碳排放约束下天津市发电系统的建模与政策分析

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1、第一章绪论从考虑解决能源日益紧缺问题的方面来看，还是从考虑控制CO2排放方面来看，调整发电系统中的能源结构都显得非常重要。长期以来，我国的能源消费和生产主要是以煤为主，这一现象直接导致了我国发电系统中的能源使用结构极不合理。在我国，煤炭的生产量占一次能源总生产量的比例高达80%，石油生产量占的比重为10%，天然气生产量占的比重为4.4%。这种能源消费和生产结构，导致我国的电力生产过程过度依赖煤炭。根据来自国家发改委的统计数据，在2011年7月份，我国总的发电量为4252亿千瓦时，其中79.8%的发电量来自火力发电。长期的依

2、赖高消耗的发展，导致煤炭能源被大量消耗，并进导致了生态环境的严重恶化。减少发电系统对煤炭的过度依赖，减少温室气体二氧化碳的排放，同时减少污染物，例如氮氧化合物、二氧化硫、烟尘颗粒物的排放，增加新能源的使用途径及比重，成为我国发电系统的迫切任务，也是全球电力生产系统的能源结构调整的必然方向。与全国相比，天津电力生产系统的能源结构不合理现象尤为突出。据电力统计年鉴数据显示，截止2011年，天津总发电装机容量为1094万千瓦，其中火力发电装机容量为1083万千瓦，占总发电装机容量的98.99%。而2011年的总发电量中，99.8

3、%的发电量来自火力发电，只有极少的一部分来自水力与风力发电。目前，各国都在研究如何采取措施来降低火力发电所占比重，但是，我国的火力发电比重却依然处于升高的趋势，究其原因，主要是我国发电技术过于落后，导致发电行业的能源结构无法轻易改变。因而，为了改善电力行业能源结构，引入新的发电技术显得尤其重要。目前引入新的发电技术的方法主要分为三大类，一类是通过提高能源使用效率和节约能源来实现，例如采用更高效的燃煤技术整体煤气化联合循环发电技术（IGCC），一类是在已有的燃煤机组中增加碳捕捉和碳封存技术（CCS），另一类是引入新能源用来发

4、电的技术，主要有水力发电，风力发电，太阳能发电，地热发电以及核能发电。本文是在对天津市发电系统现状进行系统分析的基础上，同时参考国内外的新发电技术，分析在成本最小化，经济最大化的目标函数下，整个天津市发电系统的最优发电能源结构以及对应的发电技术选择。同时分析碳排放约束以及碳税政策对整个天津市发电系统的能源结构优化以及发电技术选择的影响。2第一章绪论1.2研究内容和研究方法1.2.1研究内容本文在碳减排约束下，构建天津市发电系统TIMES模型，在系统总成本最小的目标函数下，分析天津市发电系统能源结构优化过程、能源技术选择过程

5、，以及碳税或者碳补贴对发电系统能源优化过程、能源技术选择过程的影响。基于此，本文的研究内容包括以下三方面的内容。(1)天津市发电系统的模型构建系统阐述促进发电系统减排的各种主要新技术，并剖析这些新技术的优点及局限性，结合天津市发电系统的具体特征，基于可持续发展的原则，构建天津市发电系统TIMES模型，以在不同情景下优化天津市发电结构。(2)情景设置基于天津市发电系统的实际情况，设置仅有传统发电技术的发电系统为基准情景，并分别设置引入新煤炭技术情景，引用新能源发电技术情景、碳排放约束情景，以及碳税征收等情景，并在不同情境下，

6、利用TIMES模型对各种技术的发电量、装机容量，及其CO2排放量进行对比分析。(3)政策启示利用TIMES模型对天津市发电系统进行模拟，根据模型结果分析各种情景下，各种技术的发电量、装机容量，以及它所对应的CO2排放量，根据分析结果，综合考虑对天津市发电系统碳减排的建议。1.2.2研究方法本文所采用的研究方法如下：自底向上的TIMES建模方法。TIMES模型目前已经被广泛应用于不同地区，国家等的能源系统的模型构建中。本文采用TIMES模型方法，构建天津市发电系统的TIMES模型，分析在成本最小化的目标函数下，天津市发电系统

7、的最优能源结构和发电技术选择。情景分析方法。本文以天津市发电系统为研究对象，设置多种情景，搜集合理可靠的参数，有效的模拟天津市发电系统，从而定量的刻画出不同的情景下不同的能源结构以及发电技术总结。在发电技术成本计算方面，由于发电技术的成本会随着投资成本的增加或者使用容量的增加而减少，本文考虑能源技术学习曲线，参考已有文献，辅以现实情况，在研究中根据每种发电技术，采用不同的学习率。3第一章绪论综上所述，本文的技术路线图如图1-1所示。能源系统建模相关理论发电技术理论研究现状分析新能天津新能自底自顶混合火力改进理论体源发发电源

8、利向上向下建模发电发电系研究电技系统用现建模建模方式技术技术术现状状TIMES自底理论总结发电技术总现状总结与应用方向上建模与分析结与分析分析法体系方式发电技术分析，能源供需分析天津市发电系天津市发电系统TIMES模型统建模引入碳税碳约基础新能或碳束下情景设情景源下补贴情景置设置情景情景设置设置设置情景