一、引言

温室效应引起的气候变化直接威胁到人类的生存和发展，未来气候持续变暖所带来的影响将是全方位、多层次、长期性的，甚至是不可逆的。根据国际能源署(IEA)的统计，2019年中国碳排放总量为113亿吨，其中能源领域碳排放量为98亿吨，占全国总量的87%；电力行业碳排放量为42亿吨，占全国总量的37%、占能源总量的43%。可见电力行业的低碳减排是达成“双碳”目标的关键，而电力行业低碳减排的关键在于构建以清洁能源为主体的新型电力系统，减少对化石能源的依赖，提升发电、送电、配电、用电各个环节的效能。在针对电力行业的环境规制方面，2020年12月，生态环境部连续出台《碳排放权交易管理办法（试行）》《2019—2020年全国碳排放权交易配额总量设定与分配实施方案（发电行业）》《纳入2019—2020年全国碳排放权交易配额管理的重点排放单位名单》以及做好发电行业配额预分配工作的通知，正式启动全国碳市场第一个履约周期。首个履约周期截至2021年12月31日，涉及2162家发电行业的重点排放单位，成为具有超过40亿吨体量的全球覆盖温室气体排放量规模最大的碳市场。南方电网作为大型国有电力企业，负责广东、广西、海南、贵州和云南等五省份的发电，是国内“西电东送”规模最大的电网，并凭借独特的区位优势，向周边地区和国家输入电力，为营造和平、睦邻友好的周边环境作出了贡献。科学、合理地核算南方电网的碳排放，施力能源、电力领域碳减排，是我国实施“双碳”目标的关键一环，有助于发挥电网的平台和枢纽作用，推动能源清洁低碳、安全高效利用，引领绿色生产生活方式，加速经济社会发展全面绿色转型。

梳理现有文献研究发现，目前学者们主要从两个方面核算碳排放：

第一，从生产端核算。根据碳排放的发生地核算，主要采用排放因子法，这是目前最广泛使用的碳排放核算方法，如IPCC就按此方法公布各国的碳排放数据。生产端核算法的优点在于计算简单、数据容易获得，缺点则是公平合理性存在疑问，为碳排放密集型产业转移提供了可能性，即存在“碳泄漏”问题。在国家层面上，潘安(2018)专门研究了中国与美国的贸易隐含碳排放量，发现中国是隐含碳排放的净出口国[1]。王文治和陆建明(2016)测算了中国与世界40个主要经济体之间的贸易隐含碳排放量，也发现在与多数国家的贸易中，中国依然是隐含碳排放的净出口国[2]。在产业层面上，田建国等(2019)研究了中日制造业贸易隐含碳的影响，发现2000—2009年中国生产了中日贸易隐含碳总量的75.14%，日本消费了中日贸易隐含碳总量的69.39%[3]。这些研究表明，中国作为制造业大国，为贸易伙伴国的消费产生了大量的碳排放，为这些国家承担了相应的碳排放责任，对中国这样的出口大国显得极不公平[4,5]。随着居民消费水平的提高，消费产生的温室气体占温室气体总量的65%以上[6]。第二，从消费端核算。为了兼顾碳泄漏和公平减排目标，Lenzen M(1998)提出从消费端核算，即从碳排放的最终驱动者方面认定碳排放责任[7]。消费端核算法从产品消费入手，认为产品消费者应承担碳排放责任，即根据碳排放的消费地核算，因此通常有两种典型的核算方法：生命周期评估法和投入产出评估法。在国家层面，樊纲等(2010)研究发现，中国累积消费碳排放在世界累积消费碳排放总量中的占比仅为6.84%～8.76%[8]。在地区层面，汪臻等(2012)研究发现，山东、河北、广东等省份摊到的碳减排量较高[9]。张彩云和张运婷(2014)分析发现，中部和西部地区的居民消费中承担了更多的碳排放责任[10]。在产业层面，余晓泓和徐苗(2017)分析可知，中国纺织业、电力器械制造业等能源密集型行业的出口隐含碳排放量较高，但采矿、采石业等行业的出口隐含碳排放量较低[11]。韩中等(2018)研究发现，中国等发展中国家出口隐含碳排放量主要源自于第二产业，而欧美等发达国家主要来源于第三产业[12]。ZHANG Yang et al(2019)还专门研究了中国建筑行业的能源消耗与碳排放情况[13]。

目前常用来计算碳排放的方法主要有投入产出分析法(Machadog,et al.,2001;SU Bin,Ang B W.,2014)[14,15]和生命周期评估法(WANG Haikun,et al.,2015;LONG Yin,et al.,2018)[16,17]。投入产出法根据投入产出产品的含碳量变化来计算碳排放，其核心是投入产出表。生命周期评估法主要用于计算单一产品的碳足迹，需要追溯到产品生产与消费全流程各个环节的碳排放，在具体计算时同样采用排放因子法，不过其对数据的要求非常高。与生命周期法相比，投入产出分析法获取数据的成本更低，并且容易操作(LONG Yin,et al.,2020)[18]，但官方发布的投入产出表通常5年左右更新一次，这就导致投入产出法通常只能计算当年的碳排放情况，难以做长期的趋势分析。为解决上述问题，许多学者尝试优化碳排放计算方法。如李保卫等(2012)、周嫔婷等(2014)、赵文会等(2017)提出电力区域碳排放分摊原则，建立了相应的碳流追踪模型，并分析了中国六大区域电网的排放责任[19-21]。付坤和齐绍洲(2014)、魏文栋等(2020)、何永贵和李晓双(2021)综合生产者责任和消费者责任，并考虑到电力的跨区交换，依次核算和比较了2011年、2012年和2017年中国各省份电力碳排放责任下的碳排放量[22-24]。但受运用的数据时间限制，既有研究还不足以准确揭示出当前电力行业的碳排放量。

2011年国家发展改革委印发的《省级温室气体清单编制指南（试行）》，已成为各地方估算碳排放的主要方法。2013年，《国家发展改革委办公厅关于印发首批10个行业企业温室气体排放核算方法与报告指南（试行）的通知》规定，发电企业的碳排放包括化石燃料产生的碳排放、脱硫过程的碳排放、企业净购入使用电力产生的碳排放。这些指南主要从生产端核算其碳排放，容易忽略消费端的碳排放。2022年生态环境部更新了《企业温室气体排放核算方法与报告指南发电设施（2022年修订版）》，为核算发电行业碳排放提供了指引。这一指南将排放源区分成化石燃料燃烧产生的碳排放和购入使用电力产生的碳排放，但没有考虑到售电产生的碳排放。目前以能源消耗为基础，从生产侧和消费侧核算电力碳排放量的研究也不多见，尤其是缺少对电力行业碳排放量的最新核算结果，不利于及时掌握电力行业的碳排放。基于此，文章以付坤和齐绍洲(2014)[22]、何永贵和李晓双(2021)[24]的研究方法为基础，提出基于电力流的碳排放核算方法。该方法结合南方区域分地区电源结构差异特点、考虑地区实时碳排流动将各省份的电力消费碳排放细分为本省份电力消费产生的碳排放和其他省份调入本省份的电力消费产生的碳排放，构建出基于电力流的碳排放核算模型。然后，结合南方区域五省份2019年的电力消费量、电网平均排放因子、省际之间调入和调出的电量等，从消费侧计算出不考虑跨省调度情形下用电侧碳排放量以及考虑跨省调度情形下用电侧碳排放量，并将其与电力能源生产端产生的碳排放量进行比较。结果表明，文章提出核算电力碳排放量的方法对南方区域五省份更加公平，提高了碳排放核算的适用性和完整性。

二、基于电力流的碳排放核算模型构建

1. 基本模型

清晰描述各地区的电力消费碳排放责任，并避免重复计算，以消费侧为核算主体的碳排放包括本地区电力消费产生的碳排放以及本地区消费购入电力产生的碳排放，计算公式如式(1)所示：

其中，CEi代表i地区的电力消费产生的碳排放；LPCi代表i地区电力消费产生的碳排放；OPCi代表i地区消费购入电力产生的碳排放。

2. LPC的核算

根据电力流向可知，本地区生产的火电有三个去向：本地区消费、外送其他地区消费、输电线损。例如，根据《2019年电力工业统计资料汇编》，2019年，南方区域电网的外调电力集中在西南区域电网和华中地区电网，共调出电量338.93亿千瓦时，约占南方区域电网外调电力的62.37%。尽管目前国家并未对电网的输电线损进行排放管控，但这部分碳排放是实际发生的，因此在计算本地区碳排放时仍应纳入。那么基于本地区电力流的南方区域电力碳排放的计算公式如下所示：

其中，LTPi代表i地区的发电总量，OTPi代表i地区外送其他地区的电力总量，EFi代表i地区的电网平均排放因子，计算方法为i地区火力发电产生的碳排放总量与发电总量之比。火力发电产生的碳排放可通过本地区能源平衡表公布的发电燃料消耗与燃料排放因子计算得到。

3. OPC的核算

对于其他地区调入南方区域的电力，首先需要确定电力来源以及规模。根据《2019年电力工业统计资料汇编》，2019年，华东、华中、西南等区域电网的电力调入南方区域电网。其中，华中区域电网共调入电量242.42亿千瓦时，华东、西南区域的调入电量较低。对于有明确调入方向的电力，则按照式(3)进行计算其碳排放：

其中，OTPji代表地区j向地区i调入的电力总量，可以查阅《2019年电力工业统计资料汇编》获得；EFj代表地区j的电网平均排放因子。具体步骤如下：

第一步，按照公式“排放因子=燃料平均低位发热量×单位热值含碳量×碳氧化率×44/12”计算火电消耗的化石燃料排放因子；

第二步，根据火电消耗的化石燃料计算出火电的碳排放总量；

第三步，根据公式“电网平均排放因子=火电碳排放/发电总量”计算得到南方区域电网五省份以及华中区域电网主要省份的平均排放因子。

三、碳排放核算结果与分析

本部分从发电侧、不考虑跨省调度情形下用电侧以及考虑跨省调度情形下用电侧分析和比较南方区域电网五省份的碳排放核算结果。

1. 发电侧碳排放核算

首先核算发电侧碳排放，结果如表1所示。可以发现：广东的发电侧碳排放占总量的48.72%，是最主要的碳排放来源；广西、贵州的发电侧碳排放较为接近，合计占总量的39.56%；云南、海南的发电侧碳排放占比较低，合计占总量的11.73%。这主要是由于广东发电装机容量最高，达12648.7万千瓦，随之带来最高的发电量。而且，尽管广东在积极发展清洁能源，建立了全国最多的核电站，但是，在各类机组统调装机容量中，煤电碳排放占48.2%，气电碳排放占17.5%，这就意味着广东主要依靠火力发电。而贵州有着“西南煤海”之称，煤炭资源丰富，火电也是其主要电力来源。虽然广西煤炭资源总量不多，但其资源分布比较广泛，也成为发电的主要能源。因此，对于广东、贵州和广西而言，火电碳排放也成为碳排放的最主要来源。云南水资源丰富，有超过大型水力发电枢纽，水电成为其主要电力来源，火电在发电量中的占比较小，火电碳排放贡献有限。虽然海南的火力发电量在总发电量中的占比很高，但由于其总发电量相对较低，火电碳排放的贡献也较小。

表1 2019年南方区域五省份发电及碳排放情况

2. 不考虑跨省调度情形下用电侧碳排放核算

如果不考虑电力调入调出的影响，直接按地区用电量与电网平均排放因子核算，结果如表2所示。可以看到，南方区域电网通过用电侧核算的碳排放总量与通过发电侧核算的碳排放相比提高了9%，但不同省份的情况存在较大差异。广东的碳排放总量提升了38%，广西和海南的碳排放总量分别提升了4.4%和2.9%，而贵州、云南的碳排放总量下降了31.7%和47.6%。可见广东、广西和海南是电力输入地区，而贵州、云南是电力输出地区。这主要是由于广东工业进程发展迅速，连续多年是我国第一经济大省，2019年更是成为全国第一个GDP突破10万亿元大关的省份，对电力的需求也很大，加之主要依赖火力发电，受煤炭、天然气等资源价格高涨的影响，火电企业发电积极性不高，造成了广东电力供需之间存在较大缺口。广西由于大部分地区降雨量以及江河天然来水较同期偏少，水力发电量下降，再加上近三年来无大型电源开工和投产，广西也出现了电力供应不足。海南主要发展旅游业，对电力的需求不高，总用电量与总发电量相差不大，但也出现了电力供应不足。云南和贵州凭借各自的能源优势，可以提供充足的发电量，承担着电力输出的重任。因此，如果仅从发电侧核算碳排放，将显著低估电力输入地区的实际碳排放，特别是广东这类用电大省的实际碳排放，并显著高估贵州、云南等发电大省的实际碳排放，造成省际间碳排放责任的“不公平”现象。

表2 2019年南方区域五省份用电碳排放情况（不考虑跨省调度）

3. 考虑跨省调度情形下用电侧碳排放核算

考虑跨区域的电力调度后，碳排放的核算结果如表3所示。依据核算结果，比较考虑跨省调度情形下用电侧碳排放与发电侧碳排放以及不考虑跨省调度情形下用电侧碳排放。

(1）与发电碳排放的比较

与发电碳排放相比，考虑跨省调度后，南方区域电网的总用电碳排放下降1.8%，广东的用电碳排放上升19.8%，云南和贵州的用电碳排放分别下降48.1%和31.8%，广西的用电碳排放下降4.8%，海南的用电碳排放下降0.1%。

对于南方区域电网而言，其有规模较大的电力向华中区域电网调度以及向国外出口，考虑到跨省调度，南方区域电网的用电下降1.8%。对于广东而言，由于电力调入来源广泛，包含广西、海南、贵州和云南等南方区域电网四省，湖南和湖北等华中区域电网两省，以及少量来自福建的电力，调入电力碳排放占比总计97.74%。同时，广东亦向香港、澳门、海南以及西南区域电网输出电力，调出电力碳排放量占比总计13.23%。因此，考虑到跨省调度，广东的用电碳排放占比应为59.41%，导致广东的用电碳排放量上升19.8%。云南的电力能完全满足本省的用电需求，不需要从外省调入电力，因此，没有调入电力碳排放。但是，云南的电力输送范围广泛，包括国家电网，西南区域电网的四川省，南方区域电网的广东、广西和贵州等三省，以及越南、缅甸和老挝等国家，云南调出电力碳排放占比总计29.78%。因此，考虑到跨省调度，云南的用电碳排放占比应为4.42%，导致其用电碳排放下降48.1%。广东是贵州电力输出的主要目的地，湖南和重庆也是贵州电力输出的主要目的地，广西也调入了贵州的部分电力，贵州调出电力碳排放占比总计48.32%。因此，考虑到跨省调度，贵州的用电碳排放占比应为14.23%，导致其用电碳排放下降31.8%。广西的电力调入较为集中，来自于湖南、贵州和云南等三省，调入电力碳排放占比总计2.15%。同时，广西除了向这三省输送电力外，也主要向广东输送电力，调出电力碳排放占比总计8.62%。因此，考虑到跨省调度，广西的用电碳排放占比应为18.49%。贵州的电力调入主要来自于广西、重庆、四川，少量来自于云南，调入电力碳排放占比总计0.08%，导致其用电碳排放下降4.8%。海南的电力调入地和调出地都非常单一，均为广东。海南调入电力碳排放占比总计0.03%，调出电力碳排放占比总计0.04%，两者的差异非常小。因此，考虑到跨省调度，海南的用电碳排放占比应为3.44%，导致其用电碳排放下降0.1%。这也反映出省际电力的调入和调出之间普遍存在不平衡。

综合上述分析可知，考虑到跨省调度后，南方区域电网的净调入电力排放为负，有助于减少其碳排放，特别是对于贵州和云南这两个电力输出大省来说，其电力输出的碳排放出现大幅下降，广西作为电力输出的省份之一，其碳排放也有明显下降。但是，广东作为主要的电力输入地，广东的净调入电力排放大幅上升。

表3 2019年南方区域五省份用电碳排放情况（考虑跨省调度）

(2）与不考虑跨省调度情形下用电侧碳排放的比较

表4提供了不考虑跨省调度情形下用电碳侧碳排放以及考虑跨省调度情形下用电侧碳排放的情况。可以发现：与不考虑跨省调度情形下的用电碳排放相比，南方区域电网的用电碳排放下降幅度可以提升至9.9%，各省的用电碳排放都有不同程度的下降。其中，广东的用电碳排放下降了13.2%，广西的用电碳排放下降了8.8%，海南的用电碳排放下降了2.9%，云南和贵州的用电碳排放分别下降0.8%和0.1%。因此，在不同的碳排放核算方式下，南方区域电网以及各省的碳排放也会呈现不同的结果。特别地，通过核算跨省调度电力流向产生的碳排放，能够较准确地反映南方区域五省份不同地区的实际碳排放情况，也较为准确地反映了不同地区的减排责任。

表4 2019年南方五省份用电碳排放占比的核算比较

四、研究结论与对策建议

1. 研究结论

文章基于电力流的碳排放核算模型，从发电侧、不考虑跨省调度的用电侧以及考虑跨省调度的用电侧，依次核算南方区域电网五省份的发电碳排放、不考虑跨省调度的用电碳排放以及考虑跨省调度的用电碳排放，解决因发电企业化石燃料消耗原料量的数据收集难度大而导致的直接碳排放核算准确性问题，考虑地区实时碳排流动特性，通过多区域平衡并联计算，同时考虑多个区域间电力流动关系，区分流动电量电源类型，准确还原碳排放实际情况，将碳排放核算覆盖范围拓展至源网荷碳排放全过程，提高了碳排放计算的适用性和完整性，并基于此开展了南方区域碳排放核算，比较不同核算方法下这些省份的碳排放变化。

第一，发电碳排放是地区能源结构类型的最直接反映，从发电碳排放看，广东是最主要的碳排放来源，广西和贵州也是重要的碳排放来源，云南和海南的贡献较小。

第二，与发电碳排放相比，不考虑跨省调度的用电碳排放情形下，南方区域电网通过用电侧核算的碳排放总量提高了9%，广东的碳排放总量提升了38%，广西和海南的碳排放总量分别提升了4.4%和2.9%，而贵州、云南的碳排放总量下降了31.7%和47.6%；考虑跨省调度情形下，南方区域电网的总用电碳排放下降1.8%，广东的用电碳排放上升19.8%，云南和贵州的用电碳排放分别下降48.1%和31.8%，广西的用电碳排放下降4.8%，海南的用电碳排放下降0.1%。

第三，与不考虑跨省调度情形下的用电碳排放相比，考虑跨省调度后，南方区域电网的用电碳排放下降幅度可以提升至9.9%，广东的用电碳排放下降了13.2%，广西的用电碳排放下降了8.8%，海南的用电碳排放下降了2.9%，云南和贵州的用电碳排放分别下降0.8%和0.1%。

2. 对策建议

第一，合理划分电力行业的碳排放责任。由于电力可以在省际之间调入和调出，仅从发电侧或不考虑跨省调度的用电侧核算当地的电力碳排放，会导致对当地碳排放核算的失真，因此，国家在划分电力行业的碳排放责任时，不仅要考虑到发电侧的发电碳排放，也要考虑到跨省调度的用电碳排放，真实反映出当地的碳排放，合理落实减排责任。

第二，提高区域碳排放因子的更新频率。由于国家更新区域碳排放因子频率较低，且存在用电侧核算与发电侧核算的差异问题，控排企业根据国家公布的碳排放因子核算的碳排放量往往与实际情况存在偏差，因此，国家应根据不同地区电力调度的实际情况及时更新区域碳排放因子，以便更有效指导企业采取适当的减碳措施及参与绿色电力市场交易。

第三，优化区域碳排放因子的测算方法。IPCC的测算方法虽然便捷，但其精度与准确度一直存在争议，因此未来可采用电力碳排放流追踪、随机森林回归模型等测算方法对电力碳排放进行更精准地核算与预测，以便更加准确地反映电力行业在不同地区的碳排放情况，为电力市场改革、清洁能源消纳政策等提供良好助益。

第四，不同地区的发电、用电以及调度结构存在较大差异，因此应根据实际情况因地制宜制定碳减排政策。对火电比例较高、短期内清洁能源难以完全替代的地区，一方面应加大采购质好价优的燃煤，提高燃煤质量，减少燃煤的消耗量；另一方面应继续发展高参数、大容量的火电机组，关停小容量机组，进一步降低单位煤耗。同时，还应逐步淘汰能耗高、污染重、效率低、技术落后的电气设备，积极引进更加节能的电气设备；独自或与其他区域电网开展技术研发合作，提高发电技术水平。力争从煤炭的采购、电气设备、发电技术等方面，形成提高煤炭发电效率的系统措施。

第五，对火电比例较低的地区，应加大力度推进电力能源转型，加强水力、风力、太阳能、核电等新能源发电站的建设，攻克新能源发电的核心技术，提高新能源发电装机容量，加大输电通道建设，优化电力能源结构，逐步减少对煤炭的需求。

第六，对火电比例较高的地区，应充分提高煤炭的发电效率，降低碳排放。通过提高燃煤质量，减少燃煤消耗量；优先选择高参数、大容量的火电机组，关停小容量机组，进一步降低单位煤耗；逐步淘汰能耗高、污染重、效率低、技术落后的电气设备，积极引进更加节能的电气设备。

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基金资助:南方电网数字电网研究院有限公司创新项目(SYYKJXM20210053);

文章来源:林振福,黄彦璐,胡旭东,等.基于电力流的南方区域电力碳排放核算研究[J].技术经济与管理研究,2024,(08):109-114.