中國(guó)煤電鎖定碳排放及其對(duì)減排目標(biāo)的影響

張小麗　崔學(xué)勤　王克　傅莎　鄒驥

摘要 電力部門(mén)一直是中國(guó)碳排放的主要來(lái)源之一。燃煤電廠作為運(yùn)行壽命長(zhǎng)達(dá)30～40 a的能源基礎(chǔ)設(shè)施，一旦建成投產(chǎn)將鎖定大量碳排放，造成高碳排放路徑鎖定，影響中國(guó)未來(lái)減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)和低碳轉(zhuǎn)型。文章利用最新官方和國(guó)際機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，改進(jìn)了電力部門(mén)鎖定排放的核算方法，考慮六類煤電機(jī)組每年新增規(guī)模、發(fā)電小時(shí)數(shù)及機(jī)組壽命的動(dòng)態(tài)變化，核算不同情景下在運(yùn)以及處于規(guī)劃建設(shè)階段燃煤發(fā)電機(jī)組的鎖定碳排放，并評(píng)估其對(duì)中國(guó)電力部門(mén)低碳轉(zhuǎn)型的影響。結(jié)果表明：①中國(guó)存量煤電機(jī)組普遍年輕，截至2018年平均加權(quán)服役年限不到12 a，按照現(xiàn)有煤電機(jī)組預(yù)期壽命自然退役且“十四五”之后不再新增煤電情況下，2040年前中國(guó)煤電碳排放將一直保持在較高的水平上。②中國(guó)燃煤機(jī)組鎖定碳排放總量為142.0（83.6～187.0）Gt CO2，截至2018年已實(shí)現(xiàn)的累積鎖定排放為39.7Gt CO2，剩余的鎖定排放將達(dá)到102.3（43.9～147.3）Gt CO2。③若只關(guān)注年度排放，中間道路情景下中國(guó)電力部門(mén)在2050年以后能夠滿足全球2 ℃目標(biāo)的要求，但從累積排放看，中國(guó)電力部門(mén)自2040年起就超過(guò)了部門(mén)碳預(yù)算的上限。④控制新增煤電規(guī)模、縮短燃煤機(jī)組服役年限、減少年發(fā)電小時(shí)數(shù)等，均能有效降低中國(guó)燃煤機(jī)組鎖定排放，但也可能帶來(lái)高昂的成本。中國(guó)需要盡快研究制定煤電有序退出路線圖，在逐步淘汰煤電的同時(shí)避免資產(chǎn)擱淺和相關(guān)從業(yè)人員失業(yè)給經(jīng)濟(jì)和社會(huì)造成巨大沖擊，最終實(shí)現(xiàn)電力部門(mén)公平的低碳轉(zhuǎn)型。

關(guān)鍵詞 燃煤發(fā)電;鎖定排放;煤電淘汰;碳預(yù)算

中圖分類號(hào) X321

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1002-2104（2020）08-0031-11DOI：10.12062/cpre.20200318

2015年通過(guò)的《巴黎協(xié)定》，設(shè)定了全球溫升不超過(guò)2 ℃，并努力控制在1.5 ℃的目標(biāo)，給未來(lái)全球及中國(guó)碳排放空間施加了限制[1-3]。電力部門(mén)一直是中國(guó)CO2排放的主要來(lái)源之一，2016年電力和熱力生產(chǎn)CO2排放占中國(guó)總排放的57.5%，其中大多數(shù)來(lái)自燃煤發(fā)電[4]。據(jù)國(guó)際能源署（IEA）估計(jì)，現(xiàn)有政策情景下，2050年前電力部門(mén)還將繼續(xù)成為中國(guó)最大的排放來(lái)源[5]。

針對(duì)中國(guó)電力部門(mén)的低碳轉(zhuǎn)型，許多研究構(gòu)建了未來(lái)電力部門(mén)不同的發(fā)展情景，分析了未來(lái)排放的驅(qū)動(dòng)因素、減排技術(shù)、減排成本等[6-11]。這些研究多數(shù)從瞬時(shí)排放（年度排放）的角度出發(fā)，通常只關(guān)注關(guān)鍵時(shí)點(diǎn)（如2030、2050年）排放量及其是否滿足減排目標(biāo)，而少有研究考慮整個(gè)時(shí)間段內(nèi)的累積排放，因此可能產(chǎn)生“延遲減排”路徑，即在中前期維持較高排放，而在接近目標(biāo)年份時(shí)快速減排，以便在目標(biāo)年實(shí)現(xiàn)減排目標(biāo)[12-13]。這類“延遲減排”路徑，一方面與“控制溫升必須控制累積碳排放”[14]的科學(xué)要求不符，另一方面也沒(méi)有考慮到社會(huì)經(jīng)濟(jì)慣性帶來(lái)的高碳鎖定效應(yīng)可能造成這種急速減排不可實(shí)現(xiàn)或成本極高[15]。因此，對(duì)于壽命長(zhǎng)達(dá)幾十年的燃煤電廠，不僅應(yīng)關(guān)注目標(biāo)年的年度排放是否達(dá)標(biāo)，還必須考慮其在壽命周期內(nèi)的“鎖定排放”，并根據(jù)政策進(jìn)程持續(xù)跟蹤[16]。

Davis等提出并發(fā)展了“基礎(chǔ)設(shè)施鎖定排放”的概念，即能源基礎(chǔ)設(shè)施在其運(yùn)行壽命周期內(nèi)產(chǎn)生的碳排放量累積之和，并開(kāi)發(fā)了核算方法[17-18]。此后，一些研究開(kāi)始對(duì)全球電廠和其他能源基礎(chǔ)設(shè)施的鎖定排放進(jìn)行量化核算，還有研究進(jìn)一步評(píng)估鎖定排放對(duì)實(shí)現(xiàn)2 ℃和1.5 ℃目標(biāo)的影響[19-24]。研究表明，若現(xiàn)存全球燃煤電廠按照歷史壽命持續(xù)運(yùn)行，全球溫升目標(biāo)岌岌可危。但現(xiàn)有鎖定排放的研究通常聚焦于全球?qū)用妫贁?shù)關(guān)注中國(guó)電力部門(mén)鎖定排放的研究尚存在以下不足：首先，參數(shù)選取上多采用全球平均，如煤電預(yù)期壽命選用全球平均40 a，與中國(guó)實(shí)際情況存在較大差異[25-27];其次，采用的核算方法假設(shè)機(jī)組整個(gè)壽命周期的發(fā)電小時(shí)數(shù)保持在機(jī)組建設(shè)年份水平上不變，且沒(méi)有細(xì)分機(jī)組規(guī)模，與中國(guó)近年來(lái)煤電發(fā)電小時(shí)數(shù)持續(xù)下降、大機(jī)組發(fā)電小時(shí)數(shù)高于小機(jī)組的實(shí)際情況不符;第三，只核算建成投運(yùn)機(jī)組的鎖定排放，而忽視了中國(guó)高達(dá)195.6 GW的在建、核準(zhǔn)、計(jì)劃等建設(shè)規(guī)劃周期內(nèi)的煤電機(jī)組的鎖定碳排放[28];第四，沒(méi)有將中國(guó)燃煤發(fā)電的鎖定排放與實(shí)現(xiàn)全球溫升目標(biāo)下中國(guó)電力部門(mén)的碳預(yù)算進(jìn)行對(duì)比，無(wú)法為中國(guó)電力部門(mén)長(zhǎng)期碳減排要求提供參考。

為彌補(bǔ)以上研究不足，本文改進(jìn)了燃煤發(fā)電鎖定排放核算方法，考慮六類煤電機(jī)組每年新增規(guī)模、發(fā)電小時(shí)數(shù)及機(jī)組壽命的動(dòng)態(tài)變化，利用最新官方和國(guó)際機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，并結(jié)合情景分析方法，對(duì)截至2019年7月處于運(yùn)營(yíng)狀態(tài)以及核準(zhǔn)、在建、緩建等建設(shè)規(guī)劃周期內(nèi)的不同規(guī)模燃煤發(fā)電機(jī)組的鎖定碳排放進(jìn)行定量核算和影響因素分析，并與全球2 ℃目標(biāo)下中國(guó)電力部門(mén)碳預(yù)算進(jìn)行對(duì)比，評(píng)估燃煤發(fā)電鎖定排放對(duì)中國(guó)長(zhǎng)期低碳轉(zhuǎn)型目標(biāo)的影響。

從機(jī)組運(yùn)行壽命周期和累積排放角度出發(fā)對(duì)燃煤發(fā)電鎖定排放的分析，豐富了通常僅關(guān)注年度排放的中國(guó)電力部門(mén)排放路徑的研究視角。改進(jìn)后的鎖定排放核算方法，能夠詳細(xì)反映中國(guó)煤電發(fā)展實(shí)際，且能夠模擬控制煤電新增機(jī)組規(guī)模、縮短預(yù)期壽命、減少發(fā)電小時(shí)數(shù)等重要政策的動(dòng)態(tài)變化及其減排效果，從而明確煤電的定位、發(fā)展目標(biāo)以及分階段淘汰計(jì)劃。此外，研究有助于將短期煤電投資決策與中長(zhǎng)期排放趨勢(shì)及減排目標(biāo)結(jié)合，形成更為系統(tǒng)和科學(xué)的煤電政策影響評(píng)估框架，幫助政府及時(shí)決策，動(dòng)態(tài)設(shè)定和調(diào)整電力部門(mén)的減排政策，防止延遲減排帶來(lái)巨大擱淺資產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)及社會(huì)成本。

1方法和數(shù)據(jù)

1.1 鎖定排放核算方法

作為長(zhǎng)壽命周期的高碳基礎(chǔ)設(shè)施，煤電機(jī)組建成投產(chǎn)便意味著將鎖定大量碳排放。因此，從另一種視角出發(fā)，可以將煤電機(jī)組在運(yùn)行周期內(nèi)每年產(chǎn)生的碳排放加總并歸到其投產(chǎn)年份，即代表其鎖定排放量（如圖1深灰色方格）。根據(jù)截至2018年鎖定排放是否已實(shí)際發(fā)生，可將其分為已實(shí)現(xiàn)的鎖定排放（圖1黑色方格）和剩余的鎖定排放（圖1淺灰色方格）。

基于上述鎖定排放的概念和分類，本文核算自1993年《中國(guó)電力年鑒》發(fā)布以來(lái)中國(guó)每年不同規(guī)模新建煤電機(jī)組在其運(yùn)行壽命內(nèi)的鎖定碳排放。根據(jù)機(jī)組規(guī)模大小，將煤電機(jī)組分為六類：<100 MW、≧100～200 MW、≧200～300 MW、≧300～600 MW、≧600～1 000 MW、≧1 000 MW，每年各類機(jī)組規(guī)模根據(jù)實(shí)際新增情況處于不斷變化中，總體而言，先進(jìn)機(jī)組比例不斷提高。鎖定排放的計(jì)算如公式（1）所示：

CE=∑t6t1∑i∑i+LjCEt，i，j=∑t6t1∑i∑i+LjCCt，i，j×EF（1）

式中，CE為燃煤機(jī)組的鎖定碳排放量;i為燃煤機(jī)組投產(chǎn)年份，以1993年為起點(diǎn);L為燃煤機(jī)組的預(yù)期壽命;j為燃煤機(jī)組實(shí)際運(yùn)行年份，且i≤j≤i+L，t為燃煤機(jī)組類型，機(jī)組容量由小到大，分別為t1至t6，共六類;CEt，i，j是指i年新建t類燃煤機(jī)組在j年運(yùn)行產(chǎn)生的碳排放量;CCt，i，j為i年新建t類燃煤機(jī)組在j年運(yùn)行產(chǎn)生的原煤消費(fèi)量;EF為原煤的碳排放系數(shù)。

其中，各類燃煤機(jī)組的煤炭消費(fèi)量除與其裝機(jī)容量有關(guān)外，還與其單位發(fā)電量煤耗、發(fā)電小時(shí)數(shù)相關(guān)，且處于動(dòng)態(tài)變化中。計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮各類機(jī)組每年發(fā)電小時(shí)數(shù)的不同和未來(lái)可能的變化情況。2019年前發(fā)電小時(shí)數(shù)、單位發(fā)電量煤耗等根據(jù)各年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分不同規(guī)模煤電機(jī)組及其實(shí)際運(yùn)行年份分別確定，對(duì)2019年及之后機(jī)組的發(fā)電小時(shí)數(shù)進(jìn)行情景分析。i年新建且在j年運(yùn)行的t類燃煤機(jī)組的原煤消耗量可由公式（2）計(jì)算：

CCt，i，j=NIt，i，j×Ht，j×CRt，i，j（2）

式中， NIt，i，j表示i年新建且在第j年運(yùn)行的t類煤電裝機(jī)容量;Ht，j表示j年t類煤電機(jī)組的平均發(fā)電小時(shí)數(shù);CRt，i，j為新建t類煤電機(jī)組第j年單位發(fā)電煤耗;其他同上。受火電行業(yè)“上大壓小”政策[29]的影響，部分火電機(jī)組在2018年設(shè)計(jì)壽命到期之前已提前關(guān)停，特別是裝機(jī)規(guī)模在50 MW以下的小機(jī)組。因此，以50 MW裝機(jī)規(guī)模為分界點(diǎn)計(jì)算煤電機(jī)組淘汰率，以反映機(jī)組關(guān)停以后的實(shí)際運(yùn)行裝機(jī)容量和機(jī)組的實(shí)際壽命。Ni，j為第i年新建裝機(jī)容量減去2018年之前提前淘汰部分，表示為：

NIi，j=NIi-∑2018jNI1i×R1j+NI2i×R2j（3）

式中，第i年新建的煤電裝機(jī)NIi中，機(jī)組規(guī)模小于50MW的裝機(jī)容量為NI1，規(guī)模在50MW及以上的裝機(jī)容量為NI2; NI1、NI2兩類機(jī)組2018年之前每年提前淘汰的比率分別為R1j和 R2j;且1993≤i≤j≤2018;其他同上。

對(duì)于截至2018年尚未退役的燃煤機(jī)組，假定其均能運(yùn)行至預(yù)期壽命到期，不會(huì)提前關(guān)停。由于經(jīng)過(guò)多輪落后產(chǎn)能淘汰，2018年尚未關(guān)停的小機(jī)組數(shù)量已經(jīng)較少，且多數(shù)服役年限已接近預(yù)期壽命，因此不考慮這類機(jī)組的提前關(guān)停，對(duì)于中國(guó)燃煤發(fā)電鎖定排放計(jì)算結(jié)果影響很小。

1.2 剩余鎖定排放變化量與變化率計(jì)算方法

根據(jù)鎖定排放的概念，隨著時(shí)間推進(jìn)，總的鎖定排放中，剩余鎖定排放不斷變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，成為已實(shí)現(xiàn)的鎖定排放。當(dāng)年新增機(jī)組對(duì)應(yīng)的全部鎖定排放與當(dāng)年實(shí)現(xiàn)的鎖定排放（即年度排放）之差，可得剩余鎖定排放的變化量，表明機(jī)組未來(lái)剩余碳排放的年度變化趨勢(shì)。進(jìn)一步，剩余鎖定排放的變化量與當(dāng)年已實(shí)現(xiàn)排放的比值，可得剩余鎖定排放變化率R，用于衡量燃煤機(jī)組存量的變化速度。用公式表示為：

Ri=CEi-CEreali-CEearlyiCEreali（4）

式中，Ri為第i年的鎖定比率，CEi為第i年新增燃煤機(jī)組的鎖定碳排放量;CEreali為i年燃煤機(jī)組已實(shí)現(xiàn)的鎖定排放;CEearlyi為i年提前淘汰機(jī)組的鎖定排放量;其他同上。公式中的分子部分即為剩余鎖定的變化量。

R是一個(gè)無(wú)量綱的數(shù)值，反映出考慮整個(gè)運(yùn)行壽命周期的燃煤機(jī)組存量的變化。若R值大于0，表明當(dāng)年新建煤電機(jī)組較多，新增鎖定排放大于當(dāng)年實(shí)現(xiàn)的排放，剩余鎖定排放將進(jìn)一步增加;若R值等于0，則表明當(dāng)年實(shí)現(xiàn)的排放完全抵消當(dāng)年新增鎖定排放，剩余鎖定排放將保持穩(wěn)定;若R小于0，則意味著煤電機(jī)組存量和剩余鎖定排放逐漸減少，電力系統(tǒng)向清潔低碳轉(zhuǎn)型;當(dāng)不再新增煤電且所有機(jī)組按其預(yù)期壽命退役時(shí)，R將保持在-1水平上直至所有煤電機(jī)組退役。

1.3 電力部門(mén)碳預(yù)算

《巴黎協(xié)定》達(dá)成的2 ℃目標(biāo)給全球設(shè)定了碳預(yù)算上限，也給中國(guó)電力部門(mén)設(shè)定了排放空間。計(jì)算全球2 ℃目標(biāo)下中國(guó)電力部門(mén)的碳預(yù)算，并與中國(guó)燃煤發(fā)電鎖定排放進(jìn)行比較，能夠幫助識(shí)別中國(guó)電力部門(mén)的排放差距和減排壓力，設(shè)定并動(dòng)態(tài)更新電力部門(mén)的減排政策。

為了計(jì)算中國(guó)電力部門(mén)的碳預(yù)算，本文選擇“氣候變化減緩路徑和減緩成本估算的穩(wěn)健性評(píng)估（AMPERE）”[30]模型比較項(xiàng)目作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。AMPERE項(xiàng)目是IPCC第五次評(píng)估報(bào)告情景數(shù)據(jù)庫(kù)的重要組成部分，包含了全球主流綜合評(píng)估模型針對(duì)中國(guó)的國(guó)別情景結(jié)果。根據(jù)未來(lái)生物質(zhì)結(jié)合二氧化碳捕獲和封存技術(shù)（BECCS）等負(fù)排放技術(shù)是否可用，可以將AMPERE項(xiàng)目下的電力部門(mén)轉(zhuǎn)型路徑分為兩類。在負(fù)排放技術(shù)可用情景下，對(duì)電力部門(mén)近期減排力度的要求稍低，累積排放可以暫時(shí)超出部門(mén)碳預(yù)算，依賴21世紀(jì)下半葉應(yīng)用負(fù)排放技術(shù)使得電力部門(mén)累積排放下降。在負(fù)排放技術(shù)不可用情景下，電力部門(mén)累積碳排放不能超過(guò)部門(mén)碳預(yù)算約束，因此普遍要求電力部門(mén)立刻采取有力的減排措施，迅速減少碳排放?；谏鲜龇诸悾謩e計(jì)算了負(fù)排放技術(shù)可用和不可用情景下中國(guó)電力部門(mén)碳預(yù)算的中位數(shù)以及25和75百分位數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)來(lái)源

利用本文改進(jìn)的方法計(jì)算中國(guó)燃煤發(fā)電鎖定碳排放所需的數(shù)據(jù)，主要包括燃煤機(jī)組預(yù)期壽命、新增煤電和淘汰煤電規(guī)模以及發(fā)電小時(shí)數(shù)等?；诠俜浇y(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，結(jié)合行業(yè)研究報(bào)告、國(guó)內(nèi)和國(guó)際電力數(shù)據(jù)庫(kù)及相關(guān)研究，全面搜集最新可得數(shù)據(jù)，對(duì)以上關(guān)鍵參數(shù)的取值進(jìn)行匯總、對(duì)比和校準(zhǔn)，盡可能保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了中國(guó)燃煤發(fā)電鎖定碳排放核算數(shù)據(jù)庫(kù)。

煤電限制、中間道路和煤電復(fù)興情景下中國(guó)燃煤機(jī)組鎖定排放變化趨勢(shì)既存在相似之處，也有所區(qū)別。與新增裝機(jī)容量的變化趨勢(shì)一致，2000年前頭茬機(jī)組規(guī)模和對(duì)鎖定排放的貢獻(xiàn)較小，2005—2010年煤電建設(shè)高峰期積累的鎖定排放快速增長(zhǎng)，占總鎖定排放的比例達(dá)到40%左右。從2018年之后剩余鎖定排放的變化趨勢(shì)看，在主要建設(shè)于2005年以后的存量機(jī)組尚未達(dá)到預(yù)期壽命之前，中國(guó)未來(lái)煤電總裝機(jī)容量維持穩(wěn)定，燃煤發(fā)電的年度排放在煤電限制、中間道路和煤電復(fù)興情景下將分別保持在2.5 Gt、3.5 Gt和4.5 Gt CO2的較高水平上。隨著存量機(jī)組逐步達(dá)到預(yù)期壽命自然退役，剩余鎖定排放開(kāi)始呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，直到煤電機(jī)組最終全部退役排放降為零。在中間道路情景下，存量煤電機(jī)組到2040年開(kāi)始逐步進(jìn)入退役高峰期，燃煤發(fā)電的年度排放逐步下降，到2060年全部煤電機(jī)組停止運(yùn)營(yíng)。在煤電限制情景下，由于2020年以后

不再新增煤電，且煤電機(jī)組的預(yù)期壽命設(shè)定為25a，因此從2030年開(kāi)始燃煤機(jī)組就將逐步退役，并于2045年實(shí)現(xiàn)煤電機(jī)組全部退役，相比中間道路情景分別提前了10 a和15 a。而在煤電復(fù)興情景下，由于煤電機(jī)組的預(yù)期壽命較長(zhǎng)，且在2021—2025年間仍將繼續(xù)新建煤電，因此燃煤發(fā)電的年度排放在2040年以后才開(kāi)始下降，直到2065年才實(shí)現(xiàn)完全脫碳。

3.2.2 中國(guó)燃煤剩余鎖定排放變化趨勢(shì)

圖4展示了中間道路情景下，剩余鎖定排放每年的變化量和五年滑動(dòng)平均變化率。2000年之前中國(guó)煤電裝機(jī)總規(guī)模不大，因此盡管燃煤機(jī)組存量和剩余鎖定排放持續(xù)擴(kuò)張且增速較快，但增長(zhǎng)的絕對(duì)量并不大，年均增長(zhǎng)在2.0 Gt CO2以下。2000年之后，隨著煤電裝機(jī)迅速擴(kuò)張，剩余鎖定排放也加速增長(zhǎng)，2006年達(dá)到高峰，一年增加10.7 Gt CO2，超過(guò)1993—1999年7年增量的總和。這之后煤電建設(shè)和剩余鎖定排放的增長(zhǎng)速度放緩，到2013年下降到1.2 Gt CO2。2013年之后由于煤電審批權(quán)下放到各省，在經(jīng)濟(jì)利益驅(qū)動(dòng)下，又出現(xiàn)了短暫的煤電投資熱潮，煤電剩余鎖定排放增量也出現(xiàn)小高峰，2015年一年增加約3.9 Gt CO2。之后，隨著中央對(duì)煤電無(wú)序擴(kuò)張的管控，剩余鎖定排放增長(zhǎng)也回落到2013年左右的水平。從圖4可以看出，從1993年以來(lái)到2019年，剩余鎖定排放變化率R始終保持大于0，即考慮運(yùn)行壽命周期的中國(guó)燃煤裝機(jī)存量一直處于擴(kuò)張狀態(tài)。若2021—2025年間除了陸續(xù)建設(shè)完成當(dāng)前處于在建和開(kāi)工前準(zhǔn)備階段的煤電項(xiàng)目外，不再新建其他煤電項(xiàng)目，有望在“十四五”期間越過(guò)燃煤裝機(jī)存量的峰值，實(shí)現(xiàn)剩余鎖定排放凈下降。2025年之后不再新建煤電項(xiàng)目且所有存量機(jī)組按其預(yù)期壽命自然退役，鎖定排放變化率R將保持在-1水平上直至所有機(jī)組退役完畢。

3.2.3 中國(guó)燃煤鎖定排放主要影響因素分析

將其他變量固定為中間道路情景下的設(shè)定，逐一對(duì)未來(lái)新增裝機(jī)容量、燃煤機(jī)組的預(yù)期壽命和容量因子設(shè)置子情景，分析其對(duì)燃煤發(fā)電剩余鎖定排放量的影響，各組子情景結(jié)果見(jiàn)表3。

新增裝機(jī)五組政策子情景下，從停止新建煤電到控制煤電新增規(guī)模，再到放開(kāi)緩建、停建項(xiàng)目，煤電新增裝機(jī)規(guī)模及相應(yīng)的剩余鎖定排放量將持續(xù)增加。相比全部緩建和停建煤電項(xiàng)目重啟，嚴(yán)格控制停建子情景下，每年將減少20 GW和30 GW以上的新增煤電裝機(jī)，并避免12.5 Gt和18.2 Gt CO2鎖定排放。預(yù)期壽命子情景下，將燃煤機(jī)組服役年限縮短至20 a，將大幅縮短存量煤電機(jī)組的

剩余運(yùn)行時(shí)間，從而相比中間道路情景減少超過(guò)50%的排放量。而延長(zhǎng)燃煤機(jī)組服役年限至全球平均水平40 a或更長(zhǎng)的45 a，相比中間道路情景將分別增加14.0 Gt和31.9 Gt CO2鎖定排放。容量因子子情景下，在中間道路情景下50%假設(shè)之外，分別分析了各兩種更低或更高的發(fā)電利用小時(shí)數(shù)變化帶來(lái)的影響。結(jié)果表明，容量因子每減少10%，即燃煤機(jī)組年發(fā)電小時(shí)數(shù)減少876 h，中國(guó)燃煤機(jī)組剩余鎖定排放將相應(yīng)減少20%。從各組子情景分析結(jié)果可以看出，控制新增煤電規(guī)模、縮短燃煤機(jī)組服役年限以及減少年發(fā)電小時(shí)數(shù)，均能有效降低中國(guó)燃煤機(jī)組鎖定排放。但這些政策措施也會(huì)帶來(lái)高昂的成本，并可能面臨巨大的障礙和挑戰(zhàn)。

3.2.4 研究結(jié)果與同類研究比較

表4對(duì)現(xiàn)有關(guān)于中國(guó)電力部門(mén)鎖定排放的研究與本文中間道路情景下核算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。Davis等[18]和Tong等[23]運(yùn)用全球數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)全球能源基礎(chǔ)設(shè)施鎖定的二氧化碳排放量進(jìn)行了核算。兩者有關(guān)中國(guó)電力部門(mén)鎖定排放的結(jié)果分別比本研究中間道路情景下的結(jié)果高出約31.0 Gt和45.9 Gt CO2。差異原因在于：①核算范圍和核算年份上，Davis等核算的是火電而非煤電，且截止年份較早，為2012年，沒(méi)有考慮之后年份的新建和目前在建機(jī)組。Tong等根據(jù)《IPCC 2006年國(guó)家溫室氣體清單指南2019修訂版》[47]對(duì)能源基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行分類，其中能源工業(yè)部門(mén)除燃煤電廠外，還包括其他火電廠、熱力生產(chǎn)、石油冶煉及其他能源工業(yè)。核算年份為1970—2018年建設(shè)機(jī)組及計(jì)劃建設(shè)機(jī)組。與這兩項(xiàng)研究不同，本核算范圍專注于煤電，剔除了其他火電機(jī)組的影響，

使得核算結(jié)果能夠更好反應(yīng)煤電鎖定排放及其變化趨勢(shì)。②兩篇文章側(cè)重全球?qū)用骀i定排放的核算，在參數(shù)取值上也采用全球平均值，如中國(guó)燃煤電廠壽命采用全球平均值40 a的假設(shè)，容量因子也采用全球平均假設(shè)，這與中國(guó)煤電機(jī)組運(yùn)行的實(shí)際情況存在差異。而本研究利用詳細(xì)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，選取符合中國(guó)燃煤現(xiàn)實(shí)特征的機(jī)組壽命、容量因子等參數(shù)并考慮其動(dòng)態(tài)變化，充分反映中國(guó)煤電運(yùn)行實(shí)際情況。

Jiang 等[27]專門(mén)分析中國(guó)燃煤發(fā)電的鎖定排放，采用符合中國(guó)燃煤發(fā)電現(xiàn)狀的30及35 a壽命假設(shè)，得出1993—2013年中國(guó)燃煤發(fā)電鎖定排放量為106.4 Gt CO2，

比本文中間道路情景下結(jié)果低約25%。Jiang等雖然核算煤電鎖定排放，但在裝機(jī)容量、發(fā)電小時(shí)等重要參數(shù)取值時(shí)卻采用火電數(shù)據(jù)，并且假設(shè)機(jī)組整個(gè)壽命周期的發(fā)電小時(shí)數(shù)保持在機(jī)組建設(shè)年份水平上不變。另外，該文沒(méi)有對(duì)2013年之后煤電審批權(quán)下放地方，煤電大量無(wú)序新增，以及近年來(lái)嚴(yán)格控制煤電新增規(guī)模等一系列政策變化及其對(duì)鎖定排放的影響進(jìn)行分析。

3.3 中國(guó)燃煤發(fā)電鎖定碳排放與電力部門(mén)碳預(yù)算比較

本文利用AMPERE情景數(shù)據(jù)庫(kù)，計(jì)算了全球2 ℃目標(biāo)下中國(guó)電力部門(mén)未來(lái)的年度和累積碳排放路徑，并與中國(guó)燃煤發(fā)電的鎖定排放進(jìn)行對(duì)比，見(jiàn)圖5。在設(shè)定的中間道路情景下，中國(guó)煤電未來(lái)年度排放將在2040年以后逐步下降，到2050年下降到1.05 Gt CO2，到2060年實(shí)現(xiàn)零排放，與BECCS等負(fù)排放技術(shù)可用情形下全球2 ℃目標(biāo)的減排要求基本吻合。但是從累積排放看，由于大部分存量機(jī)組仍在其運(yùn)行壽命之內(nèi)，2020年以后中國(guó)煤電碳排放仍將在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)維持在較高水平上，累積碳排放將快速上升，到2040年之前就將超過(guò)全球2 ℃目標(biāo)下電力部門(mén)碳預(yù)算的上限。而若不依賴負(fù)排放技術(shù)實(shí)現(xiàn)全球2 ℃目標(biāo)，要求電力部門(mén)碳排放在2020年以后立刻快速下降，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了中間道路情景下中國(guó)煤電的減排力度。在煤電限制這一極為嚴(yán)格的政策情景下，中國(guó)煤電從年度排放和累積排放兩方面都能滿足全球2 ℃目標(biāo)的減排要求，且不需要依賴21世紀(jì)下半葉負(fù)排放技術(shù)的應(yīng)用。但其代價(jià)是燃煤機(jī)組的退役壽命縮短至25 a，每年運(yùn)行小時(shí)數(shù)保持在較低水平。這可能導(dǎo)致燃煤電廠盈利能力受損，即造成資產(chǎn)“擱淺”[48-49]。而在煤電復(fù)興情景下，中國(guó)煤電部門(mén)的減排要求非常寬松，但其年度排放和累積排放都將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出全球2 ℃目標(biāo)的排放限額。

從以上比較可以看出，要滿足全球2 ℃目標(biāo)的要求，不能僅僅關(guān)注目標(biāo)年份的年度排放，而需要從累積排放的角度出發(fā)，在2040年前，亦即中國(guó)多數(shù)存量燃煤機(jī)組尚未到達(dá)預(yù)期壽命時(shí)，進(jìn)一步加強(qiáng)減排力度。同時(shí)在未來(lái)的政策制定中，應(yīng)當(dāng)動(dòng)態(tài)跟蹤核算中國(guó)煤電部門(mén)的剩余鎖定排放，并與全球2 ℃目標(biāo)下電力部門(mén)的碳預(yù)算進(jìn)行對(duì)比，調(diào)整減排政策與措施[16]。

需要強(qiáng)調(diào)的是，本文只計(jì)算了燃煤發(fā)電的鎖定碳排放，而沒(méi)有考慮未來(lái)可能擴(kuò)張的天然氣發(fā)電，因此與全球2 ℃目標(biāo)下電力部門(mén)碳預(yù)算對(duì)比得出的煤電轉(zhuǎn)型挑戰(zhàn)，可能會(huì)進(jìn)一步加劇。此外，由于缺乏全球1.5 ℃目標(biāo)下針對(duì)中國(guó)的國(guó)別情景數(shù)據(jù)，無(wú)法對(duì)比中國(guó)燃煤發(fā)電鎖定排放與全球1.5 ℃目標(biāo)下中國(guó)電力部門(mén)的減排要求。但是1.5 ℃目標(biāo)下，全球總體剩余碳預(yù)算相比2 ℃目標(biāo)將進(jìn)一步減少一半左右，中國(guó)電力部門(mén)滿足減排要求的挑戰(zhàn)也將進(jìn)一步擴(kuò)大[50-51] 。

3.4 減少煤電鎖定碳排放的政策選擇

從中國(guó)燃煤發(fā)電鎖定排放和電力部門(mén)碳預(yù)算的對(duì)比可以看出，中間道路情景下中國(guó)煤電部門(mén)與全球2 ℃目標(biāo)的要求之間，仍存在排放差距。未來(lái)需要同時(shí)關(guān)注新增煤電和存量煤電，進(jìn)一步提高減排力度。

分析表明，如果放松對(duì)新增煤電規(guī)模的嚴(yán)格限制，煤電鎖定排放會(huì)進(jìn)一步增加10 Gt CO2以上，并且可能帶來(lái)新的產(chǎn)能過(guò)剩和資產(chǎn)擱淺的風(fēng)險(xiǎn)。因此應(yīng)當(dāng)保持政策定力，繼續(xù)嚴(yán)控新增煤電產(chǎn)能。同時(shí)大力發(fā)展可再生能源，確保新增電力盡快實(shí)現(xiàn)完全零碳，使得電力需求和碳排放完全脫鉤。對(duì)于高峰時(shí)段用電緊張等問(wèn)題，應(yīng)當(dāng)采取省間

電力互濟(jì)、需求側(cè)管理等手段解決，而不是盲目無(wú)序新建煤電。

針對(duì)存量煤電機(jī)組，可以選擇提前退役、實(shí)施靈活性改造和CCS改造等政策選項(xiàng)及其組合，減少其運(yùn)行年限、發(fā)電小時(shí)數(shù)和排放因子，從而減少其鎖定排放。但這些政策也可能面臨巨大的實(shí)施障礙與挑戰(zhàn)。

縮短現(xiàn)有燃煤電廠運(yùn)行壽命，使其提前退役，是減少燃煤電廠壽命周期鎖定排放最直接的辦法。但是要求還在設(shè)計(jì)壽命之內(nèi)、本可以繼續(xù)運(yùn)行并產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)收入的機(jī)組提前退役，可能導(dǎo)致燃煤電廠作為一種資產(chǎn)，其盈利能力受損，甚至無(wú)法收回其初始投資，造成資產(chǎn)擱淺。考慮到中國(guó)存量煤電的巨大規(guī)模，擱淺煤電資產(chǎn)據(jù)估算將達(dá)到萬(wàn)億人民幣量級(jí)[52]，造成巨額的投資浪費(fèi)，且存在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)一步傳導(dǎo)、影響金融系統(tǒng)穩(wěn)定的隱患[49]。

通過(guò)對(duì)現(xiàn)有燃煤電廠進(jìn)行靈活性改造，使得負(fù)擔(dān)基荷的煤電機(jī)組轉(zhuǎn)變?yōu)檎{(diào)峰機(jī)組，大幅減少發(fā)電小時(shí)數(shù)，從而減少壽命周期內(nèi)的鎖定碳排放。中國(guó)制定了在“十三五”期間靈活性改造220 GW煤電的目標(biāo)。但是在目前電力調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)不完善的情況下，發(fā)電小時(shí)數(shù)下降可能損害電廠收益，不能有效激勵(lì)電廠進(jìn)行靈活性改造。

減少存量煤電鎖定排放的另一個(gè)政策選項(xiàng)，是對(duì)現(xiàn)有燃煤電廠進(jìn)行CCS改造，將煤電從高碳電力轉(zhuǎn)變?yōu)榈吞茧娏?，從而使得中?guó)規(guī)模巨大的存量煤電裝機(jī)在未來(lái)能夠繼續(xù)使用并滿足碳排放約束。但是一方面受燃煤電廠技術(shù)類型及周邊封存條件的限制，并不是所有燃煤電廠均適合進(jìn)行CCS改造。另一方面，目前CCS成本昂貴，且技術(shù)發(fā)展速度落后于預(yù)期，僅有少數(shù)示范項(xiàng)目，未來(lái)能以較低成本大規(guī)模應(yīng)用的不確定性較大[53-55]。

綜上所述，為了減少中國(guó)燃煤發(fā)電鎖定排放，滿足電力部門(mén)長(zhǎng)期低碳轉(zhuǎn)型的需求，應(yīng)當(dāng)繼續(xù)嚴(yán)格控制新增煤電規(guī)模，并采取提前退役、實(shí)施靈活性改造和CCS改造等政策選項(xiàng)，減少存量煤電裝機(jī)的鎖定排放。為了減少政策的負(fù)面影響，中國(guó)需要盡快研究制定煤電有序退出路線圖，在逐步淘汰煤電的同時(shí)避免資產(chǎn)擱淺和相關(guān)從業(yè)人員失業(yè)造成的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)問(wèn)題，最終實(shí)現(xiàn)電力部門(mén)公平的低碳轉(zhuǎn)型。

4 結(jié) 論

本文改進(jìn)了電力部門(mén)鎖定碳排放核算方法，考慮六類煤電機(jī)組每年新增規(guī)模、發(fā)電小時(shí)數(shù)及機(jī)組壽命的動(dòng)態(tài)變化，對(duì)截至2019年7月在運(yùn)以及處于建設(shè)規(guī)劃周期內(nèi)的不同規(guī)模燃煤發(fā)電機(jī)組的鎖定碳排放進(jìn)行核算和影響因素分析，并與全球2 ℃目標(biāo)下中國(guó)電力部門(mén)碳預(yù)算進(jìn)行對(duì)比，評(píng)估中國(guó)燃煤發(fā)電鎖定排放對(duì)中國(guó)長(zhǎng)期低碳轉(zhuǎn)型目標(biāo)的影響。主要結(jié)論如下。

（1）1993年以來(lái)中國(guó)新增煤電裝機(jī)造成的鎖定碳排放量為142.0（83.6～187.0）Gt CO2，其中截至2018年實(shí)際已經(jīng)累積排放39.7 Gt CO2，而2018年之后剩余的鎖定排放為102.3（43.9～147.3）Gt CO2。

（2）中國(guó)存量煤電機(jī)組普遍年輕，截至2018年平均加權(quán)服役年限不到12 a，2025年之后不再新增煤電以及所有燃煤機(jī)組在達(dá)到35 a預(yù)期壽命后自然退役的設(shè)定下，未來(lái)中國(guó)煤電排放將一直保持在較高水平上，直到2040年才開(kāi)始逐步下降，最終到2060年降為零。而在嚴(yán)格限制煤電和繼續(xù)發(fā)展煤電的情景下，未來(lái)中國(guó)煤電排放下降并最終實(shí)現(xiàn)零排放的時(shí)間將分別提前和延后5～10 a。

（3）中間道路情景下，中國(guó)煤電年度排放在2050年以后將基本滿足全球2 ℃目標(biāo)要求。但是從碳預(yù)算的角度看，由于2020年以后中國(guó)煤電碳排放仍將在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)維持在較高水平上，因此累積排放在2040年之前就將超出全球2 ℃目標(biāo)允許的上限。

（4）控制新增煤電規(guī)模、縮短燃煤機(jī)組服役年限以及減少年發(fā)電小時(shí)數(shù)，均能有效降低中國(guó)燃煤機(jī)組鎖定排放。但這些政策措施也會(huì)帶來(lái)高昂的成本，造成煤電資產(chǎn)擱淺以及失業(yè)等問(wèn)題。

綜上，要實(shí)現(xiàn)減排目標(biāo)，不能僅僅關(guān)注目標(biāo)年份的年度排放，還應(yīng)當(dāng)關(guān)注累積排放，動(dòng)態(tài)跟蹤核算煤電部門(mén)的剩余鎖定排放。通過(guò)煤電鎖定碳排放的核算，明確煤電的定位、發(fā)展目標(biāo)以及分階段淘汰計(jì)劃，從而及時(shí)調(diào)整減排政策與措施。嚴(yán)格新增煤電項(xiàng)目審批，強(qiáng)化煤電去產(chǎn)能政策力度，控制煤電總體規(guī)模;推進(jìn)競(jìng)爭(zhēng)性電力市場(chǎng)建設(shè)，利用市場(chǎng)調(diào)節(jié)引導(dǎo)煤電機(jī)組定位向電力型機(jī)組轉(zhuǎn)變;利用財(cái)政補(bǔ)貼、建立專項(xiàng)資金等補(bǔ)償燃煤電廠提前退役;妥善安置受影響的失業(yè)人員，并對(duì)其進(jìn)行職業(yè)技能培訓(xùn)和再教育等，幫助其再就業(yè)。通過(guò)以上政策措施，促進(jìn)煤電有序退出，防止煤電無(wú)序新增后短期內(nèi)快速淘汰對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)造成巨大沖擊，幫助實(shí)現(xiàn)電力部門(mén)公平的低碳轉(zhuǎn)型。

（編輯：劉照勝）

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Committed CO2 emissions of Chinas coal-fired power

plants and their implications for mitigation targets

ZHANG Xiao-li1 CUI Xue-qin2 WANG Ke1 FU Sha3 ZOU Ji1

（1. School of Environment & Natural Resources， Renmin University of China， Beijing 100872， China;

2. Department of Earth System Science， Tsinghua University， Beijing 100084， China;

3. National Center for Climate Change Strategy and International Cooperation， Beijing 100038， China）

Abstract Coal power sector has been one of the main sources of Chinas carbon emissions. As part of Chinas fossil-fuel infrastructure with a long life expectancy of 30 to 40 years， coal-fired power plants will continuously generate CO2 emissions for decades once they are built， thus leading to a huge carbon lock-in， and affecting Chinas future emission reduction targets and low-carbon transformation. By applying the latest data from official statistics and international databases， this paper refined the accounting method of committed emissions with dynamic parameters， namely newly installed capacity， expected lifetime and capacity factor. Then three scenarios based on different combinations of future changes of these parameters were set. The committed emissions under different scenarios were calculated and compared with sectoral carbon budgets of the global 2 ℃ target， and policy implications for long-term mitigation targets were assessed. The results show that： ① Chinas existing coal-fired generators are generally young， with a weighted average age of less than 12 years in 2018. If those power plants retire in line with the expected lifetime and no new generators will be installed after 2025， the CO2 emissions of Chinas power sector will remain at a high level before 2040， when there would be a steady decline. ② Total committed emissions of Chinas coal-fired generators installed from 1993 to 2020 will reach 142.0 （83.6～187.0） Gt CO2， with 102.3 （43.9～147.3） Gt CO2 remaining. ③ From the perspective of annual emissions， Chinas power sector can roughly meet the mitigation target of 2℃ after 2050 under the current trajectory. However， the cumulative emissions would substantially exceed the sectoral carbon budgets during the period. ④Mitigation options including eliminating newly installed power plants， premature retirement， decreasing annual utilization hours， and CCS retrofitting， might cause huge costs or even trigger social-economic risk without well-designed policies. The research highlights the significance for China to formulate an orderly coal phase-out roadmap to ensure a just transition to a low carbon energy system.

Key words coal-fired power plant; committed emission; coal phase-out; carbon budget

收稿日期：2020-01-09 修回日期：2020-03-30

作者簡(jiǎn)介：張小麗，博士生，主要研究方向?yàn)槟茉磁c氣候變化經(jīng)濟(jì)學(xué)。E-mail：zhangxiaoli0415@163.com。

通信作者：王克，博士，副教授，主要研究方向?yàn)槟茉磁c氣候經(jīng)濟(jì)學(xué)。E-mail：wangkert@ruc.edu.cn。

基金項(xiàng)目：中國(guó)人民大學(xué)科學(xué)研究基金（中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助）項(xiàng)目“中國(guó)電力部門(mén)鎖定排放及中長(zhǎng)期低碳發(fā)展路徑研究”（批準(zhǔn)號(hào)：18XNH035）;能源基金會(huì)資助課題“中國(guó)煤電成本分析與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估”（批準(zhǔn)號(hào)：G-1910-30513）。