【我国碳中和技术路径优化实例7100字】

1我国碳中和技术路径优化实例我国碳中和技术路径优化实例 1.1需求预测 1.1.1能源需求及工业过程预测 1.1.2森林碳汇预测 21.2优化结果 21.2.1交通优化结果 21.2.2热力优化结果 61.2.3电力优化结果 91.2.4总成本与碳排放优化结果 1.1需求预测根据世界经济合作与发展组织对中国GDP的预测，直到2060年我国的GDP交通需求、热力以及钢铁水泥58的需求弹性系数都会随经济增长率的放缓而放大力减排的这段时间内一直保持为正并持续增加。本章各需求量的弹性系数的确定在参考我国各变量前二十年的弹性系数的同时，也考虑了未来我国经济发2可参考的十九年的数据，对我国森林碳汇进碳汇随时间的增加基本符合ARIMA(0,1,0),其预测结果如下图1.1所示：其中绿色实线表示过去19年的实际碳汇量，蓝色实线表示预测结果，深蓝色区域表示实际结果有80%的可能在该区间内，浅蓝色区域表示实际结果有95%的可能在该区间内。结合UNFCCC《中华人民共和国气候报告第二次两年(c)表明，为实现水路2030年和2050年的碳减排目标，在2030年前后以及而目前被认为能够有广泛应用场景的LNG动力船舶并没有在水路货运中占有动力货船的货物周转量相对于其自身而言有了较大(2)目前LNG动力船舶被认为潜力大的主要原因在于，相比于柴油，液态天然气可大幅减少其他规定减排的污染物，但这些污染没有在本模型中体现，因此LNG动力船舶的优势不能完全体现，造成其优化电力(铁路)柴油(铁路)2020202520302035204020452050205货物周转量(亿吨公里)货物周转量(亿吨公里)LNG(水运)图1.3中描述的是交通客运的优化结果。在航空方面，在2030年前后传统为实现国际民用航空组织碳减排的目标，大部分航空客运需求被电推进取代。铁路客运中，以电力为动力的运输方式将继续稳定增长，逐渐取缔，而是维持在一个稳定的水平，这是因为由于客运中各种交通方式的互相替代，铁路运输的需求将大幅增加，即使会远低于其他交通方式，因此柴油铁路客运将一直存在。增加的限制，因此柴油铁路客运一直保持当前的水平。水同，不需要用其他动力来源替代进行减排，由于我国水路客运本身占比不高，基本可以忽略，且优化后其承担的旅客周转量又大部分被铁路和陆路分担，因此仍采用单一的柴油动力也是可以满足减排后完全被取代的结果，汽油可以长期应用且大比例应用于陆路客运；天然油电混合及纯电力客运汽车在陆路客运中所占比例都不大，且其增长幅度也不高，为满足减排要求，氢动力汽车会在2050年左右突然大幅增加。但是由于碳约束，铁路和陆路运输仍对航空客运进行了大路客运将成为我国主要的客运方式，其占比常年维持在60%左右。交通部分的优化结果中，终端电力的需求并没有预想的那么高，反而对氢的需求很高，这可能是因为交通中终端电力需求越高，模型中电力系统相对应的投资也会越高，而制氢用的电力在目前的模型中和电力系统并无联系，在第四章的讨论中会将制氢用的电力也反馈到电力系统中，对比一下两种计算陆路陆路年份核能太阳能生物质煤天然气机组的供热量如下图1.6所示。根据图1.6,我国天然气供热量将在2040年前天然气供暖量(亿兆焦)天然气供暖量(亿兆焦)年份天然气(亿兆焦)热泵(亿兆焦)0图1.7、图1.8和图1.9分别展示了全国2030年和2060年两个重要时间节点处热泵装机量、太阳能热力装机量和生物质热力装机量的分布。这三种装机量都呈现南多北少的分布情况，这和我国热力北、云南等无集中供暖地区也存在热力装机，这中供暖和工业集中供热之和，这些没有冬季集中供暖的地区存在少量工业园区的集中供热。目前我国各地区热泵装机与太阳能热力装机量几乎为零，但图中结果给出，未来热泵与太阳能热利用将成为我国主要的供热方式，并且其装机图中所示北方部分地区应大力发展热泵及太阳能供热这两种清洁供热方式。此外，虽然生物质供热目前是一种非常成熟的技术，并且供但是由于我国生物质燃料匮乏导致生物质价格昂贵，生物热泵供热的补充方式，而不是我国主要的供热来源。图1.9中也可以看出，相比于另外两种清洁供热的技术，生物质供热机组的数量在大多数地区从2030年到2060年都没有特别大的提升。图1.10表示我国未来各种类电力装机的情况，从图中可以看出，我国超临界燃煤机组(spc)将在2025年全部淘汰，推测出现这种计算结果的原因和热力优化中CHP机组2025年全部淘汰的原因应该相同；超超临界机组将在2025年左右达到装机饱和，随后将逐渐减少，2055年及机量的很小一部分，用于电力调峰；天然气机组的装机量在2和，随后装机量不变，这是因为同热力模型的前提了天然气机组只允许停机而不允许像煤电机组一样提前退役，所以2040年后的气机组的发电量在2035到2040年间达到峰值，2040到2055年间其发电量保持在一个稳定的水平，随后在2055年后有较大程度的下业的天然气下降，这种程度的发电量下降是比电装机量不会再有较大的跃升；此外，生物质装机量也发展得比较平我国生物质燃料资源匮乏、价格较高导致的。可见，我国由于缺少价格低廉的优质生物质资源，电力系统和热力系统的碳减排都受到了年前由于储能技术成本过高，上述波动性可再生电中占据很大比例；2050年后，海上风电由于其成本的下降以及电力需求的进一海上风电0.1-50150350(a)2030年ngcc装机量(GW)(b)2060年ngcc装机量(GW)图1.12和图1.13中分别展示了我国2030年和2060年全部风能(风电和海上风电之和)装机量和全部光伏(光伏和分布式光伏之和)装机量。我国2030年全国风电装机量较为均衡，除没有数据的港澳台部署有50GW以下风电，其中内蒙古地区风力装机量最高，达到27GW;2060年时我国除中部地区风力装机仅有小幅增长外，其余地区都有很大幅度增其中东部沿海地区总风电装机量的增加主要依由于风力资源丰沛，主要是陆地风电即传统风电装机量的提高。我国2030年全部光伏装机量在陕甘青一带的西北地区最高(a)2030年upc装机量(GW)(b)2060年upc装机量(GW)装机量都有较大提升，其中新疆省及内蒙古省装机量增长最多，并且在2060年时成为我国光伏装机量排名第一和第二的地区。疆省相对更高的风光装机量使得这两个地区在2030年和2060年时都承担了很图1.14和图1.15分别表示我国2030年和2060年天然气联合循环和超超临界机组的装机量；虽然2040年以后以天然气为燃提设置中天然气发电机组不能提前拆除，但是和2030年的天然气发电量相比，全国各地的天然气机组发电量仍有不同程度的增加。相比较于2030年，我国2060年超超临界燃煤机组的装机量有显著下降，且2060年时只有内蒙古、新疆和云南省保留燃煤机组，其中内蒙古地区的超超临界机平，结合后面讨论的地区间电力输送情况来看源装机量是不能向外界地区提供如此多电力的，此外此外，我国中部地区的省份中，如河南、湖北，化石能源电力装机和可再生能源电力装机都比西部和东部地区相对少一些，使得我3)远距离输送电的上限是一定的，仅靠远距离输送电甚至难以满足未来东部地区对电力的需求，因此中部地区需要作为枢纽连接东部和西部地区，图1.16(a)和(b)中分别描述了2030年和2060年我国各地区发电量及地区间输送电量，蓝色越深表示本地发电量越高，越高。可以看出，2030年我国未来电网结构 其中东部地区所需电力最高；内蒙古、西北地区(陕西、甘肃、青海)、川渝地区和新疆将作为四个主要的电力输出点，中部地其中内蒙古到京津冀的电网成为我国电力输送性较高的高电力输送量电网也让京津冀地区成为我国唯一一个2030年到2060年本地发电量下降的地区。同时也可以看到，如果布格局不变，东部沿海的用电量非常高，电网压力较大，以满足东部沿海地区的用电需求。中部电力枢纽处的地区也承担着较大的输送电工作，例如，山西地区虽然自身用电量及发电量都不高，但是直接连接到山上图1.17为2030年-2060年间我国各地区储能装机量。从图中可以看出，在模型目前的时间尺度上，我国各省份直到2030年都不需署，2040年到2050年间我国西部及北部地区的储能装机都有较大提升，这和西部及北部此时波动性可再生机组的大量增加是相关的，2060年时除山西省、京津冀地区和东部地区外，全国各地区均有储能装机，且储能装机量最高的内冀地区和东部地区均无储能装机的原因可能是，这三个地区主要依靠外部地区例储能装机量(GW)占比0上表1.2中计算了全国储能机组占波动性可再生机组装机量的比例，可以根据以上结果得出初步结论，在当前时间尺度下，全国储上图1.18为我国为实现2030年碳达峰及2060年碳中和每年需付出的成本及成本占全部GDP的比例图，根据模型优化计算结果，2045年前我国每年碳减排成本持续增高，并且在2035年到2040年间有一个较大的提高，在2045年高的2040年也没有超过6.5%,除2040年和2050以外，其余年份碳减排所花成本占GDP比例均在5%上下浮动。根据图1.19,我国碳达峰时间应在2025年到2030年之间，这是符合2030年前达峰的要求的。电力系统碳排放达峰应在2025年左右，在2025年到2040年期间，电力系统由于可再生能源装机量的增加以放逐步降低，但2040年后，由于可调峰的电力装机需要维电力系统的碳排放将维持在一个稳定水平，难以有更大的减排空间；热力系统碳达峰在2040年前后，根据之前的讨论结果，其碳排放的，因此随着2040年后天然气供热的减少，其碳排放也大量减少，最终在2060年所有天然气供热机组停机时达到碳排放为零；交通系统碳达峰时间应接近2045年，2050年时，由于航空业中电推进的引入以及陆路货运中大量氢动力货车的使用，交通碳排放大量减少，但是由于石能源燃料总要维持在一定的水平以上，并且过多的电力或氢动力交通的使用会导致总成本的急剧增加，因此交通碳减排空间在2055年时已经基本为零。未能大规模应用，也就是说，除森林碳汇外，2040年前本身的