電力設(shè)備碳排放分析及碳捕捉技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

浙江浙能臺州第二發(fā)電有限責(zé)任公司 肖思毓

隨著全球能源需求的不斷增加，電力系統(tǒng)已成為人們生產(chǎn)生活中不可或缺的能源來源。然而，電力系統(tǒng)中的化石燃料燃燒不僅會產(chǎn)生大量二氧化碳等溫室氣體，而且還會導(dǎo)致環(huán)境污染。因此，研究電力設(shè)備碳排放分析及碳捕捉技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，具有重要的理論和實踐意義。本文旨在通過對電力設(shè)備碳排放的分析，探討電力系統(tǒng)中碳捕捉技術(shù)的應(yīng)用，并提出電力設(shè)備碳排放減排對策，以促進(jìn)我國電力系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。

1 電力設(shè)備碳排放概述

電力系統(tǒng)中的碳排放主要來自燃煤、燃?xì)狻⑹偷然剂系娜紵^程，同時還包括電力設(shè)備的生產(chǎn)和運輸過程等。據(jù)統(tǒng)計，我國電力系統(tǒng)碳排放占全國總碳排放的三分之一，電力系統(tǒng)中電力設(shè)備碳排放量占碳排放總量的較大比例[1]。

1.1 電力設(shè)備碳排放量計算方法

電力設(shè)備碳排放量的計算方法主要包括“碳排放系數(shù)法”和“工程測量法”兩種方法。其中，“碳排放系數(shù)法”是指根據(jù)電力設(shè)備使用的燃料類型和燃料的碳排放系數(shù)來計算電力設(shè)備碳排放量；“工程測量法”是指，通過對電力設(shè)備使用的燃料量和燃燒過程中產(chǎn)生的二氧化碳排放量的實際測量，來計算電力設(shè)備碳排放量[2]。電力設(shè)備碳排放量的計算方法與具體的電力設(shè)備類型、燃料類型、運行狀態(tài)等有關(guān)，下文以燃煤發(fā)電機組為例，其計算方法公式為：

電力設(shè)備碳排放量=煤耗×燃煤碳含量×44/12

其中，煤耗指單位時間內(nèi)燃煤的消耗量，單位為t/h；燃煤碳含量指燃煤中的碳含量，單位為百分比；44/12是將燃煤中的碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳的系數(shù)。

1.2 電力設(shè)備碳排放影響因素

電力設(shè)備碳排放量受多種因素影響，其中燃料類型是最重要的因素之一。不同燃料類型的燃燒所產(chǎn)生的碳排放系數(shù)不同，煤炭燃燒所產(chǎn)生的碳排放量遠(yuǎn)高于天然氣和核能的碳排放量[3]。另外，電力設(shè)備在燃燒燃料時的能量利用效率也會影響其碳排放量，燃料利用率越高，碳排放量越低。例如，在燃煤電廠中，采用高效節(jié)能的鍋爐和發(fā)電機組，能有效降低碳排放量。

除了燃料類型和燃料使用效率外，電力設(shè)備的運行狀態(tài)也是影響其碳排放量的重要因素。包括負(fù)載率、運行時間、維護(hù)保養(yǎng)情況等。例如，在低負(fù)載率下運行，電力設(shè)備的燃燒效率較低，碳排放量較高；而在正常負(fù)載率下，電力設(shè)備的燃燒效率較高，碳排放量相對較低。

除了上述因素外，電力設(shè)備的碳排放量還受到燃料的水分含量、氧氣含量、燃燒溫度等因素的影響。此外，電力設(shè)備使用的污染治理設(shè)施和技術(shù)也會影響其碳排放量。例如，采用先進(jìn)的脫硫、脫硝、除塵等污染治理技術(shù)，能有效降低電力設(shè)備的碳排放量。綜上所述，電力設(shè)備碳排放量受多種因素的影響，對于減少碳排放量，需要從多個方面入手，采取多種措施來降低電力設(shè)備的碳排放量。

2 電力系統(tǒng)中碳捕捉技術(shù)應(yīng)用

2.1 碳捕捉技術(shù)概述

碳捕捉技術(shù)是指通過對電力設(shè)備排放的二氧化碳進(jìn)行捕捉和存儲，以減少其對大氣的排放。碳捕捉技術(shù)主要包括化學(xué)吸收、物理吸附、膜分離等技術(shù)[4]。其中，化學(xué)吸收技術(shù)可達(dá)到較高的二氧化碳捕集效率，但消耗能源和處理廢液成本高；物理吸附技術(shù)不需要消耗能源，處理廢料成本低，但需要更換吸附材料；膜分離技術(shù)具有較高的二氧化碳捕集效率，同時不需要消耗能源和產(chǎn)生廢液和廢料，但膜材料成本較高。因此，在選擇二氧化碳捕集技術(shù)時，需要根據(jù)具體情況進(jìn)行綜合考慮。

表1 不同碳捕捉技術(shù)的原理及優(yōu)缺點

2.2 碳捕捉技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

電力系統(tǒng)是溫室氣體排放的主要來源之一，因此采用碳捕捉技術(shù)是實現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)的重要手段之一。在電力系統(tǒng)中，碳捕捉技術(shù)可應(yīng)用于燃煤電廠、燃?xì)怆姀S和柴油發(fā)電機組等碳排放量較高的發(fā)電設(shè)施中。

具體來說，碳捕捉技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用包括前端和后端兩個階段。前端階段主要是在燃料預(yù)處理過程中采用化學(xué)，或物理方法將燃料中的二氧化碳分離出來，可減少燃料中的二氧化碳含量，從而降低發(fā)電過程中的碳排放量[5]。后端階段則是在燃燒過程中通過化學(xué)吸收等方式將燃燒產(chǎn)生的二氧化碳捕捉下來，防止其排放到大氣中。

在燃煤電廠中，碳捕捉技術(shù)主要是通過后端方式實現(xiàn)的，即在燃燒過程中利用吸收劑將二氧化碳捕捉下來，并將其轉(zhuǎn)移至儲氣罐中進(jìn)行儲存或輸送到地下儲存設(shè)施。燃?xì)怆姀S則可以采用前端方式將二氧化碳從天然氣中分離出來，或者采用后端方式捕捉燃燒過程中產(chǎn)生的二氧化碳。此外，柴油發(fā)電機組中也可采用后端方式捕捉燃燒產(chǎn)生的二氧化碳。

圖1 碳捕捉技術(shù)概念流程示意圖

2.3 電力系統(tǒng)中碳捕捉技術(shù)的效果

在電力系統(tǒng)中應(yīng)用碳捕捉技術(shù)可大幅度減少二氧化碳的排放，從而降低對全球氣候的影響。采用化學(xué)吸收技術(shù)可以實現(xiàn)90%以上的二氧化碳捕捉效率，而物理吸附技術(shù)和膜分離技術(shù)也可以達(dá)到較高的捕捉效率。通過對不同碳捕捉技術(shù)進(jìn)行比較，可發(fā)現(xiàn)化學(xué)吸收技術(shù)的捕捉效率最高，但處理成本較高，而物理吸附技術(shù)和膜分離技術(shù)則更加經(jīng)濟(jì)實用，但需要更換吸附材料或處理分離后的二氧化碳。

在實際應(yīng)用中，電力系統(tǒng)中碳捕捉技術(shù)的效果主要體現(xiàn)在降低二氧化碳排放量和改善空氣質(zhì)量等方面。以化學(xué)吸收技術(shù)為例，對于1000MW的電力發(fā)電廠，每年可減少約200萬t的二氧化碳排放。同時，通過減少污染物的排放，也可以改善當(dāng)?shù)氐目諝赓|(zhì)量，降低對環(huán)境和人體的危害。此外，電力系統(tǒng)中碳捕捉技術(shù)的應(yīng)用還可以帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益，如降低企業(yè)運營成本、提高產(chǎn)品附加值等?？傮w來說，電力系統(tǒng)中碳捕捉技術(shù)的應(yīng)用對于保護(hù)環(huán)境、改善空氣質(zhì)量和促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展都具有重要意義。

2.4 電力系統(tǒng)中碳捕捉技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性

根據(jù)國內(nèi)外相關(guān)研究數(shù)據(jù)，從經(jīng)濟(jì)學(xué)的角度來看，目前碳捕捉技術(shù)的建設(shè)和運營成本較高。具體而言，大型火電廠采用碳捕捉技術(shù)的投資成本一般在每千瓦裝機容量1500～2000美元（1美元約合7.318人民幣），而小型火電廠的成本則更高。此外，由于碳捕捉技術(shù)需要大量的能源投入，因此其能源消耗量也較高。據(jù)統(tǒng)計，每噸二氧化碳的捕捉處理需要消耗額外的20%～30%能源。

除此之外，碳捕捉技術(shù)的運營成本也需要考慮到后續(xù)處理和儲存的費用。一般來說，碳捕捉技術(shù)會產(chǎn)生大量的二氧化碳尾氣，需要通過二氧化碳的再處理或儲存來避免對環(huán)境造成污染。這些后續(xù)處理和儲存費用也需要納入碳捕捉技術(shù)的經(jīng)濟(jì)成本考慮范疇。

就我國而言，目前碳捕捉技術(shù)的建設(shè)和運營成本相對較高，但政府已經(jīng)開始采取措施推動其發(fā)展。我國政府發(fā)布了《關(guān)于開展大型火電機組煙氣脫硫、脫硝和除塵技術(shù)改造的指導(dǎo)意見》，提出對改造后實施碳捕捉的電廠，可享受稅收優(yōu)惠和財政補貼等政策。預(yù)計未來，隨著碳排放交易市場的擴大和碳捕捉技術(shù)成本的進(jìn)一步降低，碳捕捉技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性將逐步提高，為我國電力行業(yè)的低碳發(fā)展和實現(xiàn)碳中和目標(biāo)提供有力支持。

3 電力設(shè)備碳排放減排對策

3.1 電力設(shè)備碳排放減排的意義

電力設(shè)備碳排放減排的意義在于減少二氧化碳等溫室氣體的排放，以應(yīng)對全球氣候變化和環(huán)境保護(hù)的需求。電力行業(yè)是二氧化碳排放的主要來源之一，因此減少電力設(shè)備的碳排放對全球氣候變化和環(huán)境保護(hù)具有重要的意義。

3.2 碳排放減排對策

為了減少電力設(shè)備的碳排放，可以采取多種措施。一方面可采用能源轉(zhuǎn)型，推廣使用潔凈能源，如太陽能、風(fēng)能、水能等。另一方面，可對現(xiàn)有電力設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造和升級，采用碳捕捉技術(shù)等減少碳排放。此外，還可以通過促進(jìn)節(jié)能降耗，優(yōu)化供需結(jié)構(gòu)等手段減少能源消耗和碳排放。同時，推廣碳交易機制，鼓勵企業(yè)通過碳交易市場減少碳排放，增強企業(yè)環(huán)保意識和環(huán)保成本。

3.3 潔凈能源的應(yīng)用

潔凈能源的應(yīng)用是減少電力設(shè)備碳排放的重要手段。在潔凈能源方面，太陽能、風(fēng)能、水能等已經(jīng)成為主流的能源形式，這些能源的使用可在不產(chǎn)生二氧化碳等溫室氣體排放的情況下提供清潔的能源供應(yīng)。

近年來，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和成本的不斷下降，潔凈能源在全球范圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。特別是在一些新興經(jīng)濟(jì)體和發(fā)展中國家，政府正在大力推廣潔凈能源的應(yīng)用，以減少對傳統(tǒng)化石燃料的依賴，提高能源安全和環(huán)境保護(hù)水平。

3.4 碳交易的推廣

碳交易是指將企業(yè)的碳排放權(quán)作為商品進(jìn)行交易。碳交易的推廣可鼓勵企業(yè)采取減少碳排放的措施，同時也可通過市場機制促進(jìn)減排成本的降低。在碳交易體系中，企業(yè)可自由交易碳排放權(quán)，從而實現(xiàn)碳排放的限額和交易。

在電力系統(tǒng)中，碳交易可通過限制碳排放量的方式來推動電力設(shè)備碳排放的減少。通過建立碳交易市場，企業(yè)可通過購買碳排放權(quán)來彌補自身碳排放超標(biāo)的部分，從而減少碳排放。同時，企業(yè)也可以通過采用低碳技術(shù)等措施來減少自身的碳排放量，進(jìn)而節(jié)省成本。

4 結(jié)語

綜上所述，電力系統(tǒng)中碳排放減排是全球關(guān)注的一個重要話題。針對電力設(shè)備碳排放，采取碳捕捉技術(shù)、潔凈能源應(yīng)用以及碳交易等減排對策是可行的方法，能夠有效地降低碳排放量，保護(hù)環(huán)境，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。在未來，要不斷探索新的減排對策，提高減排效果，共同推動全球能源轉(zhuǎn)型和低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。