一种节能减排发展目标贡献率的计算方法与流程

本发明涉及电网规划和运行领域，尤其是一种节能减排发展目标贡献率的计算方法。
背景技术：
：我国提出了“2020年非化石能源消费占15％”和“2020年单位gdp碳排放相比2005年下降40-45％”的节能减排发展目标，由于大部分非化石能源均需先转化为电能后才可使用，这个目标在很大程度上需要电力行业的贡献。随着煤炭、水能、风能及太阳能等一次能源的大规模开发利用及转化为电力比重的上升，电力消费在我国终端能源消费中的比例不断上升，预计到2020年该比例将达27％，2030年将进一步提升到30％左右，将成为我国第一大终端能源消费。在生产端，电能的集中大规模开发有利于提高一次能源的利用效率；在输送环节，电能便于大规模远距离输送，有利于实现大区域范围内资源的优化配置；在负荷端，电能作为二次能源，在终端应用环节不产生污染排放。电力行业的发展和电能的普及使用有利于我国能源消费总量及排放量控制目标的实现。发达国家的经验表明，电能占终端能源消费比重每提高1个百分点，单位gdp能耗就下降4个百分点。在工业化、城镇化过程中，统筹推进电气化对提高我国能源效率具有积极意义。技术实现要素：本发明的目的是提供一种节能减排发展目标贡献率的计算方法，为区域电网的低碳化发展提供参考建议。为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：一种节能减排发展目标贡献率的计算方法，包括以下步骤：s1、计算火电机组发电侧碳排放量；s2、获取区域内社会用电负荷预测、电源规划以及区外电力交换数据；s3、建立区域电网通过支撑非化石能源发电对全国非化石能源占能源消费总量的贡献率计算方法；s4、建立区域电网为单位gdp节能减排贡献率计算方法。进一步地，所述计算火电机组发电侧碳排放量具体方法如下：给定区域总需发电量的情况下，统计出水电、风电和核电的总容量和合理的利用小时数，从而得到该类机组的需发电量，剩余即为火电机组的需发电量；火电机组总需发电量平均分配给每台机组，总的利用小时数等于总需发电量除以总的容量；所有火电机组的年发电量gi可根据以下公式确定：其中，pi为机组i的额定容量；t0为火电平均发电小时数；g为总发电量；ic为所有火电机组集合；il为所有低碳电源集合；由此根据火电机组发电量及发电碳排放强度，即可得到区域电网在特定时间内的发电侧碳排放量应为：进一步地，所述采用等价折算法进行电力消费计算具体方法如下：由电力消费等价折算法，有m＝g·c，其中，m为电力消费g对应的一次能源消费，c为当年全国的平均供电煤耗；设2020年非电力用途的各类能源对应的标准煤量，则有：式中，p代表不同种类的能源，mp,ηp分别为能源p在非电力领域中的消费量及其折算成标准煤的折算系数；电网覆盖区域内非化石能源可供应的电量可由下式计算：式中，pj为区域内第j类非化石能源电源的装机总量，tj为第j类非化石能源电源的典型利用小时数；若全国2020年的总电力需求为g∑，2020年总一次能源消耗为：m∑＝g∑·c+mne；由此，区域电网接纳非化石能源电量供应占全国总能源消耗的比例λ为：进一步地，所述建立区域电网为单位gdp节能减排贡献率计算方法具体如下：若2005年区域生产总值为gdp05，总碳排放量为e05，则2005年区域内单位gdp排放为：egdp05＝e05/gdp05；若2020年区域生产总值为gdp20，在产业结构、电力行业、能源技术因素完全不变时，预计2020年全行业碳排放量应为：e′20＝egdp05·gdp20；令μ为取值40％至45％的减排率，则区域电网为了达到该目标需要在2020年相比2005年实现的减排量为：δe20＝μ·e′20；若2005年区域电网的发电量和电力行业的碳排放量分别为gyn_05和egenyn_05，可得到区域电网2005年的发电碳排放强度为：egenyn_05＝egenyn_05/gyn_05；若2020年区域电网负荷电量总和为gyn_20，当区域电网的电力生产结构不发生变化时，区域电网的电力生产的碳排放量应为：egenyn_20＝egenyn_05·gyn_20；若在采取了一系列低碳化发展的措施后，区域电网电力行业2020年实际排放量为e′genyn_20，则采取低碳化发展措施后相比不采取任何措施下的减排量与区域电网需要在2020年相比2005年实现的相对减排量δe20的比值即为所求的贡献率：由至可得：本发明的有益效果是，本发明根据区域内的电源结构特点与规划发展走向，根据各类发电机组的运行特性，对区域电网在2014～2020年间的碳排放轨迹进行测算分析，计算区域电网在促进区域内社会节能低碳发展中的贡献率；结合区域电网未来引入区外来电的发展规划及送端能源基地的资源禀赋，对促进受端电网低碳发展的送电模式进行优化分析，建立了区域电网对我国节能减排发展目标的贡献率模型，为区域电网的低碳化发展提供参考建议。附图说明图1是节能减排发展目标贡献率的计算方法流程图；图2是区域电网电源结构的发展趋势图；图3是区域电网2013～2020年电源结构发展趋势图；图4是区域电网2013～2020年间电力生产碳排放轨迹图。具体实施方式如图1所示，一种节能减排发展目标贡献率的计算方法，包括以下步骤：s1、计算火电机组发电侧碳排放量；s2、获取区域内社会用电负荷预测、电源规划以及区外电力交换数据；s3、建立区域电网通过支撑非化石能源发电对全国非化石能源占能源消费总量的贡献率计算方法；s4、建立区域电网为单位gdp节能减排贡献率计算方法。发电碳排放测算方法采用节能发电调度的思想分配需发电量，即在负荷预测得出了地区总的需发电量之后，调度总是优先分配水电机组、风电机组与核电机组等近零排碳的非化石能源机组，尽可能使该类机组资源充分得到利用，在电网安全运行的情况下尽量避免弃水、弃风等行为。分配完毕后剩余的需发电量再分配给火电机组。由于只有火电机组存在发电碳排放，因此计算思路就是在给定地区总需发电量的情况下，根据数据统计出水电、风电和核电的总容量和合理的利用小时数，从而得到该类机组的需发电量，剩余即为火电机组的需发电量。在传统调度模式下，火电中的燃油与燃气机组主要用于调峰，年发电量相对固定。煤电机组的利用小时数虽然在实际调度时会考虑充分利用大机组的问题，但是在整体来看，小机组与大机组之间的利用小时数差别不会太大，所以简化考虑后认为：火电所有机组具有相同的利用小时数。即是认为总的需发电量平均分配给每台机组，总的利用小时数等于总需发电量除以总的容量。所有煤电机组的年发电量gi可根据以下公式确定：其中，pi为机组i的额定容量；t0为煤电平均发电小时数；g为总发电量；ic为所有煤电机组集合；il为所有低碳电源集合。由此根据机组发电量及发电碳排放强度，即可得到地区在特定时间内的发电侧碳排放量应为：电源建设规划方案以山东电网“十二五”主网架滚动规划中的电源建设中方案为参考，得到山东电网逐年电源装机统计，如表1所示。表1山东电网2013～2020年间电源发展方案(mw)根据山东电网2013～2020年间电源发展方案，可以计算得到山东省电源结构的发展趋势如图2、3所示，其中低碳电源统指水电、风电、太阳能、核电及生物质发电，化石电源统指煤电及气电。在2013～2020年间，山东省电源结构仍以燃煤火电为主，但其装机比例将从88％下降至72％左右。除水电外的各类低碳电源尤其是风电的装机规模将显著增长，使得山东省低碳电源的装机比例将由2013年的10％上升至2020年的23％，在一定程度上促进了山东省电力生产的低碳化发展。抽水蓄能的装机容量也将由1.3％上升至3.4％，为系统的调峰调频及安全稳定运行提供辅助服务。山东省与区域外电力交换规划根据山东电网“十二五”滚动规划，山东省2014～2018年接受外电总规模分别为7500mw、7500mw、18000mw、22000mw、26200mw，2020年为34200mw。其中：2014年通过交流受电3500mw，直流受电4000mw；2015年通过交流受电8000mw，直流受电4000mw；2016年通过交流受电10000mw，直流受电8000mw；2017年通过交流受电10000mw，直流受电12000mw；2018年通过交流受电10200mw，直流受电16000mw；2020年通过交流受电14200mw，直流受电20000mw。碳排放轨迹计算过程及结果为了计算山东省电力生产的碳排放轨迹，需对全社会的用电负荷预测、电源规划以及区外电力交换等数据进行梳理。得到山东省2013～2020年间的用电量如表2所示。表2山东省2013～2020年间全社会用电量统计及预测(亿千瓦时)年份20132014201520162017201820192020用电量40834600505054755900632067357150对于区外送电，若各条输电通道的年度有效利用小时数按4500小时计算，则可得到山东电网2013～2020年间接受外区送入的电力及电量如表3所示。表3山东省2013～2020年间引入区外电力及电量根据表2和表3中的数据，可以计算得到山东电网覆盖山东省的需发电量如表4所示。表4山东省2013～2020年间需发电量统计及预测(亿千瓦时)20132014201520162017201820192020需发电量37454262471246654910514153765611对于水电、核电、风电及其它低碳能源，在发电过程中不消耗化石燃料，因此该类电厂发电时基本不存在碳排放，该类非化石发电机组也因此被称为近零排放电源，在计算中近似认为各类非化石发电机组不存在发电碳排放。各类低碳电源机组的发电量以表1中的装机容量为基础，结合各类电源的典型年利用小时数进行测算，所取的各类低碳电源的典型利用小时数如表5所示。表5计算所取各类低碳电源的典型年利用小时数(小时)由于燃煤机组发电存在专门的能耗指标——发电煤耗，因此煤电机组的碳排放强度可直接通过煤耗求得。为分析简便，因技术差异导致的同容量间机组的发电煤耗差异与单个机组运行工况不同造成的发电煤耗的差异可忽略不计。煤电机组随着单机容量的增大，单位发电的煤耗不断下降，即使同等容量的机组，运行时的发电煤耗也会有差异，计算碳排放时理应根据不同机组的供电煤耗，逐个机组进行计算。但是南方电网覆盖范围内燃煤机组众多，并且在未来即将投运的新型机组的供电煤耗未知，所以需要进一步合理简化计算过程。将所有的煤电机组按照单机容量划分为大小机组两档，根据机组的典型容量段，取容量分界线为20万千瓦。根据能源数据，标准煤每千克热量为7000大卡，根据其它类型煤炭热值与含碳量的关系可推算出标准煤的含碳量，从而得到1kg标准煤完全燃烧释放co2的量为2.62kg，即为标准煤的碳排放因子，由此可以计算得到各类煤电机组的碳排放强度。计算中20万千瓦及以上机组碳排放强度取为0.812kgco2/kwh，20万千瓦及以下机组碳排放强度取为0.937kgco2/kwh。对燃气机组，假定燃气机组的燃料全部是天然气，由燃料数据可得1立方米天然气完全燃烧后产生热量35588kj，产生co2排放为1.958kg，若燃气机组的效率也可达到50％，则可得燃气机组的单位发电碳排放量为396gco2/kwh。根据以上整理出的数据，可计算得到在既定装机规划、负荷预测及区外送电方案下山东省2013～2020年内电力生产的碳排放轨迹，如表6所示。表6山东省2013～2020年间电力生产碳排放(万吨)画出折线图如图4所示，从图4中可以看出，2013～2015年间山东省电力生产所造成的碳排放呈显著上升趋势，这是由于用电负荷迅速增长，而山东省低碳电源发电量及外区引入电量并未显著增长，使得煤电机组发电压力增大，由此造成碳排放量增加；而在2015～2016年间，根据电网规划方案将从区外引入大量电能，且第一批核电机组也将投入运行，由此可以大幅度减少煤电机组的需发电量，使得山东省电力生产造成的碳排放总量降低；2016～2020年间，负荷总量、区外送电及低碳电源均呈增长态势，但负荷增速较快，使得山东省电力生产碳排放量总体呈上升趋势，但速度趋缓，并在2019～2020年间稳定在3.7亿吨左右。山东电网对我国“15％非化石能源”的贡献率分析分析思路电网对全国节能减排发展目标的贡献主要来自于两方面：其一是山东省非化石能源的供应，包括本地非化石能源资源的开发利用与从国外引入的非化石能源；其二是地区内一次能源消费总量的节约。在电力行业中，两者分别对应着发电环节与用电环节的节能减排贡献。一次能源的消费量通常将各类能源按照热值转化为标准煤进行统计，不同能源折算成标煤具有不同的折算系数。电力消费的折标煤系数有两种：当量系数与等价系数。前者是将电量折算成标准煤量的计算系数，每kwh电量折合0.1229kg标准煤，后者为火电厂每供应1kwh所消耗的热量，与发电机组效率相关，由于当量折算涉及到能源转化效率，计算过程中会因能量损失造成一次能源消费与终端能源消费数据的不匹配，为了保证计算口径的统一，采用等价折算法进行电力消费计算。由电力消费等价折算法，有：m＝g·c；其中m为电力消费g对应的一次能源消费，c为当年全国的平均供电煤耗。这样，设2020年非电力用途的各类能源对应的标准煤量，则有：式中p代表不同种类的能源，mp,ηp分别为能源p在非电力领域中的消费量及其折算成标准煤的折算系数。山东电网覆盖山东省非化石能源可供应的电量可由下式计算：式中，pj为山东省第j类非化石能源电源的装机总量，tj为第j类非化石能源电源的典型利用小时数。若全国2020年的总电力需求为g∑，2020年总一次能源消耗为：m∑＝g∑·c+mne；由此，山东电网接纳非化石能源电量供应占全国总能源消耗的比例λ为：根据国家能源局的能源战略研究报告，2020年各类一次能源用于非电力生产用途的总量如表7所示。表7我国2020年用于非电力用途的能源消耗列表由此可得：mne＝21.99亿tce。根据国家能源局的能源战略研究报告，2020年全国电力需求为64243亿kwh，假定2020年我国综合供电煤耗为(c＝310gce/kwh)折合19.92亿t标准煤。在表1中数据的基础上，结合各类型电源典型的年利用小时数，可计算得到2020年山东电网非化石电力的总量，如8所示。表82020年山东电网非化石电量来源由表8可得，2020年山东电网非化石电量供应量为1033.93亿kwh，按综合供电煤耗为(c＝310gce/kwh)折合0.32亿吨标准煤。节能目标贡献率计算由表8中数据结合公式可得2020年山东电网通过支撑非化石能源发电对全国非化石能源占能源消费总量的贡献为：λ＝0.7635％由此，山东电网对我国2020年非化石能源占能源消费总量15％目标的贡献率为0.7635％/15％＝5.1％。山东电网对我国“单位gdp减排40％-45％”的贡献率分析分析思路与“15％非化石能源消费”不同，“单位gdp排放减少40％-45％”的目标涉及到两个时间断面的比较，还涉及到全行业的排放数据与生产数据。为了合理计算贡献率，需要先分析山东省2005年的全行业碳排放情况和生产情况。考虑若产业结构、能源技术等因素完全不变时，以山东省2005年电力生产的碳排放水平为基准线，可以计算得到不采取减排措施情况下2020年山东电网电力生产的总碳排放量，进而结合我国减排目标可以求得所需的减排量，结合区域可实现的综合节能减排效益等因素分析山东电网为单位gdp减排可带来的贡献。仅考虑电源结构发展的前提下，就山东电网对“单位gdp排放减少40％-45％”节能减排目标的贡献率进行计算。若2005年山东省生产总值为gdp05，总碳排放量为e05，则2005年山东省的单位gdp排放为：egdp05＝e05/gdp05；以此为基准线，若2020年山东省生产总值为gdp20，在产业结构、电力行业、能源技术等因素完全不变时，预计2020年全行业碳排放量应为：e′20＝egdp05·gdp20；根据我国的减排目标，令μ为取值40％至45％的减排率，则区域为了达到该目标需要在2020年相比2005年实现的减排量为：δe20＝μ·e′20；下面分析区域电力生产可实现的相对减排量。若2005年区域的发电量和电力行业的碳排放量分别为gyn_05和egenyn_05，可得到区域2005年的发电碳排放强度为：egenyn_05＝egenyn_05/gyn_05；若2020年区域负荷电量总和为gyn_20，当区域电力生产结构不发生变化时，区域电力生产的碳排放量应为：egenyn_20＝egenyn_05·gyn_20；若在采取了一系列低碳化发展的措施后，区域电力行业2020年实际排放量为e′genyn_20，则采取低碳化发展措施后相比不采取任何措施下的减排量与区域需要在2020年相比2005年实现的相对减排量δe20的比值即为所求的贡献率：由至可得：减排目标贡献率计算2005年山东省的生产总值为18468.3亿元，而根据我国经济发展计划，2020年国内生产总值将实现比2010年翻一番，假设各省(区)均达成此发展目标，则2020年区域的生产总值可达78339.8亿元。2005年区域的二氧化碳总排放量未能查询到相关统计数据，由当年全国单位gdp二氧化碳排放数据(3.9491吨/万元)可以估算得到2005年区域的二氧化碳排放总量为7.29亿吨，按此排放水平到2020年区域的二氧化碳排放总量为30.93亿吨。由式及可以计算得到为实现单位gdp减排40％-45％的发展目标，区域在2020年相比2005年单位gdp排放水平应实现的碳减排量为12.37～13.92亿吨。根据山东电网2005年统计数据，当年区域装机容量合计为37586mw，其中火电装机为37437mw；总发电量为1912.46亿千瓦时，其中火力发电量为1909.48亿千瓦时。由发电碳排放测算方法，可以计算得到2005年区域的电力碳排放为1.622亿吨。预计区域2020年全社会用电量为7150亿千瓦时，可以计算得到当电力生产结构不发生变化时，区域2020年的电力碳排放可达到6.064亿吨。根据基于山东电网发展规划所作出的碳排放测算结果，山东电网2020年的电力生产碳排放总量为3.704亿吨。由公式可以计算得到山东电网对2020年相对于2005年单位gdp减排40％-45％的贡献率约为16.9％～19.1％。上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。当前第1页12