2020年电网排放因子

恰逢国家30·60碳达峰碳中和战略，2019年中国区域及省级电网排放因子得到了各界朋友关注。各位前辈、同仁对上述数据提出了宝贵意见。在参考各位，结合个人理解，2020年中国区域及省级电网排放因子。

“电网排放因子”是指向电力系统提供的每单位电力相关联的温室气体排放因子，包括二氧化碳排放因子（$tCO_2/MWh$）、甲烷排放因子（$tCH_4/MWh$）、氧化亚氮排放因子（$tN_2O/MWh$）以及二氧化碳当量排放因子（$tCO_2e/MWh$）。

主要进展

相对于2019年只计算了二氧化碳排放因子，该版本数据最大的变化是在二氧化碳排放因子的基础上，增加了甲烷和氧化亚氮排放因子，并得到二氧化碳当量电力排放因子，数据更加完整，与国际通行标准更加对接。同时本次更新增加了2020年数据，并同时修正了部分排放因子引用错误，使结果更加准确。

电网划分

区域电网

区域电网划分与2019年并无变化，因此不在赘述，电网名称和覆盖的地理范围如下：

电网名称	覆盖的地理范围
华北区域电网	北京市、天津市、河北省、山西省、山东省、内蒙古自治区
东北区域电网	辽宁省、吉林省、黑龙江省
华东区域电网	上海市、江苏省、浙江省、安徽省、福建省
华中区域电网	河南省、湖北省、湖南省、江西省、四川省、重庆市
西北区域电网	陕西省、甘肃省、青海省、宁夏自治区、新疆自治区
南方区域电网	广东省、广西自治区、云南省、贵州省、海南省

省级电网

按照省级电网边界仍然与省级行政区域边界相一致的原则，将中国的省级电网划分为北京、天津、河北、山西、内蒙古、山东、辽宁、吉林、黑龙江、上海、江苏、浙江、安徽、福建、河南、湖北、湖南、江西、四川、重庆、陕西、甘肃、青海、宁夏、新疆、广东、广西、云南、贵州和海南电网。由于缺少相关信息，暂不考虑西藏自治区、香港特别行政区、澳门特别行政区和台湾省四个地区的省级电网。

排放因子计算方法

排放因子计算思路与2019年并无本质区别，但2020年数据增加了甲烷和氧化亚氮排放因子，并且燃料燃烧的甲烷、氧化亚氮排放量的计算方式与二氧化碳排放量的计算方式有一定差异，为了便于读者区分，再次将两种方式全部展开介绍。

区域电网

区域电网排放因子是该区域范围内，发、用电隐含的温室气体排放量与其对应的发、用电量的比值。其中，发、用电包含三个来源：

区域电网 $i$ 覆盖的地理范围内，电厂的净上网电量（扣除厂自用电，下文所称“净上网电量”均扣除厂自用电）；
区域电网 $j$ 向区域电网 $i$ 净送出的电量；
$k$ 国向区域电网 $i$ 净出口的电量。

因此，温室气体排放量也应统计上述三种电力来源，包括：

区域电网 $i$ 覆盖的地理范围内发电产生的直接温室气体排放量；
区域电网 $j$ 向区域电网 $i$ 净送出的电量隐含的温室气体排放量；
$k$ 国向区域电网 $i$ 净出口的电量隐含的温室气体排放量。

计算公式如下：

$EF_{grid,i}=\frac{Em_{grid,i}+\sum_{j}^{}\left (EF_{grid,j}\times E_{imp,j,i}\right)+\sum_{k}^{}\left (EF_{k}\times E_{imp,k,i}\right)}{\sum_{q}^{}E_{grid,i,q}+\sum_{j}^{}E_{imp,j,i} + \sum_{k}^{}E_{imp,k,i}} \tag{1}$

式中：
$EF_{grid,i}$：区域电网 $i$ 的排放因子，$tCO_2/ 10^{4} kWh、gCH_4/ 10^{4} kWh、gN_2O/ 10^{4} kWh、tCO_2e/ 10^{4} kWh$；
$Em_{grid,i}$：区域电网 $i$ 覆盖的地理范围内发电产生的直接温室气体排放量（由公式（2）计算得到），$tCO_2、tCH_4、tN_2O、tCO_2e$；
$EF_{grid,j}$：向区域电网 $i$ 净送出电量的区域电网 $j$ 的温室气体排放因子，$tCO_2/ 10^{4} kWh、gCH_4/ 10^{4} kWh、gN_2O/ 10^{4} kWh、tCO_2e/ 10^{4} kWh$；
$E_{imp,j,i}$：区域电网 $j$ 向区域电网 $i$ 净送出的电量，$10^{4}kWh$;
$EF_{k}$：向区域电网 $i$ 净出口电量的 $k$ 国发电温室气体排放因子，$tCO_2/ 10^{4} kWh、gCH_4/ 10^{4} kWh、gN_2O/ 10^{4} kWh、tCO_2e/ 10^{4} kWh$；
$E_{imp,k,i}$：$k$ 国向区域电网 $i$ 净出口的电量，$10^{4}kWh$;
$E_{grid,i}$：区域电网 $i$ 覆盖的地理范围内，应用 $q$ 类型技术发电厂的年净上网电量（由公式（4）计算得到），$10^{4}kWh$;
$i$：东北、华北、华东、华中、西北和南方区域电网之一；
$j$：向区域电网 $i$ 净送出电量的其他区域电网；
$k$：向区域电网 $i$ 净出口电量的其他国家；
$q$：火电、水力发电、风力发电、核能发电以及太阳能发电之一。

其中，区域电网 $i$ 覆盖的地理范围内，发电产生的直接温室气体排放量（$Em_{grid,i}$），可以通过化石燃料消耗量（$FC_{m}$）、燃料平均低位发热量（$NCV_{m}$）以及燃料排放因子（$EF_{m}$）乘积求得，公式如下：

$Em_{grid,i}=\sum_{m}^{}\left ( FC_{m}\times NCV_{m}\times EF_{m}\div 100 \right ) \tag{2}$

式中：
$FC_{m}$：电网 $i$ 覆盖的地理范围内用于发电的化石燃料 $m$ 的消费量，$10^{4}t、10^{8}m^{3}$；
$NCV_{m}$：化石燃料 $m$ 的平均低位热值，$MJ/t、MJ/10^{4}m^{3}$；
$EF_{m}$：化石燃料 $m$ 的温室气体排放因子（$CO_2$排放因子由公式（3）计算得到），$gCO_{2}/MJ、gCH_{4}/MJ、gN_{2}O/MJ$；
$m$：发电消费的化石燃料种类。

在计算不同种类温室气体排放量时，对于公式（2）中的燃料排放因子（$EF_{m}$）来源不同：

对于$CO_2$排放量，应基于燃料，选择中国本土数据根据公式（3）计算求得；
对于$CH_4、N_2O$，由于缺少更精确数据，可以直接使用基于燃料热量的排放因子。 $EF_{m}=CC_{m}\times OF_{m}\times \frac{44}{12} \tag{3}$ 式中：
$CC_{m}$：化石燃料 $m$ 的单位热值含碳量，$g C/MJ$；
$OF_{m}$：化石燃料 $m$ 的碳氧化率，%；
$\frac{44}{12}$：碳到二氧化碳的换算系数。

在计算本区域内电厂的净上网电量时，应当扣除发电企业自身厂用电量，公式如下：

$E_{grid,i,q}=E_{plant,i,q}\times (1-PCR_{i,q}) \tag{4}$

式中：
$E_{plant,i,q}$：区域电网 $i$ 覆盖的地理范围内，应用 $q$ 类型技术的电厂年发电量，$10^{4}kWh$；
$PCR_{i,q}$：区域电网 $i$ 覆盖的地理范围内，应用 $q$ 类型技术发电厂平均厂用电率，%。

省级电网

省级电网排放因子计算方法与区域电网类似，相较于区域电网，省级电网多了一重电力来源——区域电网 $i$ 向 $p$ 省净送出的电量。部分区域，如北京，社会总用电量高于本地发电量、其他省份净送入电量之和。因此，考虑缺口部分为华北电网向北京净送出电力。省级电网排放因子计算公式如下：

$EF_{p}=\frac{Em_{p}+\sum_{n}^{}(EF_{n}\times E_{imp,n,p})+\sum_{k}^{} (EF_{k}\times E_{imp,k,p})+(EF_{grid,i}\times E_{imp,i,p})}{\sum_{q}^{}E_{p,q}+\sum_{n}^{}E_{imp,n,p} + \sum_{k}^{}E_{imp,k,p} + E_{imp,i,p}} \tag{5}$

式中：
$EF_{p}$：$p$ 省电网的温室气体排放因子，$tCO_2/ 10^{4} kWh、gCH_4/ 10^{4} kWh、gN_2O/ 10^{4} kWh、tCO_2e/ 10^{4} kWh$；
$Em_{p}$：$p$ 省发电产生的温室气体直接排放量（参照公式（2）），$tCO_2、tCH_4、tN_2O、tCO_2e$；
$EF_{n}$：向 $p$ 省净送出电量的 $n$ 省电网温室气体排放因子，$tCO_2/ 10^{4} kWh、gCH_4/ 10^{4} kWh、gN_2O/ 10^{4} kWh、tCO_2e/ 10^{4} kWh$；
$E_{imp,n,p}$：$n$ 省向 $p$ 省净送出的电量，$10^{4}kWh$；
$EF_{k}$：向 $p$ 省净出口电量的 $k$ 国发电温室气体排放因子，$tCO_2/ 10^{4} kWh、gCH_4/ 10^{4} kWh、gN_2O/ 10^{4} kWh、tCO_2e/ 10^{4} kWh$；
$E_{imp,k,p}$：$k$ 国向 $p$ 省净出口的电量，$10^{4}kWh$；
$EF_{grid,i}$：区域电网 $i$ 的温室气体排放因子，$tCO_2/ 10^{4} kWh、gCH_4/ 10^{4} kWh、gN_2O/ 10^{4} kWh、tCO_2e/ 10^{4} kWh$；
$E_{imp,i,p}$：区域电网 $i$ 向 $p$ 省净送出的电量（由公式（7）计算得到），$10^{4}kWh$；
$E_{p,q}$：$p$ 省，应用 $q$ 类型技术发电厂年净上网电量（参照公式（4）），$10^{4}kWh$；
$p$：北京、天津、河北、山西、内蒙古、山东、辽宁、吉林、黑龙江、上海、江苏、浙江、安徽、福建、河南、湖北、湖南、江西、四川、重庆、陕西、甘肃、青海、宁夏、新疆、广东、广西、云南、贵州和海南 30 个省份之一；
$n$：向 $p$ 省净送出电量的其他省份；
$k$：向 $p$ 省净出口电量的国家；
$i$：$p$ 省所在的区域电网；
$q$：火电、水力发电、风力发电、核能发电以及太阳能发电之一。

其中，区域电网 $i$ 向 $p$ 省净送出的电量应按公式（6）计算，

$E_{imp,i,p}=max((E_{u,p} - E_{p} - \sum_{n}^{}E_{imp,n,p} - \sum_{k}^{}E_{imp,k,p}),0) \tag{6}$

式中：
$E_{u,p}$：$p$ 省年度全社会总用电量，$10^{4}kWh$。

计算顺序

在确定排放因子计算方法之后，需要确定排放因子的计算顺序，即先算哪一个区域/省级电网的排放因子。 $p$ 省（区域）的电网排放因子大小会受到四方面因素影响：

自身发电结构；
向 $p$ 省净送出电量的 $n$ 省电网温室气体排放因子；
向 $p$ 省净出口电量的 $k$ 国发电温室气体排放因子；
区域电网 $i$ 向 $p$ 省净送出的电量的温室气体排放因子。

因此，应当优先计算区域电网排放因子，在计算省级电网排放因子，确定过程如下：

计算省际间电力净流向关系。根据各省送出电量情况，计算出电力净流向量，得出省际间电力净流向关系。
计算各省与区域电网间的电力交换量。根据各省发电、用电、与其他省份及国家和地区的电力交换等数据，参照公式（6）计算得出各省与所在区域电网间的电力交换量。
确定电网因子计算顺序。按照先计算无调入电力的电网，再计算调入电排放因子已知电网的顺序依次计算。
如果存在三个区域/省级电网之间呈现环状送电情况，即如下图所示，华中电网向华东电网净送出电力，华东电网向南方电网净送出电力，南方电网向华中电网净送出电力。无法按照上述顺序求解每一个电网排放因子，建议利用下方恒等式构建三元一次方程，同时求解三个电网排放因子。

电网总排放量=电网总用电量×电网排放因子
 =本地发电排放量+其他地区调入电量×调入地区电力排放因子

以华东电网二氧化碳排放因子为例，
华东电网总二氧化碳排放量=华东电网用电量*华东电网二氧化碳排放因子
 =华东电网发电二氧化碳排放量+华中向华东净调入电量*华中电网二氧化碳排放因子+南方向华东净调入电量*南方电网二氧化碳排放因子+华北向华东净调入电量*华北电网二氧化碳排放因子+西北向华东净调入电量*西北电网二氧化碳排放因子
其中，华东电网用电量=华东电网覆盖范围内电网净上网电量+华中向华东净调入电量+南方向华东净调入电量+华北向华东净调入电量+西北向华东净调入电量

整理可得，
华东电网用电量（已知量）*华东电网排放因子（未知量）-华中向华东净调入电量（已知量）*华中电网二氧化碳排放因子（未知量）-南方向华东净调入电量（已知量）*南方电网二氧化碳排放因子（未知量）
=华东电网发电二氧化碳排放量（已知量）+华北向华东净调入电量（已知量）*华北电网二氧化碳排放因子（已知量）+西北向华东净调入电量（已知量）*西北电网二氧化碳排放因子（已知量）

环状电网示意图

数据来源

数据来源方面变化主要体现在增加了燃料的甲烷和氧化亚氮排放因子，以综合评估电力温室气体排放。同时更新了之前少量引用错误的数据。

活动数据

发电燃料消费量（$FC_{m}$）来源自《中国能源统计年鉴2021》；
火电、水电、风电、太阳能发电量（$E_{p,q}$）来源自《中国电力统计年鉴2021》，核电发电量以及厂用电率（$PCR_{i,q}$）来自《2020年电力工业统计资料汇编》；
跨省电量交换（$E_{imp,n,p}$）和进出口电量（$E_{imp,k,p}$）、以及全社会总用电量（$E_{u,p}$）来源自《2020年电力工业统计资料汇编》。

排放因子

燃料含碳量$(CC_{m})$

燃料含碳量数据主要采用2011 年发行的《省级温室气体清单编制指南（试行）》第一章（能源活动）的表1.5（公共电力与热力），少量未尽数据及其来源如下：

煤矸石采用“国家碳市场帮助平台”中专家提供的缺省值；
高炉煤气、转炉煤气和其他煤气分别采用《2006 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories》V2_1_Ch1 table 1.3 Blast Furnace Gas、Oxygen Steel Furnace Gas和Gas Works Gas的缺省值；
其他焦化产品、煤油、液化石油气、石油脑、润滑油、石油沥青、石油焦分别采用《省级温室气体清单编制指南（试行）》（2011年3月）第一章第18页表1.7中其他焦化产品、一般煤油、LPG、石油脑、润滑油、沥青、石油焦的含碳量，石蜡和溶剂油采用《2005中国温室气体清单研究》（2014年1月）第二章第55页表2-30中潜在碳排放因子20.0tC/TJ。
未特别说明的燃料种类均采用《省级温室气体清单编制指南》表1.5对应燃料种类的数值。

燃料碳氧化率($OF_{m}$)

燃煤的碳氧化率按照2022年12月19日发布的《企业温室气体排放核算与报告指南发电设施》中提供的最新数据取99%。

其他燃料类型按照2011年《省级温室气体清单编制指南（试行）》第一章能源活动、化石燃料燃烧活动内容节、部门方法中给出的能源行业平均氧化率：燃油（98%）和燃气（99%）。

其中煤制品、焦炭和其他焦化产品采用《省级温室气体清单编制指南（试行）》（2011年3月）第一章第18页表1.7中的型煤、焦炭和其他焦化产品碳氧化率90%、93%和93%，石蜡、溶剂油采用《2005中国温室气体清单研究》（2014年1月）第二章第55页表2-30中的碳氧化率均为98%。

燃料平均低位发热量($NCV_{m}$)

平均低位发热量数据主要摘自《中国能源统计年鉴2021》，部分数据来源于《公共机构能源资源消耗统计制度》（2017年）以及《2019年度减排项目中国区域电网基准线排放因子》，详细说明如下：

其它洗煤、煤制品、焦炉煤气、其他煤气、其他焦化产品、天然气和其它能源取值《2019年度减排项目中国区域电网基准线排放因子》OM计算时取值一致；
煤矸石、高炉煤气、转炉煤气、石油脑、润滑油、石蜡、溶剂油、石油沥青、石油焦、其他石油制品、液化天然气采用《公共机构能源资源消耗统计制度》（2017年7月）附录数据；
未特别说明均采用能源年鉴数值。

燃料$CH_{4}$与$N_{2}O$的排放因子

由于缺少中国本土数据，因此$CH_4$和$N_{2}O$的排放因子采用《2006年IPCC国家温室气体清单指南》，第 2 卷能源，第二章固定源燃烧表2.2 能源工业中固定源燃烧的缺省排放因子。

排放因子的取值上，原煤、洗精煤、其他洗煤、煤矸石和其他焦化产品均取自Coking Coal的缺省值；
煤制品取自Brown Coal Briquettes的缺省值；
焦炭取自Coke Oven Coke and Lignite Coke的缺省值；
高炉煤气、转炉煤气和其他煤气分别采用Blast Furnace Gas、Oxygen Steel Furnace Gas和Gas Works Gas的缺省值；
燃料油取自Residual Fuel Oil的缺省值；
溶剂油取自White Spirit and SBP的缺省值；
石油沥青取自Bitumen缺省值；
液化天然气与天然气数值相同。

进口电量隐含的温室气体排放因子($EF_{k}$)

中国电力企业联合会发布的《2020年电力工业统计资料汇编》显示，2020年我国与周边多国存在电力跨境交易，以向周边国家售电，支持边境地区发展为主。但仍有例外，2020年通过黑龙江省从俄罗斯联邦净购入302,804万度电、通过云南省从缅甸联邦共和国净购入72694万度电。上述两国电网二氧化碳排放因子来自International Renewable Energy Agency(IRENA)，俄罗斯联邦电网二氧化碳排放因子为$295gCO2/kWh$ ，缅甸联邦共和国电网二氧化碳排放因子为$262gCO2/kWh$。

全球升温潜值($GWP$)

计算$CO_{2}e$使用的是《气候变化2019：联合国政府间气候变化专门委员会第六次评估报告》中提出的100年全球变暖潜势值。$GWP_{CH_{4}}$取29.8，$GWP_{N_{2}O}$取273。

数据质量说明

在计算过程中得到了各位前辈和同仁大力支持，本人也力图使用尽可能精确的数据和方法进行排放因子计算，仍有下列不确定因素。

甲烷和氧化亚氮排放因子取决于燃烧技术和工作条件，而在各个燃烧装置和各段时期之间其差异很大。本计算采用《2006年IPCC国家温室气体清单指南》提供的缺省值，该数值可能与中国实际数据存在偏差，会引入很大的不确定性。
西藏自治区通过多条输电线路与青海、四川等地相连，并实现向四川省供电（华中电网）。由于缺少西藏发电燃料消耗数据，无法合理计算西藏电网排放因子，因此本文，对四川省和华中电网从西藏自治区购入电量以及购入电量隐含的排放均不纳入计算。这会导致四川省和华中电网排放因子与实际值存在偏差。西藏自治区火力发电量仅占自治区总上网电网1.12%，电力清洁化程度高，排放因子较小。并且西藏自治区向四川省净送出电量仅占四川发电量0.14%，因此，不会对本文得出的计算结果产生显著影响。
本文使用公式（6）估算区域电网 $i$ 向 $p$ 省净送出的电量，社会总用电量为终端实际用电量，不包含电力传输和分配过程中损耗，会造成估算电量偏小，对部分省市排放因子的计算结果产生影响。
本文计算采用的数据来源广泛，包括来自《电力工业统计资料汇编》和《中国能源统计年鉴》的活动水平数据，来自《中国能源统计年鉴》、《省级温室气体清单编制指南（试行）》、《重点用能单位能源利用状况报告》、《2006年IPCC国家温室气体清单指南》和《公共机构能源资源消耗统计制度》的计算参数等。数据来源的数据质量会直接影响本文排放因子的计算结果。
《能源统计年鉴》中对生产电力投入的“其他能源”并没有清楚定义，无法确定其他排放因子，因此本文参考《2019年度减排项目中国区域电网基准线排放因子》，未计算由“其他能源”生产电力导致的排放。
本文假设水电、核电、风电和太阳能的发电过程没有产生任何温室气体直接排放，这样可能会低估电力生产导致的排放。

计算结果

区域电网排放因子计算结果

区域	排放因子（$tCO_2e/MWh$）
东北 Northeast	0.8604
西北 Northwest	0.6812
华中 Central	0.4349
华北 North China	0.9023
华东 East China	0.6308
南方 Southern	0.4178

省级电网排放因子计算结果

电网名称	CO2 排放因子	CH4 排放因子	N2O 排放因子	CO2 当量排放因子
	$tCO_2/10^4kWh$	$gCH_4/10^4kWh$	$gN_2O/10^4kWh$	$tCO_2e/10^4kWh$
辽宁省 Liaoning	8.8493	85.4059	119.4561	8.8845
吉林省 Jilin	8.8480	90.2199	132.2501	8.8868
黑龙江省 Heilongjiang	8.5103	87.4651	127.5686	8.5477
北京市 Beijing	6.8418	78.7717	78.1575	6.8655
天津市 Tianjin	8.9489	97.4149	109.1597	8.9816
河北省 Hebei	11.0020	93.2625	116.5665	11.0366
山西省 Shanxi	8.9902	93.4738	130.3812	9.0286
内蒙古 Inner Mongolia	10.4919	108.0796	160.4248	10.5390
山东省 Shandong	7.8486	78.3806	112.5172	7.8817
陕西省 Shaanxi	6.7646	72.3055	99.5182	6.7940
甘肃省 Gansu	4.5918	47.3291	70.1625	4.6124
青海省 Qinghai	0.9584	10.0458	14.9777	0.9628
宁夏自治区 Ningxia	8.5283	88.3995	130.4300	8.5665
新疆自治区 Xinjiang	8.0112	83.9185	123.6992	8.0475
上海市 Shanghai	5.7352	59.6171	73.6203	5.7571
江苏省 Jiangsu	7.2753	72.5561	95.5780	7.3036
浙江省 Zhejiang	5.4379	57.4743	80.3691	5.4616
安徽省 Anhui	7.9750	80.0542	115.7180	8.0090
福建省 Fujian	5.0928	52.4793	72.8901	5.1143
江西省 Jiangxi	6.4137	62.2699	88.1664	6.4397
河南省 Henan	7.5608	76.9309	110.6354	7.5933
湖北省 Hubei	3.3085	32.9476	46.2324	3.3221
湖南省 Hunan	4.8485	46.4541	63.4507	4.8672
重庆市 Chongqing	4.4230	43.5167	59.8730	4.4406
四川省 Sichuan	1.2276	11.3641	14.1424	1.2318
广东省 Guangdong	4.6084	50.4417	61.8620	4.6268
广西自治区 Guangxi	5.1804	49.3476	65.7552	5.1999
海南省 Hainan	4.8726	53.6614	70.8820	4.8936
贵州省 Guizhou	4.4146	46.5668	67.3391	4.4343

致谢

本文及2020年排放因子的顺利完成，离不开各位前辈和朋友的指导和帮助。在此我要感谢张哲老师、蔡博峰老师、周才华老师的指导和帮助。各位前辈渊博的专业知识，严谨的科学精神，对我产生了深远的影响。没有各位前辈鼓励与指导，我不可能完成这项工作。在此，谨向各位老师致以我最诚挚的谢意和最衷心的感谢！
本项工作成果已经发表在《环境工程》期刊中，标题为：
2020年中国区域和省级电网温室气体排放因子研究，欢迎各位引用。

应对气候变化温室气体减排排放量计算

电网平均CO2排放因子省级电网区域电网

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