基于WC-EqM的PHS碳效益评估与预测研究

作     者：杨竣博 

作者单位：中南林业科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：傅晓华

授予年度：2024年

学科分类：081504[工学-水利水电工程] 083305[工学-城乡生态环境与基础设施规划] 08[工学] 09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 0815[工学-水利工程] 0833[工学-城乡规划学] 

主      题：抽水蓄能 水碳当量模型 碳效益评估 碳排放预测 黑麋峰抽水蓄能 

摘      要：为快速实现中国“双碳目标,加快电力能源改革,以清洁能源替代传统火力发电行动迫在眉睫。以抽水蓄能(Pumped hydro storage,PHS)为研究对象,构建水碳当量模型(Water carbon-equivalent model,WC-EqM),从能量守恒宏观角度评估PHS碳效益。以湖南省工业发展能源需求预测作为依据,利用LEAP模型,结合情景分析法设置两种发展情景,对湖南省2020-2050年工业按行业能源需求以及碳排放量进行预测;构建WC-EqM对目前湖南省唯一投入使用黑麋峰PHS进行碳效益评估,在此基础上结合长期能源替代规划系统(Long-range Energy Alternatives Planning System,LEAP)预测湖南省工业按行业碳排放结果,根据此结果预测未来30年湖南省PHS建设目标。 研究结论如下: (1)基于火力发电与PHS发电工程在同等发电量条件构建WC-EqM,基于地球碳循环原理以绿色植物呼吸作用对该模型实际意义进行验证,表明WC-EqM评估结果与绿色植物光合作用中自然固碳转化率基本一致,结果均围绕在6.000左右,可认可WC-EqM成立。 (2)通过分析湖南省2010-2019年工业按行业能源消耗和主要工业产品产量,设置两种不同发展情景,分别是基线发展情景(Baseline Scenario,BS)和绿色发展情景(High Proportion Clean energy Scenario,HS)中参数,利用 LEAP模型对2020-2050年间湖南省工业按行业能源需求和碳排放进行预测,结果表明在BS中湖南省工业能源需求量在2030年达峰后开始下降,到2050年预计能源消耗减少2196.51万t,碳排放减少5842.72万t;在HS情境中,到2050年湖南省工业碳排放量为10156.09万t,与基数年相比减少约一半。 (3)利用WC-EqM评估湖南省唯一建成并正常运营黑糜峰PHS电站碳效益,结果显示表明黑糜峰PHS电站每万吨水发电量可减少5.137t碳排放,年可减少碳排放量为112.50万t,与黑糜峰评估报告结果中123.73万t基本接近,进一步验证WC-EqM的有效性。 (4)通过评估湖南省正在建设和拟建设各州市PHS电站碳效益,表明装机规模越大PHS其碳效益越显著;并根据LEAP两种不同情景下预测结果,计算得出未来湖南省至少需建设8座以上规模与黑麋峰PHS电站相同或规模更大PHS电站才能实现湖南省碳中和目标。