双碳目标下北京市煤改电工程减排成效分析_李太继.pdf

收稿日期：基金项目：北京印刷学院校级基础研究重点项目（）。通讯作者：马添翼第 卷 第 期.北 京 印 刷 学 院 学 报 年 月 双碳目标下北京市煤改电工程减排成效分析李太继，马添翼，李 婷，辛世纪，王磐鸿，王 静（北京印刷学院，北京）摘 要：以北京市煤改电工程对双碳目标达成的贡献度分析为出发点，结合北京市煤改电工程的运营现状对该工程所取得的减排成效进行了分析。采用标准煤换算的方式对煤改电工程在二氧化碳及其他污染物减排贡献度上进行了深度调研和详细分析，计算得出该工程所节约的污染治理成本。在此基础上，选取典型减排指标作为评价标准，采用优劣解距离评价法对北京与其他实施市煤改电工程地区煤改电减排成效进行了综合评价，评价结果显示，北京煤改电工程的减排成效最为显著。关键词：双碳目标；北京市煤改电；减排成效评价；优劣解距离评价法中图分类号：文献标识码：文章编号：（）改革开放以来，我国经济飞速增长，但“高污染、高能耗”的发展模式却付出了化石能源过度消耗的代价。我国以煤为主的资源构成决定了以煤电为主的电力生产和消费结构。其中民用煤炭燃烧在我国能源用量中只占一小部分，但因其燃烧效率低下等问题，产生了大量污染物，而最为典型的便是借助散煤燃烧供暖。北京在内的大量北方农村及部分北方城市在燃煤供暖过程中会排放出大量大气污染物。并且民用散煤的燃烧排放严重缺乏有效的监管机制，无序的煤炭使用使其危害性远高于其他来源的污染物排放。所以在坚持可持续发展的道路上，通过电能替代达成能源结构调整是实现能源转型的重要途径，并且电能替代产生了庞大的电力市场，需求侧急需大量且灵活的电力供应。而煤改电是在终端能源消费领域用电能替代煤炭，从而达到减少化石能源在终端能源消费领域的占比、提高能源利用效率等效果，能够成功填补国内电力市场的空缺。同时，随着双碳战略的全面展开，煤改电工程作为能源结构调整的重要组成部分，不仅能促进城市清洁、环保、高效的能源消费结构形成，更能够有效解决农村取暖利用效率低等问题。因此煤改电是我国终端能源消费结构调整，达成双碳目标的必然趋势。煤改电工程是北京市实施空气污染治理工作、落实首都能源改革的一项重要政治工程和民生工程。北京作为我国煤改电工程的示范区，其煤改电工程推进与实施具有先驱性引导作用，针对其进行减排成效的评估与分析有助于进一步探索电能替代的实现路径，促进煤改电工程在全国其他省份的落实。本文围绕双碳目标下北京煤改电工程的减排成效展开，通过二氧化碳及典型空气污染物排放数据对北京市煤改电工程的减排成效进行了系统性分析，同时，从北京市煤改电工程投资运营成本和节约污染治理成本两部分全面地分析了北京市煤改电工程带来的经济投入和产出情况。在此基础上，选取了三个典型的煤炭燃烧污染参数作为评价指标，采用优劣解距离法（，）对北京及其他四个具有代表性的煤改电工程示范区域进行了减排成效评价。北京煤改电工程运营现状北京市煤改电主要以“政府主导电网推动社会参与”的模式运营。通过政府、电网公司和设备供应商以及社会群众之间的多方配合推进并落实北京市煤改电工程。政府确定供暖改造目标并给予相关企业财政补贴，电网公司提供传输保障，市场化的设备厂商提供下游的终端设备运维和收取供暖设备费用，社会群众也积极参与其中，配合DOI:10.19461/ki.1004-8626.2023.03.009相关工作人员完成当地设备建设和改造。在电力运营模式方面，北京采用全新电力交易模式，打造“传统售电业务新型能源服务”综合平台。同时创新交易机制，借鉴河南电能替代“打包交易”模式，建立取暖用电市场竞价采购机制，通过多种交易方式，由地方政府委托电网企业代理用户采购市场最低价电，优选可再生能源电，促进可再生能源消纳的同时，进一步降低了取暖用电成本。在投入成本方面，北京市发改委煤改电工程报告中显示，自 年来，北京市政府对煤改电工程基础设施的建设部分的投资至少占比。其中对北京市西城区府右街的 户居民实施煤改电工程改造，投资就高达.亿元。除此之外，针对居民用户的煤改电配套设施建设，政府也提供了一定的资助，同时也对居民供暖用电进行了资金补贴。其中，年，北京市政府对各户提供了.元 度的电费补贴，年后该补贴由国家电网公司承担。在运营结果方面，截止 年，北京市农村已安装电采暖设备 万户，农村煤改电用户总用电量是 亿千瓦时，户均总用电量约 千瓦时。北京市城区已安装电采暖设备 万户，城区煤改电用户总用电量是 亿千瓦时，户均总用电量约 千瓦时。北京市煤改电减排效益分析.二氧化碳排放情况分析北京持续开展产业结构调整、能源结构优化以及非首都核心功能疏解。中国碳核算数据库（，）显示，在全国 省市当中（无西藏数据，不包括港澳台地区），北京 年碳排放量占全国碳排放总量的.，人均碳排放量.吨，均位居第 位。的二氧化碳排放量计算方式是按照联合国政府间气候变化专门委员会（，）的计算方法，即根据能源消耗数据和排放因子计算得出。碳排放法的计算方式为：碳排放量 活动数据排放因子，其中排放因子由地域分布、生产工艺、技术水平等因素共同决定，碳排放法是依据联合国气候变化委员会编写的温室气体清单指南设定的，该方法在整个计算过程中全方位考量了温室气体的排放情况。本文对近二十年北京市碳排放量和人均碳排放量进行整理，不难发现北京的碳排放量和人均碳排放量在前期呈现总体上升趋势，在中期（年）即北京市各项规定颁布前，呈现反复振荡趋势，而在政策颁布后，碳排放量和人均碳排放量呈现出总体性下降趋势。具体情况如图 所示。图 北京的碳排放量及人均碳排放量变化曲线.其他污染物排放情况分析据北京市环保局公布数据，北京 排放绝大部分来自燃煤，燃煤所排放的 约占全市的，.占全市的.。这其中，民用散煤的污染物排放量相对较高，占全市的，占全市的，烟尘占到。北京市空气污染物排放主要来自电力供热、民用、工业、移动源、溶剂使用、扬尘源几个部分，其主要成分为、.。自 年北京开始空气污染治理，北京空气质量逐年提升，截止 年度，主要大气污染物浓度变化趋势如图 所示，对比 及 年北京空气污染物排放及大气污染物浓度变化如图 所示。图 年北京市主要大气污染物浓度变化趋势北 京 印 刷 学 院 学 报 年图 北京空气污染物排放及大气污染物浓度变化.北京市煤改电减排效益分析北京市污染物减排效益主要包含燃煤锅炉、民用散煤两部分。数据显示，与 年相比，年北京政府对燃煤锅炉部分的改造使.、年排放量分别减少.万吨、.万吨、.万吨和.万吨。相应污染物减排量情况如图 所示。图 年北京市燃煤锅炉改造污染物减排量在民用散煤控制方面，在 年间，优质煤替换和煤改电、煤改气等措施的实施 使.、和 年排放量分别减少了.万吨、.万吨、.万吨和 万吨。截至 年，北京市煤改电的政策投资部分的总成本为.亿 元 取 暖 季，环 境 收 益 为.亿元 取暖季，净收益为.亿元 取暖季，本文采用文献给出的成本核算方法，对相关数据进行计算后得到 年的北京煤改电政策成本与收益如表 和表 所示。相关成本核算方法如下：（）依据国家统计局规定的等价热值的电力折算标准煤系数为.（），按照每千克标准煤的热值为 大卡换算，每千瓦时电提供的热值为 大卡。（）电和燃煤的原始价格比电单价 标准煤单价。电价依据各省市发展和改革委员会或物价局公布的居民生活用电中的一户一表第一档的价格设定。（）同等热值条件下的电与标准煤的实际价格比原始价格比 电与标准煤热值比。表 北京市煤改电政策成本平均每户元 取暖季成本年化基础设施建设年化设备补贴 安装政府取暖补贴年化家庭一次性开支家庭取暖开支成本小计表 北京市煤改电环境收益平均每户元 取暖季收益煤炭变化量.散煤.无烟煤煤球.无烟煤蜂窝煤.天然气变化量 电力变化量（）.收益小计收益 成本.北京市煤改电节约大气污染治理成本分析北京地区居民采暖煤改电改造后，城区居民采暖季户均减少燃煤约 吨，农村居民用户采暖季户均减少燃煤约 吨。根据第一次全国污染普查工业污染源产排污系数手册，燃煤主要产生的污染物包括、和烟尘，每吨标准煤燃烧的污染物排放量如表 所示。根据国家能源局统计，散煤燃烧污染物排放约为标准煤排放量的 倍，本节按 倍计算，分别得到采暖季城区居民和农村居民减少的污染排放量，如表 所示。表 吨标煤燃烧主要污染物减排量污染物烟尘煤（）.表 北京居民户均污染物减排量污染物 烟尘 城区居民.农村居民.依据中国火力发电行业减排污染物的环境价值标准估算文献得出的数据，可计算出每千克污染物所需要的治理成本，如表 所示。在此基础第 期李太继，马添翼，李 婷，等：双碳目标下北京市煤改电工程减排成效分析上，进一步计算得到城区和农村居民采暖季户均节省的减排效益，如图 所示。表 各类污染物治理成本污染物种类烟尘治理成本（元）.图 煤改电用户户均节省污染物治理费用数据显示，年北京市农村安装电采暖设备用户 万户、城区 万户。由此可计算，北京市 年农村煤改电节约大气污染治理成本.亿元，城市煤改电节约大气污染治理成本.亿元。基于 法对比分析煤改电成效.煤改电环境效益评价方法选择由表 可见，目前采用的环境效益特征分析方法主要包括对比分析法、结构分析法、动态分析法、因素分析法、主成分分析法和聚类分析法几种。其中，文献采用了主成分分析法对煤改电带来的环境效益进行了具体分析，通过调研北京、河北、山东、陕西、新疆 个区域的煤改电成效数据，对煤改电方案进行综合效益评价分析。并基于人工排序原则，确定了各地区煤改电项目综合效益的优劣排序为：北京河北陕西山东新疆。其中，涉及指标包括经济效益、社会效益和环境效益三类共 个指标。但是该方法在得到效益结果后需进行人为手动分析排序，影响了计算的客观性和精确性。表 环境效益特征分析方法总结方法内涵适用范围对比分析法将环境污染物信息和能源资源消耗信息相结合，通过各指标之间的内在联系，对比分析能源资源消耗情况。所对比各指标内容、口径、计量单位和计算方法要统一，要具有可比性。结构分析法对类型能源消耗构成及要紧指标变化情况进行分析，对各类型能源进行各指标分析。适用单一指标的情况进行特征分析。可了解各类型能源消耗在综合能耗中的权重，掌握各类型能源消耗的大概情况。动态分析法将资源消耗要紧指标，按照时刻序列进行排列，形成一个动态数列，从数量方面分析资源消耗变化的趋势和规律。运用动态分析法，对逐年（月）资源等消耗总量、人均消耗量、单位建筑面积消耗量进行分析。因素分析法分析能源资源消耗中导致要紧指标变动的各因素阻碍方向和程度的一种方法。用于专题分析中，深入分析内因，使用时可将阻碍能耗变化的要紧指标分解为各个能够计量的因素。主成分分析将多项指标转化为少数几项综合指标，用综合指标来解释多变量的方差协方差结构。综合指标即为主成分。利用降维技术用少数几个综合变量来代替原始多个变量，通过计算综合主成分承数得分，对客观经济现象进行科学评价。聚类分析依据数据本身的定性或定量的特征来对大量的数据行分组归类以了解数据集的内在结构，并且对每一个数据集行描述的过程。直观，结论形式简明。为了有效提升煤改电效益评价算法的客观性和精确性，本文提出了一种基于 的综合评价算法。其中，方法较 方法具有综合考虑反应评价对象不同属性的多个评价指标、能够处理相互约束的评价准则、能够敏锐表现各评价指标值之间的异同、能够通过标准化降低极大值与极小值影响等优势，但是该方法无法进行合理分档。因此，本文在 评价法基础上，结合秩和比综合评价法（），构成了 联合评价法。由于 方法能够将效益型指标从小到大进行排名、将成本型指标从大到小进行排名，计算秩和比，最后统计回归、完成分档排序，结合该方法可实现效益评估结果的分档统计，为环境综合效益改善分类指导提供有效参考。.法的基本原理 法是一种基于距离的综合评价法，该方法可以确定最优方案和最劣方案，评价对象可根据方案的相对接近程度分为优、差作为评价好坏的依据。法的评价思想如图 所示，通过将评价对象的属性指标原始数据进行同向化和归一化处理，消除指标量纲的影响。根据归一化后的矩阵采用余弦法在有限方案中确定最优方案和最劣方案，然后分别计算各评价对象与最优方案和最劣方北 京 印