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气候变化已经成为中国可持续发展面临的重大挑战之一,中国是全球最大的碳排放国家,降低CO2排放不仅是我国承担国际减排责任的需要,同时也是我国保护生态环境、促进能源安全、推进低碳经济的必然选择。在这种背景下,发展低能耗、低排放的能源技术,并评估技术成本、减排潜力、发展规模就成为国内外学术界、政府界关注的焦点,碳捕集和封存技术(CCS)在此基础上应运而生。 CCS技术最大的特点是可以在继续使用化石能源的同时实现大规模的CO2减排,因其该特有的属性成为碳减排技术的研究热点。2013年,中国的电力部门排放了最多的二氧化碳,最主要的排放源来自于煤炭,因此在电力行业发展CCS技术成为可能。本研究构建电力行业技术经济模型,分析大规模发展CCS技术对电力行业的技术结构、政策、经济等影响。 为了分析发电技术未来发展,本文首先构建了技术学习曲线模块分析各种发电技术发电成本现状及未来的发展趋势;为了提升CCS技术的经济性,在政策模块中设定影响发电技术发展的碳税和碳减排收益政策;为了研究中国电力未来发展需求,构建了电力需求模块对未来社会经济发展趋势进行合理预测。最后采用最小成本化理论构建完成技术经济模型,分析未来电力行业技术结构、碳排放和减排成本等。本文的主要结论如下: 第一、学习曲线研究得出,IGCC系统目前成本高于PC系统。而IGCC技术较高的发电效率和极好的环保性能是其竞争的优势所在,在安装碳捕集设备后,IGCC系统大规模发展后相对于PC系统具有优势。但是在无经济激励政策下,CCS技术应用于发电厂后发电成本远高于风电、核电、水电、生物质发电等可再生能源发电。 第二、分析碳税和碳减排收益两种政策对CCS技术影响时,结果表明:碳税和碳减排收益两种政策都可以促进CCS技术和可再生能源的发展,并且两种政策下,可再生能源技术都优先于CCS技术。发展CCS技术的最优碳税额度在200元/吨左右,而最优碳减排收益额度在150元/吨左右。同时,碳税政策会导致电力行业发电成本显著增加,而碳减排收益政策促进了电力行业发电成本降低,并且在碳减排收益政策下,发展CCS技术更进一步降低发电成本。 第三、三种情景下研究CCS技术对电力行业的影响时,研究结果表明:中间情景和强化情景下,CCS技术的减排潜力远高于可再生能源发电技术。并且从经济性角度考虑,CCS技术的应用应以煤电+CCS为主,气电+CCS只有在碳税达到500元/吨后才经济可行。电力行业发展CCS技术的总体优先顺序应为超超临界燃煤机组+CCS(改造)最优,IGCC+CCS次之,超超临界燃煤机组+CCS(新建)次之, NGCC+CCS技术难以发展。 第四、CCS技术大规模应用下,化石能源发电技术能耗不断增加。中间情景和强化情景下,2015-2030年化石能源发电能耗增加分别为6%和9%。与此同时碳排放强度可以看到明显下降,中间情景和强化情景下,2030年碳排放强度相对于基准情景分别降低52%和76%。 第五、碳税和碳减排收益两种政策都可以有效降低电力行业碳排放和碳强度,使电力行业在2020-2025年碳排放达到峰值。碳税达到200元/吨时,电力行业碳排放在2020年达到峰值37.85亿吨,峰值过后在2030年降低到18.19亿吨;当碳减排收益达到150元/吨时,电力行业碳排放同样在2025年达到峰值38.00亿吨,并在2030年降低到16.85亿吨,两种政策可以完全实现电力行业低碳化发展。但是,两种政策对各种发电技术的减排成本和发电成本影响不同,碳税政策增加了化石能源发电技术的减排成本,而碳减排收益政策则大幅降低低碳技术的减排成本。碳税政策下,电力行业平均发电成本明显增加,碳减排收益政策下,电力行业平均发电成本则大幅降低。