基于低碳經(jīng)濟背景下電力行業(yè)節(jié)能減排路徑分析研究

諸德律， 徐佳琪

（國網(wǎng)江蘇省電力有限公司經(jīng)濟技術(shù)研究院， 江蘇 南京 210008）

0 引言

“低污染、低排放、低能耗”是低碳經(jīng)濟的核心目標。如果想要實現(xiàn)低碳經(jīng)濟，就必須通過技術(shù)與體制的創(chuàng)新，加速轉(zhuǎn)型升級，從減排、節(jié)能、增效三個方面保障自身的可持續(xù)發(fā)展。電力工業(yè)是國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的重要支柱工業(yè)，但在這一過程中，煤炭發(fā)電占到了60%以上。中國煤與能源消耗居全球前列，煤炭在我國的消耗中占到了57%。根據(jù)麥肯錫2020 年發(fā)布的《應(yīng)對氣候變化：中國對策》報告,中國排放了世界上20%左右的溫室氣體[1]。

1 電力行業(yè)低碳經(jīng)濟發(fā)展意義

當前，我國能源消費中的碳排放量已經(jīng)達到了50%左右，因此，如何提升能源消費水平，實現(xiàn)能源消費的低碳化，是當前我國能源消費領(lǐng)域的一個重要課題。目前，以煤為代表的能源仍然是發(fā)電的主體，同時也是支撐電力產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要能源[2]。在我國，煤電的消耗量超過60%，用與煤電對應(yīng)的比例作為基準，來確定煤電的CO2含量。根據(jù)有關(guān)資料計算，我國煤炭的排放量與煤炭的比例大約是1∶4.12，也就是每噸煤炭的排放量是4.12 t?！稓夂蜃兓瘒以u估報告》指出，到2030 年，中國近海海平面將超過10 cm，如果不采取有效措施，將對中國的生態(tài)和氣候產(chǎn)生嚴重影響[3]。在此背景下，我國的電力工業(yè)必須加快自身的變革與產(chǎn)業(yè)升級，以達到節(jié)能、減排、綠色發(fā)展的目的。利用新能源及其他技術(shù)，調(diào)整并改善供電結(jié)構(gòu)，建立多元化供電結(jié)構(gòu)。這將有助于減少溫室氣體的排放，降低能耗。采取更多的綠色科技與生產(chǎn)模式，以達到降低污染、降低排放量，保護環(huán)境的目的。

2 電力行業(yè)節(jié)能減排現(xiàn)狀分析

2.1 節(jié)約能源和環(huán)境保護并重

“十三五”期間，國家對電力行業(yè)采取了一系列的節(jié)能減排措施，通過5 年的時間，取得了一些成效，但是還存在一些問題，制約著電力行業(yè)的節(jié)能減排。一方面，節(jié)能減排并不協(xié)調(diào)[4]?！笆濉鼻捌?，我國火力發(fā)電廠的脫硫工藝雖已有較大進步，但仍未達到國家規(guī)定的要求，亟待二次技術(shù)改造。但是，二次改造的能源消耗比較高，SO2的減排狀況并沒有得到顯著的改善，而且還使用了石灰石、石膏等多種方式，導致企業(yè)的用電量增加，這與初衷相違背。另一方面，我國在調(diào)整能源結(jié)構(gòu)方面也面臨諸多困難。盡管國家大力扶持新能源，市場競爭卻日趨激烈，產(chǎn)品同質(zhì)化程度越來越高。水電開發(fā)初期投資巨大，開發(fā)速度較慢，項目面臨諸多問題，新能源的開發(fā)也遇到了許多困難。因此，“十三五”以來，國家一直致力于解決新能源開發(fā)所遇到的難題，努力減少電力消耗并提升新能源的開發(fā)利用效率。

2.2 環(huán)境保護電價政策標準

為解決燃煤電廠的碳排放問題，我國出臺了一系列節(jié)能減排政策，包括對燃煤電廠排污收費，發(fā)放清潔能源發(fā)電補貼，調(diào)整工業(yè)和民用用電價格等。雖然這些措施已收到一定的成效，但是在實際操作過程中，還存在著許多不足。

由于熱電廠機組類型的差異，造成了脫硫、脫氮費用的差異，不同等級的機組改造得到的補貼也不一樣，而越低等級的機組，補貼金額越小，回收難度越大，其實施效果也就越差。以環(huán)境保護價格為例，目前我國對環(huán)境保護價格的補貼尚無統(tǒng)一的標準。

2.3 開發(fā)節(jié)能減排技術(shù)

“十三五”以來，我國的節(jié)能減排工作取得了明顯的成績，但總體上還存在一些問題。我國應(yīng)該在一方面加強自主研發(fā)，提高科技水平。二是積極引進和吸收國外先進技術(shù)。經(jīng)過雙方的共同努力，我國電力行業(yè)的科技進步很快，已處于世界領(lǐng)先地位。在這段時間里，以煤炭為主要能源的全煤、煤氣的綜合利用技術(shù)已經(jīng)取得了很大的進展。在水利方面，中國擁有世界上最先進的水力發(fā)電技術(shù)，并伴隨著科技進步，中國水利水電工程規(guī)模不斷擴大，數(shù)量不斷增加。白鶴灘水電站就是其中的代表，它匯集了全球最頂尖的水利科技。在發(fā)電環(huán)保技術(shù)上，我國的二氧化碳捕集技術(shù)、除塵脫硫脫硝技術(shù)與之前相比有了很大的突破。但在核心技術(shù)方面，我國與發(fā)達國家相比仍有較大差距。

當前，我國電力公司的技術(shù)水平尚未達到國際領(lǐng)先水平。因為對電力工業(yè)的技術(shù)研發(fā)投資不夠，導致了電力工業(yè)缺少自主知識產(chǎn)權(quán)。在電力生產(chǎn)過程中，一些必要的關(guān)鍵設(shè)備不能大批量生產(chǎn)，只能依賴于進口，這就不可避免地造成了電力生產(chǎn)成本的提高。除此以外，發(fā)電企業(yè)沒有足夠的技術(shù)支撐，無法達到國家規(guī)定的節(jié)能減排目標，對排放進行了過多的限制，從而制約了循環(huán)經(jīng)濟技術(shù)的發(fā)展，與此同時，也很難對擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)展開研發(fā)和應(yīng)用。

3 電力行業(yè)節(jié)能減排路徑及保障

3.1 電力行業(yè)實現(xiàn)節(jié)能減排的技術(shù)路徑

3.1.1 碳捕集技術(shù)

在火力發(fā)電廠中設(shè)置碳捕集裝置，可將二氧化碳的排放量降至90%左右，是一種更加低碳的發(fā)電方式，同時也可實現(xiàn)已有燃煤機組的最大利用率，降低擱淺成本，降低對其他低碳能源的投入。BECCS 作為一種致力于“負排放”的技術(shù)，對“減碳”具有特別重要的作用。但由于成本問題，目前該技術(shù)還處于示范階段。但是，由于技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，在將來，煤電CCS 和BECCS 將逐漸變成一種有成本優(yōu)勢的低碳發(fā)電技術(shù)。

研究結(jié)果表明，在電力工業(yè)的后期深度減排過程中，碳捕集技術(shù)扮演著核心角色。2 ℃條件下累積捕集CO240 億t，1.5℃條件下累積捕集CO2201 億t（對應(yīng)1.5 ℃和2 ℃目標）。通過比較，在2 攝氏度和1.5 攝氏度條件下，碳捕獲技術(shù)在電力工業(yè)中的減排貢獻率分別為25%和39%。利用碳捕集技術(shù)，在保持合理的煤電生產(chǎn)能力的同時，可以降低二氧化碳的排放量。在1.5 ℃情景下，即便要在2050 年前達到“凈零排放”的要求，燃煤發(fā)電總量仍然可以保持265 GW。

3.1.2 動力配煤質(zhì)量控制技術(shù)

動力配煤質(zhì)量控制技術(shù)是火力發(fā)電中至關(guān)重要的技術(shù)，它不僅能提高發(fā)電效率，還在節(jié)能減排方面發(fā)揮著積極作用具體見表1。因此，應(yīng)當加強該技術(shù)的應(yīng)用和推廣。在實際操作中，技術(shù)人員應(yīng)注意以下幾點，對配煤標準及原煤質(zhì)量進行控制：首先，需要選用優(yōu)質(zhì)煤品，通過規(guī)范的配煤質(zhì)量控制流程可以有效提高燃燒效率，減少排放污染，保證發(fā)電質(zhì)量。例如某發(fā)電廠采用動態(tài)配煤技術(shù)，將入庫煤熱值控制在6 000～6 200 kcal/kg 之間，灰分控制15%～18%，經(jīng)配煤后熱值控制在5800～6000kcal/kg，鍋爐NOx排放濃度控制在200 mg/Nm3以下等，有效提高了發(fā)電效率。其次，對發(fā)熱量進行嚴格的控制。在燃煤鍋爐中，若其發(fā)熱率較低，則會造成大量的煙道氣熱損失，并引起燃燒不完全。所以，必須嚴格控制發(fā)熱量，以提高電介質(zhì)的利用率。最后，要有規(guī)律地進行揮發(fā)性的測試。在測試時，應(yīng)依據(jù)鍋爐的型式，來決定揮發(fā)性物質(zhì)的應(yīng)用范圍。

表1 動力配煤質(zhì)量控制技術(shù)

3.1.3 智能電網(wǎng)與特高壓技術(shù)

為使電力工業(yè)達到節(jié)能減排的目的，必須在發(fā)電過程中引入智能電網(wǎng)和特高壓技術(shù)。在輸電過程中，線損占相當大的比重，對電能的利用率有很大的影響。為降低線路損耗，可采用特高壓技術(shù)對線路進行升壓，從而達到降低線路損耗的目的。特高壓輸電的軌跡如下：發(fā)電廠發(fā)出的電，先通過升壓變壓器將電壓升高到1 000～1 800 kV 以上，然后到達用電地區(qū)，再通過降壓變壓器將電壓降至220/380 V 后供用戶使用。特高壓直流線路一般為“點對點”單向傳輸?shù)膬蓚€換流站構(gòu)成，整體輸送線路通過特高壓電纜與鐵塔完成兩地換流站間架設(shè)。電力輸送端將發(fā)電側(cè)生產(chǎn)的交流電經(jīng)換流閥整流為直流電傳出，電力接收端將特高壓直流電經(jīng)逆變器轉(zhuǎn)換回交流電，輸送到電力下游變、配電及用電側(cè)。

3.1.4 電力調(diào)度優(yōu)化技術(shù)

在低碳經(jīng)濟的大背景下，傳統(tǒng)的發(fā)電方式已不能適應(yīng)當前的低碳經(jīng)濟發(fā)展需求，為實現(xiàn)節(jié)能減排，必須以低碳用電為目標，優(yōu)化電網(wǎng)調(diào)度方式。在這一過程中，電力公司必須嚴格遵循經(jīng)濟性的原則可如圖3，優(yōu)化用電計劃，從而達到降低用電成本的目的。因此，技術(shù)人員必須綜合分析輸配電損耗、發(fā)電能耗等方面的因素，并針對其成因，建立適當?shù)恼{(diào)度方式，從而達到電力工業(yè)的節(jié)能減排目的。

3.2 電力行業(yè)實現(xiàn)節(jié)能減排的能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化路徑

3.2.1 可再生能源的應(yīng)用

隨著低碳經(jīng)濟的發(fā)展，可再生能源在電力行業(yè)中的應(yīng)用將日益廣泛。可再生能源以太陽能、風能、水能為主，它們具有環(huán)保性好、資源充足的優(yōu)勢，將成為電力行業(yè)實現(xiàn)節(jié)能減排的重要途徑。

光伏發(fā)電是利用太陽能直接轉(zhuǎn)化為電能的技術(shù)。我國光伏發(fā)電資源極為豐富，技術(shù)也在不斷進步，成本不斷下降。預(yù)計到2030 年，光伏發(fā)電裝機容量將超過1 億kW。風能發(fā)電利用風力轉(zhuǎn)動風輪機發(fā)電。我國東北、華北、華中、華南等地區(qū)風能資源豐富，尤其是沿海地區(qū)具有很好的發(fā)展?jié)摿ΑｎA(yù)計到2030 年，風能裝機容量將達到3 億kW 以上。水能利用河流落差或潮汐落差來發(fā)電。我國水能理論蘊藏量達1.4 億kW，技術(shù)成熟可靠。

3.2.2 注重核電產(chǎn)業(yè)優(yōu)化發(fā)展

在低碳能源大環(huán)境下，核能發(fā)電作為一種重要的發(fā)電技術(shù)，其推廣應(yīng)用對于實現(xiàn)電力行業(yè)的節(jié)能減排具有重要意義。如果用核能發(fā)電技術(shù)代替燃煤發(fā)電技術(shù)，不僅能提高我國的發(fā)電效率，而且還能降低近18億t/a 的碳排放。與此同時，發(fā)展核電技術(shù)不僅能夠提高能源的利用率，還能夠?qū)崿F(xiàn)我國能源供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，也能對我國的污染物排放和溫室效應(yīng)起到很大的作用。所以，如何強化核能技術(shù)的運用，就成了人們關(guān)心的焦點。到現(xiàn)在為止，中國已經(jīng)形成了三個主要的核能基地，分別是：浙江秦山，廣東大亞灣，江蘇田灣，在運營中的核能機組11 臺以上。在目前階段，我們在核能技術(shù)上具有的優(yōu)勢主要表現(xiàn)在：高溫氣體實驗堆、快中子增值堆等方面；隨著我國核能事業(yè)的發(fā)展，核能事業(yè)的發(fā)展也在逐步走向成熟，國家在核能事業(yè)上的投入也在逐步增加。為了進一步促進我國電力工業(yè)實現(xiàn)低碳電力的目標，提高其節(jié)能減排效果，必須加強對核電技術(shù)的自主研發(fā)和應(yīng)用。

3.3 電力行業(yè)實現(xiàn)節(jié)能減排的保障

3.3.1 制定節(jié)能減排的經(jīng)濟政策

從目前節(jié)能減排技術(shù)與新能源技術(shù)的使用現(xiàn)狀來看，新能源技術(shù)的使用將給電力公司帶來更高的運行成本，是新能源科技和節(jié)能減排政策實施的最大障礙。因此，各地政府應(yīng)將推動新能源技術(shù)作為重點，制訂出適合新能源技術(shù)的市場調(diào)控經(jīng)濟政策，以克服新能源技術(shù)為基礎(chǔ)的電力生產(chǎn)方式與市場競爭的不利因素。同時，對使用新能源技術(shù)的電力公司，也要給予切實的財政補貼。比如，在歐美等發(fā)達國家中，我們可以采取積極的措施，對使用脫氮裝置的發(fā)電公司給予一定的財政補助。

3.3.2 完善電力行業(yè)的市場機制

在我國電力系統(tǒng)的低碳轉(zhuǎn)型進程中，需要發(fā)展一批新的低碳能源技術(shù)，并為其配套的電網(wǎng)、儲能等配套設(shè)施帶來巨大的投資。這與實現(xiàn)轉(zhuǎn)型所需要付出的經(jīng)濟代價和全社會用電成本的變化有關(guān)，也是決策者最關(guān)注的問題。

隨著碳減排行動的加強，電力行業(yè)將需要大幅增加新的投資。從新增投資總量規(guī)模估計，2018—2050年間的投資總額可能達到50.79 萬億元，約占同期國內(nèi)生產(chǎn)總值的0.5%～0.7%。從新增投資的構(gòu)成來看，隨著減排目標的增強，主要投資將集中在風電、光伏發(fā)電、電網(wǎng)和儲能領(lǐng)域。在2 ℃與1.52 ℃兩種情況下，風能與光能的新投資分別占到總投資的57%與62%。所以，要想達到低碳發(fā)展的目的，每年可再生能源的新增投資規(guī)模將會在很長一段時間內(nèi)維持在一個比較高的水平，需要構(gòu)建并健全綠色投融資機制，用綠色金融來支撐低碳轉(zhuǎn)型。

4 結(jié)語

節(jié)能、減排是當前我國電力行業(yè)面臨的一個重要課題。利用技術(shù)創(chuàng)新和能源結(jié)構(gòu)水平的提升，可以推進電力系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展，同時本研究將促進電力工業(yè)節(jié)能減排、低碳化，為我國資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的建設(shè)作出一定貢獻，并為促進國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展奠定堅實基礎(chǔ)。