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[摘 要]本文应用“全寿命周期”理论研究了基于绿色电网，对其中具有碳减排潜力的重要环节及设备进行了碳排放测算方法研究，从而进一步提升电网企业电气化水平，强化环保社会责任。本文研究范围包括发电侧、输配电侧、用电侧，其中电网企业自身产生碳排放测算包括：使用六氟化硫设备的修理与退役过程产生的六氟化硫排放，以及输配电损失所对应的碳排放。
[关键词]绿色电网、全寿命周期、碳排放测算
中图分类号：TN 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）45-0370-02
一、总则
为促进电网企业“电能替代”、“绿色发展”战略的实施，本文研究测算了包括发电侧、输配电侧、用电侧具有碳减排潜力的重要环节及设备的碳排放，为电网发展战略制定提供依据，提高经营效率，降低发展成本。其中，电网企业自身产生碳排放测算包括：使用六氟化硫设备的修理与退役过程产生的六氟化硫排放，以及输配电损失所对应的电力生产环节产生的碳排放。本文提供了“全寿命周期测算碳排放”理念指导，测算尚未囊括所有电力发展链环节，碳排放测算公式的研究一个动态完善的过程，按照国际、国家相关规则、标准的调整而变化。
二、应用理论介绍
“全寿命周期”理论介绍
全寿命周期（LCA）的概念应用很广泛，特别是在政治、经济、环境、技术、社会等诸多领域经常出现，其基本涵义可以通俗地理解为“从摇篮到坟墓”（Cradle-to-Grave）的整个过程。
ISO14040对 LCA 的定义是：汇总和评价一个产品、过程（或服务） 体系在其整个生命周期的所有及产出对环境造成的和潜在的影响方法。LCA突出强调产品的生命周期，有时也称为生命周期分析、生命周期方法、摇篮到坟墓、生态衡算等。产品的生命周期有4个阶段：生产（包括原料的利用）、销售/运输、使用和后处理，在每个阶段产品以不同的方式和程度影响着环境。
本文应用“全寿命周期”分析理论，旨在研究绿色电网在发电侧、输配电侧、用电侧的具有减排潜力的重要方面的各实施阶段、设备对象上的碳排放特性。（见图1）
三、坚强智能电网碳排放测量方法及评估
1.碳排放测算模型
本文结合电网企业“电能替代”战略，从坚强智能电网发电侧、输配电侧、用电侧的具有减排潜力的重要环节、方面以及相应的设备研究碳排放进行研究。具体计算模型如下表：
坚强智能电网碳排放测算模型
2.坚强智能电网碳排放测算公式
E=EA1+EA2+EB1+EB2+EB3+EC1+EC2……（1）
E表示本模型中所有环节CO2排放总量（t二氧化碳），A1和A2表示光伏发电和风力发电全寿命周期，EB1表示输配电损失引起的CO2排放量（t二氧化碳），EB2表示使用六氟化硫设备修理与退役过程中产生的六氟化硫排放（t二氧化碳），EB3表示使用非晶合金变压器的CO2排放量（t二氧化碳），EC1表示电动汽车使用全寿命周期产生的CO2排放量（t二氧化碳），EC2表示表示煤锅炉改电锅炉的CO2排放量（t二氧化碳）。本文主要以光伏发电（A1）、输配电损失（B1）及电动汽车生产（C1）为例进行全寿命周期碳排放测算研究。
（1）A1：光伏发电全寿命周期产生的排放量测算
光伏发电系统生产是一个非常复杂的过程，一套完整的光伏系统包含光伏组件、系统控制器、逆变器、安装支架等，要了解光伏发电系统生产过程中的碳排放，必须从源头开始，综合考虑全产业链过程所包含的直接碳排放和间接碳排放。
光伏发电在整个生命周期对环境的影响，主要集中于产品的制造环节，在实际发电阶段则不产生碳排放，多晶硅光伏系统产业链由工业硅、多晶硅料、多晶硅碇、多晶硅片、多晶硅电池片、多晶硅光伏组件、光伏系统平衡组件等生产环节组成。（见图2）
多晶硅光伏系统碳排放的来源包括：消耗能源产生的碳排放、设备生产产生的碳排放、运输过程产生的碳排放、处理废弃物产生的碳排放。
EA1=E+F+T+W（2-1）
式中，E为生产过程中消耗电力产生的碳排放，F为设备生产过程中的碳排放，T为运输过程中的碳排放，W为处理固废、废水等产生的碳排放。
* 生产过程中消耗电力产生的碳排放
E= Ei×（2-2）
式中，Ei为生产主线各过程消耗的电量（KWh）；为电力的碳排放系数，取0.62kgCO2/KWh。
* 设备生产过程中的碳排放
F=nADn×EFn+qMq×GWPq×10-3（2-3）
式中，AD为第n类物质能源活动水平数据；EF为第n类物质能源排放因子（数据见碳排放因子数据表），Mq为第q类GHG直接排放的质量（kg）；GWPq为第q类GHG的温室气体排放潜能。
ADn=NCVn×FCn（2-4）
式中，NCVn为燃料n的平均低位发热量，FCn为n的消耗量。
综上，F=nNCVn×FCn×EFn+qMq×GWPq×10-3
* 运输过程中的碳排放
T=D×H×GWPi×Gi×RGi×10-3（2-4）
式中，D为运输距离（km），H为运输重量（t），GWPi为温室气体增温潜力系数，Gi为燃料油的消耗强度（Lkm？t），RGi为燃料油的温室气体排放系数（kg/L）。
*处理固废、废水等产生的碳排放
W=Cwc×Wari（2-5）
式中，Wari是各生产过程中产生的废水量（m3）；Cwc为好氧处理废水的CO2排放系数，取值为0.6，取自碳排放系数表。
综上分析可得，多晶硅光伏系统的碳排放模型如下： EA1=Ei×+nNCVn×FCn×EFn+qMq×GWPq×10-3+D×H×GWPi×Gi×RGi×10-3+Cwc×Wari（2-6）
（2）B1：输配电损失引起的排放量测算
电网企业的二氧化碳排放主要来自由于输配电线路上的电量损耗而产生的温室气体排放，该损耗由供电量和售电量计算得出，以兆瓦时为单位。
EB1=AD网损×EF电网
式中，AD网损指输配电损耗的电量（兆瓦时）；EF电网指年平均供电排放因子（tCO2/兆瓦时）。
AD网损= EL供电—EL售电
式中，EL供电为供电量（兆瓦时）；EL售电为售电量，即终端用户用电量（兆瓦时）
EL供电= EL上网+ EL输入—EL输出
式中，EL上网为电厂上网电量（兆瓦时）；EL输入为自外省、地区输入电量（兆瓦时）；EL输出为向外省、地区输入电量（兆瓦时）。
（3）C1：电动汽车产生的排放量测算
从纯电动汽车的全寿命周期的过程出发，研究电动汽车的生产、使用、报废过程所产生的碳排放。（见图3、图4）
EC1=E生产+E使用
* 电动汽车生产过程
在整个电动汽车生产工艺中，能源耗费主要在生产线，其碳排放主要来自于工艺生产线设备的电耗和油耗产生，故计算电动汽车生产过程中的碳排放，即为生产过程中耗电所产生的碳排放以及耗油所产生的碳排放。
E生产=E电+E油
E电=Ecar生产×
式中，Ecar生产为电动汽车生产制造各过程消耗的电量（KWh）；为电力的碳排放系数，取0.62kgCO2/KWh。
E油=cMc×GWPc×10-3
式中，Mc为电动汽车生产制造过程中应用输送机、机器手等油耗设备所产生的油耗质量（kg）；GWP为温室气体潜能值。
综上，
E生产=E电+E油=Ecar生产×+cMc×GWPc×10-3
*电动汽车使用过程
电动汽车在使用过程中的碳排放主要是充电过程的耗电所产生，在
E使用= Ecar充电×
式中，Ecar使用为电动汽车充电消耗的电量（KWh）；为电力的碳排放系数，取0.62kgCO2/KWh。
因此，电动汽车全寿命周期的碳排放测算公式为：
EC1=Ecar生产×+cMc×GWPc×10-3+Ecar充电×
[关键词]绿色电网、全寿命周期、碳排放测算
中图分类号：TN 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）45-0370-02
一、总则
为促进电网企业“电能替代”、“绿色发展”战略的实施，本文研究测算了包括发电侧、输配电侧、用电侧具有碳减排潜力的重要环节及设备的碳排放，为电网发展战略制定提供依据，提高经营效率，降低发展成本。其中，电网企业自身产生碳排放测算包括：使用六氟化硫设备的修理与退役过程产生的六氟化硫排放，以及输配电损失所对应的电力生产环节产生的碳排放。本文提供了“全寿命周期测算碳排放”理念指导，测算尚未囊括所有电力发展链环节，碳排放测算公式的研究一个动态完善的过程，按照国际、国家相关规则、标准的调整而变化。
二、应用理论介绍
“全寿命周期”理论介绍
全寿命周期（LCA）的概念应用很广泛，特别是在政治、经济、环境、技术、社会等诸多领域经常出现，其基本涵义可以通俗地理解为“从摇篮到坟墓”（Cradle-to-Grave）的整个过程。
ISO14040对 LCA 的定义是：汇总和评价一个产品、过程（或服务） 体系在其整个生命周期的所有及产出对环境造成的和潜在的影响方法。LCA突出强调产品的生命周期，有时也称为生命周期分析、生命周期方法、摇篮到坟墓、生态衡算等。产品的生命周期有4个阶段：生产（包括原料的利用）、销售/运输、使用和后处理，在每个阶段产品以不同的方式和程度影响着环境。
本文应用“全寿命周期”分析理论，旨在研究绿色电网在发电侧、输配电侧、用电侧的具有减排潜力的重要方面的各实施阶段、设备对象上的碳排放特性。（见图1）
三、坚强智能电网碳排放测量方法及评估
1.碳排放测算模型
本文结合电网企业“电能替代”战略，从坚强智能电网发电侧、输配电侧、用电侧的具有减排潜力的重要环节、方面以及相应的设备研究碳排放进行研究。具体计算模型如下表：
坚强智能电网碳排放测算模型
2.坚强智能电网碳排放测算公式
E=EA1+EA2+EB1+EB2+EB3+EC1+EC2……（1）
E表示本模型中所有环节CO2排放总量（t二氧化碳），A1和A2表示光伏发电和风力发电全寿命周期，EB1表示输配电损失引起的CO2排放量（t二氧化碳），EB2表示使用六氟化硫设备修理与退役过程中产生的六氟化硫排放（t二氧化碳），EB3表示使用非晶合金变压器的CO2排放量（t二氧化碳），EC1表示电动汽车使用全寿命周期产生的CO2排放量（t二氧化碳），EC2表示表示煤锅炉改电锅炉的CO2排放量（t二氧化碳）。本文主要以光伏发电（A1）、输配电损失（B1）及电动汽车生产（C1）为例进行全寿命周期碳排放测算研究。
（1）A1：光伏发电全寿命周期产生的排放量测算
光伏发电系统生产是一个非常复杂的过程，一套完整的光伏系统包含光伏组件、系统控制器、逆变器、安装支架等，要了解光伏发电系统生产过程中的碳排放，必须从源头开始，综合考虑全产业链过程所包含的直接碳排放和间接碳排放。
光伏发电在整个生命周期对环境的影响，主要集中于产品的制造环节，在实际发电阶段则不产生碳排放，多晶硅光伏系统产业链由工业硅、多晶硅料、多晶硅碇、多晶硅片、多晶硅电池片、多晶硅光伏组件、光伏系统平衡组件等生产环节组成。（见图2）
多晶硅光伏系统碳排放的来源包括：消耗能源产生的碳排放、设备生产产生的碳排放、运输过程产生的碳排放、处理废弃物产生的碳排放。
EA1=E+F+T+W（2-1）
式中，E为生产过程中消耗电力产生的碳排放，F为设备生产过程中的碳排放，T为运输过程中的碳排放，W为处理固废、废水等产生的碳排放。
* 生产过程中消耗电力产生的碳排放
E= Ei×（2-2）
式中，Ei为生产主线各过程消耗的电量（KWh）；为电力的碳排放系数，取0.62kgCO2/KWh。
* 设备生产过程中的碳排放
F=nADn×EFn+qMq×GWPq×10-3（2-3）
式中，AD为第n类物质能源活动水平数据；EF为第n类物质能源排放因子（数据见碳排放因子数据表），Mq为第q类GHG直接排放的质量（kg）；GWPq为第q类GHG的温室气体排放潜能。
ADn=NCVn×FCn（2-4）
式中，NCVn为燃料n的平均低位发热量，FCn为n的消耗量。
综上，F=nNCVn×FCn×EFn+qMq×GWPq×10-3
* 运输过程中的碳排放
T=D×H×GWPi×Gi×RGi×10-3（2-4）
式中，D为运输距离（km），H为运输重量（t），GWPi为温室气体增温潜力系数，Gi为燃料油的消耗强度（Lkm？t），RGi为燃料油的温室气体排放系数（kg/L）。
*处理固废、废水等产生的碳排放
W=Cwc×Wari（2-5）
式中，Wari是各生产过程中产生的废水量（m3）；Cwc为好氧处理废水的CO2排放系数，取值为0.6，取自碳排放系数表。
综上分析可得，多晶硅光伏系统的碳排放模型如下： EA1=Ei×+nNCVn×FCn×EFn+qMq×GWPq×10-3+D×H×GWPi×Gi×RGi×10-3+Cwc×Wari（2-6）
（2）B1：输配电损失引起的排放量测算
电网企业的二氧化碳排放主要来自由于输配电线路上的电量损耗而产生的温室气体排放，该损耗由供电量和售电量计算得出，以兆瓦时为单位。
EB1=AD网损×EF电网
式中，AD网损指输配电损耗的电量（兆瓦时）；EF电网指年平均供电排放因子（tCO2/兆瓦时）。
AD网损= EL供电—EL售电
式中，EL供电为供电量（兆瓦时）；EL售电为售电量，即终端用户用电量（兆瓦时）
EL供电= EL上网+ EL输入—EL输出
式中，EL上网为电厂上网电量（兆瓦时）；EL输入为自外省、地区输入电量（兆瓦时）；EL输出为向外省、地区输入电量（兆瓦时）。
（3）C1：电动汽车产生的排放量测算
从纯电动汽车的全寿命周期的过程出发，研究电动汽车的生产、使用、报废过程所产生的碳排放。（见图3、图4）
EC1=E生产+E使用
* 电动汽车生产过程
在整个电动汽车生产工艺中，能源耗费主要在生产线，其碳排放主要来自于工艺生产线设备的电耗和油耗产生，故计算电动汽车生产过程中的碳排放，即为生产过程中耗电所产生的碳排放以及耗油所产生的碳排放。
E生产=E电+E油
E电=Ecar生产×
式中，Ecar生产为电动汽车生产制造各过程消耗的电量（KWh）；为电力的碳排放系数，取0.62kgCO2/KWh。
E油=cMc×GWPc×10-3
式中，Mc为电动汽车生产制造过程中应用输送机、机器手等油耗设备所产生的油耗质量（kg）；GWP为温室气体潜能值。
综上，
E生产=E电+E油=Ecar生产×+cMc×GWPc×10-3
*电动汽车使用过程
电动汽车在使用过程中的碳排放主要是充电过程的耗电所产生，在
E使用= Ecar充电×
式中，Ecar使用为电动汽车充电消耗的电量（KWh）；为电力的碳排放系数，取0.62kgCO2/KWh。
因此，电动汽车全寿命周期的碳排放测算公式为：
EC1=Ecar生产×+cMc×GWPc×10-3+Ecar充电×