廣東省“十三五”期間火電廠建設(shè)空間分析

覃蕓，王延緯

(1. 廣東電網(wǎng)發(fā)展研究院有限責任公司，廣東 廣州 510000；2. 廣東電網(wǎng)有限責任公司電力調(diào)度控制中心，廣東 廣州 510600)

?

廣東省“十三五”期間火電廠建設(shè)空間分析

覃蕓1，王延緯2

(1. 廣東電網(wǎng)發(fā)展研究院有限責任公司，廣東 廣州 510000；2. 廣東電網(wǎng)有限責任公司電力調(diào)度控制中心，廣東 廣州 510600)

在能源消費和環(huán)保的約束下，廣東省火電建設(shè)受到制約，有必要研究電源結(jié)構(gòu)布局，特別是煤炭消費總量控制和火電廠排放約束下的火電廠建設(shè)情況。通過能源需求預(yù)測，并利用空氣質(zhì)量模型分析污染物貢獻程度來對煤炭消費量和污染物貢獻進行研究，在相關(guān)政策約束下，測算了廣東省“十三五”火電廠的建設(shè)空間。經(jīng)測算得出“十三五”期間，廣東省煤炭消費是制約火電廠發(fā)展的重要因素，在環(huán)?？臻g上還存在一定的裕度；同時給出了“十三五”期間廣東省火電廠的建設(shè)空間，以及指導電源規(guī)劃及電源建設(shè)的建議。

煤炭消費；環(huán)保約束；火電廠；建設(shè)空間；能源需求；污染物貢獻

自2013年9月10日國務(wù)院發(fā)布《大氣污染防治行動計劃》(下稱“《行動計劃》”)[1]和2014年2月7日廣東省政府印發(fā)《廣東省大氣污染防治行動方案(2014—2017年)》[2]以來，全社會越來越關(guān)注能源和環(huán)境，特別是煤炭消費以及煤炭使用行業(yè)帶來的霧霾問題。廣東省作為經(jīng)濟發(fā)展區(qū)域，特別是珠三角地區(qū)，社會經(jīng)濟如何在能源消費控制、環(huán)保約束下發(fā)展保持高速發(fā)展成為焦點問題。

近年來，廣東省能源消費增長趨勢放緩，煤炭占一次能源消費比重呈下降趨勢。隨著廣東省“十二五”節(jié)能減排等各項措施的進一步落實，大氣環(huán)境污染治理逐步改善，空氣環(huán)境質(zhì)量有所提高，2014年全省21個地市主要污染物(SO2、NOx、CO)年均排放濃度均能達標；除肇慶市外其余城市PM10年均排放濃度均能達標；但僅6個地市PM2.5年均排放濃度達標，其中珠三角地區(qū)僅3個地市達標。PM2.5是眾多細顆粒物的“大雜燴”，是霧霾的罪魁禍首，已成為備受廣泛關(guān)注的污染物[3]。

廣東省大部分電廠是火電廠，而火電廠是全省煤炭消費大戶，同時也是污染排放大戶。隨著電氣化的不斷深入，社會對電力的需求還會持續(xù)上升，進而火電項目對煤炭的需求仍會增加。在“十三五”各項能源及環(huán)保政策約束下，廣東省火電項目的發(fā)展將關(guān)系到全省能源資源結(jié)構(gòu)、電源結(jié)構(gòu)乃至消費結(jié)構(gòu)的調(diào)整。

表1廣東省2007—2014年火電廠及煤炭消費情況

年份火電裝機量/GW電力裝機量/GW火電裝機占比/%火電發(fā)電量/TWh全省總發(fā)電量/TWh火電發(fā)電量占比/%電煤消費量/108t煤炭消費總量/108t電煤消費占比/%全省煤炭消費占能源消費比重/%200744.6458.8675.82.2852.69584.80.79861.206566.252200845.6560.0876.02.0672.68277.10.84241.257867.050.8200948.2564.0775.32.1162.66679.40.80871.250964.746.5201052.8071.1374.22.4123.14676.70.97731.448867.547.1201154.4776.2471.53.0893.69683.61.18581.710069.351.5201255.3278.1070.82.7533.64475.51.10571.630467.848.7201359.4185.9869.12.8853.76876.61.14931.696767.747.9201463.5991.6369.42.7803.80573.11.0819---

注：裝機量、發(fā)電量、電煤消費量來源于廣東省電力統(tǒng)計年報，2014年全省煤炭消費總量尚未有統(tǒng)計結(jié)果。

1　廣東省火電廠煤炭消費及大氣污染歷史排放情況

1.1火電廠及煤炭消費情況

2007—2014年間，廣東省電力裝機容量從58.86 GW增長至91.63 GW，其中火電裝機量從44.64 GW增長至63.59 GW，火電發(fā)電量從2.285 TWh增長至2.780 TWh，年均增長2.8%。廣東省2007—2014年火電及煤炭消費情況見表1。

煤炭消費占全省能源消費比重自“十二五”以來呈下降趨勢，至2013年，比重為47.9%。而電煤消費量從2007年的0.798 6×108t增加至2014年的1.081 9×108t，年均增長達4.4%，占全省煤炭消費的比重逐年波動略有增加，從2007年的66.2%增加至2013年的67.7%。

1.2火電廠大氣排放情況及污染控制情況

火電廠排放的主要污染物包括SO2、NOx、PM10、PM2.5、CO、VOCs、NH3等。通過調(diào)研，按照物料守恒、排放因子方法，選取合適的活動水平，測算歷史年火電廠排放情況[4-6]。

在綜合考慮廣東省電廠的發(fā)電機組、裝機容量等燃燒設(shè)備技術(shù)信息的基礎(chǔ)上，選擇國內(nèi)具有代表性的排放因子，結(jié)合各種燃料消耗量、燃料含硫率、燃煤灰分、污染物控制措施及去除效率等信息進行估算。其中，SO2排放量基于每家電廠燃煤和燃油的含硫率及去除率等信息，采用物料守恒算法估算，即

(1)

其他污染物(NOx、CO、PM10、PM2.5、VOCs和NH3)排放量則采用排放因子法自下而上估算，估算公式為

Ep=∑i,k,m[Ai,k×Fk,m×(1-η)×10-3].(2)

式中：p為污染物種類；Ep為污染物的排放總量，t；Ai,k為每家電廠的燃料消耗量，t；Fk,m為排放因子，g/kg；η為控制措施的去除效率。

2007—2014年廣東省火電廠大氣污染物排放情況見表2。

表22007—2014年火電廠大氣污染物排放情況

年份各污染物排放量/104tSO2NOxPM10PM2.5COVOCsNH3200743.4954.6614.736.8724.341.570.17200839.1249.6513.156.1122.501.420.15200933.6651.2013.336.1223.491.490.16201033.5654.8714.126.8327.621.790.19201130.8858.6715.187.2632.542.050.21201226.9853.9613.596.5130.131.880.20201320.2941.6213.936.6730.741.910.20201416.0126.9910.815.1728.941.800.19

火電廠主要污染物排放總量趨勢特征如下：

a) “十一五”以來，廣東省，特別是珠三角地區(qū)的電廠均開始執(zhí)行脫硫脫硝相應(yīng)文件和標準，SO2和NOx排放量呈下降趨勢，自“十二五”印發(fā)《行動計劃》和GB 13223—2011《火電廠大氣污染物排放標準》以來，削減程度進一步加大。

表5煤炭消費約束下火電廠建設(shè)空間測算

年份煤炭消費總量/108t可新增用煤量/107t可新增發(fā)電用煤/107t發(fā)電用煤比重/%新增煤電煤耗/(g·kWh-1)煤電利用時間/h機組年耗煤量/(104t·MW-1)可支撐新增煤電規(guī)模/MW20151.3861.7401.2187027050007.986902020171.2960.8400.6057227050008.424448020201.2800.6800.51075270500010.8193780

b) PM10和PM2.5排放總量呈波動下降趨勢，特別是2014年全面實施GB 13223—2011《火電廠大氣污染物排放標準》，煙塵排放濃度限值收嚴，使得2014年有較大幅度下降。

c) CO、VOCs、NH3排放總量與火電廠燃料煤消耗量變化趨勢基本一致，VOCs和NH3排放總量相對較小。

1.3火電廠對PM2.5的一次貢獻

2012年是《行動計劃》各項目標的考核基準年，有必要分析2012年電廠源一次排放貢獻。2012年SO2、NOx、PM10、PM2.5、CO全省總排放量分別為：83.48×104t、167.85×104t、100.87×104t、38.78×104t、825.94×104t，則電廠排放所占比例分別為：32.3%、32.1%、13.5%、16.8%、3.6%。因為電廠源VOCs、NH3排放量相對較小，不作比較。

電廠是大氣污染物排放源分類體系中的一種，綜合考慮各排放源的結(jié)構(gòu)特點、排放特征、生產(chǎn)技術(shù)水平等因素，對包括電廠、工業(yè)燃燒源、道路移動源、揚塵源等十二個一級排放源進行分析測算。電廠一次排放占全省一定比重，特別是SO2、NOx的排放貢獻已超過32%，電廠是NOx最大貢獻源，是僅次于工業(yè)燃燒源的SO2第二大貢獻源，是PM10、PM2.5的重要貢獻源，對PM的貢獻約15%。由于電廠鍋爐的燃燒效率很高，使得其對CO和VOCs等燃燒不完全產(chǎn)物的排放貢獻較小。

2　廣東省“十三五”煤炭消費及大氣污染排放預(yù)測

2017年是《行動計劃》的考核年，2020年是“十三五”的收官之年，本文將重點對2017年和2020年的煤炭消費及大氣污染物排放進行預(yù)測。

2.1廣東省煤炭消費預(yù)測

“十二五”前三年全省能源消費增長率約3.5%。全省煤炭消費總量按照“到2017年，煤炭占全省能源消費比重降到36%以下”控制，在有效發(fā)展核電，大力發(fā)展可再生能源等相關(guān)政策驅(qū)使下，預(yù)計“十三五”全省能源消費年均增長不會超過4%。能源消費預(yù)測見表3。預(yù)計廣東省煤炭消費量在2015或2016年達到峰值，“十三五”期間呈下降趨勢，年增長率預(yù)計為-1.6%，總量控制在1.8×108t左右。

表3廣東省“十三五”能源及煤炭消費預(yù)測

年份能源消費總量/108t煤炭消費總量/108t煤炭消費占比/%20133.0181.696747.920153.3001.940442.020173.6001.814436.020204.0001.792032.0

注：能源消費總量折算為標準煤重量。

2.2廣東省大氣污染排放預(yù)測

在解讀《大氣污染防治行動計劃》、《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃(2014—2020年)》、《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動計劃(2014—2020年)》等國家政策文件，《廣東省大氣污染防治行動方案(2014—2017年)》、《廣東省煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃(2015—2020年)》等省級政策文件，《廣州市燃煤電廠“超潔凈排放”改造工作方案》、地市和區(qū)縣大氣污染防治實施方案等地市級政策文件的基礎(chǔ)上，分析了文件中各項措施指標。

在結(jié)合經(jīng)濟發(fā)展、能源消耗、人口變化等情況的基礎(chǔ)上，不同污染源選擇合理的估算方法，通過物料守恒、排放因子，以自下而上為主的方式來估算包括電廠、工業(yè)燃燒源、道路移動源、揚塵源等十二個一級排放源的未來排放量。在考慮所有相關(guān)政策文件控制措施的情況下，2017年、2020年廣東火電廠排放與全省排放情況見表4。

表42017年、2020年廣東省大氣污染物一次排放情況測算

年份項目SO2NOxPM10PM2.5CO2017電廠排放量/104t11.322.148.334.1239.82全省總排放量/104t50.90106.8461.4426.45831.52電廠源占比/%22.220.713.615.64.82020電廠排放量/104t9.0719.728.814.3642.51全省總排放量/104t40.0195.1958.1123.31834.38電廠源占比/%22.720.715.218.75.1

就火電廠而言，“十二五”中后期逐漸執(zhí)行GB 13223—2011《火電廠大氣污染物排放標準》，電廠建設(shè)高效除塵設(shè)施，珠三角燃煤機組要求達到煙塵特別排放限值(20 mg/m3，標準狀態(tài)下)；2017年廣州、佛山城市燃煤機組實施超潔凈改造“趨零排放”，2020年將執(zhí)行更為嚴格的煤電升級改造，屆時SO2、NOx排放較2012年預(yù)計下降10%左右，而PM10和PM2.5對比脫硫、脫硝設(shè)施及去除效率，廣東省電廠源高效除塵設(shè)施使用率及去除效率處于較高穩(wěn)定水平，排放量已處于較低水平，電廠源排放占比與2012年相當。

3　煤炭消費控制和環(huán)保約束下火電廠建設(shè)空間

3.1煤炭消費控制下火電廠建設(shè)空間

電力作為清潔、高效能源將被推廣，電力在終端能源消費中將占據(jù)越來越大的比重，隨著廣東省電氣化的推進及電動汽車技術(shù)的成熟及推廣，在“十三五”期間，發(fā)電用能源、發(fā)電用煤的比重呈現(xiàn)穩(wěn)步上升的趨勢?！笆濉逼陂g，發(fā)電用煤占煤炭消費比重按70%～75%計算，同時，全省新增煤電機組供電煤耗按照《廣東省煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃(2015—2020年)》要求“新建純凝式燃煤發(fā)電機組原則上均采用600 MW及以上超超臨界參數(shù)，其中1 000 MW級機組設(shè)計供電煤耗不高于282 g/kWh、600 MW級機組設(shè)計供電煤耗不高于285 g/kWh”控制要求，考慮新增煤電機組發(fā)電煤耗約270 g/kWh。煤炭消費總量控制下廣東省可新增火電情況見表5。

通過初步測算分析可知，“十三五”期間，廣東省可新增發(fā)電用煤為680×104～840×104t(標準煤)，可支撐新增煤電規(guī)模為3 780～4 480 MW。通過初步測算分析可知，“十三五”期間，廣東省可新增發(fā)電用煤為680×104t～840×104t(標準煤)，可支撐新增煤電規(guī)模為3 780～4 480 MW。

在“十三五”煤炭消費總量的控制下，全省可新增煤電有限，由此新增煤電可支撐的裝機規(guī)模也偏小，唯有提升現(xiàn)用煤的發(fā)電比重，才能支撐更多裝機。例如改工業(yè)分散鍋爐為集中供熱，采用熱電聯(lián)產(chǎn)，以及部分可以煤改電制造業(yè)，這樣不僅可以提高煤炭利用率、減少污染排放，同時提高煤電裝機水平。

3.2環(huán)保約束下火電廠建設(shè)空間

由于電廠煙囪排放高度高，其產(chǎn)生的大量一次污染物在大氣環(huán)流作用下可長距離傳輸，在污染物之間和其他污染源排放的污染物之間經(jīng)過一系列復雜物理化學反應(yīng)形成二次顆粒物，形成區(qū)域性復合型大氣污染。因此，火電廠即存在影響環(huán)境的一次排放污染物，也存在對大氣環(huán)境的二次污染。

在2012、2017、2020年的全省污染物排放情況基礎(chǔ)上，通過空氣質(zhì)量模型CAMx建立高時空分辨率污染物排放清單，利用顆粒物源追蹤技術(shù)PSAT尋求污染物PM2.5來源貢獻[7-11]。選取大氣污染最典型的1月、4月、8月、10月作為模擬時段，以珠三角地區(qū)為受體，模擬結(jié)果見表6。

表6　火電廠對珠三角地區(qū)PM2.5形成貢獻率測算　　%

由表6可知，2017和2020年火電廠對PM2.5的貢獻整體較2012年均有下降，這與一次排放總量趨勢相同。鑒于此，本文提出在現(xiàn)役及規(guī)劃火電廠廠址及裝機容量基礎(chǔ)上，均衡增加火電裝機和發(fā)電量，使2017、2020年電廠源對珠三角地區(qū)PM2.5貢獻與2012年一致，且滿足年均濃度不超過國家環(huán)境空氣質(zhì)量標準，可新增的火電裝機容量即為火電項目的建設(shè)空間。

2012年，珠三角地區(qū)PM2.5的年均濃度為42 μg/m3。按照《行動計劃》提出的“2017年，珠三角地區(qū)細顆粒物濃度下降15%左右”要求，2017年P(guān)M2.5的年均濃度需降至35.7 μg/m3；2020年按GB 3095—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量二級標準》規(guī)定，PM2.5年均濃度需不超過35 μg/m3，而控制措施下的模擬結(jié)果均能滿足2017年和2020年環(huán)保要求。利用CAMx(PSAT)模型，當2017火電項目裝機容量增加5.57%時，貢獻率達到2012年水平，年均濃度低于35.7 μg/m3；當2020火電項目裝機容量增加5.68%時，貢獻率達到2012年水平，年均濃度低于35 μg/m3。

按全省電源規(guī)劃，考慮已核準、“路條”電源及電源退役計劃，至2017、2020年全省火電裝機量達83.20 GW、92.40 GW，則按環(huán)?？臻g測算結(jié)果，至2017、2020年，全省火電裝機可增至87.80 GW、97.70 GW，較2014年分別增加19.20 GW、29.10 GW。

4　結(jié)束語

能源消費總量控制和環(huán)保約束是制約廣東省“十三五”火電廠發(fā)展的因素：能源消費總量控制下，全省可新增火電廠裝機僅約3.78 GW；環(huán)保約束下，全省可新增火電廠裝機約29.10 GW。

由此看來，未來制約“十三五”火電發(fā)展的主要因素是煤炭消費總量的控制。在能源消費控制及環(huán)保約束進一步加嚴的情況下，為滿足未來不斷增長的電力需求，有必要在“十三五”期間著力煤炭等量替代工作，積極采用集中供熱替代工業(yè)分散小鍋爐，工業(yè)鍋爐燃燒不僅效率低，而且污染。全省有分散鍋爐約2.1萬臺，額定總蒸發(fā)量約12×104t，消耗煤炭約4 000×104t，約占全省煤炭消費總量23%，若全部用于發(fā)電，可支撐約19.00 GW裝機。對于中長期火電發(fā)展而言，隨著煤炭總量約束的加嚴和發(fā)電用煤比重的提高，煤電建設(shè)總規(guī)模也將會受限。

[1] 國務(wù)院辦公廳. 大氣污染防治行動計劃實施情況考核辦法[S]. 2014.

[2] 粵府[2014]6號文. 廣東省大氣污染防治行動方案(2014-2017年)[S].

[3] 王占山，潘麗波. 火電廠大氣污染物排放標準實施效果的數(shù)值模擬研究[J]. 環(huán)境科學，2014(3)：853-863.

WANG Zhanshan，PAN Libo. Implementation Result of Emission Standards of Air Pollutants for Thermal Power Plants：a Numerical Simulation[J]. Environmental Science，2014(3)：853-863.

[4] 王臨清，朱法華，趙秀勇. 燃煤電廠超低排放的減排潛力及其PM2.5環(huán)境效益分析[J]. 中國電力，2014(47)：150-154.

WANG Linqing，ZHU Fahua，ZHAO Xiuyong. Potential Capabilities of Pollutant Reduction and Environmental Benefits from Ultra-low Emission of Coal-fired Power Plants [J]. Electric Power，2014(47)：150-154.

[5] 史妍婷，杜謙，高建民，等. 燃煤鍋爐PM2.5控制現(xiàn)狀及改建建議[J]. 節(jié)能技術(shù)，2013(31)：345-348，352.

SHI Yanting，DU Qian，GAO Jianmin，et al. The PM2.5Control Status of Coal-fired Boiler and Improvable Advice[J]. Energy Conservation Technology，2013(31)：345-348，352.

[6] 王錚，薛建明，許月陽，等. 燃煤電廠PM2.5超細顆粒物排放測試方法研究[J]. 環(huán)境工程技術(shù)學報，2013(3)：133-137.

WANG Zheng，XUE Jianming，XU Yueyang, et al. Research on Testing Methods for PM2.5Emission in Coal-fired Power Plants[J]. Journal of Environmental Engineering Technology，2013(3)：133-137.

[7] 莫華，朱法華，王圣. 火電行業(yè)大氣污染物排放對PM2.5的貢獻及減排對策[J]. 中國電力，2013，8(46)：1-6.

MO Hua，ZHU Fahua，WANG Sheng. Contribution to PM2.5of Atmospheric Pollutant Emission from Thermal Power Sector and Emission Reduction Countermeasures[J]. Electric Power，2013，8(46)：1-6.

[8] 安靜宇，李莉，黃成，等. 2013年1月中國東部地區(qū)重污染過程中上海市細顆粒物的來源追蹤模擬研究[J]. 環(huán)境科學學報, 2014(10)：2635-2644.

ANJingyu，LILi，HUANGCheng，etal.SourceApportionmentoftheFineParticulateMatterinShanghaiDuringtheHeavyHazeEpisodeinEasternChinainJanuary2013[J].ActaScientiaeCircumstantiae，2014(10)：2635-2644.

[9] 黃曉峰，云慧，宮照恒，等.深圳大氣PM2.5來源解析與二次有機氣溶膠估算[J]. 中國科學，2014(44)：723-734.

HUANGXiaofeng，YUNHui，GONGZhaoheng，etal.SourceApportionmentandSecondaryOrganicAerosolEstimationofPM2.5inanUrbanAtmosphereinChina[J].ScienceChina:EarthSciences，2014(44)：723-734.

[10] 楊妍妍，李金香，梁云平，等.應(yīng)用受體模型(CMB)對北京市大氣PM2.5來源的解析研究[J]. 環(huán)境科學學報，2015，35(9)：2693-2700.

YANGYanyan，LIJinxiang，LIANGYunping，etal.SourceApportionmentofPM2.5inBeijingbytheReceptorModel[J].ActaScientiaeCircumstantiae，2015，35(9)：2693-2700.

[11] 任麗紅，周志恩，趙雪艷，等.重慶主城區(qū)大氣PM10和PM2.5來源解析[J]. 環(huán)境科學研究，2014(27)：1387-1394.

RENLihong,ZHOUZhien,ZHAOXueyan,etal.SourceApportionmentofPM10andPM2.5inUrbanAreasofChongqing[J].ResearchofEnvironmentalSciences，2014(27)：1387-1394.

(編輯王朋)

Analysis on Construction Space of Thermal Power Plant in the 13thFive Year Plan Period in Guangdong Province

QIN Yun1, WANG Yanwei2

(1.Guangdong Power Grid Development Research Institute Co., Ltd., Guangzhou, Guangdong 510000, China; 2.Electric Power DispatchingControl Center ofGuangdong Power Grid Co., Ltd., Guangzhou, Guangdong 510600, China)

Under constraints of energy consumption and environmental protection, thermal power construction in Guangdong province is restricted which means necessity to study structure layout of power source, especially construction of thermal power plant under constraints of total quantity control on coal consumption and thermal power plant emission. According to prediction on energy demand, this paper uses air quality model to analyze pollutants contribution degree so as to study coal consumption and pollutants contribution. It also measures and calculates construction space of thermal power plant in the 13thFive Year Plan period in Guangdong province under relevant policies constraints. Conclusion is drawn from measurement and calculation which considers that in the 13thFive Year Plan period, an important factor restricting development of the thermal power plant is coal consumption in Guangdong province and there is a certain margin in terms of environmental protection. Meanwhile, it also calculates construction space of thermal power plant in Guangdong province in the 13thFive Year Plan period and proposes suggestions for guiding power source planning and construction.

coal consumption; environmental protection constrain; thermal power plant; construction space; energy demand; pollutant contribution

2016-01-27

2016-03-31

10.3969/j.issn.1007-290X.2016.07.013

TM621

A

1007-290X(2016)07-0067-05

覃蕓(1987)，女，湖北荊門人。工程師，工學碩士，從事電源規(guī)劃、輸電網(wǎng)規(guī)劃等方面工作。

王延緯(1987)，男，遼寧丹東人。工程師，工學碩士，從事電力系統(tǒng)運行與控制等方面工作。