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電力系統(tǒng)是溫室氣體排放的重要來源之一，能源活動中的電力活動產(chǎn)生的直接碳排放約占40%。電力排放因子計算方式是否合理、是否與電力系統(tǒng)的實際運行情況相吻合，對于能否精準(zhǔn)評估各地區(qū)、各行業(yè)、各企業(yè)的碳排放量，促進(jìn)可再生能源消納具有重要意義。

（來源：朗新研究院 作者：張家維）

近年來，隨著“雙碳”目標(biāo)逐漸成為硬約束、新型電力系統(tǒng)加速構(gòu)建以及綠色貿(mào)易壁壘沖擊，電力排放因子的計算方法及應(yīng)用場景受到業(yè)界、學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。

電力排放因子的由來

電力排放因子是指每單位電能產(chǎn)生的二氧化碳排放量，通常以噸二氧化碳/兆瓦時(tCO2/(MW·h))為單位表示，該概念最早源于國際能源署(IEA)在1978年發(fā)表的一篇報告，用于估算各國能源排放量。隨著碳排放對全球氣候變化的影響受到各國重視，電力排放因子逐漸成為評估電力系統(tǒng)碳排放的重要指標(biāo)之一。

最初，電力排放因子主要用于國家層面的電力排放估算，只考慮了傳統(tǒng)發(fā)電方式的排放因素。隨著可再生能源的大規(guī)模接入，風(fēng)、光發(fā)電的不穩(wěn)定性將引起電力系統(tǒng)碳排放特性在更短時間內(nèi)發(fā)生變化，這也促使電力排放因子朝更小時空顆粒度演變。

電力系統(tǒng)碳排放分為直接排放和間接排放。直接排放是指發(fā)電側(cè)在電力生產(chǎn)過程中向大氣排放的二氧化碳，是客觀存在的物理量；間接排放是指用電側(cè)用電行為導(dǎo)致發(fā)電側(cè)產(chǎn)生碳排放，本質(zhì)是將排放責(zé)任從發(fā)電側(cè)傳導(dǎo)至用電側(cè)。

在宏觀視角下，全國電力系統(tǒng)間接排放與直接排放的總量是相等的，發(fā)用兩側(cè)電力排放因子可不做區(qū)分；在微觀視角下，發(fā)、用電排放因子分別用于量化發(fā)電機組、負(fù)荷節(jié)點的碳排強度，對負(fù)荷節(jié)點進(jìn)行電力追溯后，會發(fā)現(xiàn)每個負(fù)荷節(jié)點混合了不同機組產(chǎn)生的電量，因此不能將發(fā)電排放因子與用電排放因子視為同一概念。

為了統(tǒng)一用詞，本文參考生態(tài)環(huán)境部對電力排放因子的計算說明，默認(rèn)電力排放因子為用電排放因子。

電力排放因子的現(xiàn)狀與問題

目前，我國定期發(fā)布的全國、區(qū)域、省級電力平均排放因子是生態(tài)環(huán)境部根據(jù)年度統(tǒng)計的發(fā)電量、燃料類型及燃料消耗量等數(shù)據(jù)計算得到的。宏觀統(tǒng)計法的優(yōu)點是數(shù)據(jù)易獲得，缺點是難以充分反映電力系統(tǒng)碳排放時空差異性。根據(jù)相關(guān)研究，在某些地區(qū)的某些時段內(nèi)，使用年度平均電力排放因子核算電力間接排放，其結(jié)果與真實值的偏離度高達(dá)35%。這可能導(dǎo)致企業(yè)購買綠電綠證抵碳時出現(xiàn)超買或少買的情況，不利于綠電綠證市場的有效運行。

除了時空顆粒度較粗之外，我國電力排放因子在避免電力環(huán)境屬性重復(fù)計算方面仍有待改進(jìn)。2024年底，生態(tài)環(huán)境部沿用2021年版的計算方法，對全國層面的電力排放因子計算做了調(diào)整，扣除了市場化交易的非化石能源電量，但尚未調(diào)整區(qū)域和省級層面。從電力環(huán)境價值兌現(xiàn)的角度來看，全國層面扣除的電量并不準(zhǔn)確，這對用電側(cè)排放責(zé)任分?jǐn)偟墓叫砸约半娏Νh(huán)境價格形成機制造成了不利影響。

具體來說，在扣除的市場化交易的非化石能源中，包含了不在綠證核發(fā)范圍的核電項目、在綠證核發(fā)范圍暫不可交易綠證的部分水電項目以及在綠證核發(fā)范圍但尚未建檔立卡的可再生能源項目，這部分項目上網(wǎng)電量沒有兌現(xiàn)環(huán)境價值。

此外，由宏觀統(tǒng)計法計算出的電力排放因子應(yīng)用范圍有限，不能在引導(dǎo)用戶低碳用電行為上發(fā)揮作用。事實上，基于電力系統(tǒng)源隨荷動的特征，用戶用電行為的改變會顯著影響機組出力，進(jìn)而對電力系統(tǒng)碳排放產(chǎn)生影響。理論上，向用戶傳遞合理的“碳信號”，可以引導(dǎo)用戶發(fā)生“碳響應(yīng)”，類似通過電價讓用戶響應(yīng)削峰填谷需求。

相關(guān)研究進(jìn)一步指出，動態(tài)平均排放因子不是最理想的“碳信號”，因為低碳時段平衡負(fù)荷增量的供能電源未必是低碳機組。由此引出動態(tài)邊際排放因子，其物理含義為用戶增加單位負(fù)荷帶來的系統(tǒng)碳排放增量，可以糾正基于平均排放因子的低碳引導(dǎo)偏差。

電力排放因子國外領(lǐng)先實踐

參考《電網(wǎng)碳排放因子研究方向與應(yīng)用需求的演變進(jìn)程》[1]對于國外實踐經(jīng)驗的相關(guān)研究：從國外實踐來看，發(fā)達(dá)國家和地區(qū)更傾向縮小電力排放因子的時間顆粒度，保持其空間顆粒度在全國或者電力平衡區(qū)范圍，少數(shù)國家考慮了綠電綠證交易對電力排放因子的影響，歐盟鼓勵成員國根據(jù)本地綠電消費情況，修正電力排放因子。部分電力運營商則出于自身業(yè)務(wù)考慮，將電力排放因子的時空顆粒度縮小至分鐘級、負(fù)荷節(jié)點級。

（一）美國國會立法要求能源主管部門發(fā)布小時級電力排放因子

美國國會在2021至2022年《基礎(chǔ)設(shè)施投資和就業(yè)法案》(IIJA)第40412號關(guān)于電力部門的數(shù)據(jù)收集條款中要求美國能源信息署(EIA)發(fā)布小時級平均和邊際排放因子。EIA構(gòu)建的小時級電網(wǎng)監(jiān)控平臺展示了從全國電網(wǎng)到州電網(wǎng)再到各平衡區(qū)的小時級發(fā)用電信息統(tǒng)計。該平臺的數(shù)據(jù)集涵蓋了美國本土48個州的高壓大電網(wǎng)每小時的運行數(shù)據(jù)以及從各電力平衡區(qū)收集的電網(wǎng)運營數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)集中的數(shù)據(jù)元素包括按區(qū)域劃分的用電需求量、按能源分類的凈發(fā)電量、平衡區(qū)的交換電量、按燃料類型估算的碳排放量以及預(yù)計電力進(jìn)出口的碳排放量。

（二）芬蘭電網(wǎng)每3分鐘發(fā)布一次電力排放因子

芬蘭電網(wǎng)基于其電網(wǎng)運行控制系統(tǒng)的實時發(fā)電數(shù)據(jù)、輸入輸出數(shù)據(jù)，以及指定的碳排放因子構(gòu)建了實時碳排放估算系統(tǒng)，實現(xiàn)了每3分鐘發(fā)布一次實時發(fā)用電排放因子。該系統(tǒng)中的發(fā)電碳排放量是芬蘭境內(nèi)所有發(fā)電機組根據(jù)其燃料類型確定其碳排放因子，并與其發(fā)電量乘積的總和。發(fā)電排放因子即為發(fā)電碳排量除以芬蘭的總發(fā)電量。芬蘭的電力消耗碳排放量計算需要考慮芬蘭的電力生產(chǎn)、電力輸入以及向其他國家的電力輸出，即為總發(fā)電產(chǎn)生的碳量 + 總輸入的碳量 – 總輸出的碳量。芬蘭的用電排放因子即為電力消耗碳排放量 ÷ 芬蘭境內(nèi)的總發(fā)電量 + 總輸入電量 – 總輸出電量。

（三）美國PJM電力市場公司實現(xiàn)負(fù)荷節(jié)點級邊際排放因子計算與發(fā)布

賓夕法尼亞-新澤西-馬里蘭電力市場公司(PJM)使用邊際機組數(shù)據(jù)乘以歷史平均碳排放因子來計算其區(qū)域內(nèi)每個負(fù)荷節(jié)點的邊際排放因子。PJM已實現(xiàn)10771條母線未來2-12h邊際排放因子的計算與發(fā)布。PJM利用安全約束經(jīng)濟調(diào)度算法確定發(fā)電廠的運行信息和節(jié)點邊際價格，每5分鐘判斷一次每個負(fù)荷節(jié)點的邊際機組以及其邊際程度。同時PJM可以向用戶提供電力消費碳排放的核算結(jié)果，但不提供相關(guān)數(shù)據(jù)的驗證過程。

電力排放因子優(yōu)化方向展望

理論上，對電力排放因子的計算可以精確到秒級、用電設(shè)備級，國內(nèi)康重慶團隊提出的電力系統(tǒng)碳流理論對此給出了詳細(xì)的計算方法，其核心思想是給每一度電打上“碳標(biāo)簽”，結(jié)合電力系統(tǒng)潮流計算方法與高等電力網(wǎng)絡(luò)分析方法，追蹤碳排放在電力系統(tǒng)全環(huán)節(jié)的流動情況。但從實踐來看，基于碳流理論的計算方法需要在源、網(wǎng)、荷側(cè)各個節(jié)點上部署電碳表開展計算任務(wù)，并且需要搭建完善的通信設(shè)施以支持上下游電碳表間的信息交互，對整個電力系統(tǒng)來說，改造成本較大。

美國清潔空氣工作組(CATF)總結(jié)出電力排放因子時空顆粒度越小，計算復(fù)雜度越高，意味著計算所付出的成本越高。因此對電力排放因子的計算并非越精準(zhǔn)越好，而應(yīng)根據(jù)實際應(yīng)用場景，綜合考慮市場成熟度、成本合理性以及技術(shù)可行性等因素，選擇合適的計算方法。

圖1  電力排放因子的類型與計算復(fù)雜度[1]

在年度核算電力間接排放的場景下，盡管目前的電力排放因子會導(dǎo)致核算結(jié)果出現(xiàn)偏差，但對于大部分電力用戶來說，采用該因子進(jìn)行核算相對簡單，仍可滿足其核算要求。針對年度平均電力排放因子，預(yù)計相關(guān)部門后續(xù)會結(jié)合綠電綠證交易情況，優(yōu)化電量扣除范圍，進(jìn)一步明確各類電力排放因子在核算時的適用場景。

在引導(dǎo)用戶低碳用電行為的場景下，參考國外經(jīng)驗，由掌握電力調(diào)度數(shù)據(jù)的電網(wǎng)企業(yè)計算分時分區(qū)平均排放因子和邊際排放因子，預(yù)計時空顆粒度將逐漸過渡到小時級、城市級。在此基礎(chǔ)上，相關(guān)部門跟進(jìn)配合，進(jìn)一步完善電力排放因子引導(dǎo)下的低碳用電場景配套機制，鼓勵用戶主動參與。

結(jié)語

本文全面梳理電力排放因子的相關(guān)概念，指出國內(nèi)電力排放因子存在的問題，結(jié)合國外領(lǐng)先實踐與國內(nèi)實際情況，提出基于應(yīng)用場景的電力排放因子改進(jìn)思路。電力排放因子是連接電力消費與碳排放的關(guān)鍵橋梁。

對于電網(wǎng)企業(yè)來說，計算發(fā)布并推廣應(yīng)用高時空分辨率的電力排放因子是支撐國家在能源領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要抓手，不僅有利于企業(yè)精準(zhǔn)核算電力間接排放、產(chǎn)品碳足跡，提升碳市場、電力市場、綠證市場運行的有效性，還有助于引導(dǎo)用戶低碳用電行為，促進(jìn)可再生能源消納，推動能源綠色低碳轉(zhuǎn)型。