极睁开效劳业,克制重工业分外是高耗能产业的睁开。二是晋升能效品级模范。出台增进节能的财税政策,加大节能补贴,制定加倍严厉的市场准入轨制,提高能效品级模范,颠末过程行政手腕促使企业采纳节能新工艺、新技术、新资料,淘汰能效高的落后设备和产品;履行正当的行业差价和阶梯电价,颠末过程经济手腕削减电力应用和浪费。三是造就节能意识。节能减排必要大家介入,增强宣传,造就全民的环保理念和节能意识,使节能减排转化为自发行为。

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