中國水電溫室氣體減排作用分析

隋 欣，廖文根

（中國水利水電科學(xué)研究院 國家水電可持續(xù)發(fā)展研究中心，北京 100038）

1 研究背景

溫家寶總理在哥本哈根全球氣候變化大會(huì)公布了中國減排目標(biāo)，一是到2020年非化石能源在能源消費(fèi)中的比例達(dá)到15%，二是2020年的單位GDP二氧化碳排放量比2005年減少40%～45%。為確保實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)，經(jīng)測算，2020年水電總裝機(jī)容量需要達(dá)到（3.3～3.8）億kW規(guī)模［1］，需要高于《中國可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》中提出的至2020年水電裝機(jī)容量達(dá)到3.0億kW的目標(biāo)。水電對于中國實(shí)現(xiàn)碳減排目標(biāo)和優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。

現(xiàn)有有關(guān)水電溫室氣體減排方面的研究，僅限于監(jiān)測和估算單個(gè)水庫溫室氣體的排放量，且這些水庫僅分布于巴西、加拿大北部、美國和中國等少數(shù)地區(qū)［2-3］。研究方法以現(xiàn)場監(jiān)測、基于生命周期評價(jià)的統(tǒng)計(jì)分析、清潔發(fā)展機(jī)制（Clean Development Mechanism，CDM）的基準(zhǔn)線法和排放系數(shù)法為主［4-6］。其中，前兩種方法側(cè)重于水庫溫室氣體排放機(jī)理，研究結(jié)果較為準(zhǔn)確，但主要用于單個(gè)水庫尺度［7-8］；基準(zhǔn)線法和排放系數(shù)法的基本原理是通過計(jì)算相同發(fā)電量燃煤發(fā)電的二氧化碳排放量衡量水力發(fā)電的減排效應(yīng)［9-10］，計(jì)算方法相對簡便，適用于單個(gè)水庫和區(qū)域尺度評價(jià)。至今為止，尚未見有關(guān)中國水電溫室氣體減排總量現(xiàn)狀及2020年預(yù)測的文獻(xiàn)報(bào)道。

本文采用適于大尺度分析的情景分析法、基準(zhǔn)線法及排放系數(shù)法，對中國水電溫室氣體減排現(xiàn)狀和相對于2005年的“十二五”、“十三五”期末年減排潛力進(jìn)行分析和預(yù)測，研究結(jié)果可為全面評價(jià)水電的綜合效益和制定國家中長期能源發(fā)展規(guī)劃提供定量參考依據(jù)。

2 研究方法

2.1 中國電力總發(fā)電量及水電發(fā)電量多情景假設(shè)對于我國未來發(fā)電量的不同情景取值，本文參考國家能源局以及國際能源機(jī)構(gòu)、美國能源部能源信息署等的預(yù)測結(jié)果，最終采納國家能源局《能源戰(zhàn)略研究報(bào)告（2009）》中提出的低方案、基準(zhǔn)方案和高方案3種分類，即2015年和2020年中國電力總發(fā)電量及水電發(fā)電量未來情景假設(shè)如圖1所示。

2.2 基準(zhǔn)線法CDM提出的燃煤電廠溫室氣體排放量計(jì)算公式如下：

式中：ERy為計(jì)算的燃煤發(fā)電量排放的二氧化碳（t），即相同電量下水力發(fā)電二氧化碳的減排量（t）；EGy為上網(wǎng)電量（MW·h）；EFy為國家發(fā)改委2009年公布的中國區(qū)域電網(wǎng)基準(zhǔn)線排放因子的均值（t（co2）/（MW·h）），經(jīng)計(jì)算為0.8357t（co2）/（MW·h）**國家發(fā)改委應(yīng)對氣候變化司.關(guān)于公布2009年中國區(qū)域電網(wǎng)基準(zhǔn)線排放因子的公告.2009年7月2日，http://qhs.ndrc.gov.cn/qifzjz/t20090703_289357.htm；EFOMi為電量邊際排放因子的加權(quán)平均值（t（co2）/（MW·h））；EFBMi，ERy為容量邊際排放因子（t（co2）/（MW·h））。

2.3 排放系數(shù)法二氧化碳排放量的計(jì)算公式為：

式中：Wco2為二氧化碳排放量（t）；Q為發(fā)電量（億kW·h）；Ece為供電煤耗，取2005年國家電網(wǎng)公司的公布值，34 300 t（co2）/（億kW·h）；EF為標(biāo)準(zhǔn)煤的二氧化碳排放系數(shù)，取國家發(fā)改委的公布值，2.5 t（co2）/t（ce）。

3 結(jié)果與討論

3.1 中國水電開發(fā)二氧化碳減排量核算根據(jù)式（1）和式（2），計(jì)算得到中國2005年基準(zhǔn)年、2009年現(xiàn)狀年以及“十二五”、“十三五”期末年水電開發(fā)二氧化碳減排量，結(jié)果見表1。其中，基準(zhǔn)方案水電發(fā)電量和裝機(jī)容量數(shù)據(jù)取自相關(guān)文獻(xiàn)［1，11］。高方案和低方案數(shù)據(jù)由基準(zhǔn)方案數(shù)據(jù)按比例推算。結(jié)果表明，2種計(jì)算方法的結(jié)果非常接近，排放系數(shù)法對減排量的計(jì)算結(jié)果與基準(zhǔn)線法計(jì)算結(jié)果僅相差2.6%。取2種方法的均值作為最終結(jié)果，相對于2005年，2015年和2020年基準(zhǔn)方案可進(jìn)一步減排二氧化碳3.42億t和6.39億t（表1）。

對于水庫的溫室氣體減排作用，有學(xué)者提出還需要考慮水庫的溫室氣體排放［12-14］。水生和浮游生物的呼吸作用及細(xì)菌分解沉積物中的有機(jī)物使溶解的有機(jī)碳及其顆粒釋放出溫室氣體是水庫產(chǎn)生溫室氣體的主要機(jī)理［7-8］。進(jìn)一步研究表明，地處熱帶雨林地區(qū)的水庫，具有溫度高、植物淹沒量大和水域面積廣闊等特殊性［15］。更多研究表明，與化石燃料發(fā)電相比，水電的溫室氣體排放水平很低［16］。與前人結(jié)果［15］相同，本文的研究結(jié)果也表明，水電作為一種清潔可再生能源，對于減少二氧化碳等溫室氣體排放具有重要的作用。

3.2 可再生能源二氧化碳減排效果比對根據(jù)式（1）和式（2）計(jì)算了中國2020年水電、核電、風(fēng)能、太陽能和生物質(zhì)能相對2005年的二氧化碳減排量，將兩種方法的平均值作為最終結(jié)果，見表2。結(jié)果表明，2020年可再生能源相對于2005年共減排二氧化碳14.81億t，其中，水電減排占可再生能源減排總量的43%（表2）。

表1 中國水電開發(fā)二氧化碳減排量現(xiàn)狀及減排潛力預(yù)測

表2 中國可再生能源2020年二氧化碳減排潛力

3.3 2種方法用于國家尺度二氧化碳減排量計(jì)算的適用性CDM執(zhí)行委員針對水電CDM項(xiàng)目的應(yīng)用范圍提出了明確的標(biāo)準(zhǔn)，即以功率密度（W/m2，發(fā)電裝機(jī)容量/水庫淹沒表面積）來判斷水電站作為CDM項(xiàng)目的合格性。功率密度大于4W/m2的水電項(xiàng)目才能應(yīng)用現(xiàn)有計(jì)算溫室氣體減排量的方法學(xué)，其中，功率密度大于4W/m2，但小于或等于10W/m2的水電廠能應(yīng)用目前經(jīng)批準(zhǔn)的方法學(xué)，但要計(jì)入水庫的排放；功率密度大于10W/m2的水電廠能應(yīng)用目前經(jīng)批準(zhǔn)的方法學(xué)，并且可忽略來自水庫的項(xiàng)目排放量［10，17］。

大型水電工程相對于中小水電能帶來更大的溫室氣體減排效應(yīng)，在CDM項(xiàng)目開發(fā)中更占優(yōu)勢，但是由于部分大型水電工程，特別是平原型水庫有較大蓄水面積，水庫溫室氣體排放在科學(xué)上存在不確定性，此類水庫電站難以滿足功率密度大于4W/m2的標(biāo)準(zhǔn)。峽谷型水庫，水庫水域面積小，裝機(jī)容量大，可以滿足這一標(biāo)準(zhǔn)。中國的13個(gè)水電基地分布于大江大河干流，以峽谷型水庫為主，總裝機(jī)容量2.78億kW，約占全國技術(shù)可開發(fā)量的51%；中國小水電資源豐富，技術(shù)可開發(fā)量為1.28億kW，約占全國技術(shù)可開發(fā)裝機(jī)容量的21%左右，二者合計(jì)4.06億kW［18］。因此，采用CDM的基準(zhǔn)線排放因子法計(jì)算2020年3.5億kW裝機(jī)水電工程溫室氣體的減排量是可行的。

我國水能資源地區(qū)分布不均，云、貴、川、渝和藏5個(gè)?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）占全國總量的66.7%，其中，水能資源最豐富的3?。▍^(qū)）分別是四川1.2億kW，西藏1.1億kW以及云南1億kW，分別占全國技術(shù)可開發(fā)量的22%、20%和19%［19］。云、貴、川、渝4省所在的華中和南方區(qū)域電網(wǎng)基準(zhǔn)線排放因子的平均值為0.820 4，低于本文采用的所有區(qū)域電網(wǎng)基準(zhǔn)線排放因子均值的0.835 7。因此，本文采用基準(zhǔn)線排放因子均值計(jì)算的二氧化碳減排量可能有所偏大。為了量化采用基準(zhǔn)線排放因子均值計(jì)算減排量的偏大幅度，本文采用2003年中國水力資源復(fù)查成果中的分省數(shù)據(jù)（水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院，2004），應(yīng)用各省對應(yīng)的區(qū)域電網(wǎng)基準(zhǔn)線排放因子，計(jì)算得到中國2003年二氧化碳的減排量為4.36億t；如采用區(qū)域電網(wǎng)基準(zhǔn)線排放因子的平均值進(jìn)行計(jì)算，中國2003年二氧化碳減排量為4.39億t。由此可見，均值法的計(jì)算差別僅為0.7%，說明采用中國區(qū)域電網(wǎng)基準(zhǔn)線排放因子均值預(yù)測水電二氧化碳減排潛力是可行的。此外，標(biāo)煤排放系數(shù)法源于化石燃料發(fā)電過程中的碳循環(huán)，計(jì)算過程中所需參數(shù)簡便，本文的計(jì)算結(jié)果與基準(zhǔn)線法近似，也可用于國家尺度水電二氧化碳減排量的預(yù)測評估。

4 結(jié)語

本文基于區(qū)域電網(wǎng)基準(zhǔn)線排放因子法和標(biāo)煤系數(shù)法計(jì)算了中國水電開發(fā)的溫室氣體減排潛力。相對于2005年，2020年水電開發(fā)將減排二氧化碳6.39億t，占可再生能源總減排量的43%?；谂欧乓蜃泳档膮^(qū)域電網(wǎng)基準(zhǔn)線法和標(biāo)煤系數(shù)法均可用于國家尺度水電開發(fā)二氧化碳減排量的計(jì)算。

溫室氣體排放過程和減排效應(yīng)貫穿水庫的整個(gè)生命周期。除了本文計(jì)算得到的直接減排作用外，水電開發(fā)還具有諸如“以電帶薪”等間接減排效應(yīng)。因此，未來迫切需要開展基于全生命周期評價(jià)的水電工程綜合減排效應(yīng)量化方法學(xué)研究，以為管理者提供更為精確的溫室氣體減排數(shù)據(jù)信息。

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