刘正英，许 青，李天寿，张龄之，李树德
（1.国网甘肃省电力公司发展事业部，甘肃 兰州 730000，2.国网英大碳资产管理（上海）有限公司，上海 200126）
0 引 言
目前，电力行业所产生的碳排放约占我国各行业总排放量的50%，为最大的单一碳排放行业[1]。因此，建设规范统一的电力系统碳排放核算体系是制定高效减排方案并促进双碳目标实现的重中之重。根据国际温室气体核算体系，电力行业碳排放可划分为直接碳排放与间接碳排放[2]。其中，直接碳排放指电力系统发电和输变电环节，由于化石能源燃料直接燃烧和SF6 等绝缘气体泄漏产生的温室气体排放；间接碳排放指由于使用主体的需求间接导致其他主体在电力生产过程中燃烧化石能源所产生的温室气体排放，同时将碳排放责任分摊到消费侧[3-4]。当前研究表明，电力系统中的碳排放责任仅计量直接碳排放，并由生产者负责的责任分配会导致“碳泄漏”现象，难以从用户侧倒逼电力行业能源结构转型。因此，实现电力系统的间接碳排放准确计量和责任公平分摊尤为关键。目前，温室气体核算标准中，电力系统间接碳排放量采用活动数据（某一项排放源的全年消耗量）、排放因子（单位活动的排放量系数）和全球变暖潜能值（Global Warming Potential，GWP）（气体的温室效益指数）相乘的方法进行计算，在活动数据和GWP数据外生的情况下，电网碳排放因子的准确核算是实现电力系统间接碳排放计量的关键[5]。
文章首先分析当前国内外所使用电网碳排放因子的特征与使用情景，阐明当前存在的不足与困境。之后，根据当前的电网碳排放因子国内外研究成果，针对目前的缺陷总结其他电网碳排放因子的特征与研究进展，并为对我国未来电力系统碳计量中电网碳排放因子的发展趋势进行展望。
1 我国电网碳排放因子特征
1.1 电网平均碳排放因子
原则上，电网碳排放因子核算应由发电侧提供基础数据，但由于电网结构的复杂性，导致电力传输溯源较难。为解决此问题，中华人民共和国生态环境部印发的《企业温室气体排放核算方法与报告指南发电设施（2021 年修订版）》明确指出，电网平均排放因子核算采用隐含电力排放，且根据全国电网、区域电网、省级电网等不同电网等级，使用不同发电技术采用不同碳排放因子[6]。
全国电网平均排放因子一般仅在重点企业进行碳排放报告报送时，用于填写温室气体碳排放报告补充数据报表，避免由于区域电网平均排放因子存在差距，导致重点控排企业在纳入电力行业的全国碳市场启动后产生的配额分配不均问题。区域电网主要划分为华北区域、东北区域、华东区域、华中区域、西北区域以及南方区域，平均碳排放因子主要用于区域、行业、企业核算其用电产生的碳排放量，不仅考虑净购入的国外电量，还考虑了区域电网间的电力交换。省级电网平均碳排放因子是在区域电网平均排放因子基础上的进一步细化，不仅考虑了净购入国外电量和区域间电网的电力交换，还考虑了区域与省级电网间的电力交换，主要用于国家对省级碳排放目标责任的考核。
1.2 电网基准线碳排放因子
我国电网基准线碳排放因子主要基于清洁发展机制（Clean Development Mechanism，CDM）计算得出，用于中国重点减排领域CDM 项目和中国温室气体自愿减排项目的温室气体减排量核算。其可分为短期内电力需求减少导致的火电厂发电量减少的电量边际排放因子（Operation Margin，OM）与远期电力需求增加导致的新建新能源电厂发电量增加的容量边际排放因子（Build Margin，BM）。计算OM 时，剔除水电、核电等低成本运行和必须运行机组，实际反映的为火电厂的平均排放水平。BM 是以电量为权重，对选定的若干新增机组进行样本采样，并对采样所得碳排放因子进行加权得出，反映新增电力机组容量的碳排放水平。
以行政区划分级的电网平均排放因子或电网基准线排放因子进行核算存在以下弊端[7]。一是需要较长周期的化石能源消耗量及发电量统计数据，且需要规范其统计口径，以保证数据准确性，导致数据更新存在强烈滞后性的问题。二是区域范围的电网平均排放因子基于将整体平均分摊至使用个体的原则，无法体现使用个体的特征差异及时空差异，公平性考虑不足。三是核算过程只考虑传统化石能源燃烧碳排放，忽视了燃料开采、运输过程、发电设施基础建设以及废弃物处置过程产生的温室气体排放，使得可再生能源发电过程的大量碳排放被忽略。
随着新型电力系统的不断发展，采用单一的区域范围的电网平均排放因子会导致发生与实际使用情况严重脱节的现象。
2 其他电网碳排放因子研究进展
2.1 电力碳足迹排放因子
为扩展电网碳排放因子的核算范围，使其尽量囊括电力产品的所有基建、生产、运输以及处置环节产生的温室气体排放，部分专家学者从产品全生命周期视角提出了碳足迹电网平均排放因子，主要包括组织碳足迹与产品碳足迹。核算组织和产品全生命周期的实际碳排放量，其中组织碳足迹指某一公司或其他类型组织在一定时间内（通常为一年）排放的温室气体量化报告，包括直接排放和间接排放[8]。产品碳足迹是指某产品在原材料开采、生产、运输以及使用等全生命周期环节造成的温室气体排放。目前，我国尚未公布官方的组织和产品的碳足迹电网平均排放因子。根据核算范围的不同可以分为“自下而上”的具有代表性的特定发电厂与电力企业电力碳足迹排放因子、“自上而下”的区域或省级电力碳足迹排放因子。
2.1.1 “自下而上”的发电厂与电力企业电力碳足迹排放因子
“自下而上”的发电厂与电力企业电力碳足迹排放因子测算主要以过程分析为基础，评估过程可以分为4 个环节。一是确定发电厂和电力企业的电力产品生命周期核算边界；二是界定组织边界和营运边界，其中组织边界主要指整个企业集团，包括旗下子公司、转投资公司、合资企业等有各独立法人或非法人承担运营责任的企业机构，营运边界主要指排放源类型，区分其为直接或间接排放；三是数据收集与计算；四是结果审查。
2.1.2 “自上而下”的区域或省级电力碳足迹排放因子
与发电厂与电力企业电力碳足迹排放因子整体核算步骤相同。不同的是，“自上而下”的区域或省级电力碳足迹排放因子需要对所要核算的整个区域划分内的发电企业全生命周期周期温室气体排放量进行核算，包括传统的燃煤企业及新能源企业。宁礼哲等人基于上述核算方法体系，结合《2010 年中国区域及省级电网平均二氧化碳排放因子》提供的省级电网排放因子方法，核算得到了省级电力产品电力碳足迹排放因子[9]。其中，区域电网的电力碳足迹排放因子的计算过程中需要考虑国家电网间和区域电网间的电力交换，计算公式为
式中，EFi表示i区域电网的电力碳足迹排放因子；Emi表示i区域电网覆盖范围内发电企业所产生的温室气体排放总量；EFgrid,i、EFgrid,j、EFgrid,k分别表示i、j区域与k国家电力生产的温室气体排放因子；Eimp,j,i、Eimp,k,i分别表示j区域电网及k国家电网向i区域电网输送电力的总电量；Eexi,i表示i区域向其他区域电网或国家电网输送的总电量；Eele,i,q表示i区域覆盖范围内应用q型发电技术（火力发电、水力发电、风力发电、太阳能发电、核能发电）净上网电量；TL表示输电电力折损率；i、j为区域为东北、华北、华东、华中、西北和南方区域之一；k为向i区域输出电力的国家。
省级电网的电力碳足迹排放因子的计算过程中需要考虑国家电网间、区域电网间、区域电网和省级电网间、省级电网间的电力交换，计算公式为
式中，EFp表示p省级电网的电力碳足迹排放因子；Emp表示p省级电网覆盖范围内发电企业所产生的温室气体排放总量；EFgrid,p、EFgrid,m分别表示p、m省份电力生产的温室气体排放因子；Eimp,j,p、Eimp,k,p、Eimp,m,p分别表示j区域电网、k国家电网、m省级电网向p省级电网输送电力的总电量；Eexi,p表示p省份向其他省级电网、区域电网或国家电网输送的总电量；Eele,p,q表示p省份覆盖范围内应用q型发电技术净上网电量；j区域为向p省份输出电力的东北、华北、华东、华中、西北和南方区域之一；k为向p省份输出电力的国家。
碳足迹电网排放因子的提出解决了当前电网碳排放因子核算范围欠缺与忽视了区域差异导致的不全面、不公平问题，但仍需要大量长周期的统计数据，且数据的更新周期较长，无法解决滞后性问题。
2.2 动态电网碳排放因子
为解决电网碳排放因子存在的数据滞后性问题，使得新能源电力企业快速发展背景下电力碳排放更加精准客观，动态碳排放因子的研究被提上日程。动态电网碳排放因子的提出主要基于电力潮流追踪及碳流追踪理论，被定义为依附于电力潮流存在且用于表征电力系统中维持任意支路潮流的碳排放所形成的虚拟网络流。
目前，核算动态电网碳排放因子的方法与步骤不尽相同，但已取得相当可观的研究成果。汪超群等利用顺流与逆流追踪的交流潮流分布结果，提出了基于网络功率分解的实时碳流计算方法，克服了传统碳流计算中公平性考虑不足的问题[10]。张涛利用复功率潮流追踪理论，设计了多层级潮流追踪框架，并以长兴县行政区划为例，将电网碳排放计量时间尺度细化至5 min，区域尺度细化至供区[11]。杨毅等人为解决复功率潮流追踪中碳流出现负值的问题，提出了一种基于碳排放流的碳流追踪方法，在碳流计算的基础上对系统碳流进行直接追踪，并构建了由发电厂和用户共同承担的碳排放责任分摊模型[12]。在动态电网碳排放因子核算过程中，关键在于电力潮流追踪与碳流追踪，实际建模过程中需要对二者的追踪对象、分析对象及电网损失核算对象进行辨析，具体如表1 所示。
表1 电力潮流追踪与碳流追踪辨析
基于电网功率、比例共享、复功率的碳流追踪为目前最为常用的分析方法，各有优劣特征。首先，基于电网功率的碳流追踪可有效分析电网中源、流、汇的对应关系，但区域碳排放责任分摊公平性考虑不足；其次，基于复功率的碳流追踪考虑了有功率及无功率2 种情况，采用的简化较少，但涉及的计算过程较为复杂，涉及大量复数运算；最后，基于比例共享原则的碳流追踪有效克服了区域碳排放责任分摊不公问题，且计算较为简单，但未考虑电力交易的影响。
3 结 论
探索新型电力系统发展趋势下电网碳排放因子的计量方法与核算方案，对于支撑我国建设将电力行业囊括在内的全国碳交易平台具有重要意义，可助力我国电力行业的低碳转型，推动我国的电力与能源行业的减排行动。文章针对国内外电网碳排放因子的使用特征及缺陷进行了深入分析，并根据目前的研究总结了其他碳排放因子的计量方法与发展历程，以期为我国的电力行业碳排放计量提供参考。同时，精准、公平的电网碳排放因子是助推电力行业实现减碳目标的工作基础。面向电网碳排放因子核算水平提升的基本需求，从扩展统计数据获取渠道、创新排放因子核算方案、构建源-网-荷自动化平台3 个方面进行了进一步的研究展望。
