什么是电能替代？

以电能替代一次能源在终端的消费，包括：以电代煤、以电代油、以电代气。比如前几年北方农村的煤改电；现在很火的电动汽车，代替油车；港口岸电，减少石油使用；家庭厨房用电磁炉，减少燃气使用等，都属于电能替代。

为实现碳达峰、碳中和目标，政府、电网公司推动电能替代工作，在能源规划、电力规划中都设置“电能占终端能源消费比重”目标，比如我国2035年电能占终端能源消费比重将达到38%。这个指标含义是区域电能消费量占终端能源消费量（电能消费量+煤炭/石油/天然气终端消费量）的占比，在新增电量速度较为平稳的情况下，指标主要受电能替代量影响。电能替代是减排二氧化碳的重要手段。

替代1度电，可以减排多少二氧化碳？

在国网董事长辛保安署名的文章《为实现“碳达峰、碳中和”目标贡献智慧和力量》中，有这样一段话：近年来，公司累计实现替代电量8677亿千瓦时，相当于减少散烧煤4.8亿吨、减排二氧化碳8.7亿吨。换算一下就是：替代1度电，减少散烧煤0.55千克，减少二氧化碳排放1千克；1千克散煤产生二氧化碳1.82千克。

0.55这个系数是怎么来的？电和散煤是靠热量来等价，都要转成热量。先来看电，1度电=1kWh=3600kJ。煤的种类比较多，有标准煤、原煤、烟煤等，其中标准煤是煤、油、气、电等能源消费量的折算单位。标准煤是指热值为7000千卡/千克的煤炭，单位换算一下就是29300千卡/千克（1千卡=4.186千焦）。用热量折算，1度电相当于0.1229千克的标准煤（也就是电的折标准煤系数）。

和0.55差距很大，原因在于散煤是原煤，不是标准煤。原煤的热值5000千卡，1千克原煤相当于0.7143千克标准煤（也就是原煤的折标准煤系数）。那么1度电相当于0.172千克原煤，还是和0.55有很大差距。这个差距其实是散煤的热效率，0.172/0.55×100=31%。感觉有点低，但实际是合理的，因为先进超大型发电机组的热效率也才45%。如果是热电联产，热效率会提高，大概在50~70%之间。当前我国发电煤耗大约在300g/kWh,这样算热效率为57%（172/300）。

1.82这个系数是怎么来的？在国家发展改革委应对气候变化司2011年编制的《省级温室气体清单编制指南》中，表1.7给出了原煤的单位热值含碳量的参考值26.37吨碳/TJ，碳氧化率参考值94%。1千克原煤热量值20934kJ/kg（5000×4.186），热量单位转换1TJ=10^9kJ，那么1千克原煤排放碳的重量是0.5189千克。二氧化碳的化学式为CO2，碳原子质量12，氧原子质量16，二氧化碳化学式量44，碳原子质量比重为27.3%。用排放碳的重量除以碳原子质量比重，得到1千克原煤排放二氧化碳1.9千克。

能源

名称

平均低位

发热量

单位热值

含碳量

碳氧

化率

碳排放

因子

二氧化碳

排放因子

原煤

20934

kJ/kg

26.37

吨碳/TJ

0.52

kg碳/kg

1.90

kg·CO2/kg

考虑到散煤燃烧不充分，碳氧化率要比原煤的参考值低一些（反算是90%），1千克散煤燃烧排放二氧化碳1.82千克，也是合理的。

这样算下来，电能替代1度电，减少散烧煤0.55千克，减少二氧化碳排放1千克，单纯地从电网侧来看是没有问题的。

但从能源电力角度看，发电也要排放二氧化碳

国网的战略目标是建设以电为中心的能源互联网企业，国网能源互联网规划的能源网架部分可不仅仅是电网，还包括各类电源、储能、消费侧的多元用户。那么，算减排仅考虑电网就显然不太合理，漏掉的发电侧恰恰是能源电力碳排放的主要因素。

发电厂类型有煤电、燃气发电，以及水电、风电、光伏、生物质、核电等清洁能源发电，发电侧的碳排和发电量结构有关。举两个极端的例子：如果全是煤电，碳排会很高；如果全是清洁能源发电，碳排为零。

如果全是煤电，分析一下这个有趣的问题：1千克煤在电厂烧和在我家烧，哪种二氧化碳排放量大？从上面的碳氧化率指标分析，是电厂的排放量大，因为我家的炉子不行，煤燃烧不充分。那电能替代反而会增加碳排？当然不是，在假设的这个问题中，其实我偷换了概念，不该用等量的煤去比较，应该是用终端用户得到的等量的热量去比较。实际就是热效率的比较，电厂热效率高、烧散煤的热效率低，终端用户得到相同的热量，电厂消耗的煤要少。

再回到电能替代1度电，减少散烧煤0.55千克，减少二氧化碳排放1千克。算一下煤电发1度电，排放多少二氧化碳。煤耗300克/度，发1度消耗0.3千克煤，按照二氧化碳排放因子1.9计算，排放二氧化碳0.57千克。也就是说如果替代的1度电全部来自煤电，实际的减排量是电能替代直接减排量-煤电排放量，实际是减排二氧化碳0.43（1-0.57）千克。

如果全是清洁能源发电，发电侧不排放二氧化碳，电能替代1度电，确实是减排1千克二氧化碳。引入“绿电比重”指标，它是指发电侧的清洁能源发电量占总发电量的比重。上面的假设，就是绿电比重是100%。如果绿电比重是50%，那么煤电只需要0.5度，发电侧排放减半，电能替代1度电实际减排0.72（1-0.57/2）千克。可以看出：发电侧清洁替代，提高绿电比重，可以大大增加电能替代的减排量。