雙碳目標(biāo)下A 電廠(chǎng)減碳對(duì)策研究

龐岳紅PANG Yue-hong；王豆WANG Dou

（①湖州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖州 313000；②浙江浙能數(shù)字科技有限公司，杭州 311100）

1 國(guó)家相關(guān)政策及A 電廠(chǎng)近期減碳對(duì)策

我國(guó)于2020 年9 月向全世界宣告將力爭(zhēng)于2030 年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰和2060 年前實(shí)現(xiàn)碳中和的雙碳目標(biāo)。為按期實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)，我國(guó)于2020 年12 月出臺(tái)《碳排放權(quán)交易管理辦法（試行）》并于2021 年7 月啟動(dòng)全國(guó)碳排放權(quán)交易市場(chǎng)。發(fā)電企業(yè)首批參與試點(diǎn)交易。

國(guó)家每年組織一次碳排放數(shù)據(jù)核查，核查依據(jù)主要是《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）》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《指南》）。燃煤發(fā)電企業(yè)只有通過(guò)核查后才可交易。

根據(jù)《指南》，A 電廠(chǎng)減碳路徑主要有：減少供電耗煤的碳排放、減少供熱耗煤的碳排放、減少鍋爐燃油的碳排放和減少外購(gòu)電的碳排放，如圖1 所示。

減少供電耗煤和供熱耗煤的碳排放主要對(duì)策有二：一是通過(guò)運(yùn)行優(yōu)化、精細(xì)檢修、敏捷消缺等降低供電煤耗和供熱煤耗；二是在城市生活污泥來(lái)量充足的情況下盡量增加其摻燒比例（污泥不屬于化石燃料）。

減少鍋爐燃油的碳排放主要對(duì)策是降低開(kāi)機(jī)油耗和機(jī)組運(yùn)行期間高低負(fù)荷下的助燃油耗。影響油耗大小的最主要因素是機(jī)組設(shè)備的可靠運(yùn)行水平高低和入爐煤質(zhì)優(yōu)劣。通常情況下入爐煤質(zhì)不太容易受控，所以降低油耗的最有效手段是通過(guò)提高機(jī)組設(shè)備運(yùn)行維護(hù)質(zhì)量以進(jìn)一步提高機(jī)組設(shè)備的可靠運(yùn)行水平。

按《指南》要求A 電廠(chǎng)啟備變電量應(yīng)統(tǒng)計(jì)為外購(gòu)電。減少外購(gòu)電的碳排放就要減少機(jī)組開(kāi)停機(jī)過(guò)程和停運(yùn)期間的廠(chǎng)用電量。

辯證地看，增加A 電廠(chǎng)碳配額和減少其碳排放的結(jié)果一樣。增加A 電廠(chǎng)碳配額的路徑有增加供電碳配額和增加供熱碳配額兩種。在發(fā)電量一定的條件下，循泵雙速改造等降低廠(chǎng)用電措施可以增加供電量進(jìn)而增加供電碳配額。

2 A 電廠(chǎng)減碳有關(guān)調(diào)研及長(zhǎng)期減碳對(duì)策

2.1 A 電廠(chǎng)減碳相關(guān)內(nèi)部環(huán)境

A 電廠(chǎng)長(zhǎng)期多年以來(lái)一直堅(jiān)持走綠色低碳循環(huán)發(fā)展之路，主要體現(xiàn)在機(jī)組輸出的廢棄物再利用和機(jī)組輸入的原燃料中對(duì)城市中水、污泥的再利用兩個(gè)方面。不僅將機(jī)組在運(yùn)行中產(chǎn)生的飛灰、爐渣和脫硫石膏銷(xiāo)售作建筑材料，還充分發(fā)揮地理位置優(yōu)勢(shì)向縣城集中供熱、將城市中水處理后用作機(jī)組的循環(huán)冷卻水或鍋爐補(bǔ)給水、將縣城生活污泥干化后送進(jìn)鍋爐爐膛燃燒，等等。不過(guò)，目前該公司還沒(méi)有全部實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐煙氣和汽輪機(jī)乏汽的余熱利用，也沒(méi)有實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐煙氣中二氧化碳的捕集、儲(chǔ)存和利用。

2.2 A 電廠(chǎng)節(jié)能減碳問(wèn)卷調(diào)查

減碳與節(jié)能有密切聯(lián)系，為此A 電廠(chǎng)在2022 年全國(guó)節(jié)能宣傳周活動(dòng)期間編制了節(jié)能減碳調(diào)查問(wèn)卷。絕大多數(shù)員工在廠(chǎng)自媒體平臺(tái)積極作答，對(duì)自己電廠(chǎng)如何節(jié)能減碳提出了不少好的建議。建議內(nèi)容可梳理為以下三個(gè)方面：深挖機(jī)組節(jié)能減碳潛力、大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)和做好“三改聯(lián)動(dòng)”改造。

深挖機(jī)組節(jié)能減碳潛力。主要包括：

①降低廠(chǎng)用電。應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)尤其是循泵雙速改造技術(shù)；將廠(chǎng)區(qū)路燈等露天照明更換為太陽(yáng)能燈；優(yōu)化機(jī)組快速啟停方案和停運(yùn)時(shí)輔機(jī)運(yùn)行方式；機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，嘗試單側(cè)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)；采用更好的增效劑以減少漿液再循環(huán)泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)。

②提高機(jī)組檢修質(zhì)量，優(yōu)化機(jī)組疏水放水管路，強(qiáng)化消缺質(zhì)量，減少汽水泄漏。

③選用新型材料，按經(jīng)濟(jì)厚度對(duì)損壞、裸露的管道及閥門(mén)進(jìn)行保溫。

大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)。主要包括：

①繼續(xù)做好飛灰、爐渣、脫硫石膏再利用，廢水梯級(jí)利用和重復(fù)利用。

②對(duì)一、二期城市中水系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)容，保證機(jī)組在滿(mǎn)發(fā)狀態(tài)下也不取用地表水。

③拓展城市生活污泥進(jìn)貨渠道，增加摻燒比例。

④?chē)L試將公司及所在地區(qū)產(chǎn)生的廢機(jī)油、廢布料送入鍋爐進(jìn)行燃燒發(fā)電。

⑤加強(qiáng)與所在地區(qū)可再生能源企業(yè)合作。

做好“三改聯(lián)動(dòng)”改造。主要包括：

①節(jié)能減碳改造。比如：機(jī)組升溫改造，如將主、再熱汽溫提升至600℃；上大壓??；燃煤機(jī)組部分拆除，改建為高效H 級(jí)燃機(jī)；二氧化碳捕集與封存，并將其作為工業(yè)原料出售；采取新能源和可再生能源等替代技術(shù)。

②供熱改造。比如：擴(kuò)大供熱市場(chǎng)，必要時(shí)將一臺(tái)機(jī)組改成背壓式供熱機(jī)組；回收4 臺(tái)機(jī)組的汽輪機(jī)乏汽余熱，實(shí)現(xiàn)對(duì)周邊城市熱水熱汽雙供。

③靈活性改造。比如新建氫氣儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能或電化學(xué)儲(chǔ)能項(xiàng)目。

3 A 電廠(chǎng)減碳相關(guān)外部環(huán)境

與循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對(duì)應(yīng)，A 電廠(chǎng)減碳相關(guān)的外部環(huán)境調(diào)查主要涉及其機(jī)組原燃料、產(chǎn)品和排放物。具體包括：中水、污泥、生物質(zhì)、供熱、儲(chǔ)能和二氧化碳捕集、利用和封存（CCUS）。排放物中飛灰、爐渣和脫硫石膏已得到利用，故本文對(duì)排放物調(diào)查只限于CCUS。（圖1）

①中水。目前A 電廠(chǎng)一、二期城市中水滿(mǎn)足不了其機(jī)組用水需求，以致于不得不取用地表水。目前A 電廠(chǎng)附近污水廠(chǎng)共有13 家，A 電廠(chǎng)所用城市中水僅來(lái)自其中1 家。其余12 家污水廠(chǎng)沒(méi)有與A 電廠(chǎng)之間的管道連接，也沒(méi)有相關(guān)的供水協(xié)議。

②污泥。A 電廠(chǎng)一期燃煤耦合污泥發(fā)電項(xiàng)目的濕污泥處理量是200 噸/天?？紤]到二期項(xiàng)目擴(kuò)建需要，預(yù)留了擴(kuò)建200 噸/日處理能力的干化機(jī)位置。目前附近13 家污水廠(chǎng)中有9 家污水廠(chǎng)的污泥送往A 電廠(chǎng)。

③生物質(zhì)。燃煤鍋爐摻燒農(nóng)林生物質(zhì)燃料是減少化石燃料消耗和二氧化碳排放的有效辦法。目前A 電廠(chǎng)所在地區(qū)的生物質(zhì)供貨企業(yè)較多但價(jià)格接近于燃煤。鍋爐摻燒生物質(zhì)發(fā)電的企業(yè)雖有數(shù)家，但據(jù)了解由于補(bǔ)貼沒(méi)有到位，生物質(zhì)發(fā)電企業(yè)處于虧損狀態(tài)。

④供熱。目前A 電廠(chǎng)所在地區(qū)有6 個(gè)供熱用戶(hù)區(qū)域。除A 電廠(chǎng)外還有4 家集中供熱企業(yè)。A 電廠(chǎng)主要向其中一個(gè)區(qū)域供熱。據(jù)有關(guān)預(yù)測(cè)：2025 年該區(qū)塊熱負(fù)荷需求在338.51 至773.54t/h，而A 電廠(chǎng)今年前8 月實(shí)際供熱為120.38t/h，可見(jiàn)A 電廠(chǎng)還有較大的供熱市場(chǎng)空間。

⑤儲(chǔ)能。A 電廠(chǎng)所在地區(qū)已有電廠(chǎng)建成大型儲(chǔ)能示范項(xiàng)目。該項(xiàng)目采用鹽酸鐵鋰電池，配置儲(chǔ)能容量為100MWh，最高可存儲(chǔ)10 萬(wàn)度電，既可參與電網(wǎng)AGC 頻率調(diào)節(jié)，又可以削峰填谷。不過(guò)該項(xiàng)目除一次性成本高外，日常的運(yùn)維成本也比較高。從A 電廠(chǎng)附近兩大國(guó)內(nèi)著名的蓄電池廠(chǎng)家了解到：它們都可以做電廠(chǎng)儲(chǔ)能業(yè)務(wù)。

⑥CCUS。全國(guó)首個(gè)煤電碳捕集與礦化利用全流程耦合示范項(xiàng)目在A 電廠(chǎng)所在集團(tuán)的一家兄弟電廠(chǎng)開(kāi)建。該項(xiàng)目所捕集的二氧化碳一方面用于礦化養(yǎng)護(hù)制加氣砌塊，另一方面為二氧化碳資源化利用技術(shù)開(kāi)發(fā)提供條件。不過(guò)，該項(xiàng)目設(shè)計(jì)規(guī)模為每年捕集1.5 萬(wàn)噸二氧化碳，對(duì)大中型燃煤發(fā)電企業(yè)而言可謂杯水車(chē)薪。另?yè)?jù)A 電廠(chǎng)所在地區(qū)生態(tài)環(huán)境部門(mén)人員介紹：A 電廠(chǎng)所在地區(qū)已有企業(yè)擬將二氧化碳資源化利用。

4 國(guó)內(nèi)燃煤發(fā)電機(jī)組“三改聯(lián)動(dòng)”進(jìn)展

2021 年10 月國(guó)家發(fā)改委和能源局在發(fā)出《關(guān)于開(kāi)展全國(guó)煤電機(jī)組改造升級(jí)的通知》、《全國(guó)煤電機(jī)組改造升級(jí)實(shí)施方案》后，如何對(duì)燃煤發(fā)電機(jī)組實(shí)施“三改聯(lián)動(dòng)”改造開(kāi)始被納入各燃煤發(fā)電企業(yè)的重要議事日程。目前掌握的主要進(jìn)展情況如下：

節(jié)能減排改造。主要有以下幾種情況：

①高溫亞臨界改造。保持300MW 亞臨界機(jī)組的主汽壓力設(shè)計(jì)值基本不變，將主蒸汽溫度和再熱蒸汽溫度設(shè)計(jì)值由537℃提升至600℃，結(jié)合廣義回?zé)嵫h(huán)等節(jié)能技改，使機(jī)組供電煤耗下降30 克/千瓦時(shí)左右，實(shí)施廠(chǎng)家為徐州華潤(rùn)電力股份有限公司[1]。

②煤粉爐改為循環(huán)流化床鍋爐。循環(huán)硫化床鍋爐可摻燒劣質(zhì)煤、污泥、垃圾、生物質(zhì)等，可有效降低電廠(chǎng)對(duì)優(yōu)質(zhì)化石能源的依賴(lài)[2]。2011 年大唐雞西第二熱電有限公司已建成300MW 等級(jí)循環(huán)流化床機(jī)組，循環(huán)流化床鍋爐的運(yùn)維技術(shù)在國(guó)內(nèi)已經(jīng)十分成熟[3]。

③生物質(zhì)耦合燃煤發(fā)電改造。生物質(zhì)耦合方式有直接、間接和并聯(lián)三種。直接耦合實(shí)施機(jī)組有國(guó)電寶雞二電300MW 機(jī)組；間接耦合實(shí)施機(jī)組有大唐長(zhǎng)山熱電600MW機(jī)組；并聯(lián)耦合實(shí)施機(jī)組有丹麥的Avedore 430MW 機(jī)組[4]。

④二氧化碳捕集、封存和利用。由于存在泄露與成本限制的缺點(diǎn)，現(xiàn)階段無(wú)法大規(guī)模利用二氧化碳[5]。

供熱改造。主要有汽輪機(jī)高背壓改造、低壓缸零出力改造、低溫余熱利用改造三種：

①汽輪機(jī)高背壓改造采用高背壓乏汽+抽汽加熱方式。實(shí)施機(jī)組有國(guó)能寧夏靈武發(fā)電有限公司600MW 機(jī)組和1000MW 機(jī)組[6]。

②低壓缸零出力改造將進(jìn)入低壓缸的蒸汽全部用于供熱，發(fā)電量大幅減少，供熱量明顯提升。實(shí)施機(jī)組如華能上安電廠(chǎng)#3 號(hào)330MW 亞臨界濕冷機(jī)組[7]。

③低溫余熱利用改造即利用熱泵技術(shù)將鍋爐煙氣和汽輪機(jī)低壓缸乏汽余熱回收再用。實(shí)施廠(chǎng)家有大唐雞西第二熱電有限公司和大唐保定熱電廠(chǎng)[8-9]。

靈活性改造。主要有傳統(tǒng)燃燒器改預(yù)熱燃燒器、儲(chǔ)能改造和發(fā)電機(jī)改調(diào)相機(jī)三種：

①傳統(tǒng)燃燒器改為預(yù)熱燃燒器：讓入爐煤粉全部通過(guò)預(yù)熱燃燒器，形成高溫氣體和高溫活化顆粒混合的類(lèi)氣體燃燒以增加反應(yīng)活性，鍋爐最低不投油穩(wěn)燃負(fù)荷可達(dá)15%。屬中科院推廣應(yīng)用成果，但目前只是在工業(yè)鍋爐上有應(yīng)用案例[10-11]。

②儲(chǔ)能改造：在電網(wǎng)低谷時(shí)儲(chǔ)能，在電網(wǎng)高峰時(shí)釋能。實(shí)施機(jī)組如廣州中電荔新電力公司兩臺(tái)330MW 機(jī)組[12]。

③發(fā)電機(jī)改調(diào)相機(jī)運(yùn)行：在電網(wǎng)高峰時(shí)機(jī)組發(fā)電運(yùn)行提供有功支撐，在電網(wǎng)低谷時(shí)機(jī)組調(diào)相運(yùn)行發(fā)出有無(wú)功功率以解決特高壓跨區(qū)直流輸電和風(fēng)光新能源大規(guī)模接入電網(wǎng)帶來(lái)的無(wú)功電壓穩(wěn)定問(wèn)題，實(shí)施電廠(chǎng)為鴨河口電廠(chǎng)[13]。

5 A 電廠(chǎng)長(zhǎng)期減碳對(duì)策

根據(jù)A 電廠(chǎng)減碳相關(guān)的調(diào)查結(jié)果以及國(guó)內(nèi)燃煤發(fā)電機(jī)組“三改聯(lián)動(dòng)”進(jìn)展情況，本文提出A 電廠(chǎng)長(zhǎng)期減碳對(duì)策如下：

煤粉鍋爐改造為循環(huán)流化床鍋爐。隨著實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)戰(zhàn)略日期逐漸臨近，國(guó)家對(duì)化石能源發(fā)電機(jī)組的要求會(huì)越來(lái)越高。對(duì)燃煤機(jī)組“上大壓小”和將燃煤機(jī)組改造為高效燃機(jī)機(jī)組均不能太長(zhǎng)久。雖然A 電廠(chǎng)所在地區(qū)農(nóng)林生物質(zhì)燃料來(lái)源不斷，但生物質(zhì)燃料價(jià)位偏高且目前發(fā)電補(bǔ)貼暫不到位以致全生物質(zhì)發(fā)電企業(yè)處于虧損狀態(tài)。將煤粉鍋爐改為循環(huán)流化床鍋爐屬于國(guó)家支持的節(jié)能減碳項(xiàng)目，既可以減少優(yōu)質(zhì)化石能源消耗，又可以為今后條件成熟時(shí)大比例摻燒農(nóng)林生物質(zhì)打下基礎(chǔ)。

亞臨界升溫改造。亞臨界升溫改造項(xiàng)目實(shí)施后可降低機(jī)組供電煤耗30g/kWh 左右，已成為國(guó)家對(duì)300MW 等級(jí)亞臨界燃煤發(fā)電機(jī)組節(jié)能減碳改造的推廣項(xiàng)目。

鍋爐排煙和汽輪機(jī)乏汽余熱利用。目前A 電廠(chǎng)機(jī)組煙氣脫硫后進(jìn)入煙囪的平均煙氣溫度在70℃以上，機(jī)組凝汽器循環(huán)冷卻水進(jìn)入冷卻塔的平均溫度在35℃左右，若利用熱泵等技術(shù)將這些余熱加以利用，可在一定程度上助推A 電廠(chǎng)減碳。

建設(shè)儲(chǔ)能項(xiàng)目。儲(chǔ)能項(xiàng)目可增加燃煤發(fā)電機(jī)組頂峰填谷能力。目前國(guó)內(nèi)已有電廠(chǎng)已建成儲(chǔ)能項(xiàng)目。

鍋爐煙氣二氧化碳捕捉、收集和利用。對(duì)排放的二氧化碳進(jìn)行捕捉、收集和利用是最有前途的減碳辦法。目前還處于探索階段，需時(shí)時(shí)關(guān)注。

6 結(jié)論和建議

6.1 A 電廠(chǎng)近期減碳對(duì)策主要有：

①通過(guò)運(yùn)行優(yōu)化、精細(xì)檢修、敏捷消缺等措施提高機(jī)組可靠運(yùn)行水平，降低煤耗、油耗和電耗。

②提高機(jī)組開(kāi)停機(jī)過(guò)程和停運(yùn)期間的輔機(jī)節(jié)電水平。

③在城市生活污泥來(lái)量充足的情況下盡量增加污泥摻燒比例，嘗試摻燒價(jià)格低廉的廢棄布料和廢油。

6.2 A 電廠(chǎng)長(zhǎng)期減碳對(duì)策主要有：

①將煤粉鍋爐改造為循環(huán)流化床鍋爐。

②對(duì)機(jī)組實(shí)施亞臨界升溫改造。

③對(duì)鍋爐排煙和汽輪機(jī)乏汽的余熱回收再用。

④建設(shè)儲(chǔ)能項(xiàng)目以增加機(jī)組頂峰削谷能力。

6.3 建議

A 電廠(chǎng)的長(zhǎng)期減碳對(duì)策事關(guān)其可持續(xù)發(fā)展，投資相對(duì)較大，需要提前做技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證，以獲得合同能源管理單位或投資銀行的資金注入[14－15]。