（环境工程专业论文）基于tmies模型的电力行业控制co2方案优选.pdf

致谢 本论文的工作是在我的导师韩虹琳教授的悉心指导下完成的，韩教授严谨的 治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢两年来韩老 师对我的关心和指导。 韩教授悉心指导我们完成了课题的数据搜索、模型建立、结果分析等过程， 在学习上和生活上都给予了我很大的关心和帮助，在此向韩老师表示衷心的谢意。 韩教授对于我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵意见，在此表示衷心的 感谢。 在课题研究及撰写论文期间，中国电力企业联合会的王志轩秘书长给予我宏 观方向的指导，潘荔主任在论文框架及电力行业现状方面提供了权威信息，更要 感谢石丽娜工程师和杨帆工程师指导我共同完成燃煤电厂大气污染物控制 2 0 1 0 ；同时感谢美国环保协会的王昊、柴春燕和刘嘉在模型建立过程中对我的热 情帮助，在此向他们表达我的感激之情。 另外也感谢我的家人，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。 引言 1 引言 1 1中国电力工业发展现状 2 0 0 9 年，中国电力工业围绕“保增长、扩内需、调结构”的总体要求，加快转 变发展方式，大力推进电源结构调整、加快行业节能减排及应对气候变化能力建 设，优化资源配置，克服煤炭供应不稳定、用电市场需求不足等困难，保证了电 力工业持续平稳发展【1 1 。 8 0 0 0 0 7 0 0 0 0 6 0 0 0 0 峄5 0 0 0 0 盆4 0 0 0 0 篓3 0 0 0 0 浆 2 0 0 0 0 1 0 0 0 0 o 。 6 5 1 0 8 竺罂一型= = e = 口一一，一 = = 墨垃互盈 火电水电核电风电其它 口2 0 0 8 年装机容量圈2 0 0 9 年装机容量2 0 0 9 年装机比重 图1 12 0 0 9 年全国发电装机及构成情况 1 1 1电源建设及发电量 截至2 0 0 9 年底，全国全口径发电设备容量达到8 7 4 亿千瓦，比上年底净增 o 8 1 亿千瓦，同比增长1 0 2 6 。其中，火电装机容量达到6 5 1 亿千瓦时，约占总 装机容量的7 4 4 9 ，比上年底净增o 4 8 亿千瓦，同比增长8 o o ；水电装机容量 达到1 9 6 亿千瓦，约占总装机容量的2 2 4 6 ，比上年底净增0 2 4 亿千瓦，同比增 长1 3 7 2 ；核电装机容量达9 0 7 8 2 万千瓦，约占总装机容量的1 0 4 ；风电并网 运行的机组容量达到1 7 5 9 9 4 万千瓦，约占总装机容量的2 0 1 ，比上年底净增 9 2 1 1 7 万千瓦，同比增长1 0 9 8 2 【2 1 。2 0 0 9 年全国发电装机构成情况见图1 1 所示。 ， 耄薹 碱 泓 泓 舭 妣 姗 惴 泓 一 _ _ ，一 一5 一 o， 北京交通大学硕士学位论文 2 0 0 9 年，全国全口径发电量达到3 6 8 万亿千瓦时，同比增长6 6 7 。其中， 火电发电量3 0 1 万亿千瓦时，约占总发电量的8 1 8 1 ，同比增长7 4 5 ；水电发 电量为0 5 7 万亿千瓦时，约占总发电量的1 5 5 3 ，同比增长1 0 8 ；核电发电量 为7 0 0 5 0 亿千瓦时，约占总发电量的1 9 0 ，同比增长1 2 0 ；风电发电量为2 7 6 1 5 亿千瓦时，约占总发电量的0 7 5 ，同比增长1 1 1 1 4 【2 】。2 0 0 9 年全国发电量及构 成情况见图1 2 所示。 4 5 0 0 0 4 0 0 0 0 3 5 0 0 0 3 0 0 0 0 2 5 0 0 0 2 0 0 0 0 1 5 0 0 0 1 0 0 0 0 5 0 0 0 0 3 0 1 1 7 9 0 8 0 7 0 ，6 0 5 0 4 0 3 0 7 1 7 锄 圈墼，辈? ! 嚣 火电 水电核电风电其它 口2 0 0 8 年发电量园2 0 0 9 年发电量2 0 0 9 年发电比重 图1 22 0 0 9 年全国发电量及构成情况 1 1 2电网建设及供电量 截至2 0 0 9 年底，全国3 5 千伏及以上输电线路回路长度1 2 2 9 4 万公里，同比 增长5 1 8 。其中，1 1 0 千伏输电线路回路长度4 2 2 9 万公里，同比增长5 3 7 ： 2 2 0 千伏输电线路回路长度2 5 3 6 万公里，同比增长8 5 7 ；7 5 0 千伏输电线路回 路长度2 7 4 7 公里，同比增长3 3 6 0 3 。3 5 千伏及以上变电设备容量3 2 4 8 亿千伏 安，同比增长1 6 0 5 。其中，1 1 0 千伏及以上变电设备容量1 1 3 0 亿千伏安，同比 增长1 3 9 6 ；2 2 0 千伏及以上变电设备容量1 0 3 5 亿千伏安，同比增长1 5 4 0 ； 7 5 0 千伏及以上变电设备容量1 7 4 0 万千伏安，同比增长1 6 3 “【2 】。2 0 0 9 年全国 输电线路回路长度及变电设备容量情况见图1 3 所示。 2 引言 3 5 千伏及以上1 1 0 千伏2 2 0 干伏 一输屯线路跃度圈变电设备容量 3 0 0 0 0 0 2 5 0 0 0 0 寥 u 2 0 0 0 0 0 峡 哟】 1 5 0 0 0 0 饕 吨 怒 1 0 0 0 0 0 瑚 制 5 0 0 0 0 o 图1 32 0 0 9 年全国输电线路回路长度及变电设备容量情况 2 0 0 9 年，全国全口径供电量3 4 8 5 7 亿千瓦时，比上年增长6 2 7 ，增速比上 年提高0 2 1 个百分点。其中，电网企业供电量3 2 6 1 4 亿千瓦时，比上年增长6 5 2 ， 增速比上年降低1 1 7 个百分点，是2 0 0 1 年以来的最低增速。供电量超过l o o o 亿 千瓦时的省( 区、市) 依次为广东( 3 3 9 8 亿千瓦时) 、江苏( 2 8 5 7 亿千瓦时) 、山 东( 2 2 2 4 亿千瓦时) 浙江( 2 2 0 1 亿千瓦时) 、河北( 2 1 1 7 亿千瓦时) 、河南( 1 8 3 3 亿千瓦时) 、辽宁( 1 2 6 1 亿千瓦时) 、内蒙古( 1 2 1 7 亿千瓦时) 、贵州( 1 1 7 4 亿千 瓦时) 、四川( 1 1 6 9 亿千瓦时) 、云南( 1 1 1 2 亿千瓦时) 、福建( 1 0 4 6 亿千瓦时) 和山西( 1 0 0 l 亿千瓦时) 【2 1 。2 0 0 1 2 0 0 9 年全国全口径供电量情况见图1 4 所示。 4 5 0 0 0 4 0 0 0 0 3 5 0 0 0 盏3 0 0 0 0 蛾 恤2 5 0 0 0 哎 莳2 0 0 0 0 霎1 5 0 0 0 1 0 0 0 0 5 0 0 0 o 2 0 012 0 0 22 0 0 32 0 0 42 0 0 52 0 0 62 0 0 72 0 0 82 0 0 9 圆伞社会 j 电特- 一增长率 图1 42 0 0 1 2 0 0 9 年全国全口径供电量情况 墨一 0 咖 咖 舢 咖 吣 咖 加 加 o ， ， ， ， 酽 斟 们 鹳 1 1 1 1 1 8 6 4 2 0 北京交通大学硕士学位论文 1 1 3电力建设工程造价 ( 1 ) 发电工程造价 2 0 0 9 年，火力发电工程造价水平基本保持平稳，略有下降。其中，2 3 0 万千 瓦亚临界机组新建工程( 不含脱硫) 单位造价约4 1 6 7 元千瓦，比上年下降3 2 1 ； 2 6 0 万千瓦超临界机组新建工程( 不含脱硫) 单位造价约3 6 6 4 元千瓦，比上年 下降1 6 1 ；2 1 0 0 万千瓦超超临界机组新建工程( 不含脱硫) 单位造价约3 9 9 8 元千瓦，比上年下降3 9 6 【3 j 。造成火电发电工程造价下降的原因是火电机组主要 装置性材料( 主蒸汽管道、再热蒸汽管道和中底压管道等) 和主要发电设备( 锅 炉、汽轮机和汽轮发电机) 的价格有所下降。另外，由于水电竣工项目规模大小 相差较大，导致开工建设以及设备订货时间不一致，其工程造价变化离散性较大， 短期规律性不强；核电每有竣工项目；峰巅的单位造价大致在8 0 0 0 1 0 0 0 0 元千瓦 的范围内。2 0 0 5 2 0 0 9 年，我国典型火电机组造价情况见图1 5 所示。 古 o3 8 0 0 s 剿3 6 0 0 2 密3 4 0 0 3 2 0 0 3 0 0 0 3 训 。 ：竺：一0 4 3 7 2 8 3 2 ! 竺! 9 + 2 3 0 万f 瓦十2 6 0 万千瓦 - 矗一2 】0 0 万千瓦 图1 5 2 0 0 5 - 2 0 0 9 年我国典型火电机组造价情况( 不含脱硫) 1 1 4 节能降耗 ( 1 ) 供电标准煤耗 2 0 0 9 年，全国6 0 0 0 千瓦及以上火电厂供电标准煤耗为3 4 0 克千瓦时，比上 年降低5 克千瓦时。全国6 0 万千瓦1 0 0 万千瓦( 不含1 0 0 万千瓦) 等级火电机组 供电标准煤耗为3 2 l 克千瓦时，比上年下降4 克千瓦时，比全国平均供电标准煤 耗低1 9 克千瓦时；全国1 0 0 万千瓦等级火电机组供电标准煤耗为2 9 3 克千瓦时， 4 引言 比上年下降3 克千瓦时，比全国平均供电标准煤耗低4 7 克千瓦时嘲。2 0 0 5 2 0 0 9 年典型容量等级火电机组供电煤耗变化情况见图1 6 。 蓉 培 忙 、 议 、- 耀 螯 弓 _ ， o 3 9 0 3 7 0 3 5 0 3 3 0 3 1 0 2 9 0 3 7 0 3 6 7 2 7 0 。一。r 一 2 0 0 5 + 仝旧i 严均 0 3 2 6 3 2 4 3 2 5 扣_ - 一3 21 3 _ _ 蔫1 3 2 0 0 6 2 0 0 7 十机组容量1 0 0 2 0 0 8 2 0 0 9 + 6 0 机组容量( 10 0 图1 62 0 0 5 2 0 0 9 年典型容量等级火电机组供电煤耗变化情况 ( 2 ) 厂用电率 2 0 0 9 年，全国发电厂用电率为5 7 6 ，比上年上升0 1 4 个百分点。其中，水 电为0 4 0 ，比上年下降0 0 4 个百分点；火电为6 6 2 ，比上年上升0 1 7 个百分 点。2 0 0 5 2 0 0 9 年主要发电类型厂用电率变化情况见图1 7 。 8 0 0 7 0 0 6 0 0 槲5 o o 要4 o o j l 、3 o o ： 6 8 0 6 7 7 6 6 2 6 7 9 6 6 2 每二二伊一酗争啼 - - - 二- 二二二二_ _ 一 5 8 7 5 9 5 5 8 3 5 9 0 5 7 6 2 0 0 1 o o j o 4 4 o ，1 4 o ，1 2 o 3 6 o 4 0 ：矗1 - t 0 0 0 t 一- - - - - 一一。一1 。+ 一1 。一一一一。+ 一。一 2 0 0 5 2 0 0 62 0 0 7 2 0 0 8 2 0 0 9 士个闻、 ，均+ 火i l l+ 水电 图1 7 2 0 0 5 2 0 0 9 年主要发电类型厂用电率变化情况 譬 北京交通大学硕士学位论文 ( 3 ) 输电损失 2 0 0 9 年，全国电网线路损失率为6 7 2 ，比上年下降0 0 7 个百分点。2 0 0 1 2 0 9 年全国电网线路损失率变化情况见图1 8 。 8 o o 7 8 0 7 6 0 图1 8 2 0 0 5 2 0 0 9 年全国电网线路损失变化情况 1 2 燃煤发电厂状况 2 火力发电包括燃煤发电、燃油发电和燃气发电。在我国，煤电在火电构成中 超过9 0 ，火电发展情况基本反映了煤电发展水平。2 0 0 9 年，火电机组继续朝着 大容量、高参数、环保型、清洁燃烧方向发展。 1 2 1 火电机组情况 2 0 0 9 年，全国共投产火电机组o 6 6 亿千瓦，与上年规模基本持平，占全部新 投产机组容量的6 8 1 2 ，比上年降低3 11 个百分点，新投产火电机组比重连续三 年下降。2 0 0 9 年，全国有1 0 台百万千瓦超超临界机组投运，年底全国在运百万千 瓦超超临界机组2 1 台，是世界上拥有百万千瓦超超临界机组最多的国家；新投产 单机容量6 0 万千瓦及以上火电机组5 0 台、3 5 5 0 万千瓦，占新投产火电机组总容 量的5 3 9 0 ；新投产单机容量3 0 万千瓦及以上火电机组容量1 2 6 台、5 9 6 8 万千 瓦，占全部新投产火电机组容量的9 0 6 2 。新增火电机组的分类趋向多样化。2 0 0 9 年，新增燃煤机组6 1 8 7 万千瓦，占火电新增容量的9 3 9 4 ；燃气机组1 2 7 万千瓦； 团 0 o o o o 0 4 2 o 8 6 4 7 7 7 6 6 6 一乎一静嵌嚣鎏缀 引言 煤矸石发电1 5 5 万千瓦；余温余压发电6 8 万千瓦；并网生物质发电2 3 万千瓦； 并网垃圾发电1 1 万千瓦。 2 0 0 9 年底，火电在建规模o 7 7 亿千瓦。其中，单机6 0 万千瓦及以上火电机 组6 7 台、4 7 2 5 万千瓦，占全部火电在建规模的6 0 9 8 ，其中在建百万千瓦机组 1 4 台。2 0 0 1 2 0 0 9 年火电装机容量及比重情况如图l 。9 所示。 7 0 0 0 0 6 0 0 0 0 5 0 0 0 0 1 j ；4 0 0 0 0 皿暖 饕3 0 0 0 0 裂2 0 0 0 0j 1 0 0 0 0 0 2 0 0l2 0 0 22 0 0 32 0 0 4 2 0 0 5 2 0 0 62 0 0 7 2 0 0 82 0 0 9 囱火电装机容量+ 火i 乜比重 图1 92 0 0 l 一2 0 0 9 年火电装机容量及比重情况 截至2 0 0 9 年底，调查范围内火电机组平均单机容量1 0 3 l 万千瓦，比上年提 高0 9 0 万千瓦。在调查范围内的火电机组中，6 0 万千瓦及以上火电机组容量和所 占比例快速增加，2 0 0 9 年已经达到2 1 9 亿千瓦，所占比重由2 0 0 6 年的1 8 4 2 提 高到2 0 0 7 年的2 7 0 8 、2 0 0 8 年的3 1 2 7 、2 0 0 9 年的3 4 1 7 ，说明大容量、高 参数的火电机组近几年得到迅速发展。全国统计调查范围内火电机组容量等级结 构见表1 1 。 表1 12 0 0 9 年全国统计调查范围内火电机组容景等级结构 占统计调查范围内火电 指标分类计算单位火电机组合计 机组比例( ) 6 0 0 0 千瓦及以上机组 z 6 2 2 l口 1 0 0 合计 万千瓦6 4 1 3 3 其中，6 0 万千瓦及以上 厶 3 4 4口 3 4 1 7 小计万千瓦2 1 9 1 6 3 0 万6 0 万千瓦台7 0 63 5 2 6 7 眺 鼢 枞 僦 7 7 7 7 7 7 7 7 7 北京交通大学硕士学位论文 ( 不含6 0 万千瓦) 万千瓦 2 2 6 1 4 小计 2 0 万3 0 万千瓦 厶 2 5 5 口 ( 不含3 0 万千瓦) 8 2 8 万千瓦5 3 1 l 小计 1 0 万2 0 万千瓦 厶 5 1 4口 ( 不含2 0 万千瓦)1 0 3 7 小计 万千瓦 6 6 5 4 1 0 万千瓦以下 厶 4 4 0 2 口 1 1 9 l 小计万千瓦 7 6 3 9 2 0 0 9 年，火电机组的利用率进一步体现了节能调度政策实施的效果。在需求 增长放缓、全国发电设备容量增加较多、利用小时又下滑的情况下，大容量机组 的利用小时不降反升，小容量机组下降幅度较大。根据中国电力企业联合会对火 电机组的抽样分析，2 0 0 9 年全国百万千瓦机组设备利用情况最好，达到5 4 2 6 小时， 在全部火电利用小时下滑2 0 小时的情况下，百万千瓦机组利用小时同比提高6 1 小时；6 0 万1 0 0 万千瓦( 不含1 0 0 万千瓦) 机组下降幅度最大1 4 3 2 小时。2 0 万3 0 万千瓦( 不含3 0 万千瓦) 机组在受端电网中的支撑作用很大，利用小时仅低于百 万千瓦机组。2 0 0 8 年、2 0 0 9 年全国抽样分容量等级火电机组发电设备利用小时情 况见图1 1 0 。 图1 1 02 0 0 8 年、2 0 0 9 年全国抽样分容量等级火电机组发电设备利用小时 囤 引言 1 2 2电煤用量情况 2 0 0 9 年，全国6 0 0 0 千瓦及以上电厂发电消耗原煤1 3 9 7 亿吨，比上年增长 5 8 9 ，增速略低于火电发电量增速。考虑到电厂供热耗煤1 5 0 亿吨，全年全行业 电厂发电生产、供热耗用电煤合计1 5 4 7 亿吨，比上年增长5 5 3 。全国电力行业 耗用煤炭占全国煤炭供应总量的5 0 2 6 。 1 2 3 我国燃煤发电技术现状 ( 1 ) 亚临界参数以下 水在加热过程中会汽化，一个饱和压力下必然对应一个饱和温度。 在水的定压加热过程中，每个压力下，水都将经历一个未饱和水点、饱和水 点、湿饱和蒸汽点、干饱和蒸汽点，直至过热蒸汽点。随着压力的增高，汽化阶 段随着压力的增高而逐渐缩短，当饱和水点和干饱和蒸汽点重合时，这点就是水 的临界点，此时饱和水和饱和蒸汽已经没有任何差别。 因此，水的临界点p _ 2 2 1 2 9 m p a ，t 三3 7 4 1 2 h 1 。 我国年代较为久远的一些燃煤电厂采用亚临界参数以下机组，其中部分在技 术改造过程中更新换代。 ( 2 ) 亚临界参数 亚临界供热机组是指机组的主蒸汽参数( 压力、温度等) 均低于水蒸汽的临 界参数。通常亚临界火电机组蒸汽参数：p = 1 6 1 9 a ，r - 5 3 8 5 3 8 或t - 5 4 0 5 4 0 朝。 ( 3 ) 超临界 当压力提高到临界压力( 2 2 1 2 m p a ) 时，汽化潜热为0 ，汽和水的密度差也等 于零，水在该压力下加热到临界温度( 3 7 4 1 5 ) 时即全部汽化成蒸汽。超临界压 力时情况相同，当水被加热到相应压力下的相变点( 临界温度) 时即全部汽化【6 】。 因此超临界压力下水变成蒸汽不再存在汽水两相区，由此可知，超临界压力直流 锅炉由水变成过热蒸汽经历了两个阶段即加热和过热，而工质状态由水逐渐变成 过热蒸汽。 ( 4 ) 超超临界 蒸汽温度不低于5 9 3 或蒸汽压力不低于3 lm p a 被称为超超临界。超超临界 燃煤发电技术是一种先进、高效的发电技术，它比超临界机组的热效率高出约4 ， 与常规燃煤发电机组相比优势就更加明显【7 】。超超临界机组与超临界机组相比，热 效率要提高1 2 ，一年就可节约6 0 0 0 吨优质煤。 ，t ，： 北京交通大学硕士学位论文 ( 5 ) 循环流化床 循环流化床( c f b ) 燃烧技术是一项近二十年发展起来的清洁煤燃烧技术。它具 有燃料适应性广、燃烧效率高、氮氧化物排放低、低成本石灰石炉内脱硫、负荷 调节比大和负荷调节快等突出优点【8 】。 ( 6 ) 联合循环 联合循环就是将燃气轮机排出的“废气”引入余热锅炉，加热水产生高温高压的 蒸汽，再推动汽轮机做功。相当于将燃气轮机的布雷顿循环和汽轮机的朗肯循环 联合起来，形成能源梯级利用的总能系统，达到极高的热效率( 约6 0 ) 【9 】。 ( 7 ) 燃煤热电联产 发电厂既生产电能，又利用汽轮发电机作过功的蒸汽对用户供热的生产方式， 是指同时生产电、热能的工艺过程，较之分别生产电、热能方式节约燃料。主要 燃料为煤。 ( 8 ) 燃气热电联产 主要燃料为天然气，同时生产电、热能的工艺。 ( 9 ) 燃煤供热 以煤为主要燃料生产热能供居民、企事业单位等采暖。 ( 1 0 ) 燃气供热 以天然气为主要燃料生产热能供居民、企事业单位等采暖。 2 0 0 9 年，我国煤电平稳发展，一方面在装机容量上实现持续增长，满足电力 需求；另一方面在机组等级上高参数、大容量机组的比例不断增加，优化了火电 构成；此外，在环境保护和资源节约方面，加强大气污染物控制，加大节能减排 力度，加快设备改造及技术创新，发展节能、环保、高效火电技术成为主流。 1 0 二氧化碳减排背景情况 2 二氧化碳减排背景情况 2 1全球气候变化形势分析 2 1 1 全球气候变化情况 国际权威组织政府间气候变化专门委员会( i n t e r g o v e 砌m e n t a jp a n e l0 nc l 妇a ：t c c h a n g e ，口c c ) ，在全球范围对气候变化情况进行了长期观测和跟踪研究，得出主 要结论如下： ( 1 ) 对全球温度观测表明：最近1 2 年( 1 9 9 5 2 0 0 6 年) ，有1 1 年位列最暖 的1 2 个年份之中；最近1 0 0 年( 1 9 0 6 2 0 0 5 年) ，温度线性变暖趋势为o 7 4 ( 0 5 6 0 9 2 ) ，而近5 0 年( 1 9 5 6 2 0 0 5 年) ，温度线性变暖趋势为每十年0 1 3 ( 0 1 0 o 1 6 ) ，几乎是近1 0 0 年的倍；在过去的1 0 0 年中，北极升温的速率 几乎是全球平均升温速率的两倍，并且陆地区域的升温速率较海洋快；另自1 9 6 1 年以来，全球海洋平均温度升高已延伸到至少3 0 0 0 米的深度。 ( 2 ) 对海平面观测表明：1 9 6 l 2 0 0 3 年间，全球平均海平面以每年1 8 毫米 ( 1 3 2 3 ) 的速率上升；1 9 9 3 2 0 0 3 年，全球平均海平面以每年大约3 1 毫米( 2 4 3 8 ) 的速率上升；自1 9 9 3 年以来，海洋热膨胀对海平面上升的预估贡献率占所预 计的各贡献率之和的5 7 ，冰川和冰帽的贡献率则大约为2 8 ，极地冰盖的贡献 率则为1 5 ；在不确定性区间内，上述气候贡献率之和与直接观测到的海平面上 升总量一致。 ( 3 ) 对冰雪面积观测表明：1 9 7 8 年以来，北极年平均海冰面积以每十年2 7 ( 2 1 3 3 ) 的速率退缩，夏季的海冰退缩率较大，为每十年7 4 ( 5 0 9 8 ) ； 在南北半球，山地冰川和积雪平均面积已呈退缩趋势；1 9 0 0 年以来，北半球季节 性冻土最大面积减少了大约7 ，春季冻土面积的减幅高达1 5 ；2 0 世纪8 0 年代 以来，北极多年冻土层上层温度普遍升高达3 。 从目前全球平均气温和海温升高，全球平均海平面上升，大范围积雪和冰融 化的观测数据中都可以看出气候系统变暖是毋庸置疑的。图2 1 显示了这三个方面 的变化情况。 北京交通大学硕士学位论文 麓 掰 一 锱 霸 舞 囊 牛 蟛 o o 。 竺：| 图2 1 温度、海平面和北半球积雪变化 2 1 2气候变化对人类的影响 4 0 萄 耄 3 $ 港 鎏 3 2 大量事实表明，温室气体浓度持续增长已对全球范围内人类自身的生存造成 威胁。大量研究表明，未来气候若持续变暖将对人类社会的影响还会进一步加深， 不仅人类赖以生存的自然生态系统遭受损害，人类的生命健康、财产安全和经济 发展也将直接或间接遭受威胁。 ( 1 ) 对生态安全的影响 全球气温的持续变暖将改变削夺自然系统和面貌，包括积雪、冻土和海冰、 风场、降水和某些极端气候事件。大部分多年冻土区与的融化深度将增加，冰川 退缩，河( 湖) 封冻期缩短，积雪面积缩小，海冰面积退缩，海平面由此将逐步 升高；温带风暴路径将向极地推移，造成风、降水和温度形态的变化，热极端事 件、热浪、强降水以及局部干旱或洪涝很可能增多、增强。 1 2 二氧化碳减排背景情况 自然系统的变化将进一步传递到地球生态系统。生态系统由于适应能力有限， 尤其容易受到气候变暖和自然系统变化的影响，其中许多影响是不利的，甚至是 不可逆的。口c c 预测一些特定的生态系统将受到威胁，如对变暖敏感的苔原、北 方森林、极地和高山生态系统、受降雨减少影响的热带雨林、对变暖敏感的海冰 生物群落、受降雨减少影响的地中海类型的生态系统、受到多重压力的红树林和 盐沼生态系统，以及海洋珊瑚礁等。随着气候变化速率和幅度的增加，遭受破坏 的自然生态系统在数目上会有所增加，其地理范围也将增加。自然植被的地理分 部与物种组成可能发生明显变化，生物多样性等会受到严重不利影响。气候变化 将改变一个地区不同物种的适应性，并改变生态系统内部不同种群的竞争力，生 物物种构成及其优势物种都将会变化，某些物种由于不能适应新环境而濒临灭绝 的危险，也可能出现新的物种体系。口c c ( 2 0 0 7 ) 认为如果全球平均温度增幅超 过1 5 2 5 ( 与1 9 8 0 1 9 9 9 年相比) ，所评估的2 0 3 0 的物种可能面临增大的灭 绝风险。 在全球气候变化以及地球自然和生物资源发生急剧变化的背景下，人类生存 和居住环境以及社会经济系统正面临着全面的严峻威胁和挑战。 ( 2 ) 对粮食安全的影响 现有的研究表明，气候变化将主要通过温度、降水变化、气候灾害、土壤肥 力、病虫害、生物能源等多种因素综合影响农业生产，并因区域和季节而异。其 中，温度的升高能够直接影响作物的生长发育，从而影响粮食生产能力。而气温 和降水的反常变化、干旱和洪涝等自然灾害发生的频率和强度的增大，都将导致 粮食生产的不稳定性加剧，作物产量波动加大。气候变暖还可能会改变土壤条件、 加剧病虫害的流行和杂草蔓延，从而使农业生产条件恶化。因适应气候变化，未 来粮食生产结构与布局可能发生重大调整，种植制度、作物种类、品种质量、生 产成本和投资等都可能发生重大变化。气候变化也会影响到其他种植业、畜牧业 和水产业的生产环境、布局、结构、产量和成本等。按照目前的趋势，全球平均 气温很可能继续升高2 3 ，中国的农业生产届时将受到严重冲击。根据中国农业 和气候科学家的最新研究，气候变化可能导致中国三大主要粮食作物产量持续下 降，受气温升高、农业用水减少和耕地面积下降等因素的综合作用。u 另外，为减缓气候变化，生物能源被作为矿物燃料的替代品正不断发展壮大， 这有可能加剧土地和粮食供求矛盾，从而对世界粮食安全构成另一种挑战。 在气候变化的背景下，全球粮食生产的不稳定性、产量下降和隔绝调整还可 能影响世界粮食的贸易和价格，粮食可能被视为一种重要的战略资源被实行出口 配额和贸易限制措施，使粮食供应问题加重，高粮价将严重挫伤那些靠进口粮食 来满足内部需求的发展中国家和贫困人口，引发潜在的政治和安全后果。 1 3 北京交通大学硕士学位论文 ( 3 ) 对水资源的影响 全球气候变化会严重影响到水资源的供应和应用。气候变暖加速了冰川、冻 土和积雪的消融和退缩，带来河川径流量和湖泊水位的显著变化，短期能够增加 水资源供应但长期将使水资源逐渐减少或枯竭。区域尺度上的降水形式和降水量 的变化对地下水的回补更新也有着很大的影响。气候变化可能加剧降水在不同地 区、不同时间以及年代的分布不平衡，水资源可能变得更加不稳定。蒸发量也增 大也将加剧水资源的匮乏。这些因素将使那些本已受到水资源胁迫的国家和地区 面临更大困难。中国气候变化国家评估报告( 2 0 0 6 ) 预测未来5 0 1 0 0 年，中国 北方地区的部分省份年均径流量将减少2 一1 0 ，而南方地区平均增幅却达2 4 ： 2 0 5 0 年西部冰川面积将比2 0 世纪中叶减少2 7 ，冰川融水将使河川径流季节调节 能力大大降低，加大中国水资源供应的不稳定性和供需矛盾。 气候变化将带来水环境和水生态安全问题，气温升高将对水体生物的生活环 境产生影响，水体生物的分布可能发生变化，水体容易产生蓝藻、富营养化等问 题；降水减少和径流减少使水的稀释低洼浸水地区的地下水蓄水层，同时降低淡 水资源的可用性。 气候变化加大了水资源管理的难度和水工程体系的建设。水资源短缺、饮用 水安全问题、强降雨和洪水趋多趋强的可能性、海平面上升对沿海和低洼地区的 威胁都给水资源管理和洪水管理带来更大的挑战。为应对气候变化对水系统的负 面影响，各国必然要加强节约用水、污水处理、水媒疾病控制、防洪工程体系和 沿海防护堤坝的建设和投入。 ( 4 ) 对人群健康的影响 气候变化对社会经济等其他领域也将产生深远影响。气候变化将增加疾病发 生和传播的机会，危害人类健康；增加地质灾害和气象灾害的形成概率，对重大 工程的安全造成威胁；影响自然保护区和国家公园的生态环境和物种多样性，对 自然和人文旅游资源产生影响；增加对公众声明内财产的威胁，影响社会正常生 活秩序和安定；应对气候变化需要付出相应的经济和社会成本，给国民经济带来 巨大损失。 d c c 第四次评估报告研究结果表明，有关各系统和行业随不断增加的温度变 化而增加的影响，其具体影响关系见图2 2 。 1 4 二氧化碳减排背景情况 水 毪! 热带鞠澄绝鳗和商缆室地区呵雳| 嗷堵霸一一一一一一一一一一一一一一一一一一 在中纬蟪区私事千单僬纬缝毽。再用东碱少，干旱增多一一- 一一一_ 一一一一一一一一 数亿人口翻蔹跫为严重盼供隶援力一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一 - 一嘲述3 0 的物挣灭绝 舞 风陆埔太 鼍壤自纯培瓣一太多鬻甥臼他- - - - - 一太蕺用臻瑚死亡一_ 一 生态系统 黼施垒钧黧趋f 凌为净璇潭t 约1 5 一 路嗣 钫 务稚迂稿耜野虫风隆增大 棼萌 经商翻转环流醺弱l 起约生瘩系绶蹙他 小照主、农笼私藏薏爱弼鬣袭的、硒域躺币聪荔瞬一一一一一- 一 鞭食 售纬建嚣谷囊馆物产慧趋哥箨柽 中南纬缝篷纂苎褥爱撵锈产璧箍予 增长 坛纬地区 产醚降镊 蒸势绝毽 嚣莽币赶骏泻、巷辩峻躺氍筠臻精萼秩瘫遗瘟瓣毵搏趣i 热溃霍f 农翱千孽静致发编攀移冤亡摩j ：雾一一一一一一一 健康 蒹些绞翁转搓媛舟的分布发生赛纯l _ - _ _ _ _ _ _ - _ - - _ _ _ i _ _ _ - - _ 卫生辊耱蟹 注：相对于1 9 8 0 1 9 9 9 年的全球平均温度变化( ) 图2 2与全球平均温度变化有关的影响实例 2 1 - 3国际社会应对气候变化进展情况 1 9 7 9 年，在瑞士日内瓦召开的第一次世界气候大会上，气候变化首次作为一 个国际社会关注的问题提上议事日程。从此，国际社会为应对气候变化问题采取 了一系列举措。 1 9 8 8 年，世界气象组织和联合国环境规划署联合建立了联合国政府间气候变 化专门委员会( m c c ) ，其主要职责是评估有关气候变化问题的科学信息以及评价 气候变化的环境和社会经济后果，并制定现实的应对策略【i 叫。 1 9 9 2 年通过的联合国气候变化框架公约( 以下简称公约) ，是世界上第 个为全面控制温室气体( q 优n h o u s eg 瑟，g h g ) 排放，以减缓全球变暖给人类 经济和社会带来不利影响的国际公约，成为国际社会应对全球气候变化问题的基 本框架。公约于1 9 9 4 年3 月2 1 日正式生效。 1 9 9 7 年通过的京都议定书，是首次以法规的形式限制温室气体排放，并旨 在限制其附件二国家温室气体排放量，以抑制全球变暖。京都议定书于2 0 0 5 北京交通大学硕士学位论文 年2 月1 6 日正式生效，它规定，到2 0 l o 年，附件二所列发达国家缔约方温室气 体的排放量要比1 9 9 0 年减少5 2 ，发展中国家没有减排义务。 2 0 0 7 年1 2 月，第1 3 次缔约方大会在印度尼西亚巴厘岛举行，会议着重讨论“后 京都”问题，并于1 5 日通过了“巴厘岛路线图”。 2 0 0 8 年1 2 月，第1 4 次缔约方大会在波兰波兹南市举行，波兹南会议承担着 为哥本哈根会谈设立议程的重要任务。 2 0 0 8 年7 月8 日，八国集团领导人在首脑会议上就温室气体长期减排目标达 成一致，八国寻求与公约其他缔约国共同实现到2 0 5 0 年将全球温室气体排放 量减少至少一半的长期目标，并在公约相关谈判中与这些国家讨论并通过这一目 标。 2 0 0 9 年1 2 月在丹麦首都哥本哈根举行气候大会，在美国、中国、印度、巴西 以及南非主导下达成了没有法律效力的哥本哈根协议。但协议建立绿色气候基 金会，承诺为发展中国家提供应对气候变化资金支持；另外，协议要求与会各国 在2 0 1 0 年2 月1 日以前要宣布2 0 2 0 年前的减排目标。2 0 1 0 年底，联合国气候大 会将在墨西哥继续召开，确定各方责任和目标【l l 】。 全球应对气候变化已成为必然趋势，未来各个国家在减缓和适应气候变化、 减排温室气体等方面的力度将进一步加强。 2 2中国气候变化形势及应对策略 2 2 1中国气候变化形势分析 研究表明，我国气候变暖趋势与全球的总趋势基本一致。据中国气象局发布 的最新观测结果显示，中国近百年来( 1 9 0 8 2 0 0 7 年) 地表平均气温升高了1 1 ， 自1 9 8 6 年以来经历了2 1 个暖冬，2 0 0 7 年是自1 9 5 1 年有系统气象观测以来最暖的 一年。近5 0 年来中国降水分布格局发生了明显变化，西部和华南地区降水增加， 而华北和东北大部分地区降水减少。高温、干旱、强降水等极端气候事件有频率 增加、强度增大的趋势。夏季高温热浪增多，局部地区特别是华北地区干旱加剧， 南方地区强降水增多，西部地区雪灾发生的几率增加。近3 0 年来，中国沿海海表 温度上升了o 9 ，沿海海平面上升了9 0 毫米。 我国的基本国情和发展阶段特征等因素决定了在今后一段时期内c 0 2 排放还 将继续增长，决定了在控制c 0 2 排放上比发达国家面临更大的困难。这是因为中 国的工业化、城市化、现代化进程远未完成，仍处于倒“u ”型的“环境库兹涅茨曲 线”的上升阶段，1 9 9 0 2 0 0 6 年的中国的能源消费和c 0 2 排放量均增加了一倍多， 1 6 二氧化碳减排背景情况 为了实现“三步走”战略目标，按目前的政策和技术进步情景分析，2 0 5 0 年的c 0 2 排放量至少要再增加一倍，这是中国发展的基本条件。因此如果在减缓气候变化 方面过早、过激、过高地承担减排责任，将严重制约中国的发展空间。 2 2 2中国应对气候变化已采取的措施 我国政府充分认识到应对气候变化的重要性和紧迫性，按照科学发展观的要 求，统筹考虑经济发展和生态建设、国内与国际、当前与长远，制定并实施应对 气候变化国家方案，采取了一系列应对气候变化的政策和措施。 我国分别于1 9 9 3 年和2 0 0 2 年批准了联合国气候变化框架公约和京都 议定书。 2 0 0 4 年国务院通过了能源中长期发展规划纲要( 2 0 0 4 2 0 2 0 ) ( 草案) ；同 年国家发展和改革委员会发布了中国第一个节能中长期专项规划；2 0 0 5 年2 月， 全国人大审议通过了中华人民共和国可再生能源法；8 月，国务院下发了关 于做好建设节约型社会近期重点工作的通知：1 2 月，国务院发布了关于发布实 施( 促进产业结构调整暂行规定) 的决定；2 0 0 6 年8 月，国务院发布了关于加 强节能工作的决定。这些政策性文件为进一步加强了我国应对气候变化能力提供 了政策和法律保障。 2 0 0 6 年1 2 月2 6 日，气候变化国家评估报告正式发布。报告分气候变化的 历史和未来趋势、气候变化的影响与适应和减缓气候变化的社会经济评价三部分， 系统总结了我国在气候变化方面的科学研究成果，全面评估了在全球气候变化背 景下中国近百年来的气候变化观测事实及其影响，观测了2 l 世纪的气候变化趋势， 综合分析、评价了气候变化及相关国际公约对我国生态、环境、经济和社会发展 可能带来的影响，提出了我国应对全球气候变化的立场和原则主张以及相关政策。 2 0 0 7 年6 月中国政府发布应对气候变化国家方案，提出了到2 0 1 0 年中国 应对气候变化的总体目标，即：控制温室气体排放政策措施取得明显成效，适应 气候变化的能力不断增强，气候变化相关研究水平不断提高，气候变化科学研究 取得新的进展，公众的气候变化意识得到较大提高，应对气候变化领域的体制机 制进一步加强。 ， 2 0 0 7 年6 月1 2 日，国务院决定成立国家应对气候变化及节能减排工作领导小 组，作为国家应对气候变化和节能减排工作的议事协调机构，切实加强我国温室 气体控制及相关工作。领导小组主要任务为：研究制订国家应对气候变化的重大 战略、方针和对策，统一部署应对气候变化工作，研究审议国际合作和谈判对案， 协调解决应对气候变化工作中的重大问题；组织贯彻落实国务院有关节能减排工 1 7 北京交通大学硕士学位论文 作的方针政策，统一部署节能减排工作，研究审议重大政策建议，协调解决工作 中的重大问题。 2 0 0 8 年l o 月，国务院新闻办公室发布了中国应对气候变化的政策与行动， 阐述了与气候变化相关的中国国情、影响以及政策与行动目标。2 0 0 9 年8 月2 7 日， 第十一届全国人大常委会第十二次会议通过了全国人民代表大会常务委员会关 于积极应对气候变化的决议。 2 0 0 9 年1 1 月2 5 日，中国政府公布了到2 0 2 0 年单位国内生产总值二氧化碳排 放比2 0 0 5 年下降4 0 4 5 的目标，作为约束性指标将纳入国民经济和社会发展中 长期规划，并制定相应的国内统计、监测、考核办法。同时，还提出通过大力发 展可再生能源、积极推进核电建设等行动，到2 0 2 0 年我国非化石能源占一次能源 消费的比重达到1 5 左右。 1 8 中国电力减排技术优化模型 3 中国电力减排技术优化模型 3 1模型方法综述 对电力行业二氧化碳减排的研究工作主要是通过数量化模型分析展开，通过 使用模型化技术进行政策模拟分析，为制定减排政策提供依据和建议。因此，研 究二氧化碳减排和方案必然要应用各种不同的模型工具，模型化分析方法也得到 了世界各国的普遍应用，在温室气体减排研究中愈来愈发挥着重大的作用。目前， 用于分析温室气体减排的模型主要有动态优化模型、宏观经济模型、投入产出模 型、可计算一般均衡模型和混合模型等。这些模型在建模方法、模型结构、参数 假定和优化路径等方面均存在着一些差异，各有优劣，也有着各自适用的研究范 卧1 2 1 。2 0 世纪9 0 年代末以来，我国学术界也开展了对温室气体减排政策的模拟研 究。例如，郑玉歆等( 1 9 9 9 ) 引进p r c g e m 软件，分析了中国征收碳税减排二氧 化碳的成本；贺菊煌等( 2 0 0 1 ) 用c g e 模型研究了碳税作用；张阿玲等( 2 0 0 2 ) 将3 e 模型用于温室气体减排技术选择和减排对经济影响的分析中；蒋金荷等 ( 2 0 0 2 ) 在分析当前温室气体减排技术模型的两种建模方法t o p d 0 、7 l ，n 和b o 怕m u p 的特点的基础上，提出了构建混合型经济- 胄皂源模型的建议和开发思路；陈文颖等 ( 2 0 0 4 ) 应用能源环境经济耦合的中国m a r k a i ，m a c r o 模型进行模拟分析； 姜克隽等( 2 0 0 4 ) 结合s g m 模型重点从能源效率的角度分析了中国的减排潜力情 况；王灿等( 2 0 0 5 ) 用c g e 模型分析了减排对中国经济的影响。 总体上看，从建模方法学角度区分，用于分析温室气体减排的模型主要分为 由顶向下( t o p d o w n ) 的宏观模型和由底向上( b o 位o m - u p ) 的技术模型，这是两种主要 的建模角度。从这两种角度出发建立的模型各有特点，能够应用于分析不同的政 策问题【1 3 】。但他们也各有优劣，所以在许多综合( h 蛳d ) 模型中，建模时综合了以 上两种方法以发挥不同模型方法的优点，但其核心模块的连接却一直是一个棘手 的难题。以下就主要从以上这三方面对模型方法予以简介，对中国电力减排技术 优化模型的提出从建模方法上进行一个思路的梳理。 3 1 1由顶向下模型 ( 1 ) c g e 模型 c g e 即可计算一般均衡( c o m p u t a b l eg e n e r a le q u i l i m u m ) ，c g e 模型的产生是 北京交通大学硕二 ：学位论文 一般均衡理论的实践成果。c g e 模型结构主要都包括以下三个部分：供给部分、 需求部分和供求均衡关系部分。c g e 模型尽管也有总目标函数，但其优化过程却 是在每一个部门层次上独自进行的，最后在市场出清的条件下，达到平衡，从而 建立了c g e 模型的基本方程结构【1 4 j 。目前，应用于温室气体减排分析中比较主要 的c g e 模型有经合组织( o 蟛1 1 1 i ：兹i t i o nf o re c o n 0 i i l i cc o o p e r a 【t i o n 趾dd e v e l o p m c 毗 o e c d ) 发展中心公布的g r e e n 模型、m i t 在g 砌! e n 模型基础上发展的e p p a 模型，帆u b e 模型、m s m r t 模型以及太平洋西北实验室开发的s g m 模型等。 中国自主开发的c g e 模型主要有国务院发展研究中心开发的中国经济环境c g e 模型、和很多研究机构和专家开发的c g e 模型。 (