双碳目标下的电力排放因子——现状、国际经验与优化方向探析

导语

电力系统是温室气体排放的重要来源之一，能源活动中的电力活动产生的直接碳排放约占40%。电力排放因子计算方式是否合理、是否与电力系统的实际运行情况相吻合，对于能否精准评估各地区、各行业、各企业的碳排放量，促进可再生能源消纳具有重要意义。

（来源：朗新研究院 作者：张家维）

近年来，随着“双碳”目标逐渐成为硬约束、新型电力系统加速构建以及绿色贸易壁垒冲击，电力排放因子的计算方法及应用场景受到业界、学术界的广泛关注。

电力排放因子的由来

电力排放因子是指每单位电能产生的二氧化碳排放量，通常以吨二氧化碳/兆瓦时(tCO2/(MW·h))为单位表示，该概念最早源于国际能源署(IEA)在1978年发表的一篇报告，用于估算各国能源排放量。随着碳排放对全球气候变化的影响受到各国重视，电力排放因子逐渐成为评估电力系统碳排放的重要指标之一。

最初，电力排放因子主要用于国家层面的电力排放估算，只考虑了传统发电方式的排放因素。随着可再生能源的大规模接入，风、光发电的不稳定性将引起电力系统碳排放特性在更短时间内发生变化，这也促使电力排放因子朝更小时空颗粒度演变。

电力系统碳排放分为直接排放和间接排放。直接排放是指发电侧在电力生产过程中向大气排放的二氧化碳，是客观存在的物理量；间接排放是指用电侧用电行为导致发电侧产生碳排放，本质是将排放责任从发电侧传导至用电侧。

在宏观视角下，全国电力系统间接排放与直接排放的总量是相等的，发用两侧电力排放因子可不做区分；在微观视角下，发、用电排放因子分别用于量化发电机组、负荷节点的碳排强度，对负荷节点进行电力追溯后，会发现每个负荷节点混合了不同机组产生的电量，因此不能将发电排放因子与用电排放因子视为同一概念。

为了统一用词，本文参考生态环境部对电力排放因子的计算说明，默认电力排放因子为用电排放因子。

电力排放因子的现状与问题

目前，我国定期发布的全国、区域、省级电力平均排放因子是生态环境部根据年度统计的发电量、燃料类型及燃料消耗量等数据计算得到的。宏观统计法的优点是数据易获得，缺点是难以充分反映电力系统碳排放时空差异性。根据相关研究，在某些地区的某些时段内，使用年度平均电力排放因子核算电力间接排放，其结果与真实值的偏离度高达35%。这可能导致企业购买绿电绿证抵碳时出现超买或少买的情况，不利于绿电绿证市场的有效运行。

除了时空颗粒度较粗之外，我国电力排放因子在避免电力环境属性重复计算方面仍有待改进。2024年底，生态环境部沿用2021年版的计算方法，对全国层面的电力排放因子计算做了调整，扣除了市场化交易的非化石能源电量，但尚未调整区域和省级层面。从电力环境价值兑现的角度来看，全国层面扣除的电量并不准确，这对用电侧排放责任分摊的公平性以及电力环境价格形成机制造成了不利影响。

具体来说，在扣除的市场化交易的非化石能源中，包含了不在绿证核发范围的核电项目、在绿证核发范围暂不可交易绿证的部分水电项目以及在绿证核发范围但尚未建档立卡的可再生能源项目，这部分项目上网电量没有兑现环境价值。

此外，由宏观统计法计算出的电力排放因子应用范围有限，不能在引导用户低碳用电行为上发挥作用。事实上，基于电力系统源随荷动的特征，用户用电行为的改变会显著影响机组出力，进而对电力系统碳排放产生影响。理论上，向用户传递合理的“碳信号”，可以引导用户发生“碳响应”，类似通过电价让用户响应削峰填谷需求。

相关研究进一步指出，动态平均排放因子不是最理想的“碳信号”，因为低碳时段平衡负荷增量的供能电源未必是低碳机组。由此引出动态边际排放因子，其物理含义为用户增加单位负荷带来的系统碳排放增量，可以纠正基于平均排放因子的低碳引导偏差。

电力排放因子国外领先实践

参考《电网碳排放因子研究方向与应用需求的演变进程》^[1]对于国外实践经验的相关研究：从国外实践来看，发达国家和地区更倾向缩小电力排放因子的时间颗粒度，保持其空间颗粒度在全国或者电力平衡区范围，少数国家考虑了绿电绿证交易对电力排放因子的影响，欧盟鼓励成员国根据本地绿电消费情况，修正电力排放因子。部分电力运营商则出于自身业务考虑，将电力排放因子的时空颗粒度缩小至分钟级、负荷节点级。

（一）美国国会立法要求能源主管部门发布小时级电力排放因子

美国国会在2021至2022年《基础设施投资和就业法案》(IIJA)第40412号关于电力部门的数据收集条款中要求美国能源信息署(EIA)发布小时级平均和边际排放因子。EIA构建的小时级电网监控平台展示了从全国电网到州电网再到各平衡区的小时级发用电信息统计。该平台的数据集涵盖了美国本土48个州的高压大电网每小时的运行数据以及从各电力平衡区收集的电网运营数据。数据集中的数据元素包括按区域划分的用电需求量、按能源分类的净发电量、平衡区的交换电量、按燃料类型估算的碳排放量以及预计电力进出口的碳排放量。

（二）芬兰电网每3分钟发布一次电力排放因子

芬兰电网基于其电网运行控制系统的实时发电数据、输入输出数据，以及指定的碳排放因子构建了实时碳排放估算系统，实现了每3分钟发布一次实时发用电排放因子。该系统中的发电碳排放量是芬兰境内所有发电机组根据其燃料类型确定其碳排放因子，并与其发电量乘积的总和。发电排放因子即为发电碳排量除以芬兰的总发电量。芬兰的电力消耗碳排放量计算需要考虑芬兰的电力生产、电力输入以及向其他国家的电力输出，即为总发电产生的碳量 + 总输入的碳量 – 总输出的碳量。芬兰的用电排放因子即为电力消耗碳排放量 ÷ 芬兰境内的总发电量 + 总输入电量 – 总输出电量。

（三）美国PJM电力市场公司实现负荷节点级边际排放因子计算与发布

宾夕法尼亚-新泽西-马里兰电力市场公司(PJM)使用边际机组数据乘以历史平均碳排放因子来计算其区域内每个负荷节点的边际排放因子。PJM已实现10771条母线未来2-12h边际排放因子的计算与发布。PJM利用安全约束经济调度算法确定发电厂的运行信息和节点边际价格，每5分钟判断一次每个负荷节点的边际机组以及其边际程度。同时PJM可以向用户提供电力消费碳排放的核算结果，但不提供相关数据的验证过程。

电力排放因子优化方向展望

理论上，对电力排放因子的计算可以精确到秒级、用电设备级，国内康重庆团队提出的电力系统碳流理论对此给出了详细的计算方法，其核心思想是给每一度电打上“碳标签”，结合电力系统潮流计算方法与高等电力网络分析方法，追踪碳排放在电力系统全环节的流动情况。但从实践来看，基于碳流理论的计算方法需要在源、网、荷侧各个节点上部署电碳表开展计算任务，并且需要搭建完善的通信设施以支持上下游电碳表间的信息交互，对整个电力系统来说，改造成本较大。

美国清洁空气工作组(CATF)总结出电力排放因子时空颗粒度越小，计算复杂度越高，意味着计算所付出的成本越高。因此对电力排放因子的计算并非越精准越好，而应根据实际应用场景，综合考虑市场成熟度、成本合理性以及技术可行性等因素，选择合适的计算方法。

图1  电力排放因子的类型与计算复杂度^[1]

在年度核算电力间接排放的场景下，尽管目前的电力排放因子会导致核算结果出现偏差，但对于大部分电力用户来说，采用该因子进行核算相对简单，仍可满足其核算要求。针对年度平均电力排放因子，预计相关部门后续会结合绿电绿证交易情况，优化电量扣除范围，进一步明确各类电力排放因子在核算时的适用场景。

在引导用户低碳用电行为的场景下，参考国外经验，由掌握电力调度数据的电网企业计算分时分区平均排放因子和边际排放因子，预计时空颗粒度将逐渐过渡到小时级、城市级。在此基础上，相关部门跟进配合，进一步完善电力排放因子引导下的低碳用电场景配套机制，鼓励用户主动参与。

结语

本文全面梳理电力排放因子的相关概念，指出国内电力排放因子存在的问题，结合国外领先实践与国内实际情况，提出基于应用场景的电力排放因子改进思路。电力排放因子是连接电力消费与碳排放的关键桥梁。

对于电网企业来说，计算发布并推广应用高时空分辨率的电力排放因子是支撑国家在能源领域实现“双碳”目标的重要抓手，不仅有利于企业精准核算电力间接排放、产品碳足迹，提升碳市场、电力市场、绿证市场运行的有效性，还有助于引导用户低碳用电行为，促进可再生能源消纳，推动能源绿色低碳转型。