全球能源互聯網背景下的環境效益評估.pdf

Abstract Under the background of global energy interconnection, this paper set up a self-balancing scenario and a networking scenario, established a global energy interconnection environmental benefit assessment index system, and uated each indicator quantitatively. The results indicated that the global energy interconnection could not only bring huge resource conservation benefits and conventional pollutant emission reduction benefits, but also ease the global climate change; the goal of 2℃ temperature control could be achieved under the network scenario. Keywords global energy interconnection; environmental benefits; climate change 摘 要全球能源互聯網可以實現資源的綜合優化配置，為 全球生態環境帶來巨大的正向效益。為了定量評估全球能源 互聯網帶來的環境效益，在全球能源互聯構想下，設置全球 電力發展的自平衡情景和聯網情景，通過建立全球能源互聯 網環境效益指標體系，定量評估聯網所帶來的資源節約、常 規污染物減排、應對氣候變化等方面的效益。計算結果表 明，全球能源互聯網不僅能夠帶來巨大的資源節約效益和 常規污染物減排效益，還能緩解全球氣候變化，有助于實現 2℃溫控的目標。 關鍵詞全球能源互聯網；環境效益；氣候變化 0 引言 當前全球能源發展正面臨資源緊缺、環境污染、 溫室氣體減排等嚴峻挑戰，建立在傳統化石能源基礎 上的能源發展方式難以為繼。推動以清潔能源為主的 能源系統，特別是電力系統重大變革將成為全球能源 發展的大趨勢 [1] 。全球能源互聯網是以特高壓電網為 骨干網架（通道），以輸送清潔能源為主導，全球互 聯泛在的堅強智能電網 [2] 。構建全球能源互聯網，形 成以清潔能源為主導、以電為中心、全球配置資源的 能源發展新格局，為推動世界能源安全、清潔、高 效、可持續發展提供了新的解決方案 [2] 。 當前學者對全球能源互聯網的關鍵技術、運行 機制、政策保障體系等內容已進行了相關研究，但 對效益評估方面的研究較少。文獻[3]基于壓力狀 態響應模型構建了全球能源互聯網社會效益的評 價體系，利用中國智能電網建設數據測評了能源互 聯網建設通過清潔替代、電網優化和電能替代三個 渠道對社會效益的影響。文獻[4]分析了構建全球能 源互聯網的必要性，定性分析了全球能源互聯網對 自然環境、公眾生活和社會變革等的影響。 全球能源互聯網通過充分利用各洲之間的資源互 補、負荷互補和季節互補等特性，可以顯著提高清潔 能源利用占比，進而產生一系列環境效益，但是目前 系統性定量評估全球能源互聯網環境效益的研究還比 較缺乏。本文針對全球能源互聯網構想，建立了自平 衡情景和聯網情景，通過對兩個情景的對比，定性分 析了建設全球能源互聯網對資源消耗、污染物排放和 氣候變化的影響并構建了環境效益評估指標體系，之 后分模塊構建環境效益評估模型，并對全球能源互聯 網背景下的環境效益進行定量評估。 全球能源互聯網背景下的環境效益評估 趙秋莉，馮君淑，金艷鳴，王曉晨，譚雪 （國網能源研究院有限公司 北京市 昌平區 102209； 國家電網公司能源電力規劃研究實驗室 北京市 昌平區 102209） Assessment of Environmental Benefits under the Background of Global Energy Interconnection ZHAO Qiu-li，FENG Jun-shu，JIN Yan-ming，WANG Xiao-chen，TAN Xue State Grid Energy Research Institute Co., Ltd., Changping District, Beijing 102209, China; State Grid Energy and Power System Planning Research Laboratory, Changping District, Beijing 102209, China 基金項目國家電網公司科技項目“全球能源互聯網綜合效 益評估”（SGERI01KJ（2015）75）和國家自然科學基金項目“全 球價值鏈視角下的國內區域分工與市場一體化研究”（71733003）。 Project Supported by Science and Technology Foundation of SGCCSGERI01KJ201575 and National Natural Science Foundation of China（71733003） 全球能源互聯網 Journal of Global Energy Interconnection 第1卷 增刊1 2018年5月 Vol. 1 Sup. 1 May 2018 文章編號2096-5125 2018 S1-0257-06 中圖分類號TM 71 文獻標志碼A 258 全球能源互聯網 第1卷 增刊 1 1 全球能源互聯構想及情景設置 本研究假設2050年前后，非洲歐洲、亞洲歐 洲、亞洲非洲、北美洲南美洲、大洋洲亞洲、 亞洲北美洲、歐洲北美洲可以實現聯網，具體聯 網示意圖如圖1所示。 考慮不同清潔能源發展目標、洲際之間是否互聯 等邊界條件，本文構建自平衡情景與全球聯網情景兩 個情景，兩個情景下的各大洲裝機結構如表1所示。自 平衡情景是指各國兌現自主減排貢獻承諾、實現可再 生能源發展目標，2050年全球清潔能源占一次能源的 比重將較2010年水平翻一番；各洲主要是依靠自身能 源資源，實現電力供需平衡以及減排目標，洲際之間 不聯網。全球聯網情景是指實現高比例清潔能源開發， 促進全球能源轉型，新興經濟體和其他主要發展中國 家碳減排的力度更大；全球清潔能源占一次能源的比 重更高，2050年實現全球跨洲聯網。自平衡情景和聯 網情景下全球電源裝機結構和電力需求如表1所示。 表 1 全球電源裝機結構對比 Table 1 Comparison of global power generation structure 類型 聯網情景 自平衡情景 2030年 2040年 2050年 2030年 2040年 2050年 煤電（10 8 kW）11.4 7.3 4.3 11.4 7.3 4.8 氣電（10 8 kW）22.0 19.7 17.9 30.1 31.6 34.8 核電（10 8 kW）5.7 9.2 10.8 5.8 7.5 8.2 水電（10 8 kW）17.6 25.1 36.1 15.9 25.6 37.1 風電（10 8 kW）16.0 20.5 32.5 9.1 14.7 45.6 太陽能發電（10 8 kW）9.4 53.0 114.6 5.8 37.3 83.3 合計（10 8 kW）83.5 136.0 217.6 79.6 125.3 215.2 電力需求（10 8 kWh） [8] 33 43 57 33 43 57 2 環境效益評估指標 全球能源互聯網可以通過能源的跨洲輸送，實現 資源的綜合優化配置，聯網后隨著“一極一道 1 ”風能 和太陽能資源的充分開發利用，全球以風電和太陽能 1 北極圈及其周邊地區（“一極”）風能資源和赤道及附近地區 （“一道”）太陽能資源十分豐富，簡稱“一極一道”。 發電量為主的清潔能源發電比重將會上升，化石能源 發電量占比將會下降，會產生以下三方面環境效益 第一，可減少對化石能源、水資源和高附加值土地資 源的消耗；第二，可降低SO 2 、NO x 和細顆粒物等常規 污染物的排放；第三，可減少溫室氣體排放，推動全 球2 ℃溫升控制目標的實現。據此，本研究設計了包 括3類一級指標、8個二級指標的環境效益評價指標體 系，如圖2所示。 圖 1 2050年全球能源互聯網發展示意圖 Fig. 1 Development of global energy interconnection in 2050 負荷中心 太陽能發電基地 風電基地 水電基地 Vol. 1 Sup. 1 趙秋莉等全球能源互聯網背景下的環境效益評估 259 3 研究方法 本研究構建的全球能源互聯網環境效益評估方法 體系主要包括資源節約評估模塊、常規污染物減排評 估模塊以及氣候變化評估模塊。其中，資源節約模 塊、常規污染物減排模塊和氣候變化模塊中的溫室氣 體排放量部分主要是基于各類型發電技術全生命周期 消耗/排放因子進行測算，氣候變化模塊中的氣候變化 影響部分則采用MAGICC（model for the assessment of greenhouse-gas induced climate change）模型進行模擬。 3.1 資源節約模塊 全球或某個洲的發電環節化石能源消耗量F i 使用 下列公式計算 （1） 全球或某個洲的電力發展水資源消耗量W i 使用下 列公式計算 （2） 全球或某個洲的電力發展的土地占用面積L i 使用 下列公式計算 （3） 由于各大洲的土地價值具有明顯差別，因此引入 土地價值參數l_v，使用區域GDP與區域土地面積之 比簡化計算，全球或某個洲電力發展的土地占用價值 L_v i ，公式如下 （4） 其中，i表示各個大洲的編號，j表示不同發電技術的 編號，G i coal 、G i gas 分別表示第i個大洲規劃期內的煤電、 氣電的發電量（單位kWh），r i coal 、r i gas 分別表示第i個 大洲的火電機組和氣電機組平均供電標準煤耗率（單 位g/kWh），G i j 表示規劃期第j種發電技術的發電量， water j 、land j 分別表示第j種發電技術的水資源消耗系 ii ii i coal coal gasgas F GrGr i ij j j WGwater ∑ i ijj j L Gland ∑ i ii j j j L vlvGland ?? ∑ 數和土地占用系數，l_v i 表示第i個大洲的土地價值， 可以使用各洲GDP與土地面積之比進行計算。 3.2 常規污染物減排模塊 全球或某個洲二氧化硫排放量S i 使用下列公式 計算 （5） 全球或某個洲氮氧化物排放量N i 使用下列公式 計算 （6） 全球或某個洲一次顆粒物排放量PM i 使用下列公 式計算 （7） 其中，V表示原煤煙氣排放水平，一般取9.93m 3 /kg標 煤 [6] ；0.714為原煤和標煤的換算系數，λ i,SO 2 、λ i,NO x 、 λ i,PM 分別表示第i個大洲單位體積煙氣中SO 2 、NO x 和一 次顆粒物的含量（單位mg/m 3 ）。 3.3 氣候變化模塊 選取各種發電技術的全生命周期全譜排放因子來 間接估算每種發電技術的人為溫室氣體排放量（主要 是工業排放，不包括土地使用排放等），并以CO 2 當量 來度量。若E j 為發電能源消費總量，S j 為技術j的消費 份額，emf j 為相應的生命周期全譜排放因子，則總的 溫室氣體排放（E GHG ）估算為 （8） 其中，各類發電能源的全生命周期全譜排放因子 見參考文獻[7][8]。 MAGICC 模型是一個連接了大氣循環、氣候模 塊和冰融模塊的氣候變化評估模型，是最早被IPCC 用來預測未來氣候變化和海平面上升情況的模型之 一。MAGICC模型中的氣候模型是一個擴散能量平 2 , 0.714 iii SO V SFλ , 0.714 x iii NO V N F λ , 0.714 iii PM V PM F λ GHG jjj j ESemfE ∑  sn  中文无码小说