页岩气在电力行业中减排潜力的情景模拟与不确定分析

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1、页岩气在电力行业中减排潜力的情景模拟与不确定分析(申请清华大学工学硕士学位论文)培养单位：环境学院学科：环境科学与工程研究生：申蜀东指导教师:王灿教授二○一七年六月ScenarioSimulationandUncertaintyAnalysisonPowerSector’sCarbonReductionPotentialfromShaleGasThesisSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofMasterofSci

2、enceInEnvironmentalScienceandEngineeringByShenShudongThesisSupervisor:ProfessorWangCanJune,2017摘要摘要电力部门作为碳排放和空气污染物排放的大户，一直是中国推进能源结构转型的关键部门。但是对于煤炭的过度依赖以及非化石能源的不稳定特性让电力部门的能源结构调整非常艰难。美国在页岩气革命之后，通过天然气大量替代煤炭，显著优化了电力结构，天然气的大量应用也为美国的碳减排做出了巨大贡献。中国同样拥有丰富的页岩气资源，页岩气商业化开采也已经开始起步，因

3、此页岩气有可能在电力行业能源结构调整中发挥重要作用。但是，其减排潜力的大小取决于技术成本、排放强度、气候政策等内部和外部因素。需要基于模型对页岩气在电力系统的减排潜力进行模拟分析，并结合情景模拟和不确定分析的方法研究相关因素对页岩气减排潜力的影响，形成具体的认识。本研究首先通过文献调研识别出页岩气的资源特性、技术特性、排放特性以及环境影响特性。然后利用电力行业分区域优化模型来研究页岩气在电力行业中的发展路径以及减排潜力。通过情景模拟的方法，研究页岩气成本不确定性、甲烷排放率不确定性对于页岩气最优成本下的发展规模和减排潜力的影响以及气

4、候能源政策和环境保护政策对电力行业中页岩气应用前景的影响。并利用蒙特卡洛模拟研究在价格和排放强度服从一定概率分布情况下页岩气发电量的概率分布。模拟研究发现，在基准情景下，模拟结果显示页岩气从2025年开始在电力系统中发挥作用，并且在2030年页岩气发电量达到418TWh，相当于消耗页岩气853亿立方米，并且主要在华东以及西北地区。当页岩气技术实现突破的情景下，其价格将在0.8元到1.8元/m3，发电量可达到750-1205TWh，主要区域变为华东以及华北。页岩气甲烷排放导致的碳排放强度增加会同样显著影响页岩气模拟结果，在1.8元的价

5、格水平下，当页岩气排放强度从2.27kg/m3提升至2.67kg/m3，页岩气发电量将从763TWh下降至55TWh。利用蒙特卡洛模拟进行的不确定分析结果显示，当排放强度与价格同时在上诉区间内以正态分布的形式变动时，最终模拟得到页岩气产量在479TWh到1165TWh范围波动，均值为908TWh，标准差为112TWh。而政策模拟结果显示，气候能源政策对页岩气的影响显著，页岩气随着碳排放强度约束的提高而显著提升，而环境保护政策对电力系统中的页岩气发电量影响不大。关键词：页岩气；减排潜力；不确定性分析；情景模拟IAbstractAbst

6、ractPowersectorisoneofthetopcarbonandairpollutionemitters,sotheenergystructureadjustmentinpowersectorwillplayaleadingroleinChina’slowcarbondevelopment.Butitwouldbeatoughtaskbecauseofitshighlydependenceonthecoalandtheinstabilityofnon-fossilfuels.TheUShastakentheadvantag

7、eofshalegastooptimizetheenergystructureinpowersector.ChinaalsohasabundantshalegasresourcesandtheshalegascommercialproductionisgettingstartedinSiChuanandChongQin.However,thecarbonreductionpotentialfromshalegasdependsonitsownpropertyliketechnicaluncertaintyandpolicypromo

8、tion.Soitismeaningfultosimulatethecarbonreductionpotentialinpowersectorwithprorermodelandfenanalyzetheinfluencefromsh