“雙碳”目標(biāo)下電力行業(yè)低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展路徑研究★
——基于淮北市電力企業(yè)發(fā)展實(shí)踐

黃婉婷，劉佳琪，鄭孟媛，張渭緣，楊 瀟

（安徽大學(xué)經(jīng)濟(jì)學(xué)院，安徽 合肥 230601）

引言

為應(yīng)對(duì)全球氣候變暖局勢(shì)，我國(guó)于2021 年3 月在全國(guó)兩會(huì)上提出“二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030 年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060 年前實(shí)現(xiàn)碳中和”莊嚴(yán)的目標(biāo)承諾。目前我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式已經(jīng)由資源消耗導(dǎo)向逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榫G色生態(tài)導(dǎo)向[1]，基于我國(guó)富煤、貧油、少氣的能源資源情況，傳統(tǒng)煤炭及煤電行業(yè)轉(zhuǎn)型十分重要，為實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)，我國(guó)采取一系列政策措施積極推進(jìn)煤電行業(yè)轉(zhuǎn)型。

實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)，關(guān)鍵是縮減化石能源的利用，調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，構(gòu)建新型電力系統(tǒng)，統(tǒng)籌兼顧“清潔用能”和“能源供需平衡”，探析綠色低碳能源轉(zhuǎn)型發(fā)展現(xiàn)實(shí)路徑[2]?，F(xiàn)有研究表明，應(yīng)持續(xù)降低燃煤發(fā)電占比、逐步提升可再生能源發(fā)電占比、穩(wěn)步提高燃?xì)獍l(fā)電占比，促使全球電力結(jié)構(gòu)走向煤炭、天然氣、可再生能源三足鼎立的多元化格局。在推進(jìn)煤炭高效清潔利用的基礎(chǔ)上，加快清潔用能替代，大力發(fā)展天然氣、核能以及風(fēng)、光等可再生能源作為補(bǔ)充，進(jìn)而打造多元化的能源生產(chǎn)和消費(fèi)結(jié)構(gòu)。本文通過(guò)研究淮北大唐企業(yè)的碳排放、固碳、水資源利用以及固廢資源化等情況，提出對(duì)傳統(tǒng)火電行業(yè)轉(zhuǎn)型的對(duì)策及建議。通過(guò)分析淮北綠電行業(yè)，為構(gòu)建多元化的能源生產(chǎn)和消費(fèi)結(jié)構(gòu)，有針對(duì)性地提出擴(kuò)大光伏發(fā)電平價(jià)上網(wǎng)范圍、電網(wǎng)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)、擴(kuò)大綠證、綠電、碳排放權(quán)交易市場(chǎng)等建議，為我國(guó)資源型城市轉(zhuǎn)型發(fā)展提供參考借鑒，推動(dòng)構(gòu)建清潔低碳安全高效的能源體系。

1 火電企業(yè)——大唐淮北發(fā)電廠

1.1 超低排放

大唐淮北發(fā)電廠始建于20 世紀(jì)60 年代，歷史悠久，見(jiàn)證了我國(guó)煤電行業(yè)的大小變革，發(fā)展至今，項(xiàng)目眾多?；⑸巾?xiàng)目為大唐淮北發(fā)電廠“上大壓小”異地新建項(xiàng)目，本期工程建設(shè)為2×66 萬(wàn)kW 國(guó)產(chǎn)超臨界凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組。2013 年虎山新機(jī)組的正式投產(chǎn)，直接導(dǎo)致大唐淮北發(fā)電廠碳排放量猛增，近年來(lái)，該廠探索低碳發(fā)展路徑，實(shí)施超低排放，碳排放量呈現(xiàn)逐漸下降趨勢(shì)。

我國(guó)大多數(shù)主力火電機(jī)組長(zhǎng)期在65%～75%的負(fù)荷下運(yùn)行[3]。超低排放實(shí)施狀況通過(guò)機(jī)組運(yùn)行的超低有效率顯示，機(jī)組運(yùn)行的超低有效率是機(jī)組超低運(yùn)行有效小時(shí)與機(jī)組運(yùn)行小時(shí)數(shù)的比例，其中機(jī)組超低運(yùn)行有效小時(shí)是指機(jī)組以超低能耗工作的有效時(shí)間。由表1 可知，幾乎全部機(jī)組的超低有效率都在98.28%以上，其中超過(guò)一半在99.93%以上，可見(jiàn)該廠機(jī)組實(shí)施超低排放效果顯著，能較大程度節(jié)省資源的消耗。

表1 機(jī)組運(yùn)行的超低有效率頻數(shù)分布表（按月統(tǒng)計(jì)）

1.2 固廢資源化

大唐淮北發(fā)電廠積極響應(yīng)生態(tài)文明建設(shè)與保障資源安全供給的國(guó)家重大戰(zhàn)略需求，與本地水泥廠、混凝土廠、磚廠等下游企業(yè)達(dá)成合作協(xié)議，出售粉煤灰等固體廢棄物，共同實(shí)現(xiàn)固廢資源化，整體提高資源利用效率。

生產(chǎn)過(guò)程中不可避免要產(chǎn)生粉煤灰，由于下游企業(yè)對(duì)于粉煤灰這一低成本原料的需求較大，該廠粉煤灰銷(xiāo)售收入較為可觀。如表2 所示，僅粉煤灰一項(xiàng)固體廢棄物在固廢資源化后所帶來(lái)的年收入平均水平也處于5 000 萬(wàn)元左右。

表2 2019—2021 年全廠粉煤灰銷(xiāo)售情況

1.3 相關(guān)排放物的發(fā)電績(jī)效

關(guān)于火電污染物減排的指標(biāo)一般采用某排放物單位發(fā)電績(jī)效說(shuō)明。如表3 所示，氮氧化物減排效果基本圍繞0.115 6 g/kWh 浮動(dòng)，且浮動(dòng)范圍很小。二氧化硫減排效果也較為穩(wěn)定，但存在小幅上漲。煙塵減排效果最為明顯，5 年來(lái)的單位發(fā)電績(jī)效持續(xù)下降，絕對(duì)數(shù)額也為三項(xiàng)指標(biāo)中最低。

表3 2017—2021 年三項(xiàng)排放物的單位發(fā)電績(jī)效統(tǒng)計(jì)表g/kWh

燃煤鍋爐在煙囪或煙道所排放的煙塵、二氧化硫和氮氧化物的質(zhì)量濃度分別不能超過(guò)20 mg/m3、50 mg/m3和100 mg/m3的限制，當(dāng)污染物排放量低于超低排放限額時(shí)，發(fā)電廠每發(fā)一度電將會(huì)獲得5 分錢(qián)的補(bǔ)貼，所以大唐淮北發(fā)電廠實(shí)施機(jī)組超低排放改造，并大力發(fā)展脫銷(xiāo)脫硫技術(shù)。

1.4 脫硫、脫硝技術(shù)

目前，脫硫和脫硝技術(shù)在我國(guó)被普遍應(yīng)用。關(guān)于脫硝，虎山自建廠以來(lái)一直采用SCR 脫硝裝置，2018年經(jīng)市發(fā)改委審批，整個(gè)虎山廠擁有了一套安全可靠脫硝還原劑液氨改尿素的供應(yīng)系統(tǒng)，大大降低了對(duì)周?chē)h(huán)境的潛在危害[5]。關(guān)于脫硫，虎山廠一直采用的是濕式石灰石（石膏法），該領(lǐng)域主要聚焦在脫硫廢水的處理，經(jīng)過(guò)調(diào)試后，脫硫廢水物化處理階段的各重金屬去除率不斷提升，且虎山廠在該環(huán)節(jié)的成本控制一直是同行業(yè)中的佼佼者。

由表4 可以直觀地看出，一半的脫硫效率在98%以上，接近一半的脫硝效率在96%以上。企業(yè)的煤炭脫硫和脫硝技術(shù)達(dá)到甚至超過(guò)市場(chǎng)平均水平。機(jī)組的脫硫效率高，也有利于降低發(fā)電廠的發(fā)電成本。市場(chǎng)上存在著高硫煤和低硫煤，高硫煤價(jià)格相對(duì)較低，燃燒后硫的排放相對(duì)較高，污染物的處理難度大。但當(dāng)火電廠脫硫效率高時(shí)，使用的高硫煤比重增加，也降低了發(fā)電成本。

表4 全廠脫硫/硝效率頻數(shù)分布表（按月統(tǒng)計(jì)）

1.5 火力發(fā)電的困境

火力發(fā)電帶來(lái)的氮氧化物等空氣污染物，是造成大氣污染的重要因素。同時(shí)煤炭資源的短缺倒逼能源產(chǎn)業(yè)的改革。煤炭成本是該廠發(fā)電的主要成本，煤炭資源是不可再生資源。近年來(lái)，受供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的影響，市場(chǎng)上煤炭產(chǎn)量大幅度減少，同時(shí)淮北市煤炭資源逐漸枯竭，而火力發(fā)電需要大量的煤炭。這一供需矛盾隨著時(shí)間的推移只會(huì)不斷激化，導(dǎo)致煤價(jià)不斷上漲。在市場(chǎng)形勢(shì)下，許多發(fā)電廠都在虧損，虎山發(fā)電廠也不例外。

1.6 煤電行業(yè)的發(fā)展環(huán)境改觀及出路

1.6.1 浮動(dòng)電價(jià)

市場(chǎng)迎來(lái)了電價(jià)改革，一是燃煤發(fā)電電量原則上全部進(jìn)入電力市場(chǎng)，通過(guò)市場(chǎng)交易在“基準(zhǔn)價(jià)+上下浮動(dòng)”范圍內(nèi)形成上網(wǎng)電價(jià)。二是將交易價(jià)格浮動(dòng)范圍擴(kuò)大為上下浮動(dòng)均不超過(guò)20%。其中電廠直接與用電戶(hù)對(duì)接，電廠會(huì)提前擁有發(fā)電的指標(biāo)，省去與電網(wǎng)聯(lián)系的那一環(huán)，簡(jiǎn)化程序，準(zhǔn)確發(fā)電，電價(jià)會(huì)隨著市場(chǎng)價(jià)格波動(dòng)而波動(dòng)，能減少源頭原料價(jià)格上漲帶來(lái)的壓力。

1.6.2 深度調(diào)峰

一方面，大唐企業(yè)也發(fā)展了光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電，火電深度調(diào)峰技術(shù)作為促進(jìn)新能源消納的重要手段，緩解了棄風(fēng)棄光的現(xiàn)象。另一方面，深度調(diào)峰對(duì)于火電廠而言，達(dá)不到效益最大化，因此國(guó)家出臺(tái)相應(yīng)政策鼓勵(lì)企業(yè)進(jìn)行深度調(diào)峰[6]?；幢卑l(fā)電廠不斷改進(jìn)深度調(diào)峰技術(shù)，積極參與安徽調(diào)峰輔助市場(chǎng)，在2021年獲得407.18 萬(wàn)元的調(diào)峰補(bǔ)貼凈收入。

1.6.3 海外建廠

由于虎山發(fā)電廠職工人數(shù)較多，對(duì)其人員經(jīng)費(fèi)造成較大壓力，大唐企業(yè)順應(yīng)“一帶一路”倡議，積極進(jìn)行海外辦廠，于是從虎山發(fā)電廠抽調(diào)有能力、有技術(shù)、有經(jīng)驗(yàn)的員工去海外建廠。由于我國(guó)火力發(fā)電技術(shù)較為成熟，大唐企業(yè)在海外建廠既減緩了本土的人員資金壓力，又增加了海外收益。

1.7 傳統(tǒng)火電企業(yè)轉(zhuǎn)型的對(duì)策及建議

1）擴(kuò)大煤炭市場(chǎng)，轉(zhuǎn)戰(zhàn)省外煤炭市場(chǎng)，挖掘省外優(yōu)質(zhì)煤源，拓寬采購(gòu)渠道。創(chuàng)新調(diào)整煤炭采購(gòu)結(jié)構(gòu)，通過(guò)市場(chǎng)比價(jià)購(gòu)買(mǎi)低質(zhì)煤，協(xié)調(diào)主銷(xiāo)煤種和摻銷(xiāo)煤種的比例，降低燃料成本，在一定程度上提高企業(yè)的整體效率。

2）全面實(shí)施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造“提速擴(kuò)圍”工程，建設(shè)高效超低排放煤電機(jī)組，通過(guò)技術(shù)革命，走出清潔、高效利用的路徑。借助智能互聯(lián)網(wǎng)，將能源網(wǎng)絡(luò)與信息、大數(shù)據(jù)技術(shù)等進(jìn)行深度融合，提高能效。

3）繼續(xù)提高深度調(diào)峰技術(shù)，提高深度調(diào)峰狀態(tài)下機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性與安全性。精通調(diào)峰輔助市場(chǎng)的規(guī)則，在調(diào)峰輔助市場(chǎng)中獲取有利地位，更大程度上獲取調(diào)峰補(bǔ)貼收入，提高火電廠的經(jīng)營(yíng)能力。

4）尋求政府的政策支持，國(guó)家政策能給火電廠的改革提供平臺(tái)支撐，政府政策都能給市場(chǎng)一個(gè)準(zhǔn)確的風(fēng)向，引導(dǎo)電力行業(yè)的發(fā)展?；⑸桨l(fā)電廠便是因“上大壓小”政策產(chǎn)生，并積極響應(yīng)國(guó)家的碳排放指標(biāo)[7]。

2 綠電企業(yè)

2.1 光伏發(fā)電

太陽(yáng)能是人類(lèi)取之不盡、用之不竭的可再生能源，在我國(guó)的長(zhǎng)期能源發(fā)展戰(zhàn)略中具有重要地位。與傳統(tǒng)的火力發(fā)電相比，光伏發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在其綠色安全、高效率低成本、具有可再生性等[8]。為了深入了解淮北市光伏電站的基本情況，我們前往實(shí)地考察，在此以淮北市幾個(gè)典型光伏電站為例進(jìn)行分析。

2.1.1 淮北信義新能源有限公司——水面漂浮式光伏電站項(xiàng)目

淮北市是煤炭資源型城市，常年大量開(kāi)采煤炭形成了大面積的采煤沉陷區(qū)。信義新能源建設(shè)的漂浮式光伏電站，是將光伏發(fā)電組件安裝在水面漂浮體上，具有不占用土地資源，減少水量蒸發(fā)，抑制藻類(lèi)生長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，水體對(duì)光伏組件及電纜的冷卻也可有效提高發(fā)電效率。

水面漂浮式光伏電站項(xiàng)目的建立，能夠?yàn)楫?dāng)?shù)靥峁┣鍧嶋娏?，擴(kuò)大供電可再生能源比例。將廢棄的塌陷坑再次利用，為因采煤沉陷而失去土地的農(nóng)民增加收入。促進(jìn)煤炭型城市調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，帶動(dòng)當(dāng)?shù)毓夥嚓P(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。

1）它對(duì)漂浮設(shè)備的抗腐蝕性能、壽命、承載能力要求高。

2）對(duì)選址要求高，宜選在面積廣、風(fēng)速低、光照好、生態(tài)非敏感的流域。

3）水面漂浮式光伏電站施工難度大，光伏組件可能對(duì)水質(zhì)產(chǎn)生污染。

2.1.2 大唐淮北青谷光伏電站——山地光伏電站項(xiàng)目

青谷光伏電站的建立是大唐淮北發(fā)電廠響應(yīng)國(guó)家能源結(jié)構(gòu)調(diào)整政策、從傳統(tǒng)煤電企業(yè)向綠色清潔能源企業(yè)轉(zhuǎn)型上邁出的重要步伐。此項(xiàng)目的順利并網(wǎng)發(fā)電，有利于解決當(dāng)?shù)赝恋刭Y源開(kāi)發(fā)、光能有效利用與生態(tài)環(huán)保問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了發(fā)電廠生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的統(tǒng)一。

2.2 風(fēng)力發(fā)電——淮北市濉溪縣鐵佛風(fēng)電場(chǎng)

開(kāi)發(fā)利用風(fēng)能資源，既能改善環(huán)境，又可作為常規(guī)能源的補(bǔ)充。濉溪縣地處淮北平原中部，平川廣野是其地貌的主要特征，為發(fā)展低風(fēng)速電場(chǎng)提供了優(yōu)越的條件。該項(xiàng)目位于濉溪縣鐵佛鎮(zhèn)、臨渙鎮(zhèn)，占地面積小，以農(nóng)用地為主。風(fēng)電項(xiàng)目在本地區(qū)具有很強(qiáng)的觀賞性，可以反映出人與自然的完美結(jié)合，將其開(kāi)發(fā)為一個(gè)新的旅游項(xiàng)目，既具有社會(huì)效益又具有經(jīng)濟(jì)效益。

風(fēng)力發(fā)電具有波動(dòng)性和間歇性，為其消納造成困難，風(fēng)力較大時(shí)，發(fā)電機(jī)發(fā)出的電超過(guò)變電站容量，風(fēng)電站工作人員通過(guò)關(guān)閉風(fēng)電機(jī)或減慢槳葉轉(zhuǎn)速來(lái)進(jìn)行“限電”。風(fēng)速減小時(shí)，電網(wǎng)會(huì)通知風(fēng)力發(fā)電站恢復(fù)部分發(fā)電機(jī)運(yùn)行。這就需要一批火電機(jī)組作為可再生能源消納調(diào)峰機(jī)組，從而提高電力系統(tǒng)的調(diào)峰能力。未來(lái)，能夠擴(kuò)大儲(chǔ)電裝置的容量[9]，自由存儲(chǔ)調(diào)度使用風(fēng)電電力，將是風(fēng)電行業(yè)發(fā)展的一大轉(zhuǎn)折點(diǎn)。

3 對(duì)策及建議

1）制定并完善光伏電站發(fā)展規(guī)劃。通過(guò)制定相關(guān)環(huán)境政策，鼓勵(lì)當(dāng)?shù)貜U棄工廠轉(zhuǎn)型利用以發(fā)展漂浮式光伏發(fā)電。鼓勵(lì)漁業(yè)養(yǎng)殖場(chǎng)發(fā)展漂浮式光伏電站，充分利用養(yǎng)殖場(chǎng)面積，擴(kuò)大光伏電站規(guī)模。

2）開(kāi)展平價(jià)上網(wǎng)項(xiàng)目，能夠促進(jìn)光伏發(fā)電企業(yè)管控成本，推動(dòng)光伏發(fā)電項(xiàng)目朝著市場(chǎng)化方向發(fā)展，同時(shí)降低政府財(cái)政補(bǔ)貼壓力。采用PPP 模式來(lái)解決光伏發(fā)電項(xiàng)目資金不足的問(wèn)題，并通過(guò)綠證交易獲取相應(yīng)收益。

3）繼續(xù)擴(kuò)大綠證、綠電的交易范圍，盡快理順綠色電力認(rèn)證機(jī)制，確保在中國(guó)使用綠電，其環(huán)境屬性能夠得到唯一且通用的證明。推動(dòng)碳排放權(quán)交易市場(chǎng)逐步成熟、擴(kuò)大覆蓋主體、縮減免費(fèi)配額。同時(shí)，做好各類(lèi)市場(chǎng)之間的深度融合和合理銜接。

4）健全相關(guān)監(jiān)管制度程序，強(qiáng)化統(tǒng)計(jì)信息共享。推進(jìn)清潔生產(chǎn)監(jiān)督管理，對(duì)“雙超雙有高耗能”行業(yè)實(shí)施強(qiáng)制性清潔生產(chǎn)審核。加快實(shí)施排污排碳許可制度、加強(qiáng)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中危險(xiǎn)廢物管理和碳排放管控。

5）促進(jìn)電源儲(chǔ)能設(shè)備的建設(shè)，加快形成“風(fēng)光火儲(chǔ)”的全面一體化的能源配比。開(kāi)展“風(fēng)光水火儲(chǔ)”多能互補(bǔ)系統(tǒng)一體化運(yùn)行，提高電力輸出功率的穩(wěn)定性，提升電力系統(tǒng)消納風(fēng)電、光伏發(fā)電等間歇性可再生能源的能力和綜合效益。

4 結(jié)論與啟示

在全球氣候變化和溫室氣體減排的大背景下，煤炭仍是發(fā)電的主導(dǎo)能源，與此同時(shí)，淮北市希望通過(guò)培育新能源產(chǎn)業(yè)尋求產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電作為可再生能源中兩大明星，提供清潔能源，實(shí)現(xiàn)可再生性，但受時(shí)間和地點(diǎn)制約，發(fā)展儲(chǔ)能容量仍是美好設(shè)想，目前來(lái)看，火力發(fā)電和新能源發(fā)電共存的局面仍會(huì)長(zhǎng)期存在。