陳政，何耿生，尚楠

（南方電網(wǎng)能源發(fā)展研究院，廣州 510663）

0 引言

建立健全科學(xué)有效的碳排放核算方法是我國(guó)應(yīng)對(duì)全球氣候變化的重要舉措，能夠?yàn)橛行О盐諊?guó)內(nèi)碳排放強(qiáng)度變化趨勢(shì)、助力碳減排系列工作實(shí)施、推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)綠色低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展提供重要支撐［1］。國(guó)家發(fā)改委參考《IPCC 指南》相關(guān)核算方法理論，編制了《省級(jí)溫室氣體清單編制指南》以及24 個(gè)行業(yè)的企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報(bào)告指南［2］，初步形成了國(guó)家、地區(qū)、企業(yè)多級(jí)溫室氣體排放核算與報(bào)送工作體系［3］。目前，在省級(jí)及地方溫室氣體排放清單編制中，都明確要求核算電力調(diào)入調(diào)出隱含碳排放量，也就是電力傳輸消費(fèi)帶來(lái)的間接碳排放。在北京、上海、廣東等目前已開(kāi)展的多個(gè)地方碳排放權(quán)交易市場(chǎng)試點(diǎn)中，都將企業(yè)電力消費(fèi)的間接碳排放納入市場(chǎng)［4］。此外，2022 年6 月歐盟議會(huì)審議通過(guò)的碳邊境調(diào)節(jié)機(jī)制修正案［5］，首次將外購(gòu)電力產(chǎn)生的間接碳排放納入“碳關(guān)稅”征收范圍。建立科學(xué)完善的電力消費(fèi)間接碳排放核算機(jī)制既是推進(jìn)國(guó)內(nèi)碳減排工作、助力“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的需要，也是有效應(yīng)對(duì)歐盟等強(qiáng)行實(shí)施“碳關(guān)稅”，打破新型國(guó)際貿(mào)易壁壘的要求［6-7］。

現(xiàn)有電網(wǎng)碳排放因子計(jì)算方法體系缺乏與時(shí)俱進(jìn)的更新迭代，難以適應(yīng)能源電力加速綠色低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展的新形勢(shì)需要，亟需重新進(jìn)行梳理完善。近年來(lái)，諸多專(zhuān)家學(xué)者已在該領(lǐng)域開(kāi)展研究，文獻(xiàn)［8］將二次能源的調(diào)入調(diào)出納入碳排放量計(jì)算范圍，提出了一種考慮二次能源跨省區(qū)調(diào)配的碳排放量計(jì)算方法。文獻(xiàn)［9-11］研究提出了基于潮流追蹤的碳排放區(qū)域分?jǐn)偡椒?，通過(guò)追溯受電區(qū)域的電力來(lái)源實(shí)現(xiàn)碳排放權(quán)的合理分配。文獻(xiàn)［12］通過(guò)投入產(chǎn)出分析法核算了中國(guó)居民消費(fèi)引起的間接碳排放。文獻(xiàn)［13］就企業(yè)核算溫室氣體排放的外購(gòu)電力排放因子展開(kāi)了系列探討。文獻(xiàn)［14］圍繞量化綠色電力消費(fèi)的降碳貢獻(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)，初步提出了兩種考慮綠電消費(fèi)的電力用戶(hù)碳排放計(jì)算方法。文獻(xiàn)［15］提出了一種基于共擔(dān)原則的省級(jí)電力排放核算方法，并利用此方法進(jìn)一步估算出各省級(jí)電力消費(fèi)排放因子。綜合來(lái)看，當(dāng)前對(duì)電網(wǎng)碳排放因子的認(rèn)識(shí)和使用仍存在誤區(qū)，現(xiàn)行電網(wǎng)碳排放因子體系仍存在諸多問(wèn)題亟待解決：一是電網(wǎng)碳排放因子計(jì)算方法學(xué)有待盡快完善，目前正式發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)方法學(xué)需追溯至2012 年，難以適應(yīng)新形勢(shì)需要；二是電網(wǎng)碳排放因子中尚未考慮綠色電力消費(fèi)等影響，在激勵(lì)用戶(hù)消費(fèi)綠色電力方面存在短板［16-17］；三是目前國(guó)內(nèi)多套排放因子體系并存，包括電網(wǎng)平均碳排放因子與電網(wǎng)基準(zhǔn)線排放因子，存在全國(guó)、區(qū)域、省級(jí)等層級(jí)，在排放因子的選取、計(jì)算、應(yīng)用等方面存在爭(zhēng)議，在地區(qū)范圍劃分、時(shí)間跨度選擇等方面仍未形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)［18］。

面向建立健全電力碳排放核算標(biāo)準(zhǔn)與方法學(xué)、推進(jìn)電網(wǎng)碳排放因子精細(xì)化計(jì)算等需要，本文結(jié)合當(dāng)前我國(guó)綠色電力認(rèn)證體系建設(shè)已逐步完善的現(xiàn)狀，借鑒國(guó)際典型電網(wǎng)碳排放因子設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，從我國(guó)未來(lái)電網(wǎng)碳排放因子應(yīng)用需求出發(fā)，研究提出了考慮綠色電力消費(fèi)的電網(wǎng)碳排放因子改進(jìn)計(jì)算方法，改進(jìn)方法通過(guò)有效辨識(shí)綠色電力環(huán)境價(jià)值，實(shí)現(xiàn)對(duì)用能端電力消費(fèi)碳排放的精細(xì)化測(cè)算，將更好適應(yīng)“雙碳”目標(biāo)下電力行業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型背景，為完善我國(guó)溫室氣體排放核算提供理論支撐與方法借鑒。

1 電網(wǎng)碳排放因子概述

電網(wǎng)碳排放因子定義為表征單位電能消費(fèi)的溫室氣體排放量的系數(shù)，即每消費(fèi)1 kWh 的電量（或每單位購(gòu)入使用電量）所產(chǎn)生的二氧化碳排放量，通常又被稱(chēng)之為“電網(wǎng)平均排放因子”。從國(guó)內(nèi)外溫室氣體核查機(jī)制、碳市場(chǎng)發(fā)展情況以及當(dāng)前國(guó)內(nèi)政策要求來(lái)看，電網(wǎng)碳排放因子主要應(yīng)用范圍包括以下幾方面。

1.1 全國(guó)及地方碳排放統(tǒng)計(jì)核算

國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家統(tǒng)計(jì)局、生態(tài)環(huán)境部三部門(mén)聯(lián)合發(fā)布的《關(guān)于加快建立統(tǒng)一規(guī)范的碳排放統(tǒng)計(jì)核算體系實(shí)施方案》指出，排放因子是全國(guó)及省級(jí)地區(qū)碳排放統(tǒng)計(jì)核算制度的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)之一［24］；在國(guó)家發(fā)改委《省級(jí)溫室氣體清單編制指南（試行）》、廣東省生態(tài)環(huán)境廳《廣東省市縣（區(qū)）級(jí)溫室氣體清單編制指南》等文件中亦提及，對(duì)于由電力調(diào)入調(diào)出所帶來(lái)的二氧化碳間接排放量，可利用省區(qū)/市境內(nèi)電力調(diào)入或調(diào)出電量、乘以該調(diào)入或調(diào)出電量所屬區(qū)域電網(wǎng)平均供電排放因子得到［25］；在《關(guān)于加快建立統(tǒng)一規(guī)范的碳排放統(tǒng)計(jì)核算體系實(shí)施方案》中也進(jìn)一步明確指出，要加強(qiáng)動(dòng)態(tài)排放因子等新方法在國(guó)家溫室氣體清單編制中的應(yīng)用，推動(dòng)清單編制方法與國(guó)際要求接軌［26］。

1.2 企業(yè)碳排放統(tǒng)計(jì)核算

原國(guó)家發(fā)展改革委應(yīng)對(duì)氣候變化司（現(xiàn)生態(tài)環(huán)境部應(yīng)對(duì)氣候變化司）早在2013—2015 年期間就分三批發(fā)布了24 個(gè)行業(yè)的企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報(bào)告指南；2022 年，生態(tài)環(huán)境部印發(fā)《企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報(bào)告指南 發(fā)電設(shè)施（2022 年修訂版）》，其中再次提到，企業(yè)購(gòu)入使用電力產(chǎn)生的二氧化碳排放，通過(guò)購(gòu)入使用電量乘以電網(wǎng)排放因子計(jì)算得出［27］，且該因子根據(jù)東北、華北、華東、華中、西北、南方電網(wǎng)劃分，選用國(guó)家主管部門(mén)最近年份公布的相應(yīng)區(qū)域電網(wǎng)排放因子進(jìn)行計(jì)算［28］。

1.3 重點(diǎn)產(chǎn)品碳排放核算

在傳統(tǒng)的企業(yè)產(chǎn)品碳足跡核算過(guò)程中，通常采用基于生命周期評(píng)價(jià)方法（life cycle assessment，LCA）計(jì)算獲得產(chǎn)品生命周期內(nèi)所有碳排放的總和［29-30］，最終以二氧化碳當(dāng)量（eCO2）為基本單位量化并報(bào)告產(chǎn)品每個(gè)生命周期階段的溫室氣體排放清單分析結(jié)果。在一個(gè)完整的產(chǎn)品生命周期內(nèi)，將所有的產(chǎn)品所涉及的活動(dòng)數(shù)據(jù)乘以相應(yīng)的排放因子（包括具體排放源或特定設(shè)施的排放因子、區(qū)域平均排放因子等）后再加和，即可計(jì)算得出溫室氣體的排放量［31］。通常地，用電產(chǎn)生的碳排放是產(chǎn)品全生命周期碳排放的重要組成部分，區(qū)域電網(wǎng)平均排放因子等亦作為常用排放因子被納入產(chǎn)品碳足跡的計(jì)算過(guò)程中。

2 電網(wǎng)碳排放因子的國(guó)際典型案例

2.1 美國(guó)

美國(guó)的溫室氣體排放因子按年度定期更新發(fā)布，排放因子所覆蓋區(qū)域不嚴(yán)格和美國(guó)行政區(qū)域邊界相對(duì)應(yīng)。自2005年起，美國(guó)環(huán)保署（EPA）基于電網(wǎng)公司的經(jīng)營(yíng)區(qū)域范圍將美國(guó)電力市場(chǎng)劃分為26個(gè)次區(qū)域（Subregion）［32］，且暫不考慮次區(qū)域之間的電力調(diào)入調(diào)出以及電力進(jìn)出口影響，并將輸配電損耗產(chǎn)生的碳排放納入用戶(hù)側(cè)間接碳排放核算范圍。美國(guó)環(huán)保署推薦使用次區(qū)域?qū)用娴呐欧乓蜃佑?jì)算企業(yè)外購(gòu)電力的溫室氣體排放。

式中：EFgen，grid為發(fā)電側(cè)電網(wǎng)平均CO2排放因子，kgCO2/kWh；Emgrid和Egrid分別為發(fā)電側(cè)產(chǎn)生的直接排放（kgCO2）和凈上網(wǎng)電量，kWh；Emcon和Econ分別為用戶(hù)側(cè)的碳排放（kgCO2）以及用電量（kWh）；Emcon，loss和Eloss%分別為網(wǎng)損排放（kgCO2）以及為電網(wǎng)平均損耗率（%）。

2.2 英國(guó)

英國(guó)溫室氣體排放因子包括“直接排放”、“間接排放”以及“其他間接排放”三類(lèi)，其中間接排放中與外購(gòu)電相關(guān)的電網(wǎng)排放因子即為英國(guó)全國(guó)電網(wǎng)溫室氣體排放因子。英國(guó)電網(wǎng)碳排放因子由英國(guó)能源與氣候變化部（DECC）以年為周期定期更新發(fā)布，同時(shí)還考慮了英國(guó)從愛(ài)爾蘭、荷蘭、法國(guó)等周邊國(guó)家或地區(qū)的電力交互，并將由于輸配電損耗產(chǎn)生的碳排放納入用戶(hù)間接碳排放范圍。通?；诩{入約兩年前的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計(jì)算排放因子［33］（如2019 年發(fā)布排放因子為基于2017 年數(shù)據(jù)的計(jì)算結(jié)果）。

式中：EFk為向英國(guó)凈出口電量的k國(guó)發(fā)電平均CO2排放因子，kgCO2/kWh；Eimp，k為k國(guó)向英國(guó)凈出口電量，kWh；EFcon，grid、EFgen，grid以及EFloss，grid分別為用電側(cè)、發(fā)電側(cè)、輸配電損耗對(duì)應(yīng)的電網(wǎng)平均CO2排放因子，kgCO2/kWh。

2.3 歐盟

歐盟溫室氣體排放因子由歐洲委員會(huì)聯(lián)合研究中心（JRC）不定期發(fā)布，該排放因子體系包括歐盟各成員國(guó)內(nèi)的排放因子以及歐盟總體的排放因子兩類(lèi)，歐盟也暫不考慮成員國(guó)之間的電力交互，并將由于輸配電損耗產(chǎn)生的碳排放納入用戶(hù)間接碳排放范圍。在排放因子的實(shí)際使用過(guò)程中，歐盟鼓勵(lì)各成員國(guó)根據(jù)當(dāng)?shù)乜稍偕茉窗l(fā)電以及獲得核證的綠色電力消費(fèi)量等實(shí)際情況，對(duì)排放因子予以適當(dāng)修正：

式中：EFgrid為電網(wǎng)平均排放因子，kgCO2/kWh；Econ為用戶(hù)側(cè)用電量，其值為Egen扣除網(wǎng)損電量Eloss的差值，kWh；EFlocal和Elocal分別為本地電網(wǎng)平均CO2排放因子（kgCO2/kWh）以及本地用戶(hù)側(cè)用電量；∑ERES和∑CE分別為本地綠色電源發(fā)電量和獲得核證的綠色電力，kWh；CEpurchased和CEsold分別為本地購(gòu)入和售出的獲得核證的綠色電力，kWh。

2.4 澳大利亞

澳大利亞《國(guó)家溫室氣體和能源數(shù)據(jù)報(bào)告法案》將外購(gòu)電排放劃分范圍一和范圍二兩類(lèi)，前者為設(shè)施的直接排放，后者為設(shè)施消費(fèi)的非設(shè)施自身產(chǎn)生的外購(gòu)電力、熱力和蒸汽對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的溫室氣體排放。外購(gòu)電排放量等于用電量和對(duì)應(yīng)排放因子的乘積，且對(duì)外購(gòu)電的來(lái)源有所區(qū)分：若外購(gòu)電來(lái)源于澳大利亞州或領(lǐng)地電網(wǎng)，則排放因子為該地區(qū)對(duì)應(yīng)的主要電網(wǎng)排放因子EFgrid，若外購(gòu)電來(lái)自其他區(qū)域，排放因子EFsupplier則由發(fā)電商提供，或參照北部領(lǐng)地排放因子選取。澳大利亞將全國(guó)劃分為新南威爾士和澳大利亞首都直轄區(qū)、維多利亞、昆士蘭、南澳、西澳西南互聯(lián)系統(tǒng)、塔斯馬尼亞、北部領(lǐng)地7 個(gè)區(qū)域，共形成7 個(gè)主要電網(wǎng)排放因子，排放因子按年度定期更新。

式中：Emlocal、Emk和Emi分別為該區(qū)域、區(qū)域k和區(qū)域i的發(fā)電側(cè)直接排放量；Elocal、Ek，grid和Ei，grid分別為該區(qū)域發(fā)電量、該區(qū)域從區(qū)域k調(diào)入電量以及向區(qū)域i送出電量；Egen，k和Egen，i分別為區(qū)域k和區(qū)域i發(fā)電量。

2.5 小結(jié)

結(jié)合多個(gè)典型國(guó)家和地區(qū)的電網(wǎng)碳排放因子計(jì)算方法分析來(lái)看，既存在共性特征，也存在個(gè)性差異，如表1所示。

表1 各國(guó)排放因子對(duì)比Tab.1 Comparison of emission factors in different countries

1） 各國(guó)家或地區(qū)目前普遍考慮按區(qū)域電網(wǎng)或行政區(qū)域覆蓋范圍進(jìn)行碳排放因子的核算。比如美國(guó)、澳大利亞等主要按電網(wǎng)聯(lián)系緊密程度，以區(qū)域電網(wǎng)為主要?jiǎng)澐忠罁?jù)；而歐盟則既有整體排放因子也有分國(guó)別的成員國(guó)排放因子。

2） 基于跨區(qū)域電力交互占比不同等因素，各國(guó)和地區(qū)對(duì)跨區(qū)域交互電力是否納入本地碳排放核算范疇進(jìn)行了差異化處理。部分電力交互占比不高的國(guó)家或地區(qū)（如歐盟、美國(guó)），沒(méi)有考慮電力調(diào)入調(diào)出影響，而僅計(jì)入?yún)^(qū)域地理覆蓋范圍內(nèi)的發(fā)電側(cè)直接排放，且通常將排放量按區(qū)域內(nèi)總發(fā)電量或用電量分?jǐn)?，其中美?guó)對(duì)區(qū)域碳排放因子覆蓋范圍劃分進(jìn)行了優(yōu)化，以最小化區(qū)域間的電力交互，從而弱化區(qū)域間電力交互對(duì)排放因子計(jì)算的影響；部分區(qū)域間聯(lián)系較為緊密電力交互占比高的國(guó)家或地區(qū)（如英國(guó)、澳洲等），往往將區(qū)域間電力交互納入考慮，即將跨區(qū)域調(diào)入或調(diào)出電力對(duì)應(yīng)的碳排放納入本地碳排放總量計(jì)算。

3） 各國(guó)家和地區(qū)普遍將輸配電損耗對(duì)應(yīng)的碳排放計(jì)入用戶(hù)側(cè)碳排放，排放總量通過(guò)網(wǎng)損率直接或間接分?jǐn)偟奖镜亟K端電力消費(fèi)量。初步分析來(lái)看，各國(guó)和地區(qū)之所以不把輸配電損耗獨(dú)立出來(lái)，對(duì)電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)企業(yè)進(jìn)行核算，其根源在于輸配電損耗只是用戶(hù)用電行為的關(guān)聯(lián)伴生物，對(duì)電網(wǎng)企業(yè)獨(dú)立進(jìn)行網(wǎng)損排放核算并無(wú)實(shí)際意義。

4） 部分國(guó)家或地區(qū)允許地方根據(jù)本地可再生能源發(fā)電與核證綠電消費(fèi)量情況等對(duì)本地電網(wǎng)碳排放因子進(jìn)行修正。例如歐盟鼓勵(lì)各成員國(guó)在計(jì)算本國(guó)電力對(duì)應(yīng)碳排放量時(shí)將本地綠色電源發(fā)電量等在總電量中予以扣除，以在碳排放量核算中體現(xiàn)綠色電力的減排價(jià)值。

3 國(guó)內(nèi)常用電力碳排放因子計(jì)算方法

國(guó)內(nèi)電力碳排放因子體系主要包括基準(zhǔn)線排放因子和電網(wǎng)平均排放因子兩類(lèi)，其中前者主要反映系統(tǒng)碳排放邊際變化情況，后者主要反映系統(tǒng)平均碳排放水平。

基準(zhǔn)線排放因子包括有電量邊際排放因子（OM）和容量邊際排放因子（BM）兩個(gè)組成部分，通常用于量化CDM、CCER等自愿減排項(xiàng)目產(chǎn)生的減排效益，目前業(yè)內(nèi)普遍用于計(jì)算CCER 等項(xiàng)目減排效益的排放因子為生態(tài)環(huán)境部于2019 年發(fā)布的區(qū)域電網(wǎng)基準(zhǔn)線排放因子［34］。目前我國(guó)CCER 項(xiàng)目基本處于暫停發(fā)展?fàn)顟B(tài)，且基準(zhǔn)線排放因子主要跟系統(tǒng)中能被替代的邊際發(fā)電機(jī)組排放水平相關(guān)聯(lián)，計(jì)算方法相對(duì)清晰明了，這里不做詳細(xì)介紹。

電網(wǎng)平均排放因子用于計(jì)算每消費(fèi)1 kWh 電能產(chǎn)生的碳排放，通過(guò)將區(qū)域內(nèi)發(fā)電側(cè)總排放量與總發(fā)電量相除得到，目前主要包括有全國(guó)電網(wǎng)平均二氧化碳排放因子、區(qū)域電網(wǎng)平均二氧化碳排放因子、省級(jí)電網(wǎng)平均二氧化碳排放因子［35］。

以區(qū)域電網(wǎng)平均排放因子為例，其計(jì)算方法如下。

式中：EFgrid，i、EFgrid，j和EFk分別為區(qū)域電網(wǎng)i、向區(qū)域電網(wǎng)i凈送出電量的區(qū)域電網(wǎng)j、以及向區(qū)域電網(wǎng)i凈出口電量的區(qū)域電網(wǎng)k（或省市、區(qū)域）平均CO2排放因子，Emgrid，i和Egrid，i分別為區(qū)域電網(wǎng)i發(fā)電側(cè)產(chǎn)生的直接排放量和總發(fā)電量；Eimp，j，i和Eimp，k，i分別為區(qū)域電網(wǎng)j和k向區(qū)域電網(wǎng)i凈送出/凈出口的電量。

生態(tài)環(huán)境部2023 年將全國(guó)電網(wǎng)平均排放因子調(diào)整為0.570 3 tCO2/MWh［36］。目前最新的區(qū)域電網(wǎng)平均碳排放因子為國(guó)家氣候中心公布的2011 與2012 年的數(shù)據(jù)［37］，省級(jí)電網(wǎng)平均排放因子目前更新至2019年［38］。

4 電網(wǎng)碳排放因子改進(jìn)算法設(shè)計(jì)

結(jié)合電網(wǎng)碳排放因子計(jì)算方法的國(guó)內(nèi)外對(duì)比以及未來(lái)應(yīng)用需求分析等來(lái)看，有必要對(duì)我國(guó)現(xiàn)有電網(wǎng)碳排放因子從核算周期、核算范圍以及銜接綠色電力消費(fèi)等方面進(jìn)行展開(kāi)探討，通過(guò)優(yōu)化研究形成更為科學(xué)的核算標(biāo)準(zhǔn)體系。

4.1 核算周期優(yōu)化

電網(wǎng)碳排放因子反應(yīng)目標(biāo)電力系統(tǒng)的平均碳排放水平主要受電力系統(tǒng)電源結(jié)構(gòu)變化影響，當(dāng)電力系統(tǒng)中燃煤火電等裝機(jī)比重高時(shí)電網(wǎng)碳排放因子較大，而清潔能源發(fā)電占比高時(shí)電網(wǎng)碳排放因子較小。這一特性決定了電源結(jié)構(gòu)持續(xù)發(fā)生變化時(shí)需要定期對(duì)電網(wǎng)碳排放因子進(jìn)行重新核算并更新數(shù)值。對(duì)于電源結(jié)構(gòu)持續(xù)變化的系統(tǒng)電網(wǎng)碳排放因子長(zhǎng)期保持不變，勢(shì)必導(dǎo)致電力碳排放量計(jì)算嚴(yán)重偏離實(shí)際值，如我國(guó)2012 年發(fā)布的區(qū)域電網(wǎng)碳排放因子已明顯不能真實(shí)反映跨省區(qū)送受電的碳排放情況。

受電力負(fù)荷需求、新能源出力等存在隨機(jī)時(shí)變性影響，電力系統(tǒng)中燃煤發(fā)電、燃?xì)獍l(fā)電等化石能源發(fā)電機(jī)組需要隨時(shí)調(diào)節(jié)出力，以保障電力供應(yīng)和需求的即時(shí)平衡，進(jìn)而導(dǎo)致電力系統(tǒng)的碳排放量和單位電量碳排放強(qiáng)度時(shí)刻發(fā)生著變化［39-40］。盡管發(fā)電量計(jì)量表計(jì)精度很高，理論上可以計(jì)算出每個(gè)最小計(jì)量單位（可以是數(shù)分鐘甚至更小時(shí)間尺度）的電網(wǎng)碳排放因子。然而，電網(wǎng)碳排放因子核算周期并非越小越好，主要原因在于：一是電網(wǎng)碳排放因子主要應(yīng)用在全國(guó)及地方、企業(yè)碳排放統(tǒng)計(jì)以及產(chǎn)品碳足跡核算等領(lǐng)域，這些應(yīng)用場(chǎng)景更多關(guān)注碳排放總量影響，細(xì)到分鐘級(jí)的碳排放強(qiáng)度變化除增加核算管理成本外，目前暫未看到實(shí)際應(yīng)用價(jià)值；二是通過(guò)碳排放權(quán)市場(chǎng)將碳排放外部成本內(nèi)部化后，依托現(xiàn)有電力市場(chǎng)和電力調(diào)度體系，已能夠?qū)崿F(xiàn)在最小時(shí)間尺度上將碳排放成本包含在內(nèi)的電力系統(tǒng)最優(yōu)化運(yùn)行，在用戶(hù)端重復(fù)引入高頻的碳排放成本信號(hào)，只會(huì)增加用戶(hù)的多市場(chǎng)決策難度甚至造成市場(chǎng)信號(hào)紊亂，因此即使從引導(dǎo)用戶(hù)用能行為、減少碳排放角度看，也暫未看到引入小時(shí)間尺度的電網(wǎng)碳排放因子的必要性。

目前國(guó)內(nèi)暫未啟動(dòng)對(duì)電網(wǎng)碳排放因子開(kāi)展常態(tài)化更新工作，考慮到定期更新排放因子與碳邊境調(diào)節(jié)機(jī)制等國(guó)際碳相關(guān)機(jī)制得以有效協(xié)同的重要價(jià)值，再綜合考慮國(guó)內(nèi)碳市場(chǎng)履約周期、國(guó)外實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選擇以年度為基本核算周期，每1～2年對(duì)我國(guó)相關(guān)電網(wǎng)碳排放因子進(jìn)行重新核算并更新發(fā)布較為合適。如此既能滿(mǎn)足主要應(yīng)用場(chǎng)景中客觀反映電力系統(tǒng)碳排放情況的需要，也不至于增加過(guò)多核算管理成本。

4.2 核算范圍優(yōu)化

目前我國(guó)電網(wǎng)碳排放因子按覆蓋行政區(qū)劃范圍不同，主要包含全國(guó)、區(qū)域及省級(jí)三類(lèi)，其中全國(guó)電網(wǎng)碳排放因子主要基于全國(guó)電力碳排放總量和總發(fā)電量計(jì)算得到，區(qū)域/省級(jí)電網(wǎng)碳排放因子主要基于多省區(qū)/省內(nèi)電力碳排放總量、總發(fā)電量、跨區(qū)域/跨省送受電碳排放情況等計(jì)算得到［41-42］。主要區(qū)別在于全國(guó)電網(wǎng)碳排放因子忽略了電力碳排放的空間差異，對(duì)全國(guó)范圍內(nèi)的電力用戶(hù)都予以同等對(duì)待，而區(qū)域/省級(jí)電網(wǎng)碳排放因子則劃小了核算地理空間范圍，考慮了不同地區(qū)的資源特性差異，對(duì)電力碳排放的空間分布特性反映較為充分。目前多套電網(wǎng)平均碳排放因子并存，且并未有明確的應(yīng)用場(chǎng)景，考慮碳排放數(shù)據(jù)的統(tǒng)一規(guī)范化管理以及測(cè)算成本等問(wèn)題，目前核算范圍存在優(yōu)化空間。

電網(wǎng)碳排放因子覆蓋范圍不同，產(chǎn)生的政策影響和激勵(lì)導(dǎo)向存在顯著差異。電網(wǎng)碳排放因子主要取決于發(fā)電出力結(jié)構(gòu)，而與單個(gè)電力消費(fèi)者用電行為幾乎無(wú)關(guān)聯(lián)，對(duì)處于不同地區(qū)電力消費(fèi)者的同樣用電行為核算不同的碳排放水平，將導(dǎo)致低碳“洼地”追逐效應(yīng)，帶來(lái)無(wú)謂的社會(huì)產(chǎn)能空間轉(zhuǎn)移成本以及引發(fā)用能公平性問(wèn)題等。盡量擴(kuò)大電網(wǎng)碳排放因子覆蓋地理空間范圍，固然可以規(guī)避用能公平性以及產(chǎn)能無(wú)謂轉(zhuǎn)移問(wèn)題，但也明顯忽視了當(dāng)存在嚴(yán)重電力傳輸網(wǎng)絡(luò)約束時(shí)電力消費(fèi)者用電行為的地理空間分布將直接影響電力碳排放水平，導(dǎo)致基于整體區(qū)域結(jié)構(gòu)測(cè)算的單位電量碳排放強(qiáng)度將相對(duì)實(shí)際值發(fā)生偏移。

綜合來(lái)看，電網(wǎng)碳排放因子覆蓋地理空間范圍既不是越大越好，也不是越小越好，而是應(yīng)根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)景綜合考慮覆蓋范圍變化帶來(lái)的利弊影響進(jìn)行優(yōu)化選擇。兼顧實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景以及用能公平性問(wèn)題，可優(yōu)化保留全國(guó)以及省級(jí)兩級(jí)電網(wǎng)平均碳排放因子。對(duì)全國(guó)碳排放權(quán)市場(chǎng)而言，如若電力間接碳排放納入全國(guó)碳排放權(quán)交易市場(chǎng)，基于統(tǒng)一規(guī)則體系以及保障用能公平等角度考慮，則應(yīng)優(yōu)先采用全國(guó)電網(wǎng)碳排放因子核算市場(chǎng)主體的電力間接碳排放量。對(duì)產(chǎn)品碳足跡核查認(rèn)證而言，歐盟針對(duì)國(guó)際貿(mào)易最新出臺(tái)的碳排放邊界調(diào)節(jié)機(jī)制將電力間接碳排放也納入征收范疇，基于保障各地區(qū)公平發(fā)展權(quán)益、簡(jiǎn)化核算體系銜接國(guó)際經(jīng)驗(yàn)等考慮，國(guó)際貿(mào)易商品的碳足跡核算認(rèn)證也宜采用全國(guó)電網(wǎng)碳排放因子。對(duì)地方碳排放統(tǒng)計(jì)核算而言，在省級(jí)（地區(qū)）碳排放總量統(tǒng)計(jì)核算、省級(jí)（地區(qū)）碳排放強(qiáng)度考核、省級(jí)（地區(qū)）溫室氣體排放清單編制等應(yīng)用場(chǎng)景中，為推動(dòng)各地方積極發(fā)展清潔能源以及消納外區(qū)送入清潔電力，宜采用更能體現(xiàn)電力碳排放地理空間分布差異性的省級(jí)電網(wǎng)碳排放因子。

4.3 銜接綠電消費(fèi)的改進(jìn)算法

持續(xù)推進(jìn)風(fēng)電、光伏等新能源發(fā)展，加快能源綠色低碳轉(zhuǎn)型，是落實(shí)碳達(dá)峰碳中和戰(zhàn)略部署的內(nèi)在要求。風(fēng)電、光伏等綠色電力具有零碳排放特性，在用戶(hù)電力消費(fèi)行為中將綠色電力單獨(dú)區(qū)分出來(lái)，既是對(duì)用戶(hù)用電結(jié)構(gòu)更真實(shí)的反應(yīng)，也有利于促進(jìn)綠色電力消納及發(fā)展。隨著綠色電力交易、綠色電力證書(shū)發(fā)放及綠證市場(chǎng)等發(fā)展，目前我國(guó)已逐步形成較完善的綠色電力消費(fèi)認(rèn)證體系，為開(kāi)展更精細(xì)化的用電消費(fèi)碳排放計(jì)量提供了有力支撐?？紤]綠色電力消費(fèi)行為，對(duì)現(xiàn)有電網(wǎng)碳排放因子進(jìn)行科學(xué)修正，是更準(zhǔn)確核算用戶(hù)外購(gòu)電力碳排放的客觀需要。

4.3.1 全國(guó)電網(wǎng)碳排放因子

基于當(dāng)前國(guó)內(nèi)發(fā)布的電網(wǎng)平均二氧化碳排放因子計(jì)算方法學(xué)，修訂全國(guó)電網(wǎng)碳排放因子，如圖1所示的主要思路如下：考慮綠色電力零碳排放特性，將綠色電力單獨(dú)剝離出來(lái)，將電力碳排放總量在扣減綠色電力后的剩余電量中進(jìn)行平均分?jǐn)?，即能得到修訂后的電網(wǎng)碳排放因子，該排放因子可用于測(cè)算用戶(hù)扣減綠色電力消費(fèi)后其余電量所產(chǎn)生的間接碳排放。

圖1 測(cè)算流程圖Fig.1 Calculation flow chart

在實(shí)際操作層面，可考慮進(jìn)一步細(xì)分為如下兩種處理方式。

方式一：通過(guò)在總電量中扣減風(fēng)電、光伏等綠色電力發(fā)電量來(lái)修訂排放因子。

式中：EFgrid為全國(guó)電網(wǎng)碳排放因子，在式（16）基礎(chǔ)上扣除區(qū)域內(nèi)風(fēng)電、光伏等綠色電力全部發(fā)電量后計(jì)算得出修訂后的全國(guó)電網(wǎng)碳排放因子E?Fgrid；Em和Emimp分別為全國(guó)范圍發(fā)電側(cè)的直接碳排放量以及外受電量對(duì)應(yīng)的碳排放量；∑E、∑Eg和∑Eabroadimp分別為全國(guó)范圍內(nèi)總發(fā)電量、全國(guó)范圍內(nèi)總綠電電量以及境外輸入電量。

方式二：通過(guò)在總電量中扣減已經(jīng)獲得綠色認(rèn)證的電力消費(fèi)量來(lái)修訂排放因子。該方式下，在獲得覆蓋地理范圍內(nèi)所產(chǎn)生的碳排放總量基礎(chǔ)上，基于“中國(guó)綠色電力證書(shū)認(rèn)購(gòu)交易平臺(tái)”等官方認(rèn)證機(jī)構(gòu)的綠證交易合同信息可獲得全國(guó)范圍內(nèi)用戶(hù)已獲得綠證交易憑證的用電量∑Pg，再根據(jù)總發(fā)電量∑E計(jì)算獲得新的碳排放因子。

與式（17）不同之處在于，式（18）中所扣除的電量部分為已獲得認(rèn)證的綠色電力，即得到綠證憑證的綠電消費(fèi)量∑Pg。

上述兩種計(jì)算方式中，方式一從發(fā)電側(cè)出發(fā)考慮了區(qū)域內(nèi)風(fēng)電、光伏等綠色電源發(fā)電量規(guī)模；方式二從用戶(hù)側(cè)出發(fā)基于獲得綠證交易憑證的用電量對(duì)排放因子進(jìn)行修訂。同樣為了及時(shí)反映電力系統(tǒng)電源結(jié)構(gòu)變化情況，需要以年度為周期，定期對(duì)排放因子進(jìn)行重新核算并滾動(dòng)更新發(fā)布。

4.3.2 省級(jí)（地區(qū))電網(wǎng)碳排放因子

在省級(jí)（地區(qū)）電網(wǎng)碳排放因子中同樣應(yīng)考慮綠色電力消費(fèi)影響，可通過(guò)如下方式計(jì)算得到省級(jí)（地區(qū)）電網(wǎng)碳排放因子。

4.3.3 改進(jìn)電力碳排放核算方法

通過(guò)上述方法完成了電網(wǎng)碳排放因子測(cè)算邏輯的修正，與此同時(shí)，終端碳排放量的測(cè)算邏輯需同步配套修正，計(jì)算公式如下。

5 算例分析

為更清晰地闡明前文所述電網(wǎng)排放因子改進(jìn)算法計(jì)算過(guò)程，本文構(gòu)建了涵蓋多區(qū)域的模擬系統(tǒng)案例，其中區(qū)域A、B、C、D、E共同構(gòu)成一個(gè)整體區(qū)域M，區(qū)域F位于整體區(qū)域M之外。本文將跨省區(qū)、跨境電力電量交互過(guò)程進(jìn)行簡(jiǎn)化處理，抽象成6 大地區(qū)的系統(tǒng)進(jìn)行算例分析，可近似認(rèn)為整體區(qū)域?yàn)橐試?guó)別為界定的區(qū)域，位于整體區(qū)域之外的電量傳輸為不同國(guó)家之間的跨境電力交互；整體區(qū)域之內(nèi)的子區(qū)域?yàn)槭〖?jí)區(qū)域，子區(qū)域之間的電力交互可近似認(rèn)為是跨省跨區(qū)之間的電力電量輸送。區(qū)域間網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系、跨區(qū)域交互電量及結(jié)構(gòu)組成如圖2所示。

圖2 模擬案例系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Simulation case system diagram

模擬案例中，各區(qū)域內(nèi)本地發(fā)電量及結(jié)構(gòu)、本地用電量、外送電量、外受電量等系統(tǒng)基本參數(shù)如表2 所示。發(fā)電機(jī)組包括燃煤發(fā)電、核電、風(fēng)電、光伏4 種類(lèi)型，其中燃煤發(fā)電機(jī)組的度電碳含量近似取為0.853 tCO2/MWh，核電、風(fēng)電、光伏的發(fā)電機(jī)組度電碳含量計(jì)為0，忽略網(wǎng)絡(luò)傳輸損耗電量。依托于所構(gòu)建的模擬案例環(huán)境，本文采用MATLAB 計(jì)算軟件對(duì)考慮跨區(qū)域交互電量等信息在內(nèi)的區(qū)域排放因子進(jìn)行仿真測(cè)算。

表2 模擬案例參數(shù)表（區(qū)域M內(nèi))Tab.2 Parameters of simulation case in region M MWh

基于前述章節(jié)所提出的常規(guī)及改進(jìn)電網(wǎng)碳排放因子計(jì)算方法，分別計(jì)算區(qū)域A、B、C、D、E、F的電網(wǎng)排放因子（與省級(jí)電網(wǎng)排放因子類(lèi)似）以及整體區(qū)域M 的電網(wǎng)排放因子（與全國(guó)電網(wǎng)排放因子類(lèi)似），計(jì)算結(jié)果如表3所示。

表3 電網(wǎng)碳排放因子計(jì)算結(jié)果對(duì)比Tab.3 Comparison of calculatis reshlts of carbon emission facctors or power grid tCO2/MWh

從計(jì)算結(jié)果來(lái)看，相較于常規(guī)算法，改進(jìn)算法將綠色電力剔除后區(qū)域電網(wǎng)碳排放因子都呈現(xiàn)明顯增大，其中區(qū)域A—F 由0.302～0.586 增加至0.403～0.789，整體區(qū)域M 由0.487 增加至0.630；因?yàn)殡娫唇Y(jié)構(gòu)有差異，采用不同算法各區(qū)域電網(wǎng)碳排放因子變化幅度也存在明顯差異，其中區(qū)域D 僅增加0.038，而區(qū)域A 增加0.21，整體區(qū)域M 則增加0.143。

從前文計(jì)算省級(jí)排放因子的過(guò)程中看，影響省級(jí)排放因子的重要參數(shù)項(xiàng)包括目標(biāo)地區(qū)對(duì)應(yīng)外購(gòu)電力來(lái)源地區(qū)的排放因子水平、目標(biāo)地區(qū)對(duì)應(yīng)外購(gòu)電力的規(guī)模以及結(jié)構(gòu)（即綠色電力的電量占比）等。因此，為進(jìn)一步探索參數(shù)變化對(duì)于計(jì)算結(jié)果的影響，在上述場(chǎng)景基礎(chǔ)上補(bǔ)充了基于改進(jìn)算法的“無(wú)外送電場(chǎng)景”以及“50%綠電規(guī)模場(chǎng)景”，計(jì)算結(jié)果如圖3所示。

圖3 基于改進(jìn)算法的多場(chǎng)景計(jì)算結(jié)果Fig.3 Multi-scenario results based on the proposed method

其中，相較于原案例場(chǎng)景，“無(wú)外送電場(chǎng)景”指位于整體區(qū)域M 之外的區(qū)域F 與區(qū)域C 之間無(wú)電量交互；“50%綠電規(guī)模場(chǎng)景”指跨區(qū)域交易電量中的綠電電量規(guī)模數(shù)值均為原案例數(shù)值的50%。從計(jì)算結(jié)果來(lái)看，在無(wú)外送電場(chǎng)景下，區(qū)域A、B、C、D、E 的排放因子相較于基準(zhǔn)場(chǎng)景均有不同程度的上升，最高達(dá)到為2.6%，其原因在于區(qū)域F 排放因子較低，減少外來(lái)電輸入造成了更多區(qū)域內(nèi)的高碳機(jī)組排放；在50%綠電規(guī)模場(chǎng)景下，區(qū)域A、B、C、D、E 的排放因子有所下降，最大降幅約為3.0%，其原因在于雖然在電量中同步扣減了綠電電量，但綠電電量規(guī)模的下降使得區(qū)域碳排放量核算結(jié)果總體減少，計(jì)算所得的排放因子數(shù)值也有所回落。

以上算例清晰表明，該改進(jìn)算法能夠更準(zhǔn)確地體現(xiàn)各區(qū)域電力用戶(hù)綠電消費(fèi)情況和非綠電部分對(duì)應(yīng)的真實(shí)排放水平，能夠更精確地刻畫(huà)用戶(hù)的用電間接碳排放水平。

6 結(jié)語(yǔ)

本文在系統(tǒng)梳理國(guó)內(nèi)外電網(wǎng)碳排放因子計(jì)算方法基礎(chǔ)上，面向“碳達(dá)峰碳中和”背景下更準(zhǔn)確測(cè)算用戶(hù)用電碳排放水平、促進(jìn)綠色電力消納發(fā)展等目標(biāo)需要，研究提出了考慮綠色電力消費(fèi)影響的電網(wǎng)碳排放因子算法改進(jìn)思路，重新構(gòu)建了全國(guó)電網(wǎng)碳排放因子和省級(jí)（地區(qū)）電網(wǎng)碳排放因子計(jì)算方法，改進(jìn)算法能夠?qū)⒕G色電力消費(fèi)的零碳效應(yīng)充分反映出來(lái)，更真實(shí)反映用戶(hù)用電結(jié)構(gòu)及對(duì)應(yīng)碳排放水平。該改進(jìn)算法可應(yīng)用于構(gòu)建適應(yīng)新形勢(shì)要求的電力碳排放核算標(biāo)準(zhǔn)與方法，能為完善碳排放權(quán)市場(chǎng)、碳足跡核查、各級(jí)碳排放統(tǒng)計(jì)核算等提供有力支持。