经批准的可再生能源发电上网项目的统一基准线方法学

UNFCCC/CCNUCCCDM–MethPanelACM0002/Version06SectoralScope:119May,2006i经批准的可再生能源发电并网项目整合的基准线方法学(06修正版)要点分析1刘德顺清华大学核能与新能源技术研究院,全球气候变化研究所1．可再生能源:风电,太阳能,生物质能,生物沼气,地热,水电等属于清洁能源,其温室气体排放一般可视为0或碳中性。对于带水库的水电站，由于水库淹没会带来植被生物有机质腐败引起的CO2和甲烷等温室气体排放。而这种水库的温室气体排放在科学上存在不确定性,所以以前版本的ACM0002方法学的适用范围中将水电仅限于径流水电站和在现有水库上建水电站。其用意就是回避水库带来的排放不确定性,因为径流水电站属于“流水不腐”一类,而现有水库属于“既成事实”一类,你未建水电时现有水库排放已经在那儿,属于基准线了,且建水电站并不增加水库容量,不带来水库的额外排放。但是这样又会将大量带水库建设的水电站项目排斥在外,也不太公平;为此,最近EB23次会议提出一项“权宜之计”,即根据一些水电丰富的国家的调查结果,总结出一种简单而又透明的标准,即以功率密度(W/m2)值作为阈值,用来确定水电厂作为CDM项目活动的合格性。功率密度ω定义为装机发电容量除以(水库满水位)淹没表面积。而该阈值设定如下：i.当ω≤4W/m2,水电项目不能应用目前的方法学;ii.当4W/m2ω≤10W/m2,水电项目能应用目前经批准的方法学,但要计入项目水库的排放,其排放因子为90gCO2eq/kWh;iii.当ω≥10W/m2,水电项目能应用目前经批准的方法学,并且可忽略来自水库的项目排放量。其用意也很明白,即将水电发电减排量(用装机容量表征)与水库可能的排放(用水库满水位淹没表面积表征)做相对比较,对照上下限阈值进行取舍。这样就“解放”出一大批水电站。2.可再生能源发电项目一般在10-150MW左右,相对中国电网容量讲规模比较小,所以它的基准线不太可能是建一个同等规模的煤电厂,因为不符合中国的电力政策法规,况且两者年运行小时数、年发电量和供电质量也差别较大,尤其对季节性强的风电和水电而言。因此,可再生能源项目通常是发电并网,代替电网中的一部分发电量和/或新建电源,并由此避免这部分电网电量引起的排放量,所以并网的电网就是构建基准线的基础。3.然而,当可再生能源发电项目是对电网中某个现有电站设施进行更新改造或替代时,比如将某个燃煤电厂改造为掺烧生物沼气的电厂,或者将某个老煤电厂改建为秸秆或地热发电,这时要计算两项减排量:首先将这个现有电站设施的历史平均年发电1该要点分析仅是为了便于读者理解该方法学，并非该方法学正文部分－译者注UNFCCC/CCNUCCCDM–MethPanelACM0002/Version06SectoralScope:119May,2006ii量和相应的排放水平作为可再生能源发电项目的基准线,由此计算第一项减排量。该基准线可一直维持到该设施在没有CDM项目情况下原本应该被改造或退役之日。此后基准线和该项目活动“并轨”,就不再产生这项减排量;其次,该可再生能源发电项目规模可以大于被更新改造或顶替的现有电站设施的规模,于是超过部分的可再生能源年发电量可以视为并网顶替电网部分发电,并以并网的电网为基准线计算第二项减排量。4.当一个可再生能源发电项目并网时,它对电网的影响可以有两种方式:4.1)一种是影响电网的发电和运行调度。这时受到影响的,也就是被CDM项目发电替代的电网发电量是属于电网系统调度顺序中被优先调度”下岗”的那些电厂的发电量的一部分,它属于整个电网发电量的边际部分。对这部分处于边际状态的电厂群,按年发电量加权平均的单位发电煤耗和单位发电排放水平就称为电量边际基准线.英文称为:OperationMargin,强调的是和电网运行调度相关,又称运行边际。显然,电网中低运行成本处于基荷的和必须运行的电厂,比如水电和核电,不会受影响,因此应当被排除在运行边际之外。4.2)另一种是影响电网的容量建设,即推迟或改变或取消某些电厂装机容量的建设计划。受到影响的容量是整个电网装机容量发展的边际部分,这部分边际容量的加权平均单位发电煤耗和单位发电排放水平就称为容量边际基准线。英文称为:BuildMargin,强调的是和电网建设相关,又称建设边际。5.从直接表达英文原意来说,运行边际和建设边际是直译法,但从字面上难解其意,而电量边际和容量边际是意译法,符合中国人习惯,便于理解。6.对电量边际基准线EFOM,y而言,最直接的计算办法是根据CDM项目并网后电网系统的负荷调度记录,称之调度数据分析OM基准线。严格说,凡是因为该项目“上岗”同时被顶替调度“下岗”的一些电厂的发电量及其相应的燃耗和排放量,就是该项目的电量边际基准线。而从电网实际运行来讲,根据各电厂的运行成本和其它技术条件,电网对并网的电厂上岗有一个系统调度优先顺序,原则上,燃料成本较高的电厂上岗优先顺序较低(或者说下岗优先顺序较高),一般仅用于调峰负荷,因而最易受到CDM项目上岗的影响,而成为其基准线的组成部分.而燃料成本较低,处于基荷的和必须运行的电厂,如水电和核电,则不易受到影响,不易进入基准线。但是一般事先不知道,电网中具体哪个电厂在哪个小时被调度下来,而且方法学中发电量数据一般是按年份统计的,因此调度数据分析OM基准线方法分三步做:i)近似地认为在一年8760小时的年持续运行小时负荷曲线的任一小时内(记为第h小时)取处于电网系统调度顺序前10%的一组电厂(n)作为该小时h的基准线。具体讲,就是该h小时内按该n组各厂发电量加权平均的单位发电排放因子,记为EFDD,h(tCO2/MWh);ii)然后推广到第y年的整个8760小时,按各小时h的CDM项目发电量EGh与基于小时调度数据的单位发电排放因子EFDD,h再相乘求和,求得y年与电量边际OM有关UNFCCC/CCNUCCCDM–MethPanelACM0002/Version06SectoralScope:119May,2006iii的基准线排放量EOM.y(tCO2);iii)将y年基于电网调度数据OM分析的基准线排放量EOM.y除以y年CDM项目的发电量EGy(单位MWh),就得出y年调度数据分析的电量边际基准线排放因子EFOM,DispatchData,y(tCO2/MWh).(hhyEGEG)7.如何确定电网系统调度顺序前10%的一组电厂(n)及其在小时h的平均单位发电排放因子EFDD,h:首先要从电网调度中心获得:a)系统中每个电厂运行的调度顺序,b)在CDM项目发电运行的每一小时期间(比如风电年发电仅2000-3000小时),系统所有电厂被调度的发电量(GENhinMWh)(注:GENh并不是该h小时CDM项目的发电量EGh)。在每个小时h,将每个电厂的发电量(GENh)按照优先顺序堆栈起来。该组电厂(n)就由处于堆栈顶部的那些电厂(即最低优先)构成,它们联合发电量(GEN,h)组成那个小时全部电厂总发电量的10%(包括被调度的那部分调入电量)。在小时h内对这组(n)中各电厂的单位发电量排放因子按小时发电量加权平均就得到该小时h的平均单位发电排放因子EFDD,h(tCO2/MWh),也就是CDM项目在该小时h的电量边际基准线排放因子。如下图所示:这里请注意两个问题:7.1)一般讲,在我国,电网和电网中的电厂是不会“和盘托出”其上述运行调度数据的,因此调度数据分析OM基准线方法仅仅具有理论意义,没有实际应用的可操作性;图示:调度数据分析OM方法中每小时h的平均单位发电排放因子EFDD,h7.2)当电力供应紧张,存在较大缺口,没有被顶替的电厂,怎么处理?当电网长年处于供电紧张的状态,所有备用机组都投入运行,还有很大缺口,则高峰期间不得不拉nhnninihnihDDGENCOEFFEF,,,,,,h38760小时年负荷持续曲线(MW)10%n3nGENn,hh110%n11nGENn,hh510%n5nGENn,hhi10%ninGENn,hUNFCCC/CCNUCCCDM–MethPanelACM0002/Version06SectoralScope:119May,2006iv闸限电或停止部分用户开工,这时可再生能源发电上网不会出现让其它电厂被优先调度下岗,而只是缓解供电紧张,换言之减少部分边际电量缺口。边际缺口是在电网所有电厂容量都发电还不够的情况下出现的,理应由电网所有电厂容量超出力来弥补,因此这时可再生能源发电上网的电量缺口边际基准线应当是整个电网发电构成的平均单位发电煤耗和平均单位发电的排放因子。(要注意不同燃料品种的排放系数不同)。因此可以近似采用下述的平均OM基准线。8.如上指出的,对中国电网而言,对规模不大的可再生能源发电上网项目,要获得电网详细的系统调度数据是很难的。这时有三种“退而求其次”的替代方案建立电量边际基准线:8.1简单OM.只能用在低运行成本/必须运行的电力资源,(如水电,地热,风能,低成本生物质,核能和太阳能发电),在总的电网发电构成中少于50%的情形,这符合中国大多数电网的发电构成,这时所建议的CDM项目上网不至于影响那些电力资源的发电,所以简单OM电量边际基准线就是服务于该系统的所有发电资源按年发电量加权平均的单位发电量排放因子EFOM,y(tCO2/MWh),不包括低运行成本/必须运行电厂。数据来源则取自过去三年的平均数或者是项目投运发电年的数据,如果按事后监测进行更新的话。ACM0002的脚注4提到:“典型的低运行成本和必须运行的资源通常包括水电、地热、风能、低成本生物质、核能和太阳能发电。如果煤电也明显属于必须运行的,它也应该属于此列,即从这组(被替代)电厂排除出。”而所谓的50%是该方法学所规定的一个阈值用以区分简单OM方法和平均OM方法的应用条件。上述的“如果煤电也明显属于必须运行的”是一种原则性的大概说法,因此对于许多以煤电为主的中国电网,自然会提出这样的问题,即“这些电网中有多大百分比的煤电厂可认为是必须运行的电力资源?”这取决于多少煤电厂处于基荷运行,其年运行小时数大约为一年8760小时的80-90%,其余为停机维护时间。而基荷煤电厂的总装机容量和发电量又取决于电网的年负荷持续曲线,如果电力需求长年旺盛,那么有相当多的煤电厂进入基荷运行状态,于是必须运行的电力资源总量很容易超过50%,则就使用平均OM基准线方法。反之,如果电力需求长年疲软,进入基荷运行状态的煤电厂大量减少,于是必须运行的电力资源总量很可能小于50%,于是就使用简单OM基准线方法。当然,最终回答具体的百分比数有赖于当地电网提供充分的信息和运行经验。8.2调整的简单OM。不考虑低运行成本/必须运行电厂作为基准线一部分是一种较单纯的简单OM方法,实际上,对有些电网,低运行成本/必须运行电厂一年中,特别在电网负荷曲线低谷时,还是有一定小时数处于被调度的边际状态,因此还有一定概率成为电量边际基准线的一部分。因此该方法对简单OM方法作如下调整:即将电力资源(包括调入)分为两类:低成本/必须运行的电力资源(k类)和其他电力资源(j类),每类处于系统调度边际状态的概率分别为y和1-y。分别求出该类发电资源按年发电量加权平均的单位发电量排放因子(tCO2/MWh),然后求两者的概率权重平均值作为调整UNFCCC/CCNUCCCDM–MethPanelACM0002/Version06SectoralScope:119May,2006v的简单OM电量边际基准线。其中j类就是上述的简单OM方法,所以关键就是如何处理k类。正文所述的处理步骤i)-iv)解释如下:步骤i)负荷持续曲线(LoadDurationCurve)是描述电网系统全年内从高峰负荷到低谷负荷排序按持续时间积累形成的负荷持续曲线Load(t)。该曲线下的面积就是该系统的年总发电量87600)(Loaddtt.见下图所示。步骤ii):按发电资源分类收集数据,并计算低成本/必须运行资源的总年发电量(