煤電行業建設項目碳排放環境影響評價技術方法研究：以黃河流域為例

王慧麗，鄭逸璇，宋曉暉*，王 圣，陳瀟君，嚴 剛

1.生態環境部環境規劃院，北京 100012

2.國電環境保護研究院，江蘇 南京 210031

以煤電為主的電力行業是我國最主要的二氧化碳和大氣污染物排放行業[1-2]，2020 年我國電力行業二氧化碳排放量占能源行業總排放量的47%[3].現階段，我國同時面臨生態環境質量根本好轉和實現碳達峰碳中和兩大任務，協同推進減污降碳已成為我國經濟社會發展全面綠色轉型的必然選擇.面向新形勢、新要求，鑒于煤電行業碳與污染物同根、同源、同過程的排放屬性，推進電力行業減污降碳協同治理是同時實現污染物和碳排放下降的最有效手段[4-6].黃河流域是我國重要能源和基礎工業基地，沿黃河偏重的產業結構加重了地區生態環境負擔[7-13].煤電機組裝機達4.57×108kW[14]，占全國的40%以上，二氧化硫、氮氧化物、顆粒物和二氧化碳排放分別占黃河流域內污染物和碳排放的26.4%、14.2%、8.0%和46.9%[15]，未來可預期時間內我國燃煤發電仍占主導地位，煤電機組裝機將進一步增加[16-17]，黃河流域作為“西電東送”基地，“十四五”期間必將承接全國大量新增煤電規模，進一步加劇黃河流域內生態環境保護壓力，同時煤電行業作為我國“雙碳”目標實現的主戰場[1,18]，也為我國高質量實現碳達峰帶來嚴峻挑戰.

環境影響評價是我國一項重要的項目準入管理制度，在已有的評價框架基礎上將碳排放影響評價納入評價范圍，能夠從源頭實現減污降碳協同作用[19-20]，是當前推動減污降碳協同增效的重要抓手.我國陸續印發文件對碳排放影響評價推動減污降碳協同增效工作作出了明確部署，2021 年1 月《關于統籌和加強應對氣候變化與生態環境保護相關工作的指導意見》中要求推動將氣候變化影響納入環境影響評價；2021 年5 月，《關于加強高耗能、高排放建設項目生態環境源頭防控的指導意見》要求將碳排放影響評價納入環境影響評價體系，統籌開展污染物和碳排放的源項識別、源強核算以及減污降碳措施可行性論證及方案比選，并提出協同控制最優方案；2021 年7 月，《關于開展重點行業建設項目碳排放環境影響評價試點的通知》要求試點地區探索形成建設項目污染物與碳排放協同管控評價技術方法，打通污染源與碳排放管理統籌融合路徑，從源頭實現減污降碳協同作用.在相關文件指導下，我國多個省份已開展建設項目碳排放影響評價政策試點[21-22]，如山東省出臺《鋼鐵行業建設項目溫室氣體排放環境影響評價技術指南(試行)》《化工行業建設項目溫室氣體排放環境影響評價技術指南(試行)》等，江蘇省出臺《重點行業建設項目碳排放環境影響評價技術指南(試行)》等.隨著應對氣候變化工作的不斷深入，歐美等國家或地區在原有環境影響評價制度政策框架下考慮溫室氣體排放和氣候適應，逐步將碳排放影響評價整體納入環境影響評價體系.如美國聯邦機構在履行國家環境政策法案時，必須考慮項目對氣候變化的影響，包括溫室氣體排放；加拿大在《將氣候變化因素納入環境評價：從業者通用指南》中要求考慮項目溫室氣體排放預估量、溫室氣體管理措施、項目的氣候敏感性等內容；歐盟環境影響評價指令要求評估項目對環境的影響，其中也包括溫室氣體排放和氣候變化的影響[23-24].并且，部分國家在法律中明確了氣候變化或溫室氣體作為環境影響評價考慮因素，加拿大、英國等國家在已出臺的相關指南的基礎上，在環境影響評估法律中加入了氣候變化相關內容；韓國則是在先修訂法令的基礎上，再出臺指南.我國學者在碳排放影響評價領域也開展了相關研究，如吳藝楠等[25]提出火電行業建設項目環境影響評價碳排放核算邊界、計算方法，宋曉暉等[26]建立了系統的建設項目溫室氣體環境影響評價方法.

綜上，當前已開展的政策試點及研究“重核算、輕評價”，對建設項目碳排放水平反映不足，缺乏對建設項目關鍵排放環節的系統考慮，相關方法難以支撐煤電行業建設項目碳排放環境影響評價的落地實施，難以滿足服務于管理的現實需求.因此，該研究以黃河流域減污降碳協同增效為驅動，開展煤電行業碳排放環境影響評價，綜合國內外的碳排放影響評價實踐和研究方法，建立系統的煤電行業建設項目碳排放環境影響評價技術方法體系，以期為流域煤電行業建設項目碳排放源頭管理提供技術支撐.

1 方法與數據

該研究基于煤電行業碳排放影響因素，聚焦對建設項目碳排放全過程管理的綜合評價和政策指導，構建包括評價指標、評價基準、評價方法、綜合評價及優化建議的評價方法(見圖1).評價指標覆蓋建設項目涉及減污降碳的主要領域，集成多要素源頭、末端全過程協同治理，側重指標的可獲取性和數據質量的可靠性；評價基準突出低碳技術推動性以及政策約束性；評價方法突出核心指標對建設項目的重要影響度，采用層次分析法實現建設項目各項指標的量化評價；綜合評價及優化建議突出對建設項目的結果判斷，將評價結果轉化成政策表達，以推動建設項目技術協同效益優化設計.

圖1 評價技術路線框架Fig.1 Assessment technical framework

1.1 評價指標

電力行業碳排放受社會經濟、能源系統以及電力技術等多因素影響[27-33].該研究綜合這些影響因素，構建涵蓋能源消耗、排放水平、技術協同、運輸結構4 個一級指標，能效水平、能耗總量、碳排放績效、碳排放總量、技術協同性、資源循環利用、運輸結構7個二級指標的評價指標體系(見表1).

表1 建設項目碳排放環境影響評價指標體系Table 1 Evaluation protocol for carbon emission environmental impact assessment of construction projects

1.1.1 能源消耗指標

能源消耗是火電行業碳排放環境影響評價的重要內容，提高能源效率是電力行業最經濟的減排方式之一[28]，因此設定與技術相關的能效水平以及受政策約束的能耗總量兩項評價指標，其中，能效水平指建設項目整體的單位供電量綜合標準煤耗，主要反映建設項目的整體能效；能耗總量指建設項目整體的煤炭消費量，以量化建設項目的活動水平，該項指標主要考慮流域內山東省、河南省、山西省等地區所實施的煤炭消費總量約束政策.

1.1.2 排放水平指標

碳排放水平是直觀橫向比較煤電機組碳排放控制技術優劣的關鍵指標，是煤電機組綠色低碳設計、改造的重要參考依據.綜合考慮技術進步和政策約束，設定碳排放總量和排放強度兩項評價指標，其中，排放總量指建設項目整體的二氧化碳排放量，主要反映建設項目的新增碳排放量情況，該項指標主要考慮后續出臺行業總量控制及預算管理要求，需要通過環境影響評價實現碳排放量的源頭控制；排放強度指建設項目的單位發電量二氧化碳排放量，可直接反映建設項目的整體碳排放控制水平，是電力行業碳排放環境影響評價的核心指標.

1.1.3 技術協同指標

建設項目碳污協同控制除受燃料消費總量的直接影響外，末端治理技術的節能效果也是碳污協同的重要體現，此外煤電企業的固體廢物也不容忽視[34-35]，固廢資源化利用也是實現降碳的重要途徑之一.鑒于上述因素，設定末端治理協同性和固廢綜合利用率兩項評價指標，其中，末端治理協同性指建設項目擬建污染治理設施單位污染物削減量的電耗量，主要表征建設項目擬建污染治理設施的節能降碳效果，輔助企業在滿足污染物排放標準的前提下選擇更加節能低碳的措施方案；固廢綜合利用率指建設項目生產運行過程中產生的粉煤灰、脫硫石膏等固廢的綜合利用率，表征建設項目資源節約和循環利用的水平.

1.1.4 運輸結構指標

交通運輸領域是能源消耗和碳排放的主要領域之一，碳排放僅次于工業、建筑領域[36]，其中以公路運輸尤為凸顯，公路運輸的能源消耗占比達75%，交通運輸能源消費較為單一，污染物與溫室氣體排放的協同性更加顯著.建設項目廠內清潔運輸和廠外清潔運輸在實施難易程度及碳污貢獻度方面均存在較大差異，分別設定評價指標：①廠內清潔運輸比例，指電力企業煤炭、粉煤灰、脫硫石膏等物料廠內運輸中使用皮帶、管道或清潔能源運輸工具的比例；②廠外清潔運輸比例，指煤炭到達廠內前的最后一次運輸所采用的清潔運輸的貨物周轉量的比例，主要考慮煤炭從煤礦到廠區可能涉及多種運輸方式，各階段清潔運輸情況難以追溯，按照建設項目可獲取數據范圍內，評價進廠前最后一次運輸的清潔運輸量.

1.2 評價基準

評價基準包含定性與定量兩類，其中，對于定量基準，評價基準以標準指導數據、先進技術可達值、經驗數據、行業現狀等為依據確定，指標測算參數獲取以設計參數、經驗數據等為基礎；定性的評價基準以政策要求、指標橫向比較等為依據確定.

建設項目供電煤耗(e)：評價基準根據《常規燃煤發電機組單位產品能源消耗限額》(GB 21258-2017)，確定建設項目供電煤耗評價基準(見表2)，評價指標根據建設項目設計參數直接獲取.

表2 建設項目供電煤耗評價基準Table 2 Coal consumption evaluation criteria for power supply of construction projects

煤炭消費總量(C)：評價基準以建設項目所在地的煤炭消費總量控制政策為依據，對于新建項目、改(擴)建項目，分別提供等量或倍量替代的煤炭指標，該項指標為定性評價，評價指標根據建設項目設計值直接獲取.

碳排放總量(Q)：評價基準以當地碳排放總量控制政策為依據，根據該地區批復的建設項目碳排放總量確定，該項指標為定性評價.在核算碳排放總量時綜合考慮了不同燃料的排放因子，如生物質排放因子為0，計算公式：

式中：Q為碳排放總量，t；Ct為第t種煤炭單位熱值含碳量，t/GJ，對于改(擴)建項目單位熱值含碳量企業可根據實測的元素碳含量進行計算得出，對于新建項目可根據環境影響評價階段設計煤種或參考同地區已運行機組實測值進行計算；bt為第t種煤炭消費總量，t，根據建設項目設計煤炭消費量獲取； NCVt為第t種煤炭平均低位發熱量，GJ/t，對于改(擴)建項目低位發熱量可由企業實測數據獲得，對于新建項目可以根據項目設計煤種參考同地區企業實測值計算；為第t種煤炭碳氧化率，該文取值99%.

碳排放績效(G)，評價基準包括準入值和標桿值，準入值以黃河流域內當前現役煤電機組碳排放績效較優水平確定，標桿值基于先進可達技術確定(見表3).因為考慮了不同燃料類型的排放因子，所以生物質燃料的發電類型能夠提高碳排放績效，計算公式：

表3 碳排放績效Table 3 Carbon emissions per unit of power generation

式中：G為碳排放績效，g/(kW·h)；W為發電量，106kW·h，根據設計值確定.

末端治理協同性(S)，評價基準根據該研究調研的煤電機組污染治理設施電耗的平均水平以及先進水平確定(見表4)，該研究僅列出耗電量相對較大的末端治理設施，計算公式：

表4 末端治理設施耗電量基準Table 4 Power consumption benchmark of pollution control facilities

式中：Smn為第m臺污染治理設施第n項單位污染物削減量的耗電量，kW·h/t；Hmn為第m臺污染治理設施處理第n項污染物單位煙氣量的耗電量，kW·h，由污染治理設施設計參數獲得；Rmn為第m臺污染治理設施處理第n項污染物的單位煙氣量污染物削減量，t，由設計參數獲得.

固廢綜合利用率(τTF)，該項指標為定性評價指標，綜合利用率在70%以上為協同度好，計算公式：

式中：τTF為粉煤灰、脫硫石膏等固體廢物實際利用率，%；Sf為建設項目粉煤灰綜合利用量，t，通過設計值獲得；SF為建設項目產生的粉煤灰總量，t，通過設計值獲得；Sl為建設項目脫硫石膏綜合利用量，t，通過設計值獲得；SL為建設項目產生的脫硫石膏總量，t，通過設計值獲得.

運輸結構(τ)，該項指標為定性評價指標，廠內運輸達100%，廠外運輸在80%以上，評價結果為運輸方式低碳化好.廠內、廠外評價指標分別以τy和τY表示，計算公式：

式中：τy為廠內清潔運輸比例；qy為廠內采用清潔運輸工具運輸的煤炭量，t，改(擴)建項目根據企業實際生產記錄情況獲得數據，對于新建企業根據設計值計算；T為生產實際廠內年煤炭運輸量，t，改(擴)建項目根據企業實際生產記錄情況獲得數據，對于新建企業根據設計值計算；τY為廠外清潔運輸比例；a為廠外采用清潔運輸工具運輸的煤炭量，t，改(擴)建項目根據企業實際運輸獲得數據，對于新建企業根據設計值計算；Sa為煤炭清潔運輸距離，km，根據企業提供數據獲得；A為企業年煤炭運輸量，t，改(擴)建項目根據現有企業實際記錄情況獲得數據，對于新建企業根據設計值計算；SA為年煤炭運輸距離，km.

1.3 評價方法

建立以能耗和排放約束性評價為主，兼顧協同性和運輸結構指導性評價的評價方法.其中，供電煤耗指標不高于表2 中的供電煤耗3 級指標值，碳排放績效不高于表3 中的碳排放績效準入值；煤炭消費總量、碳排放總量作為約束性指標需滿足地區政策要求.如建設項目不滿足以上任何一項約束性指標，該項目不予通過.根據評價指標對建設項目碳排放重要影響程度設置指標權重，采用層次分析法，通過專家打分對指標進行評定，以能夠代表電力行業碳排放影響評價涉及的主要領域為原則，專家涵蓋電力行業、環境影響評價及減污降碳協同政策研究領域，相關領域專家數量分別為4、3、3 人.首先，對4 個一級指標進行打分，4 個指標值合計必須為100 分；其次，統計10 個專家評定結果，計算每一指標的得分平均值，計算一級指標權重(見表5)；對二級指標的8 個指標值進行打分，方法同上.對各指標參數進行無量綱和歸一化處理〔見式(7)〕，測算綜合得分，以綜合得分作為建設項目碳排放控制情況的判斷依據.

式中，PG為碳排放績效評價指標得分，RG為建設項目碳排放績效指標值，Rmin,G為碳排放績效準入值，Rbat,G為碳排放績效標桿值.能耗指標(Pe)、減污降碳協同度指標(PE)評價方法同式（7）.

式中，PTF、 Py、PY分別為固廢資源利用、廠內清潔運輸、廠外清潔運輸指標得分.

式中，K為綜合得分，Pk,e為能效指標評價值，Pk,G為碳排放績效指標評價值，n為一級指標的個數，wi為第i個一級指標的權重，li為第i個一級指標下二級指標的個數，wij為第i個一級指標下第j個二級指標的權重，mij為第i個一級指標下第j個二級指標計算參數的個數，wijk為第i個一級指標下第j個二級指標第k個計算參數的權重，Pijk為第i個一級指標下第j個二級指標第k個計算參數的評價值.

1.4 綜合評價及優化建議

設定建設項目綜合得分不同等級表征方式，作為衡量建設項目碳排放環境影響的評價依據.評價等級設定優秀、良好、差共3 級(見表6)，將評價綜合得分轉化成政策表達.基于評價結果，能夠精準識別和衡量建設項目不同環節的碳排放水平，提出有針對性的改進措施建議，有助于綜合建設項目區位、經濟影響、發展目標等制定協同減排方案，以協同效益最優為目標實現建設項目優化設計，實現建設項目碳排放和污染物排放協同控制的最大減排效益.

表6 評價級別劃分Table 6 Different meanings of evaluation results

2 黃河流域碳減排潛力分析

基于評價方法，選取直接反映建設項目整體碳排放控制水平的核心評價指標碳排放績效，對黃河流域內現役煤電機組及新建煤電機組開展碳減排潛力分析，基礎數據來自電力統計數據和黃河流域煤電機組調研數據.

2.1 黃河流域煤電機組特征

黃河流域內煤電機組裝機占全國煤電機組的41.2%，其中，山東省煤電機組裝機容量最大，達1.06×108kW，其次為內蒙古自治區，為0.96×108kW，以上2 個地區煤電機組裝機占黃河流域煤電機組總裝機的44.3%.黃河流域內煤電企業以熱電聯產機組為主(見圖2)，其中僅四川省熱電聯產機組裝機占比低于50%，其他省份熱電聯產機組占比均在60%以上，熱電聯產機組占比高與冬季采暖需求有一定關聯；熱電聯產機組碳排放量占煤電行業碳排放總量的82.1%，是黃河流域碳排量的主要來源.

圖2 黃河流域內煤電機組類型分布Fig.2 Type distribution of coal-fired power plant in the Yellow River Basin

黃河流域內以大機組為主，60×104kW 及以上機組裝機占46.3%，30×104~60×104kW(不含)機組裝機占38.3%，10×104~30×104kW（不含）機組裝機占8.8%，10×104kW 以下機組裝機占6.6%.黃河流域內10×104kW 及以下機組主要為自備機組，自備機組平均單臺裝機容量僅為5 kW，主要分布在高載能行業，山東省自備煤電機組數量最多，占全國的13.3%.部分自備燃煤機組以高排放高耗煤的老齡機組為主，大氣污染物排放量比公用電廠高1 倍以上，如果考慮煤炭運輸環節，以公路運輸的自備電廠比以鐵路運輸的公用電廠的污染物排放量更高.

2.2 現役煤電機組碳排放評價

區域內純凝機組碳排放績效平均值為917 g/(kW·h)，較準入值高14.6%，其中青海省、四川省、內蒙古自治區三省份碳排放績效較大，分別較準入值高22.2%、20.0%和18.9%.區域內熱電聯產機組供電碳 排放 績 效平均 值為936 g/(kW·h)，較準 入值高11.6%，供熱碳排放績效平均值為93 g/MJ，較準入值高16.3%，內蒙古自治區熱電聯產機組供電、供熱碳排放績效均最高，分別較準入值高19.0%和32.2%.內蒙古自治區碳排放控制水平在黃河流域內較差.除內蒙古自治區外，供電碳排放績效較大的省份為甘肅省和山西省，分別較準入值高15.5%和13.0%.供熱碳排放績效較大的省份為青海省、四川省、寧夏回族自治區，分別較準入值高27.1%、22.6%和22.6%(見圖3).山東省在所有省份中碳排放績效最小，主要因為該區域內存在大量自備燃煤機組，自備機組發電小時數高，導致碳排放績效較低，但其自備燃煤機組污染物排放強度高不容忽視.

圖3 黃河流域煤電機組碳排放績效Fig.3 Carbon emissions per unit of power generation of coal-fired power generation facilities in the Yellow River Basin

不同規模機組碳排放績效差異較大.純凝機組中，30×104kW 等級及以上煤電機組碳排放績效平均值為912 g/(kW·h)，30×104kW 等級以下煤電機組碳排放績效平均值為1 168 g/(kW·h).熱電聯產機組中，30×104kW 等級及以上的煤電機組供電碳排放績效平均值為915 g/(kW·h)，供熱碳排放績效平均值為85 g/MJ；30×104kW 等級以下煤電機組供電碳排放績效平均績效為1 094 g/(kW·h)，供熱碳排放績效平均值為95 g/MJ.大機組由于熱效率高，碳排放水平明顯優于小機組，但與全國碳市場第一個履約周期基準值相比，黃河流域內供電碳排放績效仍有超過90%的煤電機組高于基準值.

采用該研究提出的碳排放績效準入值測算，若所有純凝機組碳排放績效均達到800 g/(kW·h)，熱電聯產機組供電碳排放績效和供熱碳排放績效分別達839 g/(kW·h)和75 g/MJ，則黃河流域內煤電行業碳排放量將減少2.3×108t，與當前現役機組碳排放相比下降12.7%.其中，實施碳排放影響評價對內蒙古自治區煤電行業碳減排效果最為顯著，碳排放量將下降17.1%(見圖4).

圖4 黃河流域現役煤電機組碳排放影響評價減排潛力Fig.4 Carbon impact assessment for emissions reduction potential of operating coal-fired power generation facilities in the Yellow River Basin

2.3 新增煤電項目碳排放評價

根據實地調研，“十四五”期間黃河流域內煤電機組裝機容量預計將較“十三五”期間新增近6 000×104kW，同時結合《全國煤電機組改造升級實施方案》(發改運行〔2021〕1519 號)等文件要求，煤電在能源轉型過程中承擔兜底保供、靈活調節、提高資源綜合效益以及安全備用的作用[37]，不再新建單純以發電為目的煤電項目，該研究對“十四五”期間新建煤電機組的評價均按照熱電聯產機組測算.《“十四五”現代能源體系規劃》提出統籌電力保供和減污降碳，根據發展需要合理建設先進煤電.該研究新建機組根據標桿績效值測算，煤電機組發電小時數參考黃河流域內2021 年各省份煤電利用小時數.為實現可評價可比較的評價目標，新建項目基準值按當前碳排放績效水平測算.

結果表明：“十四五”期間預計新增煤電機組碳排放量為2.47×108t，占當前黃河流域內煤電行業碳排放的12.1%；按照當前碳排放績效水平，“十四五”期間新增煤電行業碳排放量將增加3.38×108t，實施碳排放影響評價后建設項目通過技術優化，將實現新增煤電機組碳排放下降27.1%.分省份來看，由于內蒙古自治區、陜西省為全國重要的能源基地，黃河流域內“十四五”期間新增煤電機組67%集中在以上2 個區域，其新增煤電機組碳減排比例分別為30.7%和23.0%(見圖5).

圖5 新建煤電機組碳減排潛力Fig.5 Carbon reduction potential of new coal-fired power generation facilities

3 結論與建議

a) 該研究面向建設項目碳排放源頭管控的現實需求，綜合了現有碳排放影響評價的實踐經驗和評價方法，建立了涵蓋評價指標、評價基準、評價方法、綜合評價建議的煤電行業碳排放影響評價技術方法體系.評價指標包括能源消耗、排放水平、技術協同、運輸結構4 個維度8 項指標值；統籌考慮國內先進技術、標準規范以及與政策銜接等，設定關鍵指標評價基準，提出指標值量化方法，實現建設項目可評價可比較.

b) 以碳排放績效為核心評價指標，測算“十四五”期間黃河流域新增煤電機組和現役煤電機組減排潛力.結果表明，黃河流域內現役煤電機組可實現12.7%的減排量，其中內蒙古自治區可實現碳排放量下降17.1%，潛力最大.“十四五”期間新增煤電機組碳排放增量將下降27.1%，其中新增煤電機組裝機占比較高的內蒙古自治區、陜西省可分別減少新增排放量30.7%和23.0%，將碳排放影響評價納入環境影響評價體系是從源頭實現新建項目減污降碳協同增效的最有效管理手段之一.

c) 構建以提高碳排放績效水平為核心的政策體系推動煤電行業開展全面系統綜合治理，建議以高能耗、高污染燃煤小機組淘汰退出帶動煤電行業清潔化和低碳化水平的整體提升；注重從源頭發力，推進以零碳/低碳燃料摻燒為核心的燃料熱源清潔替代措施，加強入爐煤控及煤質管理；在黃河流域綜合規劃中考慮碳資產、儲能設施建設等對煤電行業碳減排的重要支撐作用.

d) 完善科學的評價指標體系和數據基礎是從源頭更好地發揮碳排放影響評價管理作用的關鍵.該研究提出的評價方法在指標設置中需進一步完善和優化，如在協同技術評價指標中增加燃煤電廠污水處理協同技術評價指標，能效水平等指標加強與國際先進技術的銜接，鼓勵先進技術在黃河流域的應用等.當前在國家或省級層面缺乏對協同技術相關指標的統計和精細化管理，使得無法全面進行協同技術措施的論證與比選，建議從國家或省級層面建立協同技術電耗數據等相關指標數據庫和管理臺賬，為協同評價提供數據支撐.

e) 煤電行業碳排放影響評價是從源頭控制碳排放和污染物排放的有力約束，建議盡快出臺火電行業碳排放影響評價指南，統籌考慮區位經濟發展、碳排放控制壓力、環境保護形勢等，建立差異化的碳排放評價基準，為煤電行業新增建設項目減污降碳協同增效提供有力有效的政策工具.