碳達(dá)峰碳中和背景下火力發(fā)電前景探討

張偉鵬

摘要：進入二十一世紀(jì)以來，隨著新能源發(fā)電技術(shù)的迅速崛起，我國燃煤發(fā)電裝機容量比例不斷降低。截至2020年底，全國全口徑發(fā)電裝機容量22億千瓦。其中，全口徑煤電裝機容量10.8億千瓦，占總裝機容量的比重為49.1%，首次降至50%以下。當(dāng)前，我國提出在2030年前實現(xiàn)碳達(dá)峰，2060年前實現(xiàn)碳中和。再次背景下，火力發(fā)電首當(dāng)其沖成為需要調(diào)整的對象，未來火電行業(yè)的發(fā)展值得深思。以下針對火力發(fā)電的方向提出了幾點構(gòu)思。

關(guān)鍵詞：碳達(dá)峰碳;火力發(fā)電;前景;探討

一、火電廠煤耗、環(huán)保等傳統(tǒng)技改，提高效率，減少煤炭消耗

繼續(xù)優(yōu)化生產(chǎn)運行流程，深挖設(shè)備潛力，積極進行系統(tǒng)升級改造，提高機組效率，進而減少煤炭資源的消耗，降低碳排放水平。

隨著新能源的快速發(fā)展，給火力發(fā)電調(diào)峰帶來更高的考驗，常規(guī)火力發(fā)電會經(jīng)常在低負(fù)荷運行，低負(fù)荷運行對機組的壽命及經(jīng)濟性有很大的影響。因此可嘗試對火力發(fā)電的主機設(shè)備進行改造，如汽輪機通流改造，提高乏汽利用效率，探索鍋爐超低負(fù)荷運行，減少機組啟停次數(shù)等。

輔機設(shè)備改造，對電廠的大型用電設(shè)備改用汽動驅(qū)動電機模式，或大型用電設(shè)備增設(shè)或優(yōu)化電機變頻，降低廠用電，提高全廠發(fā)電效率。

熱力系統(tǒng)改造，減少“跑、冒、滴、漏”，充分利用介質(zhì)余熱，進一步利用脫硫脫硝工藝中的熱能。

二、積極推進火電廠消納可再生能源及有環(huán)境治理協(xié)同效應(yīng)的生物質(zhì)固廢摻燒

能源與環(huán)境是不可分割的，隨著環(huán)境問題的日益加劇，各種垃圾的處理問題也就顯現(xiàn)出來，盡管我國已經(jīng)建造了大量的垃圾發(fā)電廠，但是隨著我國工業(yè)化和城鎮(zhèn)化步伐不斷加快，工業(yè)和城市產(chǎn)生的大量污泥、垃圾等固廢仍然需要處理。未來火電的發(fā)展將與環(huán)境處理緊密相連。

“煤電+”耦合發(fā)電可降低生物質(zhì)、垃圾焚燒電廠建設(shè)成本，同時可以利用大型火電機組熱容量大，效率高，環(huán)保設(shè)施高配的優(yōu)勢，實現(xiàn)超低排放，緩解固廢處置壓力，實現(xiàn)固廢由低效處置走向高值化利用，有效解決“垃圾圍城”的困境，助力“無廢城市”建設(shè)。在大型燃煤電廠中耦合燃燒部分生物質(zhì)原料、垃圾、污泥等，既可以提高生物質(zhì)原料在電力系統(tǒng)中的利用率，也可以減少溫室氣體排放，同時也達(dá)到了對環(huán)境處理的作用。由于現(xiàn)代燃煤電廠通常規(guī)模較大，性能優(yōu)越，與新建或改造100%的生物質(zhì)發(fā)電廠、垃圾發(fā)電廠相比較，“煤電+”耦合發(fā)電具有投資成本低、生物質(zhì)燃料利用效率高、規(guī)模經(jīng)濟性好、發(fā)電成本低等優(yōu)點。與其它可再生能源相比，“煤電+”耦合發(fā)電是一種建設(shè)周期短、改造成本低的選擇。通過用生物質(zhì)原料、垃圾等作為大型燃煤發(fā)電廠鍋爐的部分替代燃料，高效、清潔地將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為電能。這一概念已在全球200多個電廠中得到成功證明，并已產(chǎn)生了一些商業(yè)運行電廠，包括煤粉爐、旋風(fēng)爐、流化床鍋爐等。

三、繼續(xù)深挖多聯(lián)供，打造區(qū)域綜合智慧能源站

替代散煤的集中供熱供汽/氣，工業(yè)園供熱大部分為企業(yè)自建鍋爐，此模式的用能效率低。在國家關(guān)停一批小火電后，多聯(lián)供項目在尚未按合理多聯(lián)供半徑布局到位的前提下，有明顯的多聯(lián)供區(qū)域空間可以利用。

《中共中央關(guān)于制定國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和二〇三五年遠(yuǎn)景目標(biāo)的建議》中提出，到2035年，我國要廣泛形成綠色生產(chǎn)生活方式，在碳排放達(dá)峰后穩(wěn)中有降，生態(tài)環(huán)境根本好轉(zhuǎn)，美麗中國建設(shè)目標(biāo)基本實現(xiàn)。

國家發(fā)改委等七部委于2019年印發(fā)的《綠色高效制冷行動方案》。方案提出，在2017年基礎(chǔ)上，到2022年，家用空調(diào)、多聯(lián)機等制冷產(chǎn)品的市場能效水平提升30%以上，綠色高效制冷產(chǎn)品市場占有率提高20%，實現(xiàn)年節(jié)電約1000億千瓦時。到2030年，大型公共建筑制冷能效提升30%，制冷總體能效水平提升25%以上，綠色高效制冷產(chǎn)品市場占有率提高40%以上，實現(xiàn)年節(jié)電4000億千瓦時左右。

目前現(xiàn)有大中型燃煤機組一般處在中心城市邊緣且在有效多聯(lián)供半徑內(nèi)，進行集中多聯(lián)供具有明顯的區(qū)位優(yōu)勢，比新投資建設(shè)項目更節(jié)省投資。因此，大中型燃煤機組實施多聯(lián)供改造是順應(yīng)電廠生存發(fā)展需要極佳選擇。

四、火電機組靈活性改造

以風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電為代表的新能源電力具有間歇性與隨機波動性，需要與之匹配的靈活可調(diào)度資源。 對于火力發(fā)電而言就必須做到：穩(wěn)定可靠的電力供應(yīng)與靈活充裕的調(diào)峰能力。

對于發(fā)電機組，靈活性的提升主要體現(xiàn)在：深度調(diào)峰（降低最小技術(shù)出力）、快速啟停、增強爬坡能力（即提高加減負(fù)荷速度）。對于熱電機組，熱電解耦也是增強靈活性的方式。

1、對中大型火電機組進行多聯(lián)供改造，可以對工業(yè)園、大型商場、小區(qū)、等多個場合進行冷熱電多聯(lián)供，如此在機組深度調(diào)峰時，機組出力能夠穩(wěn)定在較高的水平。

2、可考慮設(shè)置電池儲能，在用電低谷時將機組所發(fā)電量不上網(wǎng)，進入儲能系統(tǒng)，等用電高峰時再釋放儲能系統(tǒng)的電量。但是該技術(shù)目前成本較高，技術(shù)也有較多屏障需要進一步突破。

3、可考慮設(shè)置熔巖儲能系統(tǒng)，在用電低谷時將蒸汽的熱能存儲至熔巖中，等用電高峰時再將存儲的熱能釋放加熱給水，該技術(shù)目前在太陽能熱發(fā)電行業(yè)有商業(yè)運行業(yè)績，但是成本較高，容量也不算大，該技術(shù)目前在常規(guī)火電機組沒有投運業(yè)績，江浙地區(qū)有部分企業(yè)正在研發(fā)火電廠的熔巖儲能應(yīng)用技術(shù)。

4、因地制宜，發(fā)展抽水蓄能電站。在火電廠周邊修筑水庫，白天利用火電廠發(fā)電帶動蓄水泵蓄能，晚上利用水庫帶動水輪機發(fā)電來補足晚上太陽能不能發(fā)電的短板。

五、火電機組參與輔助調(diào)頻，進入電力調(diào)峰輔助服務(wù)交易市場

在未來一段時間內(nèi)，煤電將與可再生能源并存，煤電發(fā)電小時數(shù)減少、占比逐年下降，更多的煤電將通過靈活性改造，為可再生能源發(fā)展提供支撐，幫助可再生能源成為主力能源。

完善電力輔助服務(wù)交易規(guī)則，調(diào)整優(yōu)化技術(shù)支持系統(tǒng)平臺，加強電力調(diào)度運行管理，推進啟動電力調(diào)峰輔助服務(wù)市場交易。通過市場資源優(yōu)化配置，發(fā)電企業(yè)積極參與電力調(diào)峰交易，有效提升新能源消納能力，維護電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定優(yōu)質(zhì)運行，促進了清潔能源消納。

六、積極探索建設(shè)碳捕捉、利用與封存（CCUS）及其資源化利用示范項目。

燃煤電廠排放量大、點源多，應(yīng)及時開展大規(guī)模全流程示范，但在技術(shù)方向選擇上，目前尚難以判斷燃燒后捕集、燃燒前捕集和富氧燃燒技術(shù)的大規(guī)模商業(yè)發(fā)展前景，其示范機會應(yīng)盡量均等;積極穩(wěn)妥地推進CO2-EOR、CO2-EWR、陸上咸水層封存與多種捕集方式在火電行業(yè)的集成示范和規(guī)模放大，形成數(shù)個100 萬噸/ 年以上規(guī)模的示范工程。并通過這些全流程CCUS 技術(shù)示范形成的共性技術(shù)和經(jīng)驗，推動其他集成系統(tǒng)的技術(shù)示范。