北京著名白癜风医院 http://pf.39.net/bdfyy/qsnbdf/一个关系碳排放全局的重要参数
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摘要：在企业温室气体排放核算实务中，对于购入使用电力产生的二氧化碳排放，国内外均使用购入使用电量乘以电网排放因子得出。因此电网碳排放因子对于温室气体排放是一个攸关全局的重要参数。本文对电网碳排放因子的计算模型、应用场景和存在问题进行了综述，分析了存在的问题，提出了解决的方向性建议。
本文目的以科普为主，并非严谨的学术论文，因此部分内容会精简呈现，文中数据均引用自网络公开资料。作者水平有限，期望起到抛砖引玉的作用，欢迎各位专家和研究者深入探讨。
术语定义：
tce：吨标准煤当量，即1吨标准煤当量。是按标准煤的热值计算各种能源量的换算指标（标准煤是为了便于相互对比和在总量上进行研究而定为低位发热量大卡/kg的能源标准）。
tCO2e：吨二氧化碳当量。为统一度量整体温室效应的结果，需要一种能够比较不同温室气体排放的量度单位，由于二氧化碳对于全球变暖的贡献最大，因此，规定二氧化碳当量为度量温室效应的基本单位。
1我国双碳战略目标和能源转型战略的提出
为应对能源供需矛盾、生态环境保护、经济社会高质量发展带来的挑战，我国始终坚持能源转型战略，面对日益复杂的国际形势和日益严峻的气候变化挑战。
年9月，我国提出碳达峰、碳中和战略目标；
年3月，中央财经委员会第九次会议上明确了“十四五”是碳达峰的关键期、窗口期，明确了“构建清洁低碳安全高效的能源体系”、“构建以新能源为主体的新型电力系统”的重点工作任务；
年3月和10月分别发布的《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和年远景目标纲要》和《年前碳达峰行动方案》均提出，到年，非化石能源消费比重达到20%左右，单位国内生产总值能源消耗比年下降13.5%，单位国内生产总值二氧化碳排放比年下降18%，为“十四五”期间我国能源发展提出了具体要求。
在这一系列国家战略规划指导下，我国未来能源电力系统的发展蓝图和关键技术途径有了明确的导向性，即以“年前碳达峰、年前碳中和”为战略目标，以落实“构建清洁低碳安全高效的能源体系、构建以新能源为主体的新型电力系统”为实施路径。
2双碳目标下我国能源电力系统发展情景分析[1]
基于我国能源转型战略，构建双碳目标下我国能源电力系统发展情景，针对-年我国能源电力结构演变趋势进行预估分析。
一次能源消费总量指标方面，-年（前段），考虑经济社会发展水平的刚性增长需求，仍将保持每5年4-5亿tce的增长速度，至“十四五”末达到55亿tce左右，年左右达到峰值59亿tce，此后呈现下降趋势；-年（中段），前15年间每5年下降1亿tce，年降至56亿tce后基本保持稳定；-年（后段），仍具有小幅下降空间，年保持在55亿tce左右水平。
预估-年我国电力装机及发电结构，由此得到风光发电量、煤电发电量、非化石能源发电量占比等关键参数演化趋势：
电力装机：随着风光等新能源发电快速发展，预计非化石能源发电在电力装机总量中的占比持续提高，“十四五”末将超过50%。年达到70.1亿kW，在电力装机总量中的占比超过85%。
发电量方面，-年间非化石能源年发电量超过50%，形成非化石能源发电为主体的电力系统；风光发电量快速提升，年风光发电量达到2.3万亿kWh，占总发电量20%；-年间风光发电量开始超过煤电，之后煤电进一步加速退役，风光发电量在总发电量中占比加速提高，-年间超过50%，成为发电主体；年风光发电量11.9万亿kWh，占总发电量69.2%，为构建以新能源为主体的新型电力系统创造必要条件。
针对上述我国能源电力发展场景，初步测算能源电力系统年CO2排放指标，可得到以下结论：能源系统和电力系统的年CO2排放均可实现年前达峰（97.3亿tCO2e），年和年，能源系统年CO2排放分别降低为峰值的28.0%、10.5%，电力系统CO2排放分别降低为峰值的25.4%、1.6%，为实现年前碳中和目标奠定基础。
3电网在碳排放核算体系中的核心枢纽作用
从年以来，我国是当今世界最大的工业国，也是最大的碳排放国，年约占全球27%。根据《BP世界能源统计年鉴》，年全球碳排放总计为.84亿tCO2e，其中中国98.99亿tCO2e，占比30.7%，位居世界第一。但历史总排放、人均排放远低于发达国家。而电力行业碳排放超过能源行业排放总量的40%，加上工业、建筑、交通等主要排放部门的间接排放（主要为电力和热力）这个比例还要增加（来源《中国碳中和与清洁空气协同路径年度报告（）》）。
双碳目标下能源行业是主战场，电力行业是主阵地，电网处于发输变配用电力系统垂直专业管理的核心枢纽地位，也在源网荷储灵活互动的新型电力系统运行中居于重要的主干网络和集中管理地位，在双碳目标推进中起到不可替代的核心枢纽作用。有必要依托其电力供应核心地位，实时对电力数据和其他相关碳排放数据进行分析，分区域、行业、实时计算、监测和计量碳排放，为碳足迹的追踪奠定坚实基础，助力双碳目标实现。
4电网碳排放因子的计算和应用现状[2-6]
4.1欧美电力碳排放因子现状
电力碳计量的核心是分时分区电力碳强度的计算。美国和欧洲对电力碳排放计量工作非常重视，开展了利用电网调度自动化系统和电量计费系统数据进行配电网、变电站、用户分时分区电力碳强度计算，进而对用户进行电力碳计量的研究。美国电力碳强度计算，根据电力平衡区划分为50个计算区；欧洲电力碳强度计算根据国家与控制区域划分，针对一些较大的国家，正在考虑减小计算区域范围，电碳耦合分析未考虑网络拓扑，无法实现碳源追溯与碳迹追踪。
4.2电网碳排放因子分为排放类和减排类
清洁发展机制（CDM）是重要的全球碳减排机制，它建立了严密的方法，并由权威部门发布各种排放因子，用于测算每个CDM项目的温室气体减排量并用于交易。国家发改委近年公布了我国区域电网的基准线排放因子，为国内CDM项目的减排量测算提供了依据，得到普遍采用。但是由于目的和方法的区别，上述CDM排放因子并不能直接应用于排放类的基于LCA的产品碳足迹研究。
一方面从目的上讲，LCA的目的是尽可能真实地记录“实际发生的环境影响”，即量化描述产品生命周期过程中发生的资源消耗和环境排放，而CDM的目的是尽可能合理地预测“预期减少的排放数量”，需要设定一个“基准线”情景，然后估算一个CDM项目可以在未来减少的温室气体排放量。
另一方面从方法上讲，二者的数据收集范围及计算步骤差异很大。以电力为例，各种电力生产技术下生产1kWh电的LCA研究，需要向前追溯各种主要原料、燃料的生产过程直至开采阶段、收集各阶段的能耗、资源消耗、温室气体以及各种主要排放数据（如果是碳足迹，则只包含生命周期温室气体排放），最后汇总得到的LCA结果代表了如此生产1kWh电力所造成的生命周期环境影响。当然也可以计算由各种发电技术混合得到的1kWh电网电力的生命周期数据。
而对于CDM方法而言，首先，并不追溯上游的原料、燃料的生产过程，只考虑发电过程本身；其次，CDM计算的结果是CDM发电过程排放与“基准线”排放之间的差值（通常LCA方法并不计算“差值”，也就不需要“基准线”）。原则上，一个CDM发电项目每发1kWh的电，意味着电网中别的电厂可以少发1kWh电，但关键问题是，电网中哪些电厂会因CDM项目减少发电量呢？这就是电网基准线试图确定的。
从发改委公布的电网基准线排放因子计算说明中，可以看到其基本算法与假设：
1）在短期内，CDM发电项目导致电力需求减少时，电网中只有火力发电厂可以因此减少发电量（水电、风电都不减少，即假设来水、来风时就一定会发电），所以基准线就是电网中火电的排放因子（生产1kWh的温室气体排放量），称为电量边际排放因子（OM，OperationMargin），即短期内CDM项目每发1kWh电相当于当前火电厂减少1kWh发电量；
2）在远期，CDM导致的电力需求减少，是由新建的电厂来平衡的，所以基准线就是新建电厂的平均排放因子，称为容量边际排放因子（BM，BuildMargin），即从远期看CDM项目每1kW的发电容量相当于少建1kW装机容量；（如果新建电厂中有很多水电、风电或核电等低碳电力，则BM可能远远低于OM）。
3）综合而言，CDM发电的基准线排放因子设定为：（OM+BM）/2
4）保守性原则：如果基准线中高估了电力的排放因子，就会高估CDM项目的减排数量。为保守计，基准线排放因子在计算各种燃料的排放时都选择了低限值。
从上述说明中可以看到，CDM的基准线排放因子OM、BM与LCA或碳足迹所需要的排放因子是完全不同的概念，OM则只包含了生命周期的一部分。
4.3计算温室气体排放类的因子
4.3.1区域电网平均排放因子
电网划分系根据我国区域电网分布现状，将电网边界统一划分为东北、华北、华东、华中、西北和南方区域电网，不包括西藏自治区、香港特别行政区、澳门特别行政区和台湾省。为规范地区、行业、企业及其他单位核算电力消费所隐含的二氧化碳排放量，确保结果的可比性，国家发展和改革委员会（现为生态环境部）应对气候变化司组织国家应对气候变化战略研究和国际合作中心，根据所在区域电力系统中所有发电厂的总净发电量、燃料类型及燃料总消耗量，研究发布了中国区域电网的平均二氧化碳排放因子，也称为碳排放强度，可供政府、企业、高校及科研单位等核算电力调入、调出及电力消费CO2排放量时参考引用。排放因子计算公式如下：
式中：
EFgrid,i：区域电网i的平均CO2排放因子，kgCO2/kWh
Emgrid,i：区域电网i覆盖的地理范围内发电产生的CO2直接排放量，tCO2
EFgrid,j：向区域电网i净送出电量的区域电网j的平均CO2排放因子，kgCO2/kWh
Eimp,j,i：区域电网j向区域电网i净送出的电量，MWh
EFk：向区域电网i净出口电量的k国发电平均CO2排放因子，kgCO2/kWh
Eimp,k,i：k国向区域电网i净出口的电量，MWh
Egrid,i：区域电网i覆盖的地理范围内年度总发电量，MWh
i：东北、华北、华东、华中、西北和南方区域电网之一
j：向区域电网i净送出电量的其他区域电网
k：向区域电网i净出口电量的其他国家
具体次级参数计算大概为：
限于篇幅不展开了，有兴趣的同学可以自行搜索。
数据来源主要是来自于《中国电力年鉴》、《电力工业统计资料汇编》，发电燃料消费量、平均低位发热值主要来源分别为《中国能源统计年鉴》，分燃料品种的含碳量主要来源为《省级温室气体清单编制指南（试行）。
现在沿用的是年发布的年和年中国区域电网平均CO2排放因子（kgCO2/kWh），计算结果如下：
年12月2日，国家生态环境部就《企业温室气体排放核算方法与报告指南发电设施（年修订版）》征求意见，此次修订将全国电网平均排放因子0.tCO/MWh调整为最新的0.tCO/MWh，该值表示单位用电量隐含的二氧化碳排放。
4.3.2其他排放类因子[7]
其他排放类因子的应用范围小，效力也远没有区域电网平均CO2排放因子高，有一些是中间计算数据，大家知道一下即可，大致有省级电网平均排放因子、碳足迹电力排放因子（指某个电力种类产品在生命周期中消耗1度电产生的温室气体排放，其计算方法是基于生命周期（LCA）算法分析生产一度电产生的温室气体排放。
4.4计算温室气体减排类的因子
4.4.1区域电网二氧化碳基准线排放因子[8]
是指新能源电力设施发一度电时,对应减少的温室气体排放，其计算方法比较复杂，逻辑上来说，电网基准线排放因子只可以适用于开发新能源电力减排项目（CCER、CER等）时计算项目的减排量。生态环境部应对气候变化司研究确定了年度减排项目中国区域电网基准线排放因子，其中排放因子计算方法包括电量边际排放因子（OM）和容量边际排放因子（BM），根据电力系统中所有电厂（不包括低运行成本/必须运行机组）的总净发电量、燃料类型及燃料总消耗量计算。其中，OM计算过程中，对净发电量、燃料消耗量以及燃料参数的选取遵循了保守原则，BM计算过程中，对新增机组样本的确定，新增机组的发电量以及单位电量排放因子的选取遵循了保守原则。
根据《电力系统排放因子计算工具》（07.0版）关于OM排放因子计算方法的选择决策流程图，采用“简单OM方法”中的选项B公式，基于电力系统中所有电厂（不包括低运行成本/必须运行机组）的总净发电量、燃料类型及燃料消耗量计算，公式如下：
式中：
EFgrid,OMsimple,y是第y年减排项目所在电力系统的简单电量边际排放因子OM
(tCO2/MWh)；
EGy是电力系统第y年的总净发电量，即剔除低运行成本/必须运行
机组之外的其他所有机组供给电网的总电量(MWh)；
FCi,y是第y年上述机组对燃料i的总消耗量(质量或体积单位)；
NCVi,y是第y年燃料i的平均低位发热量（GJ/质量或体积单位)；
EFCO2,i,y是第y年燃料i的CO2排放因子(tCO2/GJ)；
i是第y年电力系统发电消耗的化石燃料种类；
y为提交项目PDD时可获得数据的最近三年中的每个年份。
区域电网基准线排放因子由国家发改委气候司发布，从年开始每年更新，目前最新的排放因子为年的，年度减排项目中国区域电网基准线排放因子计算结果详见下表：
Object:word/embeddings/oleObject1.bin
4.4.2其他细分领域的基准线排放因子
了解一下即可，有中国低碳技术化石燃料并网发电区域电网基准线排放因子，指的是虽然是化石燃料发电，但是排放很低的电厂发一度电，减少的温室气体排放。其计算方法是取电网中效率最高的15%的化石燃料电厂的排放因子的平均值。这个排放因子主要就是针对于“低碳技术化石燃料并网发电”项目（如超超临界）的方法学计算减排量使用。该方法学最新的数据为年的，其数据如下：
5目前我国电网碳排放因子计算滞后严重制约了产业发展
5.1宁德时代曾毓群的碳足迹提案
年两会双碳相关的提案除了关于碳市场、碳期货、碳税、碳普惠及各行业相关的双碳常规提案以外，还有关于建立碳足迹管理体系、打通中欧碳足迹互认互通等专业性强的提案。其中宁德时代()曾毓群在《关于加快我国电池碳足迹研究并建立中欧互认机制的提案》中提出了以下建议：
1）借助中国产业链完善、应用数据丰富的优势，加快我国电池碳足迹方法论研究。同时与欧盟积极沟通，建立合作交流机制，推动中欧电池产品碳足迹方法论的协调与互认。
2）建议有关部门按年度、分区域更新发布我国电力碳排放因子，并以此为基础建立我国电池产业链各环节碳排放因子数据库，及时更新并向国际通报。
3）加强绿色电力认证国际合作；研究适用于我国电池产业发展和产品需求的绿证管理制度，并通过区块链、5G、物联网等数字化技术为其确权。
5.2欧美等利用碳足迹壁垒对中国光储产业形成了实际重大打压
5.2.1欧盟出台电池法规草案
年12月，欧盟出台了电池法规草案，在该草案中规定了从年起所有进入欧盟市场的电池都必须公开其碳足迹信息，提供碳足迹报告才能进入市场销售，强制要求电池必须年起按碳足迹大小分级，年前出台碳足迹限值。此类法规要求会严重影响整个锂电池的产业链，而且同样的法规未来还可能扩展到更多其他产业。从欧盟电池法规案例来看，欧盟对生命周期碳足迹抱有强烈的信心，甚至未来，类似于碳足迹的核算方法、标准和法规会成为整个碳中和市场政策措施标准的基础。而我国目前关于产品碳足迹核算的方法论和操作规范缺失。
欧盟制定的产品环境足迹PEF标准和指南是全球最严格和明确的LCA规范，它对各种数据来源、数据质量、建模方法都做了明确要求，甚至要求产品按照批次进行报告，且报告需要第三方审核。欧盟电池PEF标准对模型和报告的要求。每一个方框都代表电池产业链某一个环节要收集数据至报告中。甚至每一个过程哪些主要的数据必须提供，这些数据的数据质量如何评价，都在标准里做了严格的要求。
即使遵照欧盟的规则计算碳足迹，一方面欧盟规则也会存在一些有利于欧盟或其盟友的条款（地球人都明白），此外关键的就是电力排放因子。因为中国目前并没有国家统一的碳足迹数据库，所以就算是计算中国产品的碳足迹，也只能用欧盟的数据库。欧盟的数据库里有中国的碳排放数据，他们可以有意无意地延迟相关排放因子的更新以提高他们在数据方面的优势，其中最为致命的就是我国的电力排放因子。
欧盟常用的数据库中中国的电力排放因子只有一个国家级的排放因子，而且高达g/kwh。而这个数值远高于美国的、英国的、德国的和韩国的。所以光电力碳排放这一块，中国就高出其它竞争对手一大截，不光是电池，几乎所有的产品在碳足迹方面相对它国竞争对手都会变得毫无竞争力。
5.2.2法国、韩国的光伏组件招标
另外，光伏组件也面临碳足迹核算的巨大挑战，已经在法国和韩国的竞争中吃到了碳足迹的大亏。法国能源监管委员会（CRE）在光伏招标项目中，把碳足迹排放值列入重要的竞标依据。因为中国光伏组件的碳足迹远高于竞争对手法国、德国和韩国企业的碳足迹，导致我国产品吃了大亏。年前三季度，我国光伏组件占全球市场（79.5吉瓦）的74%、欧洲市场（14.9吉瓦）的97%，但只占法国CRE碳足迹项目（0.68吉瓦）的23%，由此可见一斑。如果后期推广到其它国家，其影响可能甚至大于当年的光伏双反。
韩国也从年对新增的光伏装机容量强制要求碳足迹认证，并且将根据产品的碳足迹数据进行分级，不出意外的话，因为电网排放因子过高的原因，中国的所有光伏组件都可能被划到最低等级。而且更为无奈的是，韩国对中国企业的认证申请一拖再拖，到现在还没有一家企业获得认证。
5.3我国商务部的规划
去年11月份，我国商务部发布了《“十四五”对外贸易高质量发展规划》，规划明确地提出了要探索建立外贸产品全生命周期碳足迹的追踪系统，一方面推动了企业，一方面参与了国际绿色贸易的规整和标准的制定。可见，碳足迹追踪正在形成国内外政策共同的推动。
6改进建议
在碳排放计量方面，在空间维度上，当前碳强度管理存在计算覆盖区域大、计算缺乏时效性，未考虑可再生能源发电类型和数量在不同区域的发展差异；在时间维度上，计算时长一年内只有一个指标值，未考虑再生能源发电的时变特性等问题，且数据存在滞后性。
在碳流追踪溯源方面，碳强度计算过程要素缺失，未考虑电能在电网中的传输特性，迫切需要考虑电能在电网中的物理传输路径，实现发电厂、变电站、用户的碳流在线追踪，在线分析碳流在电网中的传输规律。
在碳迹全景展示方面，当前针对碳强度的应用方式单一，难以直观反映电力碳排放强度的时空演化特征。计算出的碳排放强度不精确，难以帮助政府、企业和电力部门制定有针对性的“双碳”达标政策。
如何解决各类碳排放因子核算的技术标准体系及管理标准体系已经是当前我国双碳战略路径上的一个突出问题，迫切需要加强在碳源碳汇数字孪生、碳流图底层建模及多维展示、基于LCA全生命周期的碳排放核算数据库和核算模型、科学更新制定基准线排放因子等方面的研究。
参考文献：
1.《双碳目标下我国能源电力系统发展前景和关键技术》，周孝信院士，
