我國煤電行業(yè)碳減排路徑

馬鵬

【摘要】世界各國由于資源稟賦、技術(shù)水平、經(jīng)濟(jì)水平、地域范圍等各不相同，因此不同國家電力行業(yè)碳達(dá)峰、碳中和的路徑也各不相同。需要指出的是發(fā)達(dá)國家的碳達(dá)峰過程一般都是經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的自然過程，如英國1973 年就已實現(xiàn)碳達(dá)峰，法國、德國、瑞典1978 年實現(xiàn)碳達(dá)峰，美國2007 年實現(xiàn)碳達(dá)峰，這些早已實現(xiàn)碳達(dá)峰的國家，其共同點是早已完成工業(yè)化，進(jìn)入了后工業(yè)化時代或信息時代，經(jīng)濟(jì)增長已不依賴能源消費的增長，電力裝機(jī)容量或發(fā)電量多年維持在相對穩(wěn)定的水平。

【關(guān)鍵詞】煤電;碳減排;能源

我國能源結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為“富煤、貧油、少氣”，2019年中國天然氣的進(jìn)口依存度43%，石油的進(jìn)口依存度則高達(dá)71%，遠(yuǎn)超國際公認(rèn)的安全警戒線。同時中國也是世界上最大的能源消費國，占全球消費量的23%，和全球能源消費增長的27%。因此，煤炭作為世界三大能源之一在中國的地位更顯突出。相對于部分碳達(dá)峰的國家而言，我國人均GDP剛剛超過1萬美元，僅是16個國家碳達(dá)峰時人均GDP平均值的18.6%。同時中國目前尚未完成工業(yè)化，GDP的增長仍依賴能源消費的增長，據(jù)解振華等人的研究預(yù)測，中國全社會用電量將從2020年的7.5億kWh增長到2050年的11.91～14.27 億kWh，增長率高達(dá)58.8%～90.3%。因此中國電力行業(yè)的碳中和不僅要減少CO2排放，而且要滿足電力需求的持續(xù)增長。

一、實施煤電節(jié)能改造，降低單位煤電發(fā)電量的碳排放

不斷提高發(fā)電效率是減少煤炭消耗并相應(yīng)降低污染物排放和碳排放的重要途徑，也是煤電行業(yè)始終追求的目標(biāo)。2014年9月發(fā)展改革委、環(huán)境保護(hù)部、能源局印發(fā)了《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃（2014-2020年）》，與節(jié)能改造前的2013年相比，2020年全國6000千瓦及以上火電廠供電煤耗為305.5克標(biāo)準(zhǔn)煤/千瓦時，比2013年下降9.9克/千瓦時，比2010年下降27.5克/千瓦時，比2005年下降64.5克/千瓦時。

以2005年為基準(zhǔn)年，2006-2020年，供電煤耗降低累計減少電力二氧化碳排放66.7億噸，對電力二氧化碳減排貢獻(xiàn)率為36%，有效減緩了電力二氧化碳排放總量的增長。2019年全國火電機(jī)組容量118957萬kW，約合11.89億KW，其中燃煤發(fā)電104063萬kW（占87.5%） ，燃?xì)獍l(fā)電9024萬kW，生物質(zhì)發(fā)電2361萬kW，余溫、余壓、余氣發(fā)電3272萬kW，燃油發(fā)電175萬kW。60萬kW及以上的大機(jī)組容量占比為45.0%;30～60萬kW等級的機(jī)組容量占比35.4%，其中亞臨界機(jī)組約3.5億kW，近1000 臺，容量占比超過30%; 單機(jī)容量小于30萬kW 的老小機(jī)組容量占比19.6%。這說明全國火電裝機(jī)容量中近一半的是效率低、煤耗高、性能差的亞臨界及以下參數(shù)的機(jī)組和熱電聯(lián)產(chǎn)小機(jī)組。

二、不斷提升清潔發(fā)電技術(shù)，進(jìn)一步降低煤電碳排放

一是開展超低排放深度攻堅。目前全國15%未達(dá)到超低排放的煤電機(jī)組貢獻(xiàn)了近50%的煤電污染物總排放，主要涉及燃用低揮發(fā)分無煙煤機(jī)組、未改造的循環(huán)流化床機(jī)組及部分小容量機(jī)組，“十四五”期間除了部分淘汰關(guān)停之外，應(yīng)對其余約1.3 億千瓦煤電機(jī)組開展超低排放深度攻堅，推進(jìn)煤電機(jī)組全面實現(xiàn)超低排放，預(yù)計每年可使煤電行業(yè)煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放進(jìn)一步減少27%（約4.9 萬噸）、37%（約30.7 萬噸）、22%（約17.8 萬噸），促進(jìn)煤電行業(yè)進(jìn)一步提升清潔化水平。

二是主動提升污染物全面脫除技術(shù)。在常規(guī)大氣污染物控制的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步推動煤電廢氣、廢液、固廢、重金屬非常規(guī)污染物的全面深度控制，有利于實現(xiàn)煤電深刻轉(zhuǎn)型和更高質(zhì)量發(fā)展?！笆奈濉逼陂g，煤電行業(yè)應(yīng)進(jìn)一步提升電廠廢水零排放技術(shù)、固體廢棄物（主要包括粉煤灰、脫硫副產(chǎn)物、廢舊脫硝催化劑等）的處理和綜合利用技術(shù)，研發(fā)汞等重金屬的脫除技術(shù)，加強(qiáng)與現(xiàn)有超低排放技術(shù)的協(xié)同控制，著重提高脫除效率、降低成本。

三是積極研發(fā)低成本超低排放CFB 機(jī)組。探索低成本超低排放CFB 技術(shù)，開展CFB 燃燒深度控制氮氧化物方面的研發(fā)，通過循環(huán)流化床的流態(tài)設(shè)計、溫度場控制以及爐內(nèi)脫硫劑優(yōu)化，取消爐后環(huán)保設(shè)施，在爐膛出口實現(xiàn)全負(fù)荷低成本的二氧化硫、氮氧化物超低排放。

四是大力發(fā)展低階煤富氧燃燒發(fā)電技術(shù)。針對全國范圍內(nèi)數(shù)百億噸儲量的高硫無煙煤，陜北、新疆等國家級能源基地上萬億噸儲量的高堿煤，應(yīng)進(jìn)一步研發(fā)低熱值煤、高堿煤、高硫無煙煤等特殊煤種的綜合利用技術(shù)，可將低階煤改質(zhì)、成型、干燥后，低溫?zé)o氧干餾得到高溫清潔型焦、干餾煤氣和輕質(zhì)芳烴（低溫煤焦油），再將高溫清潔型焦作為氣化原料與蒸汽反應(yīng)得到水煤氣，然后利用水煤氣在IGCC（燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)+余熱鍋爐+蒸汽輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)）中進(jìn)行燃?xì)馊紵l(fā)電。在此燃?xì)馊紵l(fā)電過程中，發(fā)電燃料（水煤氣）主要由氫氣和一氧化碳組成（分別占比50%），其中氫氣燃燒無碳排放，同比燃煤發(fā)電可大幅度降低CO2排放，實現(xiàn)低碳排放發(fā)電。

三、碳中和時中國火電機(jī)組的保留規(guī)模

2060 年前中國爭取實現(xiàn)碳中和，電力行業(yè)首當(dāng)其沖，需要大力發(fā)展可再生能源，但可再生能源不可控，不能作為保供電源。能夠作為保供電源的主要是火電、水電、核電、儲能（含抽水蓄能）?；痣姲ㄈ济喊l(fā)電、燃?xì)獍l(fā)電、燃油發(fā)電、生物質(zhì)發(fā)電等，是最可靠的保供電源。2020 年中國的水電裝機(jī)容量3.7億kW（含抽水蓄能3149萬kW） ，容易開發(fā)的水電資源已開發(fā)完畢，據(jù)報道中國的水電開發(fā)極限是4.32億kW。2020 年中國的核電裝機(jī)容量0.5億kW，核電由于核安全問題，選址極其困難，加上核燃料資源的限制，不可能大規(guī)模發(fā)展，預(yù)計可發(fā)展到2億kW。2020年中國建成投運的儲能項目累計裝機(jī)規(guī)模3560萬kW，其中抽水蓄能3149萬kW。依據(jù)《中國電力行業(yè)年度發(fā)展報告2020》，中國風(fēng)能發(fā)電裝機(jī)從2009年的1613萬kW增長到2019 年28153萬kW，太陽能發(fā)電裝機(jī)從2009年的2萬kW增長到2019 年25343萬kW。為了滿足全社會的用電需要，預(yù)計碳中和時中國非水可再生能源的發(fā)展將達(dá)到50億kW。