不确定性能源电力系统-碳贸易模型及其应用——以天津为例

文章将不确定能源电力系统碳贸易模型用于天津市的能源系统规划与碳管理中。研究基于融入区间和随机不确定性优化理论构建了区间随机碳贸易模型,可以处理表现为随机和区间形式的不确定性信息,并可以有效的对能源电力系统中的碳允许排放定额进行再分配。通过将该模型应用于天津市能源电力系统内,可以证明该模型的可行性。文章提出的模型具体可以实现:保证碳排放量达标的前提下,实现能源电力系统的规划与管理;以及在系统成本最小前提下,生成CO气体减排方案。2     

农村居民生活碳达峰路径及对策

全国碳达峰目标已经明确,农村居民生活能源消费是碳排放增长的重要来源,亟待得到有效控制.为研究农村居民生活碳达峰路径,基于农村居民生活能源消费现状分析,采用碳排放系数法对2000—2018年农村居民生活的碳排放进行核算,基于情景分析法,从能源消费结构调整的角度,设定不同情景分析农村居民生活的碳达峰时间及峰值.结果表明:①2000—2018年,农村居民生活碳排放量、人均碳排放量均呈快速上升趋势,其中农村居民生活碳排放量占国家碳排放总量的3.0%~4.0%.②在2030年国家碳排放强度下降65%的目标下,农村居民生活同步碳达峰目标约为3.64×108 t;农村居民煤炭消费的碳排放已在2017年达峰,总量达峰则依托于能源结构调整情景实现目标.③基准情景下,2030年前无法实现碳达峰;政策情景下,将在2027—2028年达到峰值,峰值约为3.66×108 t;优化情景下,将在2024年达到峰值,峰值约为3.44×108 t.④基于能源结构调整的碳达峰路径主要表现为煤炭消费占比降至18.0%左右,天然气、电力、其他能源消费占比分别提至1.5%、35.0%、30.0%左右.研究显示,促进碳达峰的措施可重点从完善顶层设计、制定农村能源发展战略规划、推动分布式能源系统建设、加强节能减排技术保障、创新资金支持、普及绿色低碳生活方式等几个方面加强实施,从而推动农村的能源变革与节能减排.      

基于LSTM模型的中国交通运输业碳排放预测

为助力交通运输业实现碳达峰、碳中和目标,本研究基于拓展的STIRPAT模型选取人口、机动车保有量和能源强度等8个变量作为中国交通运输业碳排放量影响因素,并根据1990-2019年指标数据建立LSTM碳排放模型,在低碳、基准及高碳3种情景下对交通运输业碳排放进行预测.结果表明:1990-2019年间中国交通运输业碳排放量总体呈现上升趋势.低碳、基准及高碳情景下,碳排放达峰时间分别为2033年、2035年及2038年,峰值量分别为1145.64,1218.68,1308.40百万t.中国应积极采取节能降碳措施,优化交通运输业结构,推进清洁能源应用,促进中国交通碳排放向低碳情景发展,助力达峰目标早日实现.     

分布式光伏-储能系统经济-碳排放-能源效益实证分析——以山东省胶州光伏及其储能系统为例

建立光伏-储能系统成本收益经济模型和全生命周期碳排放和能源分析模型,以静态投资回收期和内部收益率、碳排放强度和碳补偿回收期、能量回收期分别作为经济效益、碳减排效益和能源效益的评价指标,并以山东省胶州农村5,8,10,15kW光伏和11kW-h储能系统为案例,分析增加储能系统后的经济-碳排放-能源特征.案例表明,增加储能...     

基于系统动力学的甘肃省碳排放峰值预测

针对经济结构以高耗能行业为主但生态脆弱的甘肃省开展碳排放峰值预测研究,基于对甘肃省碳排放现状的分析,将其分为7个碳排放行业,即电力、热力的生产与供应业,黑色金属冶炼及压延加工业,石油加工炼焦及核燃料加工业,有色金属冶炼及压延加工业,非金属矿物制品业,化学原料及化学制品制造业以及交通运输业。选择每个重点耗能行业碳排放量占比最大的子行业,分别为火力发电供热,钢铁,石油加工,铝、镁,水泥,合成氨及道路运输子行业进行研究。借助Vensim PLE软件建立7个子行业碳排放系统动力学模型,采用情景分析法设置快-慢模式、中-慢模式、慢模式、快-中模式、中模式、慢-中模式、快模式、中-快模式8种情景模式对甘肃省碳排放峰值进行预测。结果表明:甘肃省碳排放峰值出现在2028—2045年,为2.09亿~4.29亿t;同时考虑峰值大小和峰值出现时间及甘肃省发展现状,中模式为实现甘肃省碳排放达峰的最优方案。在此基础上,提出甘肃省今后要加大产业结构调整、能源结构优化、生产技术改进力度。     

多情景视角下中国能源消费和碳达峰路径

准确预测能源消费及碳排放量对于科学有序落实我国"2030年前碳达峰,2060年前碳中和"目标有重要现实意义.提出了一种融合位置扰动和模拟退火的改进粒子群算法（IPSO）优化基于两层"分解-集成"策略的预测方法：首先利用趋势分解（TD）将原始能源消费时序分解成趋势项和非趋势项,继而使用经验模态分解（EMD）将非趋势项分解成若干本征模态函数（IMFs）和一个残差项,然后对上述趋势项、IMFs和残差项分别建模预测,利用IPSO优化多元线性回归模型（MLR）预测趋势项,采用长短期记忆神经网络（LSTM）预测非趋势项的本征模态函数IMFs和残差子序列,最后通过相加集成求取最终能源消费预测值.实证分析表明,基于TD-EMD两层"分解-集成"策略的IPSO-MLR-LSTM模型融合了TD、EMD、IPSO和LSTM的优点,更全面地捕捉了趋势项和非趋势项演化规律,提升了预测性能,将其应用于能源消费领域是可行且有效的.最后,预测了在不同能源消费结构、经济增长、人口数量、能源效率和人均生活能源消费水平情景下的我国2021~2035年能源消费和碳排放量,并给出相关政策建议.     

湖南省能源消费碳排放驱动因素及趋势预测实证分析

基于灰色系统理论,建立STIRPAT多变量非线性模型定量研究了湖南省6个角度11个指标对能源消费碳排放的影响。将缓冲算子理论与灰色预测分析相结合,在构建灰色Verhulst模型的同时,采用幂平均弱化缓冲算子对能源消费碳排放量原始数据作优化修正处理并预测未来5年碳排放量。结果表明:产业结构对碳排放关联程度最高、能源结构因素边际贡献率最大,弹性系数为-0.2055,经过幂平均弱化缓冲算子处理的模型具有更高的预测精度。通过定性分析湖南省能源消费碳排放量变化特征,定量计算碳排放驱动因素的边际贡献度,结合其发展趋势和预测结果,可为湖南省节能减排政策的制定提供参考。     

绿色居住建筑运营阶段碳排放量化指标计算与分析

随机选取天津市一、二、三星级(各5个)绿色居住建筑,从建筑设备能耗、住区绿化、水系统3个方面建立了绿色居住建筑运营阶段碳排放量化计算模型,以建筑分项能耗计算结果为基础,采用碳排放系数法,核算出不同星级绿色居住建筑运营阶段的总碳排放量和各类分项碳排放量。结果表明:一、二、三星级单位建筑面积年碳排放量均值依次为84.70,80.13,70.81 kg/(m~2·a),随着星级的增加呈现递减的趋势,与建筑设备运行能耗规律相似,而住区绿化系统和建筑水系统的碳排放量与星级分布并无关联。     

昆明市二氧化碳排放峰值研究

通过对国内外二氧化碳排放峰值预测模型的分析研究,在2010年昆明市社会发展及能源消耗数据的调查基础上,设定昆明市2011—2035年低、中、高3种排放情景模式。分析影响昆明市碳排放量的因素,对STIRPAT模型进行拓展,计算相应的碳排放峰值出现年份及峰值量。结果显示:在低排放模式和中排放模式的情景下,昆明市的碳排放峰值可分别在2021年及2028年达到,而在设定的高排放模式下,2011—2035年,碳排放量一直呈上升趋势。应提高能源效率,优化能源结构,科学规划产业结构,降低碳排放强度,尽早达到碳排放峰值年。     

我国交通部门碳排放影响因素及减排路径研究

控制好交通碳排放对实现我国2020年温室气体排放控制目标具有重要现实意义。本文通过构建交通部门能源消费和碳排放分析模型,在分析交通碳排放主要影响因素的基础上,采用情景分析法定量分析了到2020年交通碳排放趋势,基于情景对比总结了交通部门减排路径,并提出相应政策建议。     

2020年中国区域及省级电网电力碳足迹研究

电力碳排放的数据质量取决于电网排放因子的准确性。为了获得用于产品碳足迹计算的电网电力碳足迹排放因子,基于电网排放因子数据和计算方法,将核算范围扩展到电力上游的燃料开采与生产、发电设施建设与退役以及电力生产过程,考虑CO₂、CH₄、N₂O等温室气体排放,得到2020年中国区域及省级的电网电力碳足迹排放因子。结果表明：华北地区排放因子最高(1.005 t CO₂e/MW·h),南方地区排放因子最低(0.470 t CO₂e/MW·h),可再生能源占比高的省份排放因子低,全国排放因子显著降低。研究得到的电网电力碳足迹排放因子可为电力碳排放计算提供参考,建议在计算产品碳足迹时优先使用。     

北京能源消费排放CO2增量的影响因素分析——基于三层嵌套式的I-O SDA技术

通过构建一个扩展的竞争型经济-能源-碳排放投入产出表,运用三层嵌套结构式I-O SDA 技术,从整体情况、分产业、工业分行业3 个层面,对1997—2007 年北京的碳排放增量进行了分解。结果表明:消费、投资、调出和出口等经济规模增长要素,以272.46%的贡献率成为增排的主要因素,而能源消费强度变动效应,则以-237.13%的贡献率成为减排的决定性因素;在规模扩张各效应中,调出和消费超过投资和出口达8 403.38×10⁴ t,是增排的主要贡献者;2002—2007 年间以“高碳”为特征的新一轮工业化,使该期增排占到1997—2007年总增量的86.41%;服务业的贡献率是75.93%,为增排的第一大部门,但2002—2007 年工业超出服务业1 036.40×10⁴ t;重制造业的贡献率是1 030.76%,为增排的重点行业,而能源工业则以-992.81%的贡献率,成为减排的重点行业;各时段各效应在不同产业、工业不同行业发挥的作用大小不同且不够稳定。     

中国钢铁行业二氧化碳排放达峰路径研究

钢铁行业是我国重要的CO₂排放源. 作为典型的资源能源密集型产业,钢铁行业加快绿色低碳转型、尽早实现碳达峰并有效降碳,既是行业自身高质量发展的内在需要,也是支撑落实国家碳达峰、碳中和目标的客观要求. 本文综合考虑经济社会发展、资源能源利用、工艺结构调整、低碳技术应用等因素影响,开展了基于情景分析的钢铁行业CO₂排放达峰路径研究,对不同情景下钢铁行业CO₂的排放趋势进行测算,识别钢铁行业CO₂减排的主要驱动因素,判断推动钢铁行业碳排放达峰的关键举措,为制定“双碳”目标背景下钢铁行业CO₂排放控制策略提供参考. 测算结果表明,我国钢铁行业CO₂总排放量有望在2020—2024年期间达到峰值;行业CO₂总排放量峰值为18.1×108~18.5×108 t,达峰后到2030年降幅将超过3×108 t. 研究显示,粗钢产量是决定我国钢铁行业碳排放能否快速达峰的关键,加大废钢资源利用、推进外购电力清洁化以及提高系统能效水平是2030年前钢铁行业实现碳排放达峰并有效降碳的重要途径. 到2030年,粗钢产量降低、加大废钢资源利用、推进外购电力清洁化、提高系统能效水平以及氢能炼钢和二氧化碳捕集、利用与封存(CCUS)等前沿技术对钢铁行业CO₂减排的贡献率分别为11%~52%、34%~52%、7%~20%、5%~13%和2%~3%.      

中国水泥行业二氧化碳排放达峰路径研究

水泥行业是主要的CO₂排放行业,2020年我国水泥行业CO₂排放占全国排放总量的12%,占全国工业过程排放的60%以上. 为开展水泥行业碳达峰路径研究,提出了基于社会、经济等影响因素的多因素拟合分析模型以及基于主要下游产业的需求预测方法,对2021—2035年我国水泥熟料及水泥产量进行预测;并通过对水泥行业碳排放特征的分析,考虑主要控制措施的可行性,构建我国水泥行业CO₂排放情景,对2021—2035年水泥行业CO₂排放趋势进行测算,在此基础上分析水泥行业碳达峰路径及相关政策建议. 结果表明:①中国水泥熟料消费量在“十四五”期间仍有一定上升空间,随着经济社会的绿色转型,水泥市场需求在“十五五”时期下降. ②在此基础上,通过全面加强产能控制、加大落后产能淘汰力度、推广高效节能技术、积极推进原燃料替代,可推动水泥行业碳排放于“十四五”中期达峰,峰值为13.8×108～14.2×108 t,经过2～3年的峰值平台期后呈持续下降趋势,2030年水泥行业碳排放量将较2020年下降15%~18%. ③2030年,水泥熟料及水泥产量的下降将带动水泥行业碳排放量较2020年减少1.4×108 t. 在各项技术措施中,节能改造是CO₂减排潜力最大的措施,2030年能效提升可带动水泥行业CO₂排放量较2020年减少0.38×108 t;其次是利用固体废物替代燃煤,可带动行业CO₂排放量较2020年减少0.17×108 t. 研究显示,推动我国水泥行业碳达峰及碳减排,需在加强产量控制避免水泥过度消费的基础上,聚焦节能改造和原燃料替代措施.      

政府-企业-居民协同共治的道路交通碳交易机制

根据道路交通碳排放的影响机理,提出同时把上游燃料供应企业、中游汽车生产企业、下游汽车使用者同时作为道路交通碳交易的责任主体,设计了政府-企业-居民协同共治的道路交通碳交易机制,包括碳配额总量设定、初始碳配额分配、行业基准设定、履约考核、市场交易以及监测报告核查等制度.通过案例与情景分析揭示了道路交通碳交易的多主体协同作用机理：在政府对于碳配额总量和行业基准的调控下,燃料供应企业将通过改变燃料成分来降低燃料排放因子;汽车生产企业将通过提高汽车燃油经济性和新能源汽车比例来降低汽车能耗强度;汽车使用者将通过减少车辆行驶里程降低交通需求或者购买使用新能源汽车.本文所提出的政府-企业-居民协同共治的道路交通碳交易机制,可以分别从上游、中游、下游促进道路交通碳排放的3个关键影响因素——燃料排放因子、汽车能耗强度、交通活动需求协同优化,能够有效控制道路交通温室气体排放增长,进而加速“碳达峰”的实现和“碳中和”的转型.     

中国电力行业二氧化碳排放达峰路径研究

电力行业是我国最大的碳排放部门,碳排放量占全国碳排放总量的40%以上;同时,电力将是未来10年能源增长的主体,而这些新增用电与国计民生直接相关,属于刚性需求,是支撑我国经济转型升级和未来居民生活水平提高的重要保障. 电力行业未来新增需求压力巨大,其碳排放峰值及达峰速度将直接决定2030年前全国碳排放达峰目标能否实现. 统筹考虑社会经济发展、各部门用电需求、电源结构调整、发电标准煤耗变化等因素,采用基于情景分析的方法,开展电力行业碳排放趋势预测,识别碳减排的主要驱动因素,提出推动碳排放达峰的关键举措,为制定碳达峰目标背景下的电力行业碳排放控制路径提供参考. 结果表明:①通过积极措施,电力行业碳排放能够在2030年左右达峰,在不考虑热电联产供热碳排放时,于2028—2031年达峰,峰值为43.2×108~44.9×108 t,较2020年增加3.2×108~4.9×108 t;考虑热电联产供热碳排放,则达峰时间为2031—2033年,峰值为50.7×108~53.0×108 t,较2020年增加4.9×108~7.2×108 t. ②在电源结构不变的情况下,如到2030年降低2%左右的电力需求,达峰时间将提前4年左右. ③提速风光新能源发展是实现2030年前碳达峰的必然选择,到2030年,提高风光发电、核电、水电、生物质、气电发电装机容量及发电量、节能降耗措施等各项措施的减排贡献率分别为55.3%、10.6%、9.2%、7.6%、5.7%、11.5%. 研究显示,未来我国电力行业碳减排工作重点要聚焦于优化电源结构、推动形成绿色生产生活方式、提升用电效率、降低煤电机组能耗水平等方面.      

中国铝冶炼行业二氧化碳排放达峰路径研究

铝冶炼行业是高耗能、高排放行业,也是有色金属行业中CO₂排放量最大的领域,在全国2030年碳达峰背景下,铝冶炼行业将面临巨大的减排压力. 统筹考虑社会经济发展、能源结构、工艺结构、技术进步、进出口影响等因素,采用回归分析和情景分析等方法,对2021—2035年我国铝冶炼行业碳排放趋势及影响因素进行分析,识别碳减排的主要驱动因素,提出推动碳达峰的关键举措,为制定碳达峰目标背景下的铝冶炼行业碳排放控制路径提供参考. 结果表明:①实现铝冶炼行业碳达峰任务艰巨,在严格落实电解铝产能总量控制以及多项措施实施的前提下,预计可实现铝冶炼行业“十四五”末期至“十五五”初期达峰,峰值在5.3×108~6.4×108 t之间,达峰后保持2年左右平台期,产能控制是削峰的关键. ②提高再生铝利用水平是决定铝冶炼行业能否快速达峰的关键,到2030年其对行业碳减排的贡献率为77.3%. ③推进清洁能源替代,鼓励电解铝产能向可再生电力富集地区转移是铝冶炼行业碳减排的重要手段,到2030年其对行业碳减排的贡献率为21.5%. ④提高短流程比例也是铝冶炼行业碳减排的重要方向,到2030年其对行业碳减排的贡献率为1.2%. 研究显示,铝冶炼行业碳减排工作重点聚焦于推进严控产能总量、调整优化产业结构、加强清洁能源替代、强化技术降碳等方面.      

A2/O+MBR工艺运行效果与碳排放特征研究

对北京市通州区H再生水厂采用的A²/O+MBR工艺运行效果与不同环节碳排放特征进行研究.结果表明：2018年该再生水厂对BOD₅,COD_cr,NH₄⁺-N,TN和TP的平均去除率分别为97.3%,94.1%,98.6%,77.0%,96.2%;全厂碳排放总量和吨水碳排放量呈春夏季节逐渐降低,秋冬季节缓慢升高的特征,全厂综合吨水碳排放量约为2.26kgCO₂e/t.碳排放总量中能耗碳排放量占主要地位,CH₄,N₂O和物耗碳排放量占比较小;统计分析显示CH₄,能耗和物耗吨水碳排放量与BOD₅,TN进水浓度及BOD₅去除率显著相关;N₂O吨水碳排放量与TN与BOD₅进水浓度显著相关;直接,间接吨水碳排放量与水量无显著相关性.     

建设项目温室气体环境影响评价方法研究

建立完善的、减污降碳相协同的管理制度是支撑全国碳排放高质量达峰的重要保障,有效控制新增碳排放是推动实现重点行业尽早达峰的关键. 环境影响评价是我国源头防控的基础性制度,将温室气体管控要求纳入其中是现阶段推动减污降碳协同增效的可行途径及重要抓手. 综合考虑国内外管理实践经验以及我国制度特点与管理需求,开展了温室气体环境影响评价技术方法研究. 本文提出了系统性、全过程、协同性的三大温室气体评价基本原则,识别建设项目温室气体环境影响评价的主要影响因素,构建了强调高效、低碳、循环的温室气体环境影响评价指标体系,建立了包含项目分析与判断、影响因素识别、影响预测与技术分析、综合环境影响评价的评价方法体系. 基于该方法,以山东省250万吨电解铝产能转移至云南省项目为例,开展碳排放环境影响评价分析,测算结果表明:若不考虑项目对云南省对外输电的影响,全国CO₂减排量可达2 574.4×104 t;如考虑项目对跨区输电的影响,则全国CO₂净减排量将减至968.3×104 t;进一步考虑技术升级、地方煤炭消费政策等因素影响,还会得到差异明显的评价结果. 研究显示,考虑不同评价目标、评价边界和影响因素可能会对全社会碳排放量环境影响评价结果产生显著影响,由此建议在开展相关评价时应立足实际需求,合理确定评价目标和边界.      

基于重点行业/领域的我国碳排放达峰路径研究

开展碳排放达峰路径研究,明确时间表、路线图、施工图,是支撑我国实现2030年前碳达峰目标的基础性研究工作. 本文采取自上而下和自下而上相结合的方式,以满足社会经济高质量稳定发展需求和国家碳达峰碳中和双重目标为约束开展自上而下的宏观路径研究;以合计贡献了我国碳排放(不含港澳台地区数据) 90%以上的电力、钢铁、水泥、铝冶炼、石化化工、煤化工共6个重点行业以及建筑、交通2个重点领域为对象,开展自下而上的重点行业/领域碳达峰路径研究;通过上下路径反复迭代、行业间耦合优化,打通宏观路径与微观措施的联动和双向反馈,最终形成基于重点行业/领域的我国碳达峰路径. 结果表明:为实现国家碳达峰、碳中和的目标愿景,需抓紧部署、大力推进包括清洁能源降碳、能效提升降碳、资源循环降碳、管理调控降碳等4类关键举措,方可实现我国碳排放量在2030年前达峰的目标,峰值较2020年增加5.0×108~7.0×108 t左右,达峰后将保持3~4年的峰值平台期. 受需求与技术驱动,不同领域碳排放总量将梯次实现达峰,其中工业领域（含钢铁、水泥、铝冶炼、石化化工、煤化工共5个重点行业）预计将在“十四五”期间整体达峰,达峰后碳排放稳定下降;电力行业和交通、建筑领域碳排放均在2030年左右实现达峰. 经测算,2021—2030年间,为推动碳达峰采取的4类关键措施预计需投入2.08×1013元;其中清洁能源降碳是最为有效的措施,同时也是成本最高的措施. 为保障关键举措顺利落地,建议全面加大政策创新,逐步形成系统完善的碳总量控制与交易市场机制、绿色低碳标准体系、行业准入及产业结构政策体系、价格财税及投融资机制等. 本研究分行业及领域的碳达峰路径研究成果及所识别的关键控碳减碳技术手段、措施和政策将为国家碳达峰路径设计提供技术支撑.