中国水电温室气体减排作用分析

隋 欣，廖文根

（中国水利水电科学研究院 国家水电可持续发展研究中心，北京 100038）

1 研究背景

温家宝总理在哥本哈根全球气候变化大会公布了中国减排目标，一是到2020年非化石能源在能源消费中的比例达到15%，二是2020年的单位GDP二氧化碳排放量比2005年减少40%～45%。为确保实现该目标，经测算，2020年水电总装机容量需要达到（3.3～3.8）亿kW规模［1］，需要高于《中国可再生能源中长期发展规划》中提出的至2020年水电装机容量达到3.0亿kW的目标。水电对于中国实现碳减排目标和优化能源结构至关重要。

现有有关水电温室气体减排方面的研究，仅限于监测和估算单个水库温室气体的排放量，且这些水库仅分布于巴西、加拿大北部、美国和中国等少数地区［2-3］。研究方法以现场监测、基于生命周期评价的统计分析、清洁发展机制（Clean Development Mechanism，CDM）的基准线法和排放系数法为主［4-6］。其中，前两种方法侧重于水库温室气体排放机理，研究结果较为准确，但主要用于单个水库尺度［7-8］；基准线法和排放系数法的基本原理是通过计算相同发电量燃煤发电的二氧化碳排放量衡量水力发电的减排效应［9-10］，计算方法相对简便，适用于单个水库和区域尺度评价。至今为止，尚未见有关中国水电温室气体减排总量现状及2020年预测的文献报道。

本文采用适于大尺度分析的情景分析法、基准线法及排放系数法，对中国水电温室气体减排现状和相对于2005年的“十二五”、“十三五”期末年减排潜力进行分析和预测，研究结果可为全面评价水电的综合效益和制定国家中长期能源发展规划提供定量参考依据。

2 研究方法

2.1 中国电力总发电量及水电发电量多情景假设对于我国未来发电量的不同情景取值，本文参考国家能源局以及国际能源机构、美国能源部能源信息署等的预测结果，最终采纳国家能源局《能源战略研究报告（2009）》中提出的低方案、基准方案和高方案3种分类，即2015年和2020年中国电力总发电量及水电发电量未来情景假设如图1所示。

2.2 基准线法CDM提出的燃煤电厂温室气体排放量计算公式如下：

式中：ERy为计算的燃煤发电量排放的二氧化碳（t），即相同电量下水力发电二氧化碳的减排量（t）；EGy为上网电量（MW·h）；EFy为国家发改委2009年公布的中国区域电网基准线排放因子的均值（t（co2）/（MW·h）），经计算为0.8357t（co2）/（MW·h）**国家发改委应对气候变化司.关于公布2009年中国区域电网基准线排放因子的公告.2009年7月2日，http://qhs.ndrc.gov.cn/qifzjz/t20090703_289357.htm；EFOMi为电量边际排放因子的加权平均值（t（co2）/（MW·h））；EFBMi，ERy为容量边际排放因子（t（co2）/（MW·h））。

2.3 排放系数法二氧化碳排放量的计算公式为：

式中：Wco2为二氧化碳排放量（t）；Q为发电量（亿kW·h）；Ece为供电煤耗，取2005年国家电网公司的公布值，34 300 t（co2）/（亿kW·h）；EF为标准煤的二氧化碳排放系数，取国家发改委的公布值，2.5 t（co2）/t（ce）。

3 结果与讨论

3.1 中国水电开发二氧化碳减排量核算根据式（1）和式（2），计算得到中国2005年基准年、2009年现状年以及“十二五”、“十三五”期末年水电开发二氧化碳减排量，结果见表1。其中，基准方案水电发电量和装机容量数据取自相关文献［1，11］。高方案和低方案数据由基准方案数据按比例推算。结果表明，2种计算方法的结果非常接近，排放系数法对减排量的计算结果与基准线法计算结果仅相差2.6%。取2种方法的均值作为最终结果，相对于2005年，2015年和2020年基准方案可进一步减排二氧化碳3.42亿t和6.39亿t（表1）。

对于水库的温室气体减排作用，有学者提出还需要考虑水库的温室气体排放［12-14］。水生和浮游生物的呼吸作用及细菌分解沉积物中的有机物使溶解的有机碳及其颗粒释放出温室气体是水库产生温室气体的主要机理［7-8］。进一步研究表明，地处热带雨林地区的水库，具有温度高、植物淹没量大和水域面积广阔等特殊性［15］。更多研究表明，与化石燃料发电相比，水电的温室气体排放水平很低［16］。与前人结果［15］相同，本文的研究结果也表明，水电作为一种清洁可再生能源，对于减少二氧化碳等温室气体排放具有重要的作用。

3.2 可再生能源二氧化碳减排效果比对根据式（1）和式（2）计算了中国2020年水电、核电、风能、太阳能和生物质能相对2005年的二氧化碳减排量，将两种方法的平均值作为最终结果，见表2。结果表明，2020年可再生能源相对于2005年共减排二氧化碳14.81亿t，其中，水电减排占可再生能源减排总量的43%（表2）。

表1 中国水电开发二氧化碳减排量现状及减排潜力预测

表2 中国可再生能源2020年二氧化碳减排潜力

3.3 2种方法用于国家尺度二氧化碳减排量计算的适用性CDM执行委员针对水电CDM项目的应用范围提出了明确的标准，即以功率密度（W/m2，发电装机容量/水库淹没表面积）来判断水电站作为CDM项目的合格性。功率密度大于4W/m2的水电项目才能应用现有计算温室气体减排量的方法学，其中，功率密度大于4W/m2，但小于或等于10W/m2的水电厂能应用目前经批准的方法学，但要计入水库的排放；功率密度大于10W/m2的水电厂能应用目前经批准的方法学，并且可忽略来自水库的项目排放量［10，17］。

大型水电工程相对于中小水电能带来更大的温室气体减排效应，在CDM项目开发中更占优势，但是由于部分大型水电工程，特别是平原型水库有较大蓄水面积，水库温室气体排放在科学上存在不确定性，此类水库电站难以满足功率密度大于4W/m2的标准。峡谷型水库，水库水域面积小，装机容量大，可以满足这一标准。中国的13个水电基地分布于大江大河干流，以峡谷型水库为主，总装机容量2.78亿kW，约占全国技术可开发量的51%；中国小水电资源丰富，技术可开发量为1.28亿kW，约占全国技术可开发装机容量的21%左右，二者合计4.06亿kW［18］。因此，采用CDM的基准线排放因子法计算2020年3.5亿kW装机水电工程温室气体的减排量是可行的。

我国水能资源地区分布不均，云、贵、川、渝和藏5个省（自治区、直辖市）占全国总量的66.7%，其中，水能资源最丰富的3省（区）分别是四川1.2亿kW，西藏1.1亿kW以及云南1亿kW，分别占全国技术可开发量的22%、20%和19%［19］。云、贵、川、渝4省所在的华中和南方区域电网基准线排放因子的平均值为0.820 4，低于本文采用的所有区域电网基准线排放因子均值的0.835 7。因此，本文采用基准线排放因子均值计算的二氧化碳减排量可能有所偏大。为了量化采用基准线排放因子均值计算减排量的偏大幅度，本文采用2003年中国水力资源复查成果中的分省数据（水利水电规划设计总院，2004），应用各省对应的区域电网基准线排放因子，计算得到中国2003年二氧化碳的减排量为4.36亿t；如采用区域电网基准线排放因子的平均值进行计算，中国2003年二氧化碳减排量为4.39亿t。由此可见，均值法的计算差别仅为0.7%，说明采用中国区域电网基准线排放因子均值预测水电二氧化碳减排潜力是可行的。此外，标煤排放系数法源于化石燃料发电过程中的碳循环，计算过程中所需参数简便，本文的计算结果与基准线法近似，也可用于国家尺度水电二氧化碳减排量的预测评估。

4 结语

本文基于区域电网基准线排放因子法和标煤系数法计算了中国水电开发的温室气体减排潜力。相对于2005年，2020年水电开发将减排二氧化碳6.39亿t，占可再生能源总减排量的43%。基于排放因子均值的区域电网基准线法和标煤系数法均可用于国家尺度水电开发二氧化碳减排量的计算。

温室气体排放过程和减排效应贯穿水库的整个生命周期。除了本文计算得到的直接减排作用外，水电开发还具有诸如“以电带薪”等间接减排效应。因此，未来迫切需要开展基于全生命周期评价的水电工程综合减排效应量化方法学研究，以为管理者提供更为精确的温室气体减排数据信息。

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