基于碳排放的电缆选择模型研究

本论文详尽地阐述了选题的背景及研究意义。在如今大力倡导建设低碳社会的背景下，电网企业必须努力寻找科学的碳减排措施，不能仅仅把目光只关注在发电阶段，其他环节如电能传输环节同样会产生大量的碳排放。作者还通过与电网企业采购部门相关工作人员沟通，了解到电网企业目前在选购电缆时，在满足工艺的前提下还是仅以电缆的初始购买价格作为必要条件进行电缆选购，并没有考虑到电缆运营期间的碳排放量和对应产生的碳排放成本。所以本论文以实现电网企业碳减排为目标，以减少电网企业在电力传输过程中的碳排放为研究方向，以优化电缆选购模式为切入点，结合电网企业实际工作情况，提出优化电网企业选购电缆的方法，助力企业实现提高经济效益、降低碳排放量的目标。

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义
1.1.1 研究背景
第二次世界大战结束后，人类开始将注意力转移到生产发展上，全球经济得以快速发展。地球气候问题也随着人类急剧发展经济而越发严重，其中以二氧化碳气体大量排放到大气所带来的环境影响最为显著。在 2017 年 1 月 18 日，世界气象组织（英文简称：WMO）在最新发布的公告文件中指出：自从有了气象数据记载以来，2016 年是最热的一年，全球平均气温比前一年的气温平均值高出大概 0.07 摄氏度，与 1961年至 1990 年这一个 30 年周期的平均气体温度相比，高出了约为 0.83 摄氏度[1]。由于温室气体的排放总量已大大超出了人类社会预先估算的额度，温室气体的大量排放所带来的气候变化导致的环境问题，已经给全世界 GDP 造成了约 5%的损失，倘若全球各国都不努力着手控制温室气体排放，继续任性地以现在的发展模式来发展经济，经专家估算，因二氧化碳大量排放所造成的全球变暖所带来的损失，在未来几十年内，将会对全球 GDP 造成 20%的损失甚至是更多[2]。
能源问题和全球变暖问题都是近百年内人类主要面对的环境问题。电网企业主要是燃烧以煤炭为主的化石能源进行发电，随着燃料的充分燃烧和不充分燃烧，会有大量的温室气体如二氧化碳、烟尘、二氧化氮等温室气体产生。因此电网企业的发电侧，即燃烧化石燃料的环节，是电网企业产生大量碳排放的其中一个重要环节，这个环节也是人们普遍认为造成电网企业碳排放量高的唯一环节，电网企业自身大量的碳减排措施也都主要集中在这一环节。但除了发电环节外，电能在电网系统的输送过程中同样会产生大量的碳排放，这一部分同样是造成电网企业碳排放量居高不下的主要原因之一。但由于电能传输过程中的碳排放不易被观察，且计算难度大，所以人们往往忽略了对电能传输过程中的碳排放控制。
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1.2 国内外研究现状
1.2.1 碳排放研究现状
由于全球各国都在大力倡导建设低碳社会，不断挖掘各行各业的碳减排潜力，所以目前国内外关于不同行业的碳排放的研究成果有很多，在众多分析研究中可以看出，碳排放占比最高的行业主要集中在工业、农业、建筑业，这三个行业的碳排放总量占总体碳排放量的 90%[5]。为了更好地研究本课题，本论文先介绍这三个行业的碳排放研究现状。
1.2.1.1 农业方面
从政府间气候变化专门委员会（英文简称：IPCC）已发布的相关报告中可以看出，全球每年总碳排放量中的 20%是来自农业方面，具体是在农业实践、农业方面、土地覆被变化以及土地利用这四方面所产生的二氧化碳量。其中，农药、化肥、农膜等农业产品的产出、保存、运送以及农业在灌溉、使用农业机械等活动都会消耗化石能源或其他替代能源，这些活动都会产生二氧化碳量和其他温室气体。
在我国相关部门的统计报告中指出，农业相关活动的碳排放量占全国碳排放总量的 18%，目前已成为区域碳排放总量的重要组成部分[6]。鉴于不同区域对农业碳排放因素的影响不同，计算方式相对复杂，目前在我国尚没有较为综合的研究方法，部分学者如庞丽[7]、刘丽辉[8]、贺亚亚等[9]分别从县域角度、省域角度、国家角度等不同地域维度，利用不一样的研究方法对农业碳排放分别进行了核算，对环境等相关的动态以及影响因素等做出了详细的分析；高标等[10]、苏洋等[11]、李波[12]则从不同的方向出发，分析了经济增长和农业相关碳排放的关系。而在美国学者 Jane M.F.Johnson[11]的报告提出，农业活动中产生的农业废弃物、粪便管理、肠道发酵、稻田、农业能源利用以及生物燃烧等因素是农业碳排放的主要原因；L.M.Vleeshourwers[14]在其报告中指出，通过以土壤（含水量、碳储存量）、作物（产出量、种类、套种模式）、气候（降水、温度、蒸发）等因素作为考虑的前提下，创建了一套计量模型，并将其应用于评估分析农地土壤的碳转移量；Ruben N.Lubowski 等[15]通过评价不同土地的利用方式、固碳能力和土壤碳排放水平，得出了农业碳转移相关结论；ACIL Taman Pty Ltd[16]对美国、欧盟、新西兰、印度、加拿大等国家和区域分别进行了农业的碳排放测算，得出了不同区域之间、不同国家之间的农业碳排放占碳排放总量的比例相差稍大，他们推测产生的原因是由于不同国家和区域间的农业生产方式不一样所致。
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第二章 电力类碳排放的计算方法研究

2.1 碳排放的研究
根据 IPCC 官方文件描述，对“碳排放”进行以下定义：碳排放是关于温室气体排放的一个总称或简称。常见的温室气体包括二氧化碳、烟尘、二氧化氮多种气体，其中排放量最多、占比最重的气体是二氧化碳，因此“碳排放”通常被人们理解为“二氧化碳的排放”。在碳排放的定义中，人类的任何活动都有可能产生碳排放，例如普通百姓简单的烧火做饭、任何物体被火烧后产生废气、电能在电网传输的过程等都会产生碳排放。国内外多数科学家和政府已经承认，温室气体的大量排放已经并将继续为地球和人类带来影响甚至是灾难，所以世界各国已开始重点研究碳排放的成因，不断探索可行的碳减排措施，努力建设低碳型社会。
“碳排放量”是“碳排放”的量化指标，具体是指在生产、运输、使用及回收该产品时所产生的平均温室气体排放量。在本论文研究的电网企业中，产生大量碳排放量主要有以下三个环节：一是电网企业生产电能的过程、二是电能在电网系统传输的过程、三是用户使用电能的过程。在电网企业生产电能时，主要是以火力发电为主，所以在生产电能的过程中需要燃烧大量的化石燃料，从而会产生大量的碳排放量。由于这部分是直观的、可被观察到且能量化计算的过程，所以这也是电网企业和科学研究者重点关注的环节。关于用户使用电能过程的碳排放，通过简单的例子就可以说明：人们在使用电灯时，电能除了转化为光能外，同时还响应地产生了热能，这一部分的“热损耗”使导体发热，产生了温室气体的排放，所以这就是人们使用电灯时产生的碳排放。同理，在电能在电网系统传输的过程中，电能除了有效传输到下一级电网外，在本级电网传输过程中，有一部分电能会被消耗在克服线路自身的电阻，这部分损耗的电能就是下文将要讨论的线损电量，这部分线损电量克服电阻后，以发热等方式发生能量交换，最终只能产生的温室气体并直接排放到空气当中，所以线路的线损电量产生就是电能在电网系统传输的过程中产生碳排放量原因。
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2.2 碳排放计算方法的研究与选定
2.2.1 物料平衡法
物料平衡法，最初的定义是取一定时期内所有燃料燃烧前的碳平均含量与燃烧后产生的灰烬中的碳平均含量进行差值计算，得出的结果就是所需计算燃料的碳排放量，后来延伸就是将过程中投入的物料的碳平均含量与产出物料的碳平均含量进行差值计算，计算得出碳排放量，以下是应用实例：从 1997 年到 2012 年为止，姜睿[54]、陈启鑫等[55]分析了我国工业部门碳排放绩效的来源和动态，他们使用的方法是采用数据包络分析方法，构建一种新的碳排放性能指标，其分析方法的基础原理是物料平衡原理；张青阳等[56]针对长江三角洲地区碳排放收支平衡及平衡能力的空间差异，使用物料平衡法计算其碳排放量，并且根据植被生物量法对区域碳平衡给出了综合性的评价，得出从 1995 年开始，随着土地植被数量的下滑以及人类活动的增多，长江三角洲地区碳收支逐渐失去平衡的结论；吴明等[57]结合物料平衡法和生命周期法，测定了中国石油生命周期内的碳排放数据，同时预测了 2015 年到 2050 年我国石油生命周期内的隐含碳发展趋势；汪毅等[58]为了测算燃煤二氧化碳的碳排放量，根据一百多种煤种、煤质以及元素的相关资料，使用物料平衡法准确计算出了燃煤产生的二氧化碳排放量；蔡宇等[59]通过计算给出了燃煤机组碳排放计算的物料平衡指标，通过同样的方法分析得到了我国火力发电厂燃煤机组的碳排放数据，给低碳电力的发展起到了参考作用。
以上都是研究学者们使用物料平衡法的应用实例，从应用例子中可以得出，物料平衡法的优点是计算结果精确，这是由于该方法的核心计算思想是质量守恒的思想，能够测算得到非常精确的碳排放结果；但缺点就是该算法的成本非常高，由于物料平衡算法要求计算者对计算对象的每一个过程中的投入、产出都要进行物料平衡，计算难度较大且计算方法较为复杂，需要考虑的因素十分多，且容错率低，这些因素都导致物料平衡法的计算难度、计算成本偏大。

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第三章 电能传输过程中线损的计算方法研究.........................20
3.1 线损的来源......................20
3.2 线损的计算......................21
第四章 基于线损电量的区域电网碳排放计算................................25
4.1 碳交易市场.................................25
4.1.1 碳交易机制......................25
4.1.2 碳交易市场运作情况.......................25
第五章 实证分析...............................30
5.1 电缆样本选择...............................30
5.2 基于碳排放的电缆成本模型的计算.....................31

第五章 实证分析

5.1 电缆样本选择
经统计，X 地区正在运行的 110kV 输电线路共有 965 回（条数），线路型号多达30 余种，为了更好的阐述本论文思路，更好地利用基于碳排放的电缆成本模型，本论文将选用“使用回数大于 70 回的线路型号”作为本论文讨论对象，X 地区 110kV 电压等级下共计有 7 种型号的电缆作为本文计算所用范本，电缆具体型号及其使用比例详见表 5-1：

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结论与展望

结论
电网企业碳排放量居高不下一直是电网企业需要解决的问题，作为国家建设低碳社会中重要的一员，电网企业必须积极响应国家建设低碳社会号召，推动国家实现 2020年碳减排目标。电网企业要积极研究自身各专业碳排放现状，及时制定碳减排措施，在日后电网规划中要更加深入地开展以实现低碳为目标的科学技术研究，深挖企业自身碳减排潜力，全面推动建设低碳电网工作，助力国家早日实现碳减排目标。
本论文详尽地阐述了选题的背景及研究意义。在如今大力倡导建设低碳社会的背景下，电网企业必须努力寻找科学的碳减排措施，不能仅仅把目光只关注在发电阶段，其他环节如电能传输环节同样会产生大量的碳排放。作者还通过与电网企业采购部门相关工作人员沟通，了解到电网企业目前在选购电缆时，在满足工艺的前提下还是仅以电缆的初始购买价格作为必要条件进行电缆选购，并没有考虑到电缆运营期间的碳排放量和对应产生的碳排放成本。所以本论文以实现电网企业碳减排为目标，以减少电网企业在电力传输过程中的碳排放为研究方向，以优化电缆选购模式为切入点，结合电网企业实际工作情况，提出优化电网企业选购电缆的方法，助力企业实现提高经济效益、降低碳排放量的目标。
首先，本论文通过对常用的几种碳排放量计算方法进行分析讨论，最终根据电网企业的实际情况，选择碳排放系数法作为电网企业电能传输过程中电缆碳排放量的计算方法。根据碳排放系数的计算方法，要计算电能在传输过程中的碳排放量，需要确定电网碳排放因子和线损电量。本论文结合 X 地区的实际情况，选择了区域电网平均碳排放因子作为本文讨论的电网碳排放因子；利用等值电阻的线损方法计算出 X 地区110kV 电压等级下各型号电缆所有线路的线损电量，最终根据碳排放系数法算出 X 地区110kV 不同型号电缆的碳排放量。
参考文献（略）