燃煤電廠的二氧化碳排放計(jì)算與影響分析

文_王正陽 福建龍凈環(huán)保股份有限公司

1 碳排放、碳配額與碳交易

對于納入全國或省級(jí)碳排放重點(diǎn)單位來說，每年需要核算本單位的碳排放總量和CCER量（核證自愿減排量）計(jì)算可以抵消的碳排放量；同時(shí)結(jié)合當(dāng)年相關(guān)部門制定的碳配額計(jì)算方法，根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)營情況獲得碳配額數(shù)據(jù)。若碳排放總量+CCER可抵消碳排放量大于碳配額，則需要到國家或省級(jí)碳交易市場上購入碳排放指標(biāo)；最后到相關(guān)登記系統(tǒng)進(jìn)行碳配額清繳。

2 燃煤電廠的碳排放計(jì)算分析

2.1 相關(guān)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)

關(guān)于燃煤電廠的碳排放計(jì)算，可以參考的標(biāo)準(zhǔn)和指南包括：①IPCC國家溫室氣體清單(2006)和IPCC-2019修正，第2卷：能源；②2011年，國家發(fā)展改革委《省級(jí)溫室氣體清單編制指南》；③2013年，中國發(fā)電企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報(bào)告指南；④2019年，發(fā)電行業(yè)重點(diǎn)排放單位（含自備電廠、熱電聯(lián)產(chǎn)）二氧化碳排放配額分配實(shí)施方案；⑤2021年，生態(tài)環(huán)境部—《企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報(bào)告指南—發(fā)電設(shè)施》。

2.2 相關(guān)計(jì)算過程

發(fā)電企業(yè)的二氧化碳排放主要包括三個(gè)部分：①化石燃料燃燒排放量E燃燒；②脫硫過程排放量E脫硫；③凈購入使用的電力排放量E外購電。

（1）化石燃料燃燒排放量E燃燒

式中ADi-第i種化石燃料活動(dòng)水平（熱值，TJ）；以燃煤電廠為例，其中納入企業(yè)化石燃料燃燒排放的包括燃煤、啟動(dòng)及穩(wěn)燃用油（氣）、移動(dòng)源用油等。

E

Fi-第i種化石燃料的排放因子（tCO2/TJ）。

FCi-第i種化石燃料的消耗量（t或10Nm3）；

NCVi-第i種化石燃料的平均低位發(fā)熱值（kJ/kg或kJ/Nm3）。

CCi-第i種化石燃料的單位熱值含碳量(t碳/TJ)；

OFi-第i種化石燃料的碳氧化率（%）。

對于燃煤來說，碳轉(zhuǎn)化率OF煤（%）為：

式中G渣-與耗煤同時(shí)間段統(tǒng)計(jì)的爐渣產(chǎn)量（t）；

(2)脫硫過程排放量E脫硫

脫硫過程若以碳酸鹽為脫硫劑，會(huì)產(chǎn)生二氧化碳排放：

式中CALk-第k種脫硫劑中碳酸鹽消耗量（噸），脫硫劑中碳酸鹽含量取缺省值90%。

EFk-第k種脫硫劑中碳酸鹽的排放因子（tCO2/t）

式中EFk,t-完全轉(zhuǎn)化時(shí)脫硫過程的排放因子（tCO2/t）。

(3)外購電折算排放量E外購電

式中AD電-企業(yè)的凈購入電量（MWh）；

區(qū)域電網(wǎng)年平均供電排放因子各省差異很大，北京按照0.604 tCO2/MWh，一般有兩臺(tái)套機(jī)組以上的燃煤電廠因可以互為備用而不需要外購電。

2.3 1臺(tái)660MW燃煤機(jī)組的碳排放計(jì)算分析

現(xiàn)就1臺(tái)660MW超臨界機(jī)組的二氧化碳排放量進(jìn)行計(jì)算。該機(jī)組燃用一般煙煤（低位發(fā)熱量18271kJ/kg），碳轉(zhuǎn)化率按照98.3%，年有效利用小時(shí)數(shù)為4500h，年發(fā)電量約29.7億kWh，平均負(fù)荷率約65%，平均廠用電率約5.3%，采用石灰石-石膏濕法脫硫煙氣處理工藝。

燃煤機(jī)組主要的二氧化碳排放量來自煤的燃燒，占了總排放量的98.5%。故只考慮機(jī)組化石燃料燃燒產(chǎn)生的二氧化碳排放，同時(shí)對于煤燃燒過程的碳轉(zhuǎn)化率，不考慮具體煤種統(tǒng)一為99%。

本文結(jié)合相關(guān)資料，推薦采用如下簡易算法：

計(jì)算出該機(jī)組平均負(fù)荷（65%）下的供電煤耗約為304.7g/kWh，除去廠用電的年供電量為281259萬kWh，則年總二氧化碳排放量為2470977t。

3 碳排放與碳交易對企業(yè)的影響分析

燃煤電廠在煤質(zhì)相近的情況下對電廠碳排放影響最大的就是機(jī)組效率，根據(jù)現(xiàn)有碳配額分配方案《2019-2020年全國碳排放權(quán)交易配額總量設(shè)定與分配實(shí)施方案 （發(fā)電行業(yè)）》：

機(jī)組配額總量Ae=供電基準(zhǔn)值×實(shí)際供電量×修正系數(shù)+供熱基準(zhǔn)值×實(shí)際供熱量

對于純凝機(jī)組來說，機(jī)組供電碳配額Ae為：

式中Ae-機(jī)組供電量，單位：MWh；

Be-機(jī)組所屬類別的供電基準(zhǔn)值，單位：tCO2/MWh；

Fl-機(jī)組冷卻方式修正系數(shù)，如果凝汽器的冷卻方式是水冷，則機(jī)組冷卻方式修正系數(shù)為1；如果凝汽器的冷卻方式是空冷，則機(jī)組冷卻方式修正系數(shù)為1.05；

Fr-機(jī)組供熱量修正系數(shù)，燃煤機(jī)組供熱量修正系數(shù)為1-0.22×供熱比；

Ff-機(jī)組負(fù)荷（出力）系數(shù)修正系數(shù)，75%負(fù)荷以下為1.015（16-20F），F(xiàn)為負(fù)荷率。

以下就1臺(tái)660MW超臨界機(jī)組和2臺(tái)330MW亞臨界機(jī)組進(jìn)行比較，均為濕冷、純凝機(jī)組，無供熱。在碳配額方面，由于均為300MW等級(jí)以上燃煤機(jī)組，其供電基準(zhǔn)值一致。從表1可以看出，在負(fù)荷率一致的情況下二者的碳配額僅因?yàn)閺S用電率而略有差異。而在碳排放方面，2臺(tái)330MW亞臨界機(jī)組因?yàn)樾实汀⒚汉母叨鴮?dǎo)致二氧化碳排放量高。對比分配的碳配額，660MW機(jī)組有100585t的碳配額可供出售，而2臺(tái)330MW亞臨界機(jī)組則需要從碳交易市場上購入239667t的碳配額。因此除了本身機(jī)組運(yùn)行成本差異外，中小機(jī)組的運(yùn)行還進(jìn)一步增加了碳排放的成本，在發(fā)電市場的競爭力進(jìn)一步下降。而大型機(jī)組則獲得更多的效益，這有利于市場優(yōu)勝劣汰的加速。

表1 1臺(tái)660MW機(jī)組和2臺(tái)330MW機(jī)組的碳排放與碳交易比較

4 燃煤電廠常規(guī)碳排放控制技術(shù)

除了提高機(jī)組參數(shù)與發(fā)電效率，例如上大壓小，采用超超臨界機(jī)組，二次再熱等以外，其他現(xiàn)有機(jī)組的具體降碳措施包括：①爐前控制，主要為煤質(zhì)改善，即煤中C含量越少，H含量越高，則二氧化碳排放越少；②生物質(zhì)能源作為可再生能源，其燃燒不納入碳排放量計(jì)算，可以通過鍋爐改造以適應(yīng)更多的生物質(zhì)能源替代煤燃燒，還可以進(jìn)一步參與CCER（核證自愿減排量）抵消電廠的一部分碳排放量（目前規(guī)定不超過配額的5%）③熱力系統(tǒng)升級(jí)：汽輪機(jī)通流改造，冷端優(yōu)化、回?zé)嵯到y(tǒng)改造等；④提高鍋爐效率：制粉系統(tǒng)改造、燃燒系統(tǒng)改造、控制設(shè)備漏風(fēng)；⑤降低廠用電率：三大風(fēng)機(jī)變頻改造、降低煙風(fēng)系統(tǒng)阻力；⑥其他：無油點(diǎn)火技術(shù)、控制系統(tǒng)優(yōu)化、煙氣余熱利用等。

5 結(jié)語

1臺(tái)660MW機(jī)組的燃煤碳排放占了機(jī)組總碳排放的98%以上。對1臺(tái)660MW機(jī)組和2臺(tái)330MW機(jī)組的碳配額與碳排放計(jì)算可知，中小機(jī)組在火力發(fā)電市場將越來越缺少競爭力。