中国电力行业碳排放配额分配——基于排放绩效

第3O卷 2011年 第11期 11月 Vo1．30．No．11 NOV．，2O11 中国电力行业碳排放配额分配 基于排放绩效 谢传胜，董达鹏，贾晓希，陈英杰 华北电力大学经济与管理学院，北京102206 摘 要阐述了我国二氧化碳排放现状；预测了2015年、2020年我国二氧化碳的允许排放量，测定出电力 行业的二氧化碳排放控制目标，并将其分解到不同容量等级的发电机组中；基于排放绩效方法，对2015年、 2020年不同火电厂的碳排放配额进行了分配；最后给出在我国推广排放绩效机制所需的政策支持。研究 结果表明，利用排放绩效机制能有效分配碳排放配额，控制二氧化碳排放量，是电力行业实施碳减排的一 种有效机制。 关键词碳排放；碳交易；碳排放强度；排放绩效；电力行业 中图分类号TM一9；F140．61 文献标识码A 文章编号1002980X201111005706 1 研究背景 随着工业化的发展，全球气温上升，特别是在 20世纪8O年代后，全球气温上升更为明显。全球 变暖导致一系列问题产生，如极端天气出现频繁、物 种灭绝、粮食减产等口]。工业化进程中化石燃料的 过度使用使得CO 排放量增多，被认为是造成全球 气候变暖的最主要原因。改革开放以来，我国国民 经济快速发展，而我国的经济增长模式是粗放型的， 因此，CO 排放量呈直线上升态势。根据世界能源 委员会的统计数据，2009年我国CO。排放量已位居 世界第一。经济的高速增长在提高居民生活水平的 同时也带来环境破坏、资源消耗严重等问题。随着 公众环保意识的加强，环境污染问题已成为人们关 注的焦点。在国家层面，要实现可持续性发展，就必 须转变经济增长方式，实行节能减排战略。2011年 3月，国民经济与社会发展第十二个五年规划纲 要明确提出了“十二五”期问“单位国内生产总值 CO。排放强度降低17 、非化石能源占一次能源消 费比重达到l1．4 ”的约束性目标。 电力行业是国民经济发展的重要基础产业，承 担着保障电力供应稳定、可靠的任务。电力行业所 消耗的能源主要是煤炭。2010年我国电力行业发 电生产耗用原煤量约16亿吨，占全国煤炭消费总量 的50．24 ，当年电力行业CO。排放量占全国CO。 排放总量的比重接近4o 。所以，在当前构建低碳 社会的大背景下，电力行业作为我国控制CO 排放 的重要领域，必须承担更多的责任，积极实行节能减 排，降低CO。排放量。 目前有关碳排放与碳减排途径的研究有很多。 景骆_2]通过构建库兹涅茨曲线研究了GDP增长与 CO 排放对环境的损害之间的关系；李国志等 研 究了我国CO。排放的特点，并基于sTIRPAT模型 分析了影响CO。排放的主要因素；金三林 针对我 国CO。排放的特点，提出了具体的减排途径；史晓 琳l_5 提出了利用碳配额机制控制CO。排放，并深入 研究了碳排放配额的价格理论。 排放绩效emission perance，EP机制是电 力行业控制气体排放的一种新机制，在SO 排放控 制领域的应用比较成熟 】。本文将排放绩效机制 应用到电力行业对CO排放的控制中，，对2015 年、2020年我国电力行业的CO。允许排放量进行预 测，并基于排放绩效机制，测度不同容量等级发电机 组的碳排放控制目标和发电量，计算不同容量等级 发电机组的GPS基准值，从而最终确定不同电厂的 碳排放配额。由于目前国内外此方面的研究较少， 所以本文只是一个初步研究，对促进排放绩效机制 在我国CO。排放领域的应用具有一定的参考价值。 收稿日期2011一O929 作者简介谢传胜1965一，男，江西大余人，华北电力大学经济与管理学院教授，研究方向电力技术经济、电力市场；董 迭鹏1988一，男，江西上饶人，华北电力大学经济与管理学院硕士研究生，研究方向电力技术经济、电力市 场；贾晓希1986，女，河北张家口人，华北电力大学经济与管理学院硕士研究生，研究方向电力技术经济、 电力市场；陈英杰1989一，男，湖北武汉人，华北电力大学经济与管理学院硕士研究生，研究方向电力技术经 济、电力市场。 57 济m 经 y 术懈 技 技术经济 第3O卷第l1期 2排放绩效概念 2．1发电绩效标准 发电绩效标准generation perance stand ard，GPS是指单位时间内发电机组／电厂或发电公 司每发一度电所产生的某种污染物的数量，用来反 映单位电量的该种污染物排放强度。从概念上理 解，某种污染物的GPS即该种污染物的年排放量与 年发电量的比值。根据年发电量的统计范围不同， GPS可被分为发电机组的GPS、电厂的GPS、发电 公司的GPS、区域或国家的GPS¨8 。 2．2排放绩效机制 EP是从GPS延伸过来的一个新概念和新机 制，是指单位经济活动排放的污染物数量或排放强 度。因此，排放绩效是衡量经济活动乃至经济增长 的环境表现的绩效指标。GPS的基本理论与排放 绩效的基本理论是基本相通的，两者的主要差异是 排放绩效机制的应用范围更广，在不同的行业和领 域已形成了一种有效的减排机制。鉴于此，一般不 区分排放绩效、发电绩效标准等概念的差异，而是将 它们统称为GPS机制。GPS机制的应用最早见于 美国、瑞典等发达国家，用来控制本国的SO 和 NO 等污染物的排放。目前GPS已成为衡量电厂 污染物的排放标准或对污染物进行总量控制及总量 分配的有效手段。 3我国二氧化碳排放现状 3．1二氧化碳排放总量 改革开放以来，我国在经济发展取得显著绩效 的同时也出现了资源消耗、碳排放增加等问题，特别 是2000年以后我国工业化迅速发展，CO。排放总量 从2000年的3383百万吨增加到2010年的8330百 万吨见表1，年均增长率为13．29 ，2OO0 2010 年我国CO。排放量的走势见图1。 表1 2000--2010我国CO 排放量增长情况 全国CO2 全国电力行业 电力行业COz 年度 排放总量 CO2排放量 排放量占全国的 亿吨 亿吨 比重 2000 33．83 12．1 35．77 2001 34．57 12．53 36．25 2002 36．5 12．99 35．59 20O3 42．86 1 5．12 35．28 2004 49．58 17．7 35．70 2005 54．66 19．97 36．53 2006 59．95 23．38 39．00 2007 64，66 25，48 39．4l 2008 68．96 26．O9 37．83 2OO9 77．07 27．64 35．86 2O1O 83．3 31．52 37．84 58 一 智 一 捌 盎 l 0 U 二 a ．- 差 喜 ； 年份 ．．一中国CO排放总量-．一中陶电力行业CO。排放量 一电力行业碳排放量比重 图1 2000--2010年我国CO排放量走势 3．2单位GDP二氧化碳排放量 考虑GDP的波动情况，单位GDP二氧化碳排 放强度可分为现价GDP排放强度和不变价GDP排 放强度。其中，现行价格与不变价格的转换公式为 f “ 一a。ll g 。其中，口。为基期的GDP值，g 为第i i0 年的GDP价格指数，a 为从基期数至第t年的 GDP值。2000--2010年我国单位GDP二氧化碳 排放量见表2，其走势见图2。 表2 2000--2010年我国万元GDP二氧化碳排放强度 现价排放强度 不变价排放强度吨／万元 年份 吨／万元 按2000年价格计算 2000 3．41 3．41 2001 3．15 3．22 2002 3．03 3．1l 2003 3．16 3．32 2004 3．1 3．49 2OO5 2．96 3．46 2006 2．77 3．37 2007 2．43 3．18 2OO8 2．2 3．09 20O9 2．26 3．1 7 2O1O 2．O8 3．11 1 、 管 一 醴 盎 谨 十观价排放强度 一不变价排放强度 图2 2002--2010年我国万元GDP二氧化碳 排放强度走势 谢传胜等中国电力行业碳排放配额分配 按汇率法和不变价美元计算，2008年我国亿美 元二氧化碳排放量为26．5万吨，是世界平均水平的 3．4倍、日本的9．9倍、德国的6．4倍、巴西的5．2 倍、美国的4．8倍。按PPP法和不变价国际美元计 算，我国二氧化碳排放强度显著低于现价排放强度， 但仍高于世界平均水平。2008年，我国亿国际美元 二氧化碳排放量为9．4万吨，是世界平均水平的 1．9倍、日本的2．7倍、德国的3．0倍、巴西的3．9 倍、美国的1．9倍[3]。可见，我国单位GDP能耗依 然很高，节能减排面临着巨大的挑战和压力。 4碳排放配额分配方法 基于GPS来对电力行业C 排放配额进行分配， 首要工作是确定分配目标电厂未来的GPS基准值，然 后按照电厂的发电量确定各电厂未来取得的排放量分 配配额。具体的c 排放配额分配程序见图3。 图3基于GPS的电厂CO排放配额分配程序 1确定发电量。为充分体现公平原则，火力发 电机组的发电量按装机容量乘以全国现有火电机组 的平均运行时间来计算；供热机组还需将供热量折 算为发电量，加和得到综合发电量，热电转换参数为 1MJ一0．278kWh。具体计算公式为 Q一∑Q 式1中Q表示单个电厂的发电量万kwh； Q， 表示容量等级为i的所有机组的发电量万 kwh，其中机组容量等级可分为大于等于100万kW 机组、大于等于60万kw且小于100万kw机组、大 于等于30万kW且小于60万kW机组、大于等于2O 万kW且小于3O万kW机组、大于等于1O万kw且 小于2O万kW机组、小于10万kW机组。 2计算CO 排放现状值。CO。排放现状情况 是确定现状GPS基准值和对电厂进行COz排放配 额分配的基础。各电厂的CO。排放数据可通过累 加不同容量等级机组的CO 排放量得到。具体的 计算公式如下 Ic, 一bs， · ； 2 6 E 一 J ·Q 。 3 zl 式2和式3中b 表示容量等级为i的机组 的发电煤耗g／kWh；口表示CO 排放系数，一般 取2．77；E 表示单个电厂的CO。排放量亿吨。 3计算现状GPS基准值。在确定了电厂现状 CO 排放量和电厂现状发电量后，根据GPS基准值 的计算公式，可得到该电厂现状GPS平均值，其计 算公式如下 GPS现一Q ／E 。 4 4预测目标控制年的电厂发电量。根据国家 经济发展水平，结合政府机构已经发布的相关规划 报告，预测控制目标年的全国电厂发电量，其中需要 将热电联产机组的供热量折算成发电量。 5预测目标控制年的CO 排放量。根据我国 确定的“十二五”末、“十三五”末的减排目标，结合未 来GDP增长情况，预测控制目标年的CO。允许排 放量。 6计算目标控制年的GPS基准值。在确定了 目标控制年的CO。排放量和发电量后，就可得到目 标控制年的GPS基准值。目标控制年的GPS基准 值如下 GPS目一Q ／E 。 5 式5中GPS目表示目标控制年的全国火电机 组平均排放绩效g／kWh；Q 表示目标控制年的 CO 允许排放量预测值亿吨；E 表示目标控制年 的全国火电机组年发电量万kWh。 7分配CO。排放配额。根据单个电厂的目标 控制年的发电量和全国目标控制年的GPS基准值， 可计算出每个电厂在目标控制年允许的CO。排放 量排放配额，其计算公式为 Q 一GPS目·E 。 6 式6中 表示每个电厂在目标控制年的 CO 排放配额亿吨；GPS目表示目标控制年的全 国火电机组平均排放绩效g／kWh；E 表示每个电 厂在目标控制年的发电量万kwh。 5 实证分析 5．1 目标控制年允许排放量确定 5．1．1 未来火力发电机组容量结构 本文对2015年、2020年我国CO。排放配额的 59 技术经济 第3O卷第l1期 分配情况进行了预测。根据中国电力行业发展 规划研究报告20l1，2015年和2020年我国煤 电装机预计达到9．33亿kW、11．6亿kW。根据 国家相关规划“十二五”、“十三五”期间我国将 大力发展以60万kW～100万kw超超临界 机组为代表的大容量、高效节能的发电机组；到 201 5年、2020年，全国60万kW级及以上燃煤 机组装机总量占火电总装机量的比例将分别提 高到50 、60 ；到201 5年，国内煤电平均单机 容量将达到14．5万kW，比2010年提高约4万 kW，2020年平均单机容量达1 6．8万kw，比 201 5年提高约2．3万kW。据此，可预测出2015 年末、2020年末我国火电装机容量结构，见表3 和图4 表3 2015年和2020年火力发电机组容量结构 年份 容最等级 2009 2O1O 2O1 5 2O2O ≥l00万kW机组 3．27 4．47 14 2O ≥6O万kW且100万kW机组 30．9 32．37 36 40 ≥3O万kW且6O万kW机组 35．3 35．84 35 33．5 ≥2O万kW且30万kW机组 8．3 7．5 5 3 ≥10万kW且20万kW机组 1O．4 8．76 4．5 2 10万kW机组 11．9 11．O6 5．5 1．5 一 皇 舞 毫 要 2HItj 2 20l 5 202{ 年份 圈不足10万kW 曩10盏不是_2Il万kW 啊曛20盏不是30万kW 罄瞳30盏不足“l万kW 囹60盏不是100万k []100万kW及以上 图4 2015年和2020年火力发电机组容量结构图 5．1．2 目标控制年二氧化碳允许排放量 “十二五”规划纲要明确提出“十二五”期间单位 国内生产总值二氧化碳排放强度降低17％。因此， 由2010年的单位国内生产总值二氧化碳排放强度， 可推导出2015年的此值大致为1．726tCO。／TY元。 假定“十二五”期间GDP的年均增长率为7．5 ，则 到201 5年我国GDP总量约为57万亿元，全国CO 排放量可达98亿吨。根据我国政府在2009年哥本 哈根会议前夕向国际社会公开承诺的，到2020年我 国单位国内生产总值二氧化碳排放强度比2005年 下降4O ～45 ，则2020年单位国内生产总值二 氧化碳排放强度约为1．48tCO ／万元。假定“十三 60 五”期间GDP年均增长率为7 ，则到209,0年我国 GDP总量约为8O万亿元，我国CO 排放量可达 1l8亿吨。 由于我国电力行业严格执行国家节能减排政 策，大力发展可再生能源以及发展高参数、大容量的 火电机组，因此可预见未来我国电力行业的CO。排 放量占全国排放总量的比重将有所下降，笔者在本 文中假定该值约为35 9／6，则到2015年末、2020年末 我国电力行业的CO。允许排放量将分别为34．3亿 吨、41．3亿吨。 5．2不同容量等级机组的GPS基准值 根据2010年我国装机容量数据以及火电机组 技术经济指标，可计算得到不同容量等级发电机组 的碳排放强度、CO。排放量以及所占比重，计算结 果见表4。 表4 2010年全国火电机组的碳排放情况 指标 机组容量 碳排放强度 碳排放量 碳排放量 g／kWh 亿吨 占比 全国水平 865．4O 31．52 1O0．OO ≥100万kW机组 778．40 1．35 4．29 ≥6O万kW且,100万kW机组 834．00 9．73 3n 88 ≥3O万kW且60万kW机组 859．02 11．1o 35．23 ≥2O万kW且3O万kW机组 884．04 2．3O 7．29 ≥1O万kW F 20万kW机组 911．84 2．76 8．78 1O万kW机组 928．52 4．28 13．53 将2015年、2020年的碳排放控制目标分解到 不同容量等级的发电机组中，分配原则以2010年不 同容量等级机组的碳排放量占比与其装机容量占比 之间的关系为参考依据。 运用回归分析法，分析2010年碳排放分配比重 与装机容量比重之间的关系，见式7 Y一0．79670。9522X。 7 式7中y表示不同容量等级机组的碳排放 量占比；X表示不同容量等级机组的装机容量占火 电装机容量的比重。 回归分析方差检验结果见表5。由表5可知， 相关系数R 一0．99230．99，表明二者具有极显著 的线性关系。这表明，不同容量等级机组的碳排放 占比与其装机容量占比密切相关，且具有很强的JF 向关系。 根据式7可将2O15年、2020年的碳排放控 制目标分解到不同容量等级的发电机组中，根据 不同容量等级发电机组的碳排放控制日标与发电 量，可计算得到2O15年、2020年的GPS基准值， 见表6。 谢传胜等中国电力行业碳排放配额分配 表5 回归分析方差检验结果 因子 df SS MS F SigF R Rz 回归分析 1 853．1383 853．1383 515．5041 2．229E 05 O．9961 0．9923 残差 4 6．6l98 1．6549 总计 5 859．7581 表6不同容量等级发电机组的CO排放绩效基准值 GPS基准值g／kWh 机组类型 2015焦 2020拄 全国平均 832．65 785．88 ≥l0O万kW机组 767．82 736．67 ≥6O万kW且100万kW机组 803．67 765．29 ≥30万kW 6O万kW机组 821．55 781．44 ≥2O万kW且3O万kW机组 849．14 817．23 ≥10万kw且2O万kW机组 868．35 837．76 10万kW机组 895．77 862．43 5．3 电厂碳排放配额分配 根据表6，笔者选取若干具有代表性的发电厂 进行碳排放配额分配，结果见表7。从表7可看出， 部分电厂如北京热电厂、大连电厂等在2011-- 2020年间的实际排放量均大于配额，且配额逐渐减 少，因此它们需要减少碳排放量；部分电厂如瑞金 电厂的现状排放绩效较小，在2011202O年间分 到的配额超出其实际排放量，因此它们在短期内不 需要削减碳排放量；部分电厂如红雁池发电厂在 20112o15年间分到的配额超出其实际排放量，因 此它们不需要削减碳排放量，2015年以后其配额逐 渐减少，到2020年后其实际排放量大于配额时，则 需要削减碳排放量。 表7发电厂样本的碳排放配额分配 装机容量 碳排放量 电力COz排放分配总量万吨 序号 所占地区 电厂名称 万kW 万吨 20l5年 2020圭E 1 北京 北京热电厂 222216．517．5 338．83 363．68 35O．36 2 辽宁 大连电厂 435 641．52 598．O9 568．89 3 l[J东 德州电厂 13o2x 3233270 1345．75 1127．62 lO73．1 9 4 江苏 扬卅l发电厂 22O14 198．91 187．74 180．69 5 J 海 石洞口第一电厂 432．5 641．8O 6O5．54 583．OO 6 浙江 台卅l发电厂 233613．5 66O．38 633．64 607．48 7 江西 瑞金电厂 235 273．10 299．O4 284．44 8 陕西 铜JII电厂 26O 502．97 5O1．49 477．54 9 贵州 大龙发电厂 23O 258．52 270．93 261．38 1O 新疆 红雁池发电厂 1331¨25．5 234．65 238．OO 227．61 6 政策建议 排放绩效机制是一种可有效控制CO排放的 新机制，具有很好的实用性和经济效率。尽管目前 排放绩效机制在我国并未得到普遍应用，但随着我 国节能减排力度的加大，排放绩效机制这一减排机 制必将具有广阔的应用前景。为了进一步促进排放 绩效机制在我国的应用，笔者提出如下政策建议 1建立GPS长效机制。以政策法规的形式将 GPS机制提升为一种控制碳排放的长效标准，不断 完善GPS标准体系和相应的各时期调整方案，以促 进进一步的降低排放。 2加大科研投入，降低发电机组的能耗水平。 推广应用排放绩效机制，必然要求现有的大部分电厂 削减碳排放量，这会增加发电厂的减排压力。为此， 我国应加大科研投入，不断促进技术升级，提高火电 机组的发电效率，降低发电机组的单位能耗水平。 3建立碳排放权市场交易机制。电力企业可 在碳交易市场上出售多余的排放权配额，以获取利 润；而超出排放配额水平的电力企业必须到碳交易 市场上购买碳排放额，否则将会受到相应的处罚。 采取市场调控手段，不仅可促使电力企业进行技术 创新，并且还可使技术先进、碳排放量低的企业通过 出售碳排放额获得经济利益，弥补技术创新投人的 成本，使其又可进一步进行技术革新，从而实现良性 循环，使整个电力行业实现低碳发电。 7 结论 在化石能源日益枯竭、全球气候不断变暖、生态 环境日益恶化的大背景下，转变经济增长方式、实行 节能减排、降低能耗水平，是实现可持续发展的必由 之路。电力行业是最大的CO 排放源，理应成为节 能减排的排头兵。 研究结果表明，排放绩效机制是一种新的碳减 排机制，具有很好的实用性，在电力行业对其积极推 广应用将能有效促进发电技术的进步、能源结构的 6] 技术经济 第30卷第11期 调整以及燃料结构的调整。本文的研究结论对我国 [4] 控制CO 排放具有重要的参考价值。 [1] E2] [3] 参考文献 康珂，周幼曼．二氧化碳排放与增长方式转变[J]．上海市 经济管理干部学院学报，2011，918-13． 景骆．二氧化碳排放量与我国GDP增长关系的实证研究 [J]．郑州航空工业管理学院学报，2o1o，2852427． 李国志，李忠植．我国二氧化碳排放的特点及影响因素分 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forward some policise supporting to use the emission perance mechanism．The research result shows that using the emission perance mechanism helps to allocate the carbon dioxide emission quota effectively，and control the carbon dioxide emis sion，and the emission perance mechanism is an effective mechanism to implement carbon reduction in electric power sector． Key wordscarbon emission；carbon trading；carbon emission intensity；emission perance；electric power sector 上接第11页 [3]曹霞，喻登科．科技成果转化知识管理绩效评价体系构建 [J]．科技进步与对策，20109128131． [4] 王毅，喻登科．TSAKM超三维结构知识空间及绩效形 成机理[J]．中国科技论坛，200911105109． [5] GRUBER T．A translation approach to portable ontology specifications[J]．Knowledge Acquisition，1 993，52 1 999． [6]刘希宋，喻登科．我国地区知识竞争力的本体评价基 于2004 2006年面板数据的实证[J]．山西财经大学学 报，2008112428． [7] 肖卫东．语义信息模型及应用[M]．北京电子工业出版 社，20017679． [8] 王辉坡．科技成果转化的知识管理及对策研究[D]．哈尔 Ontology uation on Knowledge Scitech Achievement 滨哈尔滨工程大学，2007． [9]Liu Xisong，Yu Dengke．Analysis of intrinsic relationship among elements of regional 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perances by the fuzzy integral uation ．Furthermore，it verifies the reliability of uation results through the stability analysis of lamda and the sensitivity analysis of weight，and demonstrates the scientificalness of the ontology perance uation model of knowledge management of seitech achievement transation． Key wordsscitech achievement transation；knowledge management；perance uation 62