李喬楚 陳軍華 唐 荔

（1.西南石油大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，四川 成都 610500；2.四川華油集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川 成都 610213）

0 引言

中國(guó)在第75屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)上提出，二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和（以下簡(jiǎn)稱“雙碳”目標(biāo)）。近年來(lái)，以化石能源為主體的能源系統(tǒng)所產(chǎn)生的碳排放問(wèn)題日顯突出，應(yīng)對(duì)氣候變化成為人類社會(huì)面臨的巨大挑戰(zhàn)。中國(guó)能源系統(tǒng)碳排放占全社會(huì)碳排放總量的約87%（全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展合作組織，2021），能源系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型是中國(guó)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的必由之路。四川省是全國(guó)重要的優(yōu)質(zhì)清潔能源基地，但多年來(lái)煤、油消費(fèi)所占的比重一直在60%左右，能源消費(fèi)的高碳特征給經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展及生態(tài)環(huán)境保護(hù)帶來(lái)了巨大壓力。向“雙碳”目標(biāo)邁進(jìn)的過(guò)程中，要避免“碳沖鋒”和“一刀切”的做法，如何將能源資源稟賦優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的驅(qū)動(dòng)優(yōu)勢(shì)，是四川省低碳發(fā)展亟需關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題。

科學(xué)測(cè)算能源系統(tǒng)碳排放清單是準(zhǔn)確把握碳減排的重要基礎(chǔ)。然而，現(xiàn)有研究在構(gòu)建能源碳排放清單時(shí)大多著眼于燃料燃燒、煤炭開(kāi)采和礦后活動(dòng)溢散等過(guò)程［1-5］，忽略了石油和天然氣系統(tǒng)溢散、電力調(diào)入調(diào)出等排放單元，且目前結(jié)合智能化手段開(kāi)展碳排放清單核算的研究幾乎處于空白狀態(tài)；國(guó)內(nèi)學(xué)者的研究對(duì)象主要集中于京津冀、長(zhǎng)三角、珠三角等我國(guó)中東部區(qū)域［6-10］，鮮有研究關(guān)注西部地區(qū)能源系統(tǒng)的碳排放特征。隨著“成渝地區(qū)雙城經(jīng)濟(jì)圈建設(shè)”上升為國(guó)家戰(zhàn)略，將成為中國(guó)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要?jiǎng)恿υ春驮鲩L(zhǎng)極，而四川省作為我國(guó)“清潔能源示范省”，能源系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型是關(guān)鍵一招［11］。在此背景下，結(jié)合IPCC清單算法從燃料燃燒、溢散排放、區(qū)域電力交易三個(gè)方面構(gòu)建能源系統(tǒng)碳排放核算框架體系，結(jié)合Visual Studio集成開(kāi)發(fā)工具編制“區(qū)域能源系統(tǒng)碳排放分析軟件”，基于此測(cè)算四川省能源系統(tǒng)2019年的碳排放清單并研判主要排放源，以期推動(dòng)能源系統(tǒng)率先達(dá)峰。

1 研究方法

1.1 研究對(duì)象與數(shù)據(jù)來(lái)源

二氧化碳能夠吸收并釋放紅外線輻射，在溫室氣體排放總量中占比高達(dá)85%以上［12］，是全球極端氣候事件的主要誘因。選擇四川省能源系統(tǒng)作為研究對(duì)象，以2019年作為研究期限，將四川省能源系統(tǒng)碳排放來(lái)源劃分為燃料燃燒、溢散排放、區(qū)域電力交易三個(gè)單元。研究的活動(dòng)水平數(shù)據(jù)主要來(lái)源于2020年《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》《中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒》《中國(guó)環(huán)境年鑒》《四川統(tǒng)計(jì)年鑒》的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。針對(duì)各個(gè)單元的碳排放因子，主要參考了文獻(xiàn)［13-15］的推薦取值，并參照了《中華人民共和國(guó)氣候變化第三次國(guó)家信息通報(bào)》（2019）對(duì)碳排放清單的編制思路。

1.2 估算方法

1.2.1 燃料燃燒

燃料燃燒碳排放是指在為某流程提供熱量或機(jī)械功時(shí)，設(shè)備內(nèi)或設(shè)備外燃料在有意氧化過(guò)程中產(chǎn)生的碳排放，主要包括能源加工及轉(zhuǎn)換二氧化碳排放、終端能源消耗二氧化碳排放。

能源加工及轉(zhuǎn)換的核算范圍包括發(fā)電廠、熱電聯(lián)產(chǎn)以及熱能工廠碳排放的總和，以及在次級(jí)和三級(jí)產(chǎn)品（煉焦、制氣、天然氣液化、煤制品加工等）生產(chǎn)中，燃料消耗產(chǎn)生的碳排放；終端能源消耗的核算范圍包括國(guó)民經(jīng)濟(jì)主要行業(yè)（工業(yè)、建筑業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)、服務(wù)業(yè)、居民生活和其他）在消耗化石燃料過(guò)程中產(chǎn)生的二氧化碳［16］，不同品種化石燃料的凈發(fā)熱值及單位熱值含碳量匯總于表1～表3，具體計(jì)算方法見(jiàn)式（1）。

表1 各品種化石燃料凈發(fā)熱值表 單位：kJ／kg

表3 各品種化石燃料燃燒碳氧化率表

式中：Crs為燃料燃燒二氧化碳排放總量，104t；Fi，為能源加工轉(zhuǎn)換或終端能源消耗過(guò)程中第i類燃料的消耗量，104t；Ni為第i類燃料的凈發(fā)熱值，kJ／kg；Ti為第i類燃料單位熱值的含碳量，t／TJ；Ri為第i類燃料的碳氧化率。

1.2.2 石油和天然氣系統(tǒng)溢散排放

溢散排放是指石油和天然氣系統(tǒng)（包括生產(chǎn)、收集、處理或提煉和將天然氣及石油產(chǎn)品送往市場(chǎng)所需的一切基礎(chǔ)設(shè)施）溢散過(guò)程中產(chǎn)生的二氧化碳，排放來(lái)源主要包括設(shè)備泄漏、蒸發(fā)損失、泄放、噴焰燃燒和意外釋放等，不同流程發(fā)生溢散現(xiàn)象時(shí)的碳排放因子匯總于表4，具體計(jì)算方法見(jiàn)式（2）。

表4 石油和天然氣系統(tǒng)溢散碳排放因子

式中，Cys為溢散排放二氧化碳排放總量，104t；i為石油和天然氣系統(tǒng)不同流程的序號(hào)，主要包括鉆井、測(cè)試井、井維修、石油生產(chǎn)（常規(guī)石油、重油/冷瀝青、導(dǎo)熱油、合成原油）、天然氣生產(chǎn)、天然氣處理、液態(tài)天然氣運(yùn)輸?shù)攘鞒?，i=1，2，…7；Mi為石油和天然氣系統(tǒng)第i流程的活動(dòng)水平值，104t或108m3；Si為石油和天然氣系統(tǒng)第i流程發(fā)生溢散時(shí)的碳排放因子，Gg／104t或Gg／108m3。

表2 各品種化石燃料單位熱值含碳量表 單位：t／TJ

1.2.3 區(qū)域電力交易

化石燃料燃燒過(guò)程涵蓋了火力發(fā)電引起的二氧化碳排放，為了避免重復(fù)計(jì)算，故結(jié)合電力外?。▍^(qū)、市）調(diào)入及四川省調(diào)出的差額電量核算能源系統(tǒng)電力交易過(guò)程中二氧化碳的間接排放量，具體計(jì)算方法見(jiàn)式（3）。

式中：Cdj為區(qū)域電力交易二氧化碳排放總量，104t；Ap為外省（區(qū)、市）調(diào)入與四川省調(diào)出的差額電量，107kW·h；Q為區(qū)域電網(wǎng)供電平均碳排放因子，考慮到四川省“西電東送”工程具有減排項(xiàng)目屬性，因此參照中國(guó)華中區(qū)域電網(wǎng)基準(zhǔn)線排放因子取為0.858 7 t／（MW·h）。

2 區(qū)域能源系統(tǒng)碳排放分析軟件編制

結(jié)合上文構(gòu)建的區(qū)域能源系統(tǒng)碳排放核算體系以及Visual Studio集成開(kāi)發(fā)工具進(jìn)行“區(qū)域能源系統(tǒng)碳排放分析系統(tǒng)”的編制，從而實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)碳排放核算的智能化、高效化。

軟件旨在完成能源系統(tǒng)主要排放源的碳排放核算?；诼?lián)合國(guó)政府間氣候變化專門(mén)委員會(huì)及我國(guó)生態(tài)環(huán)境部對(duì)能源系統(tǒng)碳排放清單的編制思路，確定適宜研究區(qū)域能源系統(tǒng)實(shí)際狀況的碳排放因子，在輸入不同排放單元的基礎(chǔ)核算數(shù)據(jù)后，軟件將自行對(duì)不同部門(mén)、不同流程的二氧化碳排放量進(jìn)行計(jì)算，并以可視化的形式輸出，便于直觀了解和把握區(qū)域能源系統(tǒng)的碳排放現(xiàn)狀和重點(diǎn)排放源。軟件總體編制思路如圖1所示。

圖1 軟件總體編制思路圖

3 四川省能源系統(tǒng)碳排放水平分析

依據(jù)構(gòu)建的區(qū)域能源系統(tǒng)碳排放核算方法體系，結(jié)合編制的“區(qū)域能源系統(tǒng)碳排放分析軟件”，以四川省為例構(gòu)建能源系統(tǒng)碳排放清單，具體如表5所示。

表5 四川省2019年能源系統(tǒng)碳排放清單

依據(jù)所編制的四川省能源系統(tǒng)碳排放清單，四川省能源系統(tǒng)2019年二氧化碳凈排放量為23 787.62×104t，其中碳源排放總量為35 664.30×104t，碳匯吸收總量為11 876.68×104t。其中，燃料燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的二氧化碳排放量為34 097.68×104t，占全年碳源排放總量的95.61%；石油和天然氣系統(tǒng)溢散過(guò)程中產(chǎn)生的二氧化碳排放量為570.53×104t，占全年碳源排放總量的1.60%，對(duì)四川省能源系統(tǒng)碳排放的貢獻(xiàn)相對(duì)較小；四川省電力外省（區(qū)、市）調(diào)入過(guò)程中產(chǎn)生的二氧化碳排放量為996.09×104t，電力調(diào)出過(guò)程中抵消的二氧化碳排放量為11 876.68×104t，分別占碳源排放總量的2.79%、33.30%。由此可見(jiàn)，燃料燃燒是四川省能源系統(tǒng)二氧化碳排放的主要來(lái)源，區(qū)域電力交易能夠有效對(duì)沖能源系統(tǒng)自身碳排放，石油和天然氣系統(tǒng)溢散對(duì)碳排放的貢獻(xiàn)較小。

燃料燃燒的二氧化碳排放主要來(lái)源于能源加工及轉(zhuǎn)換和終端能源消耗兩大過(guò)程。從能源活動(dòng)的消費(fèi)品種上看，四川省各能源品種中以煤為燃料燃燒產(chǎn)生的二氧化碳排放量所占比例最大，高達(dá)69.04%，而天然氣燃燒產(chǎn)生的二氧化碳排放量所占比例最小，僅為13.28%（圖2）。這與四川省的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)相符合，盡管四川省的探明煤炭資源儲(chǔ)量?jī)H有126.92×108t，其中可采資源儲(chǔ)量?jī)H有41.36×108t（截至2018年底），但煤炭在一次能源消費(fèi)中所占的比重仍然偏高，能源的結(jié)構(gòu)性問(wèn)題導(dǎo)致溫室氣體排放強(qiáng)度較高，優(yōu)質(zhì)清潔能源基地優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為節(jié)能降碳實(shí)效有待增強(qiáng)。近年來(lái)，隨著能源系統(tǒng)升級(jí)轉(zhuǎn)型以及低碳環(huán)保意識(shí)日益普及，四川省針對(duì)工業(yè)、交通、建筑等重點(diǎn)領(lǐng)域全面提高電氣化水平，著力提升清潔能源在終端能源消費(fèi)中的比重，但2019年四川省煤炭消費(fèi)量仍高達(dá)7 713.5×104t，占化石能源消費(fèi)總量的44.71%，“煤改氣”“以電代煤”政策有待進(jìn)一步推進(jìn)。

圖2 四川省不同種類化石燃料燃燒二氧化碳排放構(gòu)成圖

從能源活動(dòng)的部門(mén)構(gòu)成上看，以鋼鐵、建材、化工、機(jī)械等為主的工業(yè)能源消耗是燃料燃燒碳排放的關(guān)鍵部門(mén)，共排放二氧化碳14 460.65×104t，占燃料燃燒碳排放總量的42.41%，因此在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，如果能夠通過(guò)非電煤炭使用部門(mén)的電氣化和燃料替代不斷提升電煤消費(fèi)比重，將對(duì)四川省能源系統(tǒng)的節(jié)能降碳成效產(chǎn)生顯著的影響。與此同時(shí)，四川省火力發(fā)電、交通運(yùn)輸以及居民生活在能源系統(tǒng)碳排放清單中也占據(jù)了較為重要的地位，在燃料燃燒碳排放總量中的占比分別為10.14%、9.12%、8.09%（圖3），這主要源于上述部門(mén)在日常運(yùn)行中依賴于煤炭、汽油、柴油等非清潔化石能源的消耗，因此不可避免地導(dǎo)致大量溫室氣體的排放?！笆奈濉逼陂g，四川省應(yīng)立足資源稟賦優(yōu)勢(shì)走出一條“減煤、穩(wěn)油、增氣、大力開(kāi)發(fā)新能源”的清潔低碳轉(zhuǎn)型與高質(zhì)量發(fā)展之路，持續(xù)推進(jìn)煤炭清潔化利用，日益提升終端電氣化水平［17］，不斷加強(qiáng)天然氣與多種能源融合，從源頭上轉(zhuǎn)變能源利用方式、推動(dòng)能源消費(fèi)革命、促進(jìn)能源清潔化發(fā)展。

圖3 四川省不同部門(mén)燃料燃燒二氧化碳排放構(gòu)成圖

四川省石油和天然氣系統(tǒng)的溢散排放主要源于溢散設(shè)備泄漏、蒸發(fā)損失、泄放、噴焰燃燒和意外釋放。其中，鉆井過(guò)程中的二氧化碳排放量占溢散排放總量的0.16%，測(cè)試井過(guò)程占14.20%，井維修過(guò)程占0，石油生產(chǎn)過(guò)程占56.92%，天然氣生產(chǎn)過(guò)程占0.83%，天然氣處理過(guò)程占27.89%，液態(tài)天然氣運(yùn)輸過(guò)程占0.01%（圖4）。由此顯示，四川省石油和天然氣系統(tǒng)溢散過(guò)程中的二氧化碳排放具有顯著的“聚集”特點(diǎn)，主要集中在測(cè)試井、石油生產(chǎn)以及天然氣處理三個(gè)過(guò)程，因此四川省溢散排放領(lǐng)域的碳減排工作應(yīng)聚焦于化石能源開(kāi)采、生產(chǎn)、加工等重點(diǎn)流程，出臺(tái)低碳節(jié)能改造技術(shù)指南，支持能源行業(yè)加速研發(fā)和應(yīng)用固碳技術(shù)，探索高碳工藝流程的碳封存方式和先進(jìn)技術(shù)路徑。在“十四五”期間，四川省應(yīng)準(zhǔn)確把握“雙碳”目標(biāo)和“成渝地區(qū)雙城經(jīng)濟(jì)圈建設(shè)”新契機(jī)，認(rèn)清四川資源優(yōu)勢(shì)與產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)，圍繞綠色低碳優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)鏈部署創(chuàng)新鏈，強(qiáng)化能源清潔低碳化利用關(guān)鍵核心技術(shù)供給和成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用，大力提升能源系統(tǒng)全產(chǎn)業(yè)鏈安全清潔運(yùn)營(yíng)能力［18］，打造全國(guó)能源轉(zhuǎn)型升級(jí)示范樣本。

圖4 四川省溢散過(guò)程二氧化碳排放部門(mén)構(gòu)成圖

區(qū)域電力交易主要通過(guò)將多余的可再生能源發(fā)電量外輸從而間接降低能源系統(tǒng)的二氧化碳排放水平。近年來(lái)，四川省積極響應(yīng)“西電東送”能源戰(zhàn)略，通過(guò)水電外輸有效保障了我國(guó)能源供應(yīng)安全并顯著緩解了能源系統(tǒng)的碳排放強(qiáng)度。從資源稟賦上看，四川省境內(nèi)河流眾多，依據(jù)2015年四川省水力資源復(fù)查成果，全省流域面積50 km2及以上河流共2 824條，水力資源理論蘊(yùn)藏量1.47×108kW，年發(fā)電量可達(dá)12 870×108kWh；與此同時(shí)，四川省水力資源技術(shù)可開(kāi)發(fā)量1.48×108kW，年發(fā)電量6 764×108kWh，占全國(guó)總量的22.20%，僅次于自然條件優(yōu)越的西藏自治區(qū)，位居全國(guó)各省區(qū)第二位。因此，在“十四五”期間，四川省應(yīng)通過(guò)持續(xù)加快特高壓電網(wǎng)建設(shè)、不斷提高調(diào)峰能力、加強(qiáng)優(yōu)化調(diào)度運(yùn)行，有效推動(dòng)四川清潔能源省內(nèi)統(tǒng)籌優(yōu)先消納以及跨?。▍^(qū)、市）協(xié)同消納，以點(diǎn)帶面發(fā)揮引領(lǐng)帶動(dòng)作用，著力提升成渝地區(qū)乃至全國(guó)的能源清潔低碳化利用水平。

4 推動(dòng)四川省能源系統(tǒng)碳減排的建議

（1）布局碳技術(shù)，打造全國(guó)能源轉(zhuǎn)型升級(jí)示范樣本。作為能源生產(chǎn)和消費(fèi)大省，四川省應(yīng)依托成渝綜合性科學(xué)中心、西部（成都）科學(xué)城、中國(guó)（綿陽(yáng)）科技城高端創(chuàng)新資源，把四川建設(shè)成為全國(guó)重要的能源綠色低碳技術(shù)創(chuàng)新“策源地”，在油氣勘查開(kāi)采、生產(chǎn)加工、管網(wǎng)運(yùn)營(yíng)等方面選擇重點(diǎn)突破方向，著力突破低成本二氧化碳捕集利用、非常規(guī)天然氣勘探、智能安全高效鉆井、煉化污染物“監(jiān)測(cè)-處理-利用”一體化處理、能源互聯(lián)網(wǎng)等關(guān)鍵核心技術(shù)和裝備研究，通過(guò)綠色油氣田、綠色煉化產(chǎn)業(yè)、綠色儲(chǔ)運(yùn)體系建設(shè)助力四川能源系統(tǒng)邁向清潔低碳發(fā)展。

（2）以頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)、運(yùn)營(yíng)體制改革為著力點(diǎn)，探索非常規(guī)油氣發(fā)展新模式。四川盆地的頁(yè)巖氣具有儲(chǔ)量豐富、厚度大、豐度高、埋藏適中等特點(diǎn)。面對(duì)從高碳到低碳，由低密度到高密度的能源轉(zhuǎn)型趨勢(shì)，四川省應(yīng)堅(jiān)持資源開(kāi)發(fā)與生態(tài)保護(hù)并重，政府引導(dǎo)與市場(chǎng)主導(dǎo)并舉，自營(yíng)與對(duì)外合作協(xié)同推進(jìn)等原則，著重處理好中央政府與地方政府、政府與企業(yè)、企業(yè)與民眾、企業(yè)之間等關(guān)系，優(yōu)化頁(yè)巖氣投資運(yùn)行機(jī)制，加強(qiáng)頁(yè)巖氣勘探、開(kāi)發(fā)、運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的監(jiān)管工作，注重建立行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，充分發(fā)揮頁(yè)巖氣低碳清潔高效的優(yōu)勢(shì)，積極推動(dòng)頁(yè)巖氣在工業(yè)、民用、CNG、LNG、頁(yè)巖氣制氫和天然氣分布式能源等行業(yè)的應(yīng)用，促進(jìn)四川非常規(guī)油氣產(chǎn)業(yè)向“零碳排放”和高附加值方向發(fā)展。

（3）持續(xù)提升電氣化水平，為“四川藍(lán)”做貢獻(xiàn)?！笆奈濉逼陂g，四川省應(yīng)大力推行天然氣“替煤代油”工作，通過(guò)積極推廣鍋爐煤改氣工程、逐步推進(jìn)交通油改氣工程，大力發(fā)展分布式能源項(xiàng)目，不斷加強(qiáng)天然氣與多種能源融合；同時(shí)，加快提升偏遠(yuǎn)及農(nóng)村地區(qū)天然氣通達(dá)能力，不斷完善能源基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以控制燃煤、燃油使用量，同時(shí)在煤炭清潔化利用、天然氣替代、清潔能源項(xiàng)目方面給予土地使用、稅費(fèi)優(yōu)惠等政策支持，多措并舉推動(dòng)能源系統(tǒng)優(yōu)化升級(jí)，助力打造清潔、低碳、安全、高效的能源利用體系。

（4）積極爭(zhēng)取國(guó)家可再生能源配額制和水電綠色證書(shū)交易政策落地，加快推進(jìn)構(gòu)建全國(guó)統(tǒng)一電力市場(chǎng)，打破?。▍^(qū)、市）間壁壘，完善市場(chǎng)交易規(guī)則，充分挖掘現(xiàn)有川電外送通道的輸送能力，擴(kuò)大水電外送。建立健全市場(chǎng)化消納機(jī)制，加快實(shí)施電能替代，鼓勵(lì)實(shí)施“煤改電”，擴(kuò)大本地電力消費(fèi)。積極穩(wěn)妥推進(jìn)“專線供電”“直供電”試點(diǎn)，降低中間環(huán)節(jié)成本，建設(shè)甘孜、攀枝花、雅安、樂(lè)山等水電消納產(chǎn)業(yè)示范區(qū)，以可再生能源的資源稟賦優(yōu)勢(shì)助力成渝地區(qū)乃至中國(guó)能源系統(tǒng)的清潔低碳化轉(zhuǎn)型。