中长期煤炭消费碳排放与二氧化碳排放值预测

张福新 ，白锋堂

(中煤平朔集团有限公司，山西省朔州市，036006)

我国是煤炭资源大国，每年煤炭消费量巨大。当前，实现碳中和碳达峰对我国能源产业提出了新的挑战，也对煤炭产业提出了新的要求。而加强煤炭消费领域中长期碳排放值和CO2排放值预测的研究，对煤炭生产加工利用领域的高质量发展尤为重要。

1 煤炭年度消费碳排放测算

1.1 碳含量计算煤炭年度碳排放总量

国家统计局2020年国民经济和社会发展统计公报显示[1]，初步核算，全年能源消费总量49.80亿t标准煤。其中：煤炭消费量占能源消费总量的56.8%。

根据涂华等[2]对标准煤CO2排放的计算方法，依据不同煤种碳含量计算得到，1 t标准煤的碳排放值为0.69 t，1 t标准煤的CO2排放值为2.54 t 。按照此系数计算，2020年，煤炭消费部分折算标准煤28.29亿t，碳排放19.5亿t、CO2排放71.9 亿t。

1.2 发电量计算煤炭年度碳排放总量

(1)根据国内度电碳排放计算年度碳排放总量。根据专家统计，使用1 kW·h电折算标准煤0.4 kg，产生碳排放0.272 kg， CO2排放0.997 kg。

国家统计局2020年国民经济和社会发展统计公报显示，全年发电量77 790.6亿kW·h；据中电传媒记者数据库统计，2020年全国发电量中煤电发电量占比65%左右；依据《综合能耗计算通则》[3]初步核算，折算标准煤20.2亿t，碳排放13.8亿t，CO2排放50.4亿t。

(2)根据国际度电碳排放计算年度碳排放总量。斯坦福大学教授马克(Mark Z. Jacobson)通过比较各类发电技术全生命周期的度电碳排放值，分析得出煤电碳排放值为282～876 g/(kW·h)，加权平均碳排放值为579 g/(kW·h)[4]。2020年依据煤电加权平均碳排放指标，再结合相关发电量数据，且煤电占当年发电总量65%，测算得出2020年我国煤电碳排放量为29.3亿t。

全球电力排放数据库(GPED)显示，我国CO2排放系数为864 g/(kW·h)；根据2020年全国煤电发电量初步测算，煤电CO2排放量为43.7亿t。

(3)根据国内碳排放系数计算煤炭年度碳排放总量。根据国家发改委能源研究所推荐的碳排放系数[5]及其他参考资料，标准煤的碳排放系数和CO2排放系数分别为0.680、2.493，以此计算煤炭年度碳排放量，以此计算2020年年煤炭碳排放19.2亿t，CO2排放70.5亿t。

2 碳排放对比研究

2.1 不同测算方式下煤炭碳排放量比对

对碳含量计算、国内度电碳排放系数、国际度电碳排放指数、全球电力碳排放数据和国内碳排放系数这5种方法测算碳排放的结果进行了对比研究，结果见表1。

表1 2020年度不同测算方式下煤炭碳排放量比对

从表1可以看出，根据国际度电碳排放系数计算的碳排放量是根据国内度电碳排放计算值2倍以上，根据GPED数据库计算的CO2排放量较根据国内度电排放系数计算值明显偏低。2020年煤电碳排放量约占火电碳排放量的95%，再依据碳含量计算得出的煤炭消费折合28.3亿t标准煤与国内度电碳排放总量计算中折算的标准煤20.2亿t综合对比，对比系数均为1.4，可知碳含量、国内度电碳排放系数和GPED计算的结果均相差不大，具有参考性。依据煤炭消费量和碳含量计算法得出的碳排放量和CO2排放量值，与国内碳排放系数法依据煤炭消费量计算出的结果也相差不大，因此笔者将其二者碳排放值和CO2排放量值的加权平均值作为后续的测算依据，即2020年基于煤炭消费量的碳排放与CO2排放值分别为19.35亿t和71.20亿t。

《BP世界能源统计年鉴》[6]2021版指出，2020年我国CO2排放总量为98.99亿t；按照上述2020年基于我国煤炭消费量计算的CO2排放量71.20亿t，那么煤炭消费产生的CO2排放量占全国CO2排放总量的71.9%。

2.2 不同发电技术条件下碳排放对比

利用国际研究机构的思路测算发电技术条件下碳排放比例，比较各类发电技术全生命周期的度电碳排放值，可求得加权平均的碳排放指数；结合2020年国民经济和社会发展公报中不同类型发电技术条件下的发电量，计算不同发电技术条件下的发电量占比；加权平均碳排放值与发电量占比乘积求得不同发电技术条件下的加权碳排放指数，其中生物质与天然气、陆地风电与海上风电、屋顶光伏与公共光伏假设同种类型发电条件下不同发电技术均为50%的发电量，综合计算我国各类型发电技术条件下的碳排放占比，如表2所示。

表2 国内不同发电技术碳排放占比结构表

从表2综合对比，煤电碳排放占发电碳排放总量的89.97%，明显高于其他发电技术的碳排放。也就是说，在“双碳”目标形势下，为减少碳排放，煤电产业可能是未来一段时间内发展受限的产业之一。

3 中长期煤炭消费结构的转变

3.1 能源研究预测煤炭发展

依据2011年《中国能源中长期(2030-2050)发展战略研究》[7]预测2030-2050年我国基于科学产能和用能的能源结构见表3。

表3 我国2030- 2050年能源结构预测 亿t标准煤

假设这期间的煤炭全部用于发电，根据表2测算出2030-2050年我国能源结构调整碳排放平衡表见表4。

从表4综合分析，在2020-2050年，我国煤电消费总量将逐期下降，2020-2030年，年度煤炭消费量逐年下降8.69%，2030-2050年逐年下降4.76%；煤电碳排放占比方面，2020-2030年逐年下降2.00%，2030-2050年逐年下降1.27%；而除煤电外的其他发电技术能源消费比重将逐年提高。

根据表4可计算出表5能源结构中各能源类别的占比。从表5综合分析，随着能源结构的综合调整，煤电消费总量逐年减少。2020-2030年逐年下降2.00%，2030-2050年逐年下降1.27%。

表4 2030-2050年我国能源结构调整碳排放平衡

表5 能源结构中各能源种类的占比 %

3.2 学界预测煤炭发展

陈浮等[8]对修正的煤炭需求预测分析，得出2030年后煤炭市场份额下滑不可避免，2030-2050年是煤炭行业生死存亡的关键期，在全球碳约束下，煤炭未来发展空间取决于能否实现原位利用、零碳排放及CCUS技术应用与推广。朱超等[9]研究指出，在“双碳”目标影响下，煤炭在能源系统中的作用将从主体能源逐步向兜底能源转变，预测2040年煤炭消费比重将降至40% 以下；在推进煤炭生产集中度提高的情况下，预计到2025年和2035年，前8家煤炭企业生产集中度分别达到60% 和80%；“十五五”期间将大幅遏制煤炭消费增长，预计2030年碳达峰实现后，煤炭消费总量下降速度将加快；煤炭行业要坚持低碳化发展，逐步淘汰落后产能，综合推进煤炭原料化利用。左前明[10]研究指出，能源结构调整是煤炭行业的重中之重，我国能源将从以清洁发展为主线转向以低碳发展为主线，煤炭消费需在2025 年前率先达峰；2060 年前碳中和意味着在达峰后几十年内，煤炭等化石能源消费量需大幅降低，并推动新能源发展。

4 预测碳排放总量

根据表4可计算得出各年碳排放指数总和，与2020年煤炭消费总量加权碳排放总量，推算各年煤炭消费碳排放总量见表6。

表6 2020-2050年碳排放总量预测表

从表6综合对比看，未来30年，我国煤炭消费碳排放与CO2排放总量将逐期下降，2020-2030年逐年下降1.26%，2030-2050年逐年下降0.84%。

5 结论与展望

(1)利用不同的碳排放计算方法预测碳排放，国内碳排放测算值相差不大，而国际碳排放测算值约是国内碳排放值的2倍以上。

(2)在发电技术全生命周期下，通过对不同发电技术条件下进行的碳排放值测算对比，得出煤电领域碳排放占比明显偏高。可见，在“双碳”目标背景下，减少煤电发电量是减少碳排放的必然手段之一；同时，以电煤生产和煤炭发电为主的企业，其产业结构调整或转型将是产业未来发展的必然趋势。

(3)从学术界对煤炭发展预测展望研究结果中得知，煤电消费总量必然减少，煤炭行业低碳发展必然成为一种趋向性选择。

(4)通过研究，认为以电煤生产和煤炭发电为主的企业，应顺应国家综合政策导向，利用自身资本和技术优势，发展可再生能源可能会成为一种趋势，以此推动产业转型升级。

(5)从煤炭碳排放预测总量分析得知，为实现碳中和目标，预测2050年我国煤炭碳排放量将在14.09亿t以下，CO2排放量将在51.85亿t以下。