雙碳目標(biāo)下電碳模型應(yīng)用場景研究

葉鎏芳,曾振坤

(國網(wǎng)福建省電力有限公司 廈門供電公司,福建 廈門 361000)

全球氣候變化是21世紀(jì)人類發(fā)展最大的挑戰(zhàn)之一,由全球變暖造成的自然災(zāi)害在今后數(shù)年內(nèi)可能會海平面上升、更頻繁的極端天氣事件、森林火災(zāi)、能源短缺以及經(jīng)濟(jì)和政治動蕩。中國是最大的碳排放國,2019年,我國二氧化碳排放總量約101.7億 t,居全球首位。2020年12月的氣候雄心峰會上,習(xí)總書記宣布“到2030年,中國單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放將比2005年下降65%以上,非化石能源占一次能源消費(fèi)比例將達(dá)到25%左右,風(fēng)電、太陽能發(fā)電總裝機(jī)容量將達(dá)到12億 kW以上”。中國的雙碳承諾對世界應(yīng)對氣候變化非常關(guān)鍵,將在推動高質(zhì)量發(fā)展中極大地促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型,進(jìn)而推動全球可持續(xù)發(fā)展進(jìn)程。

我國的碳排放中,能源行業(yè)占二氧化碳排放總量的88%,其中電力行業(yè)占比超40%,可見能源行業(yè)是降碳減排的主戰(zhàn)場,電力行業(yè)是主力軍。2021年3月,國家電網(wǎng)發(fā)布“碳達(dá)峰、碳中和”行動方案,旨在加快推進(jìn)能源供給多元化清潔化低碳化、能源消費(fèi)高效化減量化電氣化,促進(jìn)電力行業(yè)降碳減排。

實(shí)現(xiàn)電力行業(yè)雙碳目標(biāo)是一項(xiàng)復(fù)雜艱巨的系統(tǒng)工程,建立統(tǒng)一規(guī)范的碳排放統(tǒng)計核算體系是“雙碳”工作的重要基礎(chǔ),亟須加快新型電力基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),推動電網(wǎng)向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化方向轉(zhuǎn)變。國網(wǎng)浙江電力依托大數(shù)據(jù)率先推出“碳效碼”,評價企業(yè)碳排放水平;國網(wǎng)溫州供電公司聯(lián)合當(dāng)?shù)卣y行推出碳資產(chǎn)交易、“碳易貸”等,推動企業(yè)主動承擔(dān)用能成本;國網(wǎng)福建省電力有限公司、國網(wǎng)廈門供電公司建立專業(yè)分析模型,繪制了電碳生態(tài)地圖,實(shí)現(xiàn)了從電量看碳排放的全景、動態(tài)展示。這一系列創(chuàng)新的電碳模型為省、市、縣協(xié)同推進(jìn)碳排放統(tǒng)計核算及工業(yè)領(lǐng)域碳達(dá)峰、碳中和提供了強(qiáng)大支撐。

1 國內(nèi)外電力碳中和現(xiàn)狀

要實(shí)現(xiàn)深度低碳轉(zhuǎn)型,就必須從根本上解決可再生能源與傳統(tǒng)煤電在電力系統(tǒng)中的矛盾?！?020年全球電力報告》指出,2015年—2019年全球電力生產(chǎn)結(jié)構(gòu)中,燃煤發(fā)電比例均超過35%,為落實(shí)節(jié)能減排目標(biāo),減少溫室氣體排放,各國政府相繼列出限制或禁止煤炭發(fā)電設(shè)定時間表(圖1)。

圖1 世界各國宣布關(guān)閉煤電發(fā)電廠的時間表Fig.1 Timetable for countries around the world to announce closure of coal-fired power plants

西班牙電力集團(tuán)計劃到2020年、法國計劃到2021年、英國決定在2025年前完全關(guān)閉燃煤電廠;荷蘭將從2030年起禁止使用煤炭發(fā)電。芬蘭打算到2030年全面禁煤;德國宣布將最遲于2038年徹底放棄煤電;日本計劃關(guān)停70%煤炭發(fā)電廠,在2030年度,將煤炭發(fā)電的比例在整個發(fā)電量中,減少到26%。與其他國家相比,我國的燃煤發(fā)電占比太高,且穩(wěn)居全球第一。在2020年12月召開的聯(lián)合國氣候雄心峰會上,我國宣布非化石能源占一次能源消費(fèi)比重將達(dá)到25%左右。世界能源領(lǐng)域加快呈現(xiàn)多元化、清潔化、低碳化轉(zhuǎn)型發(fā)展趨勢。

同時,隨著碳中和目標(biāo)的提出,全球未來能源轉(zhuǎn)型發(fā)展的方向已經(jīng)確定。能源綠色發(fā)展對電力碳排放強(qiáng)度下降起到重要作用。在2020年10月25日,日本政府公布了脫碳路線圖草案,不僅書面確認(rèn)了“2050年實(shí)現(xiàn)凈零排放”,還提出了對日本海上風(fēng)能、電動汽車、氫燃料等14個重點(diǎn)領(lǐng)域的具體計劃目標(biāo)和年限設(shè)定,旨在通過技術(shù)創(chuàng)新和綠色投資的方式加速向低碳社會轉(zhuǎn)型。

2020年12月14日,英國政府出臺能源白皮書,石油從46%降低至12%,天然氣從29%降低至9%。目前已通過立法正式承諾將于2050年實(shí)現(xiàn)凈零溫室氣體排放,并計劃在2035年實(shí)現(xiàn)零碳或近零碳電力系統(tǒng)。

2019年12月11日,歐盟委員會發(fā)布了《歐洲綠色協(xié)議》,重點(diǎn)領(lǐng)域包括清潔氫能、燃料電池和其他替代燃料、儲能以及碳捕集、封存和利用等,全面促進(jìn)零碳電力發(fā)展。

2020年12月21日,《新時代的中國能源發(fā)展》白皮書公布,報告表示我國水電、風(fēng)電、太陽能發(fā)電累計裝機(jī)規(guī)模均位居世界首位。12月24日,能源研究院發(fā)布了《中國能源電力發(fā)展展望》,非化石能源占一次能源消費(fèi)比例,2025年、2035年、2050年、2060年分別有望達(dá)到約22%、40%、69%、81%。

可以看出,全球越來越多的國家都極為重視電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型的需求與機(jī)遇,其中,推動電碳耦合的碳評估體系研究、技術(shù)創(chuàng)新有助于辨識全環(huán)節(jié)電能碳作用特性及減排機(jī)理,充分發(fā)揮電力大數(shù)據(jù)優(yōu)勢,以電力為紐帶協(xié)調(diào)推進(jìn)碳排放總量和強(qiáng)度“雙控”,是實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)碳中和目標(biāo)與經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展協(xié)同的關(guān)鍵。

2 電碳模型

電碳核算方法是量化評價電力行業(yè)碳水平的關(guān)鍵依據(jù),目前較常用、兼容性較好的核算方法包括實(shí)測法、質(zhì)量平衡法和排放因子法,其中排放因子法是根據(jù)碳排放清單中的能源排放因子計算碳排放量,如式(1)所示[1]。

(1)

式中,E為碳排放量;MAC為燃料消費(fèi)量;NNCV為燃料低熱值;C為碳排放因子。其中碳排放因子(C)因能源品位與使用方式不同而不同,聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會和國際標(biāo)準(zhǔn)化組織給出了權(quán)威的排放因子。

電網(wǎng)評估體系需明確電力系統(tǒng)的動態(tài)運(yùn)行特性、碳排放的復(fù)雜影響因素,進(jìn)一步提煉總結(jié)電力系統(tǒng)各項(xiàng)關(guān)鍵要素,從而抓住實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)降碳減排的技術(shù)途徑。因此,如何準(zhǔn)確分析各項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo),綜合評估雙碳背景下新型電力系統(tǒng)各項(xiàng)碳水平是完善電碳模型的重點(diǎn)和難點(diǎn)。翁格平等[2]充分考慮電碳因子的時變性,根據(jù)歐式距離確定Copula函數(shù)并求取秩相關(guān)系數(shù),利用線性變換法對具有相關(guān)性的電碳價格數(shù)據(jù)模擬抽樣,建立并完善了綜合能源系統(tǒng)低碳經(jīng)濟(jì)多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度模型,通過不同時段的合理充放電能夠有效降低整體運(yùn)行成本,同步實(shí)現(xiàn)園區(qū)的低碳性和經(jīng)濟(jì)性。黃悅?cè)A等[3]基于電碳價格的波動,全面考慮電—?dú)狻獰岷蜌鋬δ艿鸟詈详P(guān)聯(lián),建立了綜合能源系統(tǒng)模型,計算結(jié)果表明,氫儲能的協(xié)同作用有助于減少系統(tǒng)碳排放。

nCO2(t)=nline,hd(t)βhd(t)/Pe(t)

(2)

式中,nCO2(t)為t時段耦合聯(lián)絡(luò)線碳排放數(shù)據(jù)后得到的電碳因子值;nline,hd(t)為t時段火電單位的碳排;βhd(t)為t時段聯(lián)絡(luò)線中火電功率;Pe(t)為t時段園區(qū)內(nèi)總電量。

基于全生命周期的分析理念,孫彥龍等[4]從不同的關(guān)注范圍出發(fā)設(shè)計了低碳電網(wǎng)綜合評價指標(biāo)體系,建立了低碳綜合量化評價方法和模型(圖2),并以江蘇電網(wǎng)的具體統(tǒng)計和規(guī)劃數(shù)據(jù)為評價對象,采用求倒數(shù)法、歸一法對各項(xiàng)指標(biāo)處理計算,綜合分析了低碳能源、設(shè)備利用等對其低碳效益的貢獻(xiàn)度,并給出了優(yōu)化的電網(wǎng)規(guī)劃方案。

圖2 低碳電網(wǎng)綜合評價流程Fig.2 Flow chart of comprehensive evolution of low-carbon power

電碳分析模型創(chuàng)新構(gòu)建了“以電算能、以能算碳”的計算方法,依托電力行業(yè)與能源活動、工業(yè)生產(chǎn)碳排放量的相關(guān)性基礎(chǔ),發(fā)揮電力大數(shù)據(jù)實(shí)時性強(qiáng)、準(zhǔn)確度高、分辨率高和采集范圍廣等優(yōu)勢,測算全國及分地區(qū)、分行業(yè)月度碳排放,具有理論和實(shí)踐的可行性[5]。為進(jìn)一步提升碳排放數(shù)據(jù)監(jiān)測精準(zhǔn)度,更好服務(wù)政府相關(guān)部門精準(zhǔn)推進(jìn)碳達(dá)峰、碳中和,2021年6月,國網(wǎng)福建省電力有限公司、國網(wǎng)廈門供電公司充分利用電力大數(shù)據(jù)“基礎(chǔ)好、時效性強(qiáng)、覆蓋面廣”的獨(dú)特優(yōu)勢,深入分析各能源品類碳排放量和結(jié)構(gòu)特點(diǎn),建立專業(yè)分析模型,創(chuàng)新繪制“電碳生態(tài)地圖”,這也是國內(nèi)首個電碳生態(tài)地圖,實(shí)現(xiàn)了從電量看碳排放的全景、動態(tài)展示。

電碳生態(tài)地圖”基于電、煤、油、氣、熱等能源消費(fèi)數(shù)據(jù),根據(jù)不同能源碳排放因子計算總排放量,以此得到區(qū)域、行業(yè)和企業(yè)碳電強(qiáng)度指數(shù),其構(gòu)建邏輯如圖3所示。結(jié)合區(qū)域、行業(yè)和企業(yè)總碳排放、單位產(chǎn)值碳排放等信息進(jìn)行綜合展示,同時依托電力數(shù)據(jù)實(shí)時性特點(diǎn),對各區(qū)、各行業(yè)、各企業(yè)的碳排放總量進(jìn)行動態(tài)推算,全景、動態(tài)反映區(qū)域、行業(yè)、企業(yè)的碳排放水平和趨勢,結(jié)合降碳綠色技術(shù)和綠色金融,構(gòu)建新發(fā)展格局下碳產(chǎn)業(yè)生態(tài)集聚區(qū)。

圖3 電碳生態(tài)地圖的構(gòu)建邏輯Fig.3 Building logic of electricity-carbon ecological map

在不進(jìn)行重大工藝改進(jìn)的情況下,企業(yè)各品種能源在生產(chǎn)中的占比比較穩(wěn)定,由此可以構(gòu)建碳電強(qiáng)度(碳排放/用電量)。

EF=(E燃燒+E電+E熱)/EG總

(3)

式中,EF為企業(yè)碳電強(qiáng)度;E燃燒為企業(yè)化石燃燒排放量(化石燃料消耗量乘以對應(yīng)的碳排放因子);E電為某行業(yè)用熱產(chǎn)生的排放量(用電量乘以對應(yīng)的碳排放因子);E熱為某行業(yè)用熱產(chǎn)生的排放量(熱使用量乘以對應(yīng)的碳排放因子);EG總為企業(yè)總用量。

通過廈門市 1 811 家規(guī)上工業(yè)企業(yè)碳排放熱力圖(圖4),可清晰、直觀反映出區(qū)域、行業(yè)的碳排放水平,充分發(fā)揮電力數(shù)據(jù)的普遍、實(shí)時、精準(zhǔn)特性,進(jìn)行動態(tài)更新;同時基于碳電強(qiáng)度,對比了2019年廈門市規(guī)上工業(yè)九大行業(yè)的“強(qiáng)度—碳排放—總產(chǎn)值”(圖5),清晰展示了廈門市九大行業(yè)在能源消費(fèi)端的碳排放情況。電碳地圖在支撐優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、引導(dǎo)新型行業(yè)發(fā)展,指導(dǎo)企業(yè)選擇最優(yōu)降碳舉措,推進(jìn)碳資產(chǎn)開發(fā)、碳交易、碳融資、碳保險體系市場化等方面起到了重要作用。

圖4 2020年廈門市1 811家工業(yè)企業(yè)的碳排放熱力Fig.4 Thermal distribution of carbon emissions of 1 811 industrial enterprises in Xiamen in 2020

圖5 九大行業(yè)“碳電強(qiáng)度—碳排放—總產(chǎn)值”對比Fig.5 Carbon power intensity-carbon emissions-total output value of nine industries

3 電碳模型的應(yīng)用場景

3.1 電碳模型在降碳領(lǐng)域應(yīng)用場景

3.1.1 精準(zhǔn)反映區(qū)域、行業(yè)和企業(yè)電氣化程度

實(shí)現(xiàn)降碳減排關(guān)鍵在于推動能源清潔低碳安全高效利用,在能源供給側(cè)構(gòu)建多元化清潔能源供應(yīng)體系,在能源消費(fèi)側(cè)全面推進(jìn)電能替代和節(jié)能增效。電網(wǎng)企業(yè)作為連接發(fā)電企業(yè)和電力用戶的樞紐,是電能替代、節(jié)能增效工作的重要推動者和引領(lǐng)者。

為準(zhǔn)確全面地落實(shí)“雙碳”工作,對區(qū)域、行業(yè)和企業(yè)進(jìn)行精準(zhǔn)的碳排放統(tǒng)計核算。2021年,我國正式成立國家碳排放統(tǒng)計核算工作組,并印發(fā)了《計量發(fā)展規(guī)劃(2021—2035年)》,旨在建立中國特色的碳排放核算體系,并有效推動多元化清潔能源替代、降碳減排進(jìn)程。劉廣一等[6-7]基于碳排放平衡方程和“電碳一張圖”的建模理念(圖6),構(gòu)建了全景可視化的園區(qū)電力碳排放核算系統(tǒng),起到了在線監(jiān)控園區(qū)碳消耗、碳生產(chǎn)、碳流動的作用,為園區(qū)能源供應(yīng)體系優(yōu)化、降碳減排技術(shù)升級配置提供精確數(shù)據(jù)支撐。

圖6 “電碳一張圖”的整體建模理念Fig.6 The overall modeling concept of "one diagram combining electricity and carbon"

3.1.2 服務(wù)政府

目前,碳減排量依賴事后核查,現(xiàn)有的碳排放監(jiān)測系統(tǒng)通常只監(jiān)測二氧化碳的直接排放,采用相關(guān)儀器設(shè)備連續(xù)測量氣體的濃度、體積等,無法監(jiān)測間接排放的碳排放量,且存在干擾多、誤差大、實(shí)時性差等問題,給環(huán)保、統(tǒng)計等相關(guān)部門開展數(shù)據(jù)監(jiān)測工作帶來較大困難。

針對以上問題,國網(wǎng)四川電科院建立動態(tài)排放因子測算模型,實(shí)現(xiàn)排放因子的動態(tài)測算和本地化測算,有效引導(dǎo)用戶有序用電,促進(jìn)清潔能源消納,從而為政府控制與統(tǒng)籌碳排放量、合理規(guī)劃產(chǎn)業(yè)布局、科學(xué)制定減排政策提供準(zhǔn)確依據(jù)和智力支撐。與此同時,國網(wǎng)廈門供電公司的“電碳生態(tài)地圖”通過深入分析各能源品類碳排放量和結(jié)構(gòu)特點(diǎn),把電力大數(shù)據(jù)融合鏈接煤、油、氣、熱等其他能源消費(fèi)數(shù)據(jù),從電量看碳排放的全景、動態(tài)展示,實(shí)現(xiàn)全口徑碳排放的實(shí)時可視、可算、可控、可管,為政府科學(xué)施策和社會用能轉(zhuǎn)型提供技術(shù)支撐。

(1)協(xié)助政府密切關(guān)注省/市各產(chǎn)業(yè)、重點(diǎn)用能企業(yè)或者重點(diǎn)行業(yè)碳排放狀況,地方主管部門也可掌握行業(yè)或企業(yè)的碳排放變化趨勢。

(2)通過數(shù)據(jù)分析識別某一行政區(qū)域、行業(yè)或企業(yè)排放水平,并以排放總量或排放強(qiáng)度為指標(biāo)對區(qū)域、行業(yè)或企業(yè)進(jìn)行排名,識別高排放體系,為政府部門進(jìn)一步加強(qiáng)管控提供基礎(chǔ)。

(3)基于歷史與實(shí)時碳排放數(shù)據(jù),繪制排放趨勢圖,預(yù)測地區(qū)、行業(yè)或企業(yè)的季度或年度排放總量,幫助政府對可能的超排行業(yè)或企業(yè)做好提前部署,盡早實(shí)現(xiàn)干預(yù)和引導(dǎo),幫助地區(qū)經(jīng)濟(jì)保持穩(wěn)定與可持續(xù)發(fā)展。

3.1.3 支撐降碳技術(shù)研發(fā)

電碳模型能夠有效驅(qū)動電力行業(yè)工業(yè)設(shè)備轉(zhuǎn)型升級與可持續(xù)發(fā)展,是構(gòu)建清潔低碳安全高效能源電力體系的重要發(fā)展方向。從具體降碳技術(shù)上進(jìn)行劃分,主要包括以下3大類技術(shù):①完善化石能源發(fā)電的高能效循環(huán)利用技術(shù),在保證經(jīng)濟(jì)性條件下實(shí)現(xiàn)顯著碳減排;②發(fā)展新能源+儲能技術(shù)提高可再生能源的消納水平,推動能源轉(zhuǎn)型及碳零排電力發(fā)展;③發(fā)展棄電制氫及生物質(zhì)發(fā)電耦合碳捕集等碳負(fù)排技術(shù),進(jìn)一步進(jìn)行深度脫碳(圖7)。

圖7 電力系統(tǒng)降碳技術(shù)分析Fig.7 Carbon reducing technologies in electrical system

3.1.3.1 碳減排技術(shù)

根據(jù)國際能源署(IEA)可持續(xù)發(fā)展情景,2040年電廠碳捕集與封存(CCS)技術(shù)將解決全球65%的二氧化碳排放。CCS的部署對于中國的低碳能源而言顯得尤為重要。電力行業(yè)的碳排放主要來自于大型火力發(fā)電廠,排放量大且排放源集中、固定,因此從煙道氣中捕捉并分離二氧化碳具有前瞻性和可行性[8]。在燃煤電廠加裝CCS裝置可捕獲90%的二氧化碳,實(shí)現(xiàn)火電機(jī)組的低碳化[9]。目前電廠的CCS技術(shù)主要分為燃燒后捕集、燃燒前捕集和富氧燃燒技術(shù)[10]。

(1)燃燒后二氧化碳捕集技術(shù)是將燃煤煙氣中較低濃度的二氧化碳采用化學(xué)或物理方法選擇性富集,該方法只需在電廠下游增加燃燒后二氧化碳捕集系統(tǒng),對發(fā)電廠影響較小且具有較強(qiáng)適應(yīng)性[11]。燃燒后捕集技術(shù)主要有化學(xué)吸收法、吸附法、膜分離法等,目前,化學(xué)吸附法被認(rèn)為是當(dāng)前最有市場前景的捕集方法,胺類溶液以其吸收效果好的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。吸收法碳捕集技術(shù)在我國燃煤電廠已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用,技術(shù)較為成熟,建有多個化學(xué)吸收法工藝燃煤電廠二氧化碳捕集工業(yè)型示范裝置,捕集后的二氧化碳被廣泛應(yīng)用于食品、飲料及其他工業(yè)。

(2)燃燒前捕集是將化石燃料通過氣化反應(yīng)生成合成氣,進(jìn)一步將合成氣轉(zhuǎn)換成氫氣和二氧化碳,再通過物理吸收將二氧化碳分離出來。因?yàn)樽儞Q器中二氧化碳濃度高,因而可以采用能耗較低的物理吸收工藝。整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)技術(shù)是典型的可進(jìn)行燃燒前碳捕集的系統(tǒng)。

(3)富氧燃燒技術(shù)是最具潛力的燃煤電廠大規(guī)模碳捕集技術(shù)之一。在此過程中,用純氧氣和循環(huán)煙氣的混合物代替空氣,因此煙道氣中的二氧化碳濃度較高(90%～95%),更易于捕獲[12]。

3.1.3.2 碳零排技術(shù)

可再生能源是指完全通過自然過程獲得并以比枯竭更快的速度進(jìn)行補(bǔ)充的那些能源[13]。從這個角度來看,國際能源署(IEA)將水力發(fā)電、太陽能,風(fēng)能,地?zé)崮芎蜕镔|(zhì)能視為可再生能源。水電在中國的可再生能源發(fā)電中占主導(dǎo)地位,可靠、經(jīng)濟(jì)、高效,維護(hù)成本低,存儲容量大,我國水電的發(fā)展方向應(yīng)注意優(yōu)化機(jī)組調(diào)度運(yùn)行方式[14],提升送電能力和消納富余水電能力,同時推動水電設(shè)備朝著大型化、環(huán)?；?、高效化以及智能化發(fā)展;中國的風(fēng)能資源的季節(jié)分布與水力資源的季節(jié)分布是互補(bǔ)的,大規(guī)模的風(fēng)力發(fā)電可以彌補(bǔ)干旱季節(jié)水電的不足,在未來布局中應(yīng)不斷擴(kuò)大風(fēng)電產(chǎn)業(yè)規(guī)模,凸顯風(fēng)電平價效應(yīng);我國每年地表吸收的太陽能,相當(dāng)于2.4萬億 t標(biāo)準(zhǔn)煤[15],隨著儲能技術(shù)的進(jìn)步,成本將進(jìn)一步下降[16],太陽能發(fā)電與其他可再生能源互補(bǔ)潛力、儲能技術(shù)開發(fā)[17],從而提高太陽能發(fā)電在電力系統(tǒng)中的滲透水平。

3.1.3.3 碳負(fù)排技術(shù)

2018年,聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)《全球升溫1.5 ℃特別報告》中提出,BECCS等相關(guān)的二氧化碳脫除技術(shù)是未來有望將全球排放穩(wěn)定在低水平的關(guān)鍵技術(shù)[18]。BECCS是一種結(jié)合碳中和生物質(zhì)燃料和二氧化碳捕集與封存(圖7),從而實(shí)現(xiàn)碳負(fù)排的技術(shù)[19]。BECCS技術(shù)包括生物質(zhì)利用和CCS兩個主要的技術(shù)環(huán)節(jié),各個環(huán)節(jié)的技術(shù)發(fā)展將決定BECCS技術(shù)的廣泛實(shí)施。因此,生物質(zhì)資源產(chǎn)量、生物質(zhì)利用和CCS技術(shù)成熟度、項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性、政策推動情況這4個方面決定了該技術(shù)的發(fā)展空間和理論減排潛力。

3.2 電碳模型在“融碳”領(lǐng)域應(yīng)用場景

碳金融泛指服務(wù)于旨在減少溫室氣體排放的各種金融制度安排和金融交易活動,而碳市場則是政府約束和市場行為雙重作用的產(chǎn)物,體現(xiàn)了政府管制與市場調(diào)節(jié)的協(xié)同作用。碳金融的全球理念和基礎(chǔ)源于1995年,自“京都議定書”簽訂后,碳金融市場才真正興起,各國政府、國際組織等之后逐步參與碳金融活動。歐盟早在2005年建立碳交易市場,歐洲碳排放配額現(xiàn)貨和期貨也同步開始交易,實(shí)現(xiàn)了企業(yè)可通過參加碳市場交易或技術(shù)升級達(dá)到降碳減排的目的,已成為國際上制度最完善、規(guī)模最大的碳交易市場[20]。隨著我國雙碳政策的進(jìn)程和綠色低碳轉(zhuǎn)型的持續(xù)推進(jìn),碳交易市場規(guī)模逐漸擴(kuò)大。2012年之前,中國碳金融市場緩慢發(fā)展;2013年深圳成為中國首個碳交易試點(diǎn)城市,隨后上海、北京也逐步展開;2017年正式啟動了全國統(tǒng)一的碳市場;2021年7月,全國碳市場正式啟動交易,我國碳金融市場迎來了發(fā)展的重要時期[21]。根據(jù)生態(tài)環(huán)境部數(shù)據(jù)顯示,中國碳交易覆蓋排放量超過40億 t,將成為全球覆蓋溫室氣體排放量規(guī)模最大的碳市場。根據(jù)國信證券研報,預(yù)測全國碳交易市場初期年交易量約為4億 t,成交額可達(dá)約100億元。

3.2.1 碳交易

碳交易在我國已擁有一定規(guī)模且市場前景廣闊,其中,碳交易市場的定價效率至關(guān)重要,碳交易價格能夠引導(dǎo)投資者更好地利用碳排放交易市場進(jìn)行投資,推動市場的理性發(fā)展。電碳模型對碳價格的預(yù)測和相關(guān)影響因素的研究起到了重要的作用。

Li Guohui等[22]通過對碳價格時間序列的分解、重組,分別對重組后的序列建立不同的模型進(jìn)行碳交易價格預(yù)測。Xie Qiwei等[23]創(chuàng)新性地使用文本在線新聞來構(gòu)建與氣候相關(guān)的變量并結(jié)合其他變量,利用長短期記憶網(wǎng)絡(luò)和隨機(jī)森林模型對碳價進(jìn)行預(yù)測。趙峰等[24]在傳統(tǒng)碳交易價格預(yù)測模型的基礎(chǔ)上綜合考慮了碳交易價格本身和碳交易價格的相關(guān)影響因素,分別建立了 CEEMDAN-ARIMA指數(shù)平滑模型和改進(jìn)的哈里斯鷹優(yōu)化極限學(xué)習(xí)機(jī)的碳價格預(yù)測模型,結(jié)果表明該組合預(yù)測模型優(yōu)于單一的分類模型。郭昭藝等[25]通過將大用戶與分布式用戶用電需求加入到電碳交易平臺中,以促進(jìn)新能源消納為目標(biāo),對新能源交易市場構(gòu)建、電能替代、電能跨領(lǐng)域消納和能源多地區(qū)互補(bǔ)有著積極作用。呂書賀[26]創(chuàng)新性研究了碳價格對電力行業(yè)多元化能源結(jié)構(gòu)的影響,碳市場的良性發(fā)展能夠有效增加清潔能源的新增裝機(jī)容量,綠證價格和碳價的協(xié)同作用可進(jìn)一步優(yōu)化能源結(jié)構(gòu),有利推動電力行業(yè)的降碳減排進(jìn)程。王喜平等[27]基于建立空間雙重差分(SDID)模型和中介效應(yīng)模型,研究了碳交易政策對電力行業(yè)碳排放的影響,證明了碳交易政策對能夠顯著改善電力行業(yè)降碳減排,優(yōu)化能源結(jié)構(gòu),降低電耗強(qiáng)度。

建設(shè)全國性碳交易市場是利用市場機(jī)制,控制和減少溫室氣體排放、推動綠色低碳發(fā)展的重大制度創(chuàng)新。碳交易市場建立過程中,最核心、最基礎(chǔ)也是最難的一項(xiàng)工作是建立全國性的碳核算體系,能源數(shù)據(jù)是碳核算最重要的數(shù)據(jù)來源,而電力數(shù)據(jù)是能源數(shù)據(jù)的重要組成,相對其他能源數(shù)據(jù),具有計量準(zhǔn)確、獲取實(shí)時和全局可觀的特點(diǎn)。“電碳生態(tài)地圖”利用實(shí)時電力大數(shù)據(jù),結(jié)合具體地理信息,可展示全景碳排放數(shù)據(jù),便于政府、企業(yè)加強(qiáng)排放預(yù)判,提升開展碳資產(chǎn)管理、電能替代和綜合能源業(yè)務(wù)的精準(zhǔn)度,服務(wù)政府雙碳工作。

綠水青山就是金山銀山,藍(lán)碳(海洋碳匯)在應(yīng)對全球氣候變化和維持碳收支平衡中也起到了關(guān)鍵作用,同時在全球碳交易中也扮演著獨(dú)一無二的角色。目前,藍(lán)碳交易在國際上仍處于起步階段,搶占藍(lán)碳交易制高點(diǎn)無疑是國家戰(zhàn)略。2021年4月,威海推出了《威海市藍(lán)碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展行動方案(2021—2025)》,是我國首個藍(lán)碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展行動方案;2021年7月,廈門產(chǎn)權(quán)交易中心率先推進(jìn)“藍(lán)碳交易”,設(shè)立了全國首個海洋碳匯交易平臺,并完成了1.5萬t的全國首宗海洋漁業(yè)碳匯交易;2021年,全國首個藍(lán)碳基金成立,興業(yè)銀行廈門分行委托廈門產(chǎn)權(quán)交易中心通過藍(lán)碳基金購入首筆海洋碳匯用以抵消興業(yè)銀行與廈門航空共同推出的首批“碳中和機(jī)票”旅客旅程的碳排放。2022年2月,海南國際藍(lán)碳研究中心揭牌,進(jìn)一步推進(jìn)了藍(lán)碳增匯試點(diǎn)示范。

3.2.2 碳融資

碳配額是碳市場交易的主要產(chǎn)品,具有價值、價格和產(chǎn)權(quán)屬性,具備了較理想的融資應(yīng)用條件,為企業(yè)融資開辟了一條嶄新的道路[28]。在當(dāng)前國家大力支持低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展的背景下,如何科學(xué)運(yùn)用企業(yè)所擁有的碳配額來緩解自身融資難問題,將成為企業(yè)融資的新選擇。

根據(jù)中國人民銀行的公開數(shù)據(jù),截至2022年第一季度,我國本外幣綠色信貸已超過18萬億元,主要是瞄準(zhǔn)碳減排項(xiàng)目以及投向電力行業(yè)相關(guān)項(xiàng)目。胡榮才等[29]研究了綠色信貸對電力行業(yè)的前段投入、發(fā)電過程、末端產(chǎn)出等全生命周期的影響,在綠色信貸的引導(dǎo)下,綠色資金實(shí)現(xiàn)高效配置,能夠在一定程度上緩解低碳轉(zhuǎn)型中行業(yè)、企業(yè)的降碳減排經(jīng)濟(jì)困境,最終促進(jìn)整個電力行業(yè)實(shí)現(xiàn)低碳轉(zhuǎn)型。國網(wǎng)浙江電力推出了碳金融產(chǎn)品“智網(wǎng)減排貸”,通過與商業(yè)銀行合作,生產(chǎn)節(jié)能減排電力裝備的物資供應(yīng)企業(yè)在完成“碳賬戶”開立和碳能力評價后,可憑借物資中標(biāo)合同直接申請供應(yīng)鏈融資,滿足采購、生產(chǎn)等經(jīng)營需求。在國網(wǎng)溫州供電公司指導(dǎo)下,國網(wǎng)永嘉縣供電公司聯(lián)合人民銀行永嘉縣支行出臺《永嘉縣創(chuàng)新推廣碳資產(chǎn)融資工具促進(jìn)企業(yè)綠色發(fā)展三年行動計劃》,在永嘉縣范圍內(nèi)推出溫州市首個“碳易貸”產(chǎn)品,為具有碳資產(chǎn)企業(yè)提供貸款優(yōu)惠。

結(jié)合電碳地圖顯示的數(shù)據(jù),配合政府設(shè)立電力系統(tǒng)企業(yè)申請技術(shù)創(chuàng)新基金。2022年11月,福建廈門率先出臺政策助力發(fā)展方式綠色轉(zhuǎn)型,廈門市工信局、市財政局聯(lián)合制定發(fā)布《關(guān)于廈門市電力系統(tǒng)企業(yè)申請技術(shù)創(chuàng)新基金有關(guān)事項(xiàng)的通知》,為能源低碳轉(zhuǎn)型相關(guān)項(xiàng)目以及新型電力系統(tǒng)建設(shè)企業(yè)的研發(fā)投入提供低融資成本的技術(shù)創(chuàng)新基金扶持,使企業(yè)的融資成本低至2%/年。

3.2.3 碳保險

近年來,碳保險已逐漸成為區(qū)域、行業(yè)、企業(yè)低碳轉(zhuǎn)型進(jìn)程中風(fēng)險管理的重要工具之一,能夠起到有效降低碳市場風(fēng)險的作用,從而進(jìn)一步促進(jìn)碳金融發(fā)展。根據(jù)金融行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《碳金融產(chǎn)品》(JR/T0244—2022),碳保險是為了規(guī)避減排項(xiàng)目開發(fā)過程中的風(fēng)險,確保項(xiàng)目減排量按期足額交付的擔(dān)保工具。瑞士再保險公司(Swiss Re-insurance Company)早在2007年就開發(fā)了碳交付擔(dān)保保險,為碳減排行業(yè)、企業(yè)的碳信用額做擔(dān)保補(bǔ)償;2016年,平安保險也推出了碳保險業(yè)務(wù),主要用于協(xié)助企業(yè)增加減排裝備技術(shù)投入,減小超額排放的風(fēng)險,降低碳配額缺口;國網(wǎng)湖州供電公司借助新能源云聚焦服務(wù)政府,推動雙碳工作組織方式、手段工具等全方位優(yōu)化,探索形成碳金融、碳保險等扶持機(jī)制,構(gòu)建涵蓋認(rèn)證、積分、減排資產(chǎn)核證等多元形式的碳普惠機(jī)制;為切實(shí)保護(hù)“海岸衛(wèi)士”紅樹林資源,中國人壽財險推出了全國首單紅樹林藍(lán)碳生態(tài)保護(hù)保險,為福鼎全市紅樹林提供1 875萬元損失風(fēng)險保障。

我國碳市場已經(jīng)從7個碳市場試點(diǎn)穩(wěn)步過渡到了全國碳市場交易,但整體配額總量和交易活躍程度仍然有待提升,碳市場的法律制度、計量體系、市場建設(shè)等方面仍有待加強(qiáng)。現(xiàn)階段全國碳市場的配額總量約為45億t,預(yù)計全國碳排放權(quán)交易市場的交易換手率在3%左右。整體碳交易市場的規(guī)模和成熟度有待提升,保險機(jī)構(gòu)參與碳市場的基礎(chǔ)有待夯實(shí)。

4 結(jié)語

(1)電碳模型計算結(jié)果依賴于原始大數(shù)據(jù)的實(shí)時精準(zhǔn)采集,最重要的特點(diǎn)是實(shí)時性和真實(shí)性,主要來源是政府直接采集規(guī)上企業(yè)、重點(diǎn)企業(yè)的用能數(shù)據(jù),更重要的是引導(dǎo)中小微企業(yè)、非直供用戶的自主真實(shí)填報。

(2)使用不準(zhǔn)確的碳排放強(qiáng)度數(shù)據(jù),將嚴(yán)重誤導(dǎo)政府的政策制定、效果評估及分析,損壞降碳減排政策的公平公正性,導(dǎo)致行業(yè)和企業(yè)做出錯誤的降碳減排相關(guān)技術(shù)裝備升級決策,因此,建立客觀、直觀、精準(zhǔn)的電力系統(tǒng)碳排放強(qiáng)度體系至關(guān)重要。

(3)目前全國統(tǒng)一的碳市場處于起步階段,仍存在政策框架不完善、碳減排硬約束效力不足、碳市場作用發(fā)揮不充分等問題,政府對待碳金融產(chǎn)品的開發(fā)和創(chuàng)新較為謹(jǐn)慎,以電碳數(shù)據(jù)支撐碳金融產(chǎn)品服務(wù)創(chuàng)新仍未有實(shí)質(zhì)性突破。