“雙碳”目標(biāo)下火力發(fā)電行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展路徑研究

摘要：隨著“雙碳”工作的加速推進(jìn)，占我國(guó)碳排放總量40% 左右的火力發(fā)電行業(yè)的綠色轉(zhuǎn)型升級(jí)備受關(guān)注?！半p碳”目標(biāo)下，基于火力發(fā)電行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展背景，結(jié)合當(dāng)前火力發(fā)電行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展面臨的困難，提出火力發(fā)電行業(yè)的具體發(fā)展路徑，以期在滿足“雙碳”目標(biāo)要求的同時(shí)，確保電力供應(yīng)穩(wěn)定，促進(jìn)火力發(fā)電行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：雙碳；火力發(fā)電行業(yè)；綠色轉(zhuǎn)型；轉(zhuǎn)型策略

2020 年9 月，我國(guó)提出“將于2030 年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，2060 年前實(shí)現(xiàn)碳中和”的“雙碳”目標(biāo)，火力發(fā)電行業(yè)作為直接碳排放的主要源頭之一，其低碳轉(zhuǎn)型的任務(wù)日益緊迫。在此背景下，分析火力發(fā)電行業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展面臨的問(wèn)題，探索火力發(fā)電行業(yè)的綠色低碳轉(zhuǎn)型路徑，提出“電熱為主、多能互補(bǔ)”發(fā)展模式，并利用新型技術(shù)手段，推動(dòng)火力發(fā)電行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展，從而助力我國(guó)“雙碳”目標(biāo)的早日實(shí)現(xiàn)。

1 火力發(fā)電行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展背景

1.1 面臨能源需求與結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的挑戰(zhàn)

展望我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展前景，穩(wěn)健增長(zhǎng)的趨勢(shì)還將持續(xù)，能源需求不斷攀升且短期內(nèi)難以觸及峰值。國(guó)際貨幣基金組織的預(yù)測(cè)指出，我國(guó)經(jīng)濟(jì)將以超過(guò)5% 的年均增長(zhǎng)率穩(wěn)步攀升，同時(shí)人均能源消費(fèi)水平仍有顯著提升空間，這2 大因素共同加劇了能源需求總量的擴(kuò)張壓力。鑒于我國(guó)能源資源“煤多、油少、氣不足”的稟賦特征，電力供應(yīng)體系目前仍高度依賴火力發(fā)電，尤其是燃煤發(fā)電占據(jù)核心位置[1]。因此，我國(guó)火力發(fā)電行業(yè)低碳轉(zhuǎn)型之路既艱巨又緊迫。

1.2 機(jī)組深度調(diào)峰能力不足與運(yùn)行效率較低問(wèn)題顯著

由于我國(guó)火力發(fā)電機(jī)組深度調(diào)峰能力較低，大多機(jī)組長(zhǎng)期在65%～75% 的負(fù)荷區(qū)間運(yùn)行，導(dǎo)致機(jī)組在參與調(diào)峰時(shí)效率降低、供電煤耗率攀升。如，1000 MW 機(jī)組在低負(fù)荷（50% 負(fù)荷）運(yùn)行下，不但煤耗率較滿負(fù)荷時(shí)高出約20 g/kWh，而且增加了鍋爐燃燒不穩(wěn)定性因素，使得煙氣溫度、粉塵濃度等參數(shù)發(fā)生變化，導(dǎo)致環(huán)保設(shè)備運(yùn)行效果較低，污染物排放加劇。此外，受供熱熱源結(jié)構(gòu)的不合理影響，熱電供需矛盾加劇，火力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行效率較低，使得供熱效率與環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)亟待提升，導(dǎo)致熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用時(shí)熱電解耦的實(shí)現(xiàn)程度有限，限制了能源高效利用潛力的充分挖掘[2]。

2 火力發(fā)電行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展路徑

2.1 明確轉(zhuǎn)型路徑

在“雙碳”目標(biāo)下，中央財(cái)經(jīng)委員會(huì)第九次會(huì)議為火力發(fā)電行業(yè)的未來(lái)發(fā)展繪制了清晰藍(lán)圖，會(huì)議強(qiáng)調(diào)要提升能效、加速可再生能源替代、深化電力體制改革及構(gòu)建新能源主導(dǎo)的新型電力系統(tǒng)。鑒于火力發(fā)電在穩(wěn)定電網(wǎng)、應(yīng)對(duì)新能源間歇性方面的關(guān)鍵作用，如可快速調(diào)節(jié)負(fù)荷波動(dòng)和提供季節(jié)性容量支持等，火力發(fā)電將在新型電力系統(tǒng)中逐步轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)鍵的調(diào)節(jié)與保障性支柱。

盡管新能源裝機(jī)容量持續(xù)擴(kuò)張，但火力發(fā)電作為電力系統(tǒng)中“穩(wěn)定基礎(chǔ)”與“安全屏障”的角色，短期內(nèi)仍不可或缺，其技術(shù)成熟度與經(jīng)濟(jì)效率，決定了火力發(fā)電與清潔能源將長(zhǎng)期并軌運(yùn)行，共同擔(dān)綱保障電力供應(yīng)與減少碳排放的雙重職責(zé)，為新型電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供堅(jiān)實(shí)的支撐[3]。

2.2 驅(qū)動(dòng)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)

吸取歐洲碳市場(chǎng)發(fā)展的前車之鑒，我國(guó)將逐步收緊初期寬松的碳排放配額分配策略，并激勵(lì)企業(yè)主動(dòng)適應(yīng)低碳轉(zhuǎn)型。因此，火力發(fā)電企業(yè)應(yīng)分析碳排放成本、碳價(jià)動(dòng)態(tài)及市場(chǎng)發(fā)展，制定科學(xué)的碳戰(zhàn)略規(guī)劃，適應(yīng)市場(chǎng)發(fā)展需求，加強(qiáng)火力發(fā)電機(jī)組的綠色節(jié)能升級(jí)。積極響應(yīng)國(guó)家節(jié)能發(fā)展的戰(zhàn)略要求，在保障能源安全的基礎(chǔ)上，聚焦清潔化、高效化、科技化、多元化、協(xié)同化及綜合化的轉(zhuǎn)型方向，推動(dòng)火力發(fā)電產(chǎn)業(yè)向綠色低碳邁進(jìn)。

在電力體制革新、新型基建加速及能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化的“十四五”時(shí)期，火力發(fā)電企業(yè)應(yīng)加速向綜合能源服務(wù)供應(yīng)商轉(zhuǎn)型，優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)，拓寬服務(wù)領(lǐng)域。同時(shí)，政府應(yīng)出臺(tái)相關(guān)政策，激勵(lì)火力發(fā)電企業(yè)探索電熱汽三聯(lián)供、儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用、工業(yè)旅游、能源管理、能源咨詢等多元化服務(wù)模式，促進(jìn)變電站、儲(chǔ)能設(shè)施、充電網(wǎng)絡(luò)、分布式光伏、數(shù)據(jù)中心等資源的有效整合與集成，實(shí)現(xiàn)“源- 網(wǎng)-荷- 儲(chǔ)- 用”全鏈條的協(xié)同優(yōu)化，構(gòu)建全方位覆蓋城市、社區(qū)及居民的綜合能源服務(wù)生態(tài)體系[4]。

2.3 提高綜合能源供應(yīng)與電力輔助服務(wù)

2.3.1 執(zhí)行產(chǎn)能優(yōu)化政策 推動(dòng)資源高效配置

首先，對(duì)低于30 萬(wàn) kW 且不符合標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)電機(jī)組實(shí)施強(qiáng)制淘汰，遏制低效產(chǎn)能蔓延；其次，對(duì)性能不佳、能耗及環(huán)保指標(biāo)未達(dá)標(biāo)，且改造成本高或技術(shù)難度大的機(jī)組，采取關(guān)停措施，促使其提前退出運(yùn)營(yíng)；最后，對(duì)通過(guò)評(píng)估測(cè)試的機(jī)組可采取延壽運(yùn)行策略，利用高參數(shù)、高效能發(fā)電技術(shù)，以科技賦能提升機(jī)組運(yùn)行效率與經(jīng)濟(jì)性。

2.3.2 深挖調(diào)峰潛能 增強(qiáng)火力發(fā)電靈活性

針對(duì)現(xiàn)有電力資產(chǎn)，尤其是風(fēng)光資源充沛的“三北”區(qū)域，對(duì)亞臨界機(jī)組實(shí)施全面性能提升改造，并對(duì)存量機(jī)組進(jìn)行靈活性改造升級(jí)。通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新與改造，提升機(jī)組的調(diào)頻、調(diào)壓及調(diào)峰響應(yīng)能力，確保在新能源大規(guī)模并網(wǎng)背景下，火力發(fā)電能夠靈活適應(yīng)電網(wǎng)調(diào)度需求，維護(hù)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定與安全運(yùn)行[5]。

2.3.3 推進(jìn)電力市場(chǎng)化改革 提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力

隨著電力市場(chǎng)化交易的深入發(fā)展，其市場(chǎng)規(guī)模日益擴(kuò)大?；鹆Πl(fā)電企業(yè)應(yīng)主動(dòng)適應(yīng)市場(chǎng)趨勢(shì)，優(yōu)化內(nèi)部管理架構(gòu)與運(yùn)營(yíng)模式，編制靈活的應(yīng)對(duì)方案，以防范中長(zhǎng)期市場(chǎng)與現(xiàn)貨市場(chǎng)變化所帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，火力發(fā)電企業(yè)應(yīng)保證既有中長(zhǎng)期市場(chǎng)份額，提高現(xiàn)貨市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，捕捉新增市場(chǎng)機(jī)遇，并通過(guò)提升運(yùn)營(yíng)效率、優(yōu)化服務(wù)質(zhì)量等舉措，持續(xù)增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，推動(dòng)火力發(fā)電企業(yè)在“雙碳”目標(biāo)下實(shí)現(xiàn)綠色低碳與可持續(xù)發(fā)展的雙贏局面。

2.4 加強(qiáng)火力發(fā)電機(jī)組改造

2.4.1 提質(zhì)增效改造

燃煤發(fā)電機(jī)組作為火力發(fā)電行業(yè)的支柱，正面臨設(shè)備老化和性能下降的困境，因此需對(duì)冷熱端效能精細(xì)優(yōu)化、系統(tǒng)流程簡(jiǎn)化重構(gòu)、機(jī)組本體設(shè)計(jì)創(chuàng)新，加速燃煤發(fā)電機(jī)組的提質(zhì)增效改造。如，某1000 MW 機(jī)組通過(guò)噴嘴配汽的精細(xì)調(diào)整、高效葉型的引入及缸體結(jié)構(gòu)的改造升級(jí)，其煤耗顯著降低，充分證明了改造策略的有效性。

2.4.2 靈活性改造

隨著可再生能源的快速發(fā)展，火力發(fā)電正逐步向調(diào)節(jié)性和支撐性電源轉(zhuǎn)變。針對(duì)調(diào)峰難度大、棄電現(xiàn)象嚴(yán)重的問(wèn)題，需采用深度調(diào)峰、熱電解耦等先進(jìn)技術(shù)，加快火力發(fā)電機(jī)組靈活性改造步伐，增強(qiáng)其對(duì)波動(dòng)性可再生能源的適應(yīng)性和接納能力。如，超超臨界機(jī)組在低負(fù)荷下的穩(wěn)定運(yùn)行，顯示出了火力發(fā)電機(jī)組靈活性改造的良好成效，可為新能源的融合發(fā)展提供有力支撐。

2.4.3 生物質(zhì)耦合發(fā)電

火力發(fā)電行業(yè)的低碳轉(zhuǎn)型關(guān)鍵在于減少對(duì)煤炭的依賴，在維持發(fā)電量的前提下，通過(guò)燃料替代減少煤炭使用量是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的有效途徑。生物質(zhì)與煤炭的耦合燃燒作為一種創(chuàng)新模式，通過(guò)逐步增加生物質(zhì)的使用比例，最終實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)完全替代煤炭。歐洲國(guó)家的成功經(jīng)驗(yàn)表明，大型火力發(fā)電（燃煤）機(jī)組與生物質(zhì)發(fā)電的結(jié)合，能顯著降低碳排放。盡管我國(guó)在生物質(zhì)發(fā)電領(lǐng)域起步較晚，但潛力巨大，因此可通過(guò)加強(qiáng)國(guó)際合作，吸取先進(jìn)國(guó)家的政策、技術(shù)和燃料供應(yīng)經(jīng)驗(yàn)，來(lái)加速發(fā)展生物質(zhì)耦合發(fā)電，全方位推動(dòng)我國(guó)火力發(fā)電行業(yè)的低碳轉(zhuǎn)型與可持續(xù)發(fā)展。

3 某火力發(fā)電企業(yè)綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展分析

3.1 企業(yè)概況

某火力發(fā)電企業(yè)成立于1994 年，主營(yíng)業(yè)務(wù)為發(fā)電廠的開發(fā)、建設(shè)與運(yùn)營(yíng)，業(yè)務(wù)范圍覆蓋國(guó)內(nèi)外。自2018 年起，某火力發(fā)電企業(yè)電力銷售業(yè)務(wù)的單位燃料成本持續(xù)上升，特別是在2021 年，受全球煤炭市場(chǎng)供需矛盾加劇、價(jià)格急劇攀升等復(fù)雜因素影響，單位燃料成本上升51.32%，達(dá)到歷史高位，這一狀況促使某火力發(fā)電企業(yè)加速綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展。

3.2 綠色轉(zhuǎn)型路徑

3.2.1 持續(xù)優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)

目前，某火力發(fā)電企業(yè)電力生產(chǎn)結(jié)構(gòu)以燃煤發(fā)電為核心，輔以風(fēng)能、水能及太陽(yáng)能光伏發(fā)電，其中燃煤發(fā)電量占90% 以上。面對(duì)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的迫切需求，某火力發(fā)電企業(yè)積極推進(jìn)燃煤發(fā)電技術(shù)革新與升級(jí)，如表1所示，風(fēng)力發(fā)電量與光伏發(fā)電量逐年增長(zhǎng)，同時(shí)水力發(fā)電量也呈階段性上升趨勢(shì)。其中，光伏發(fā)電量自2018 年起實(shí)現(xiàn)大幅增長(zhǎng)，雖然后續(xù)年份的增長(zhǎng)速度有所減緩，但仍保持正增長(zhǎng)。清潔能源發(fā)電量的增長(zhǎng)速度和高增長(zhǎng)率，顯示出某火力發(fā)電企業(yè)能源結(jié)構(gòu)正向更加綠色、低碳的方向穩(wěn)步轉(zhuǎn)型。

3.2.2 加大環(huán)?？萍佳邪l(fā)投資力度

如表2 所示，在2018—2021 年間，某火力發(fā)電企業(yè)研發(fā)支出持續(xù)增長(zhǎng)，2020 年研發(fā)支出實(shí)現(xiàn)了927.69% 的大幅增長(zhǎng)。與此同時(shí)，研發(fā)支出占企業(yè)營(yíng)業(yè)收入的比重也顯著上升，由2018 年的0.03% 增長(zhǎng)至2021 年的0.65%，增長(zhǎng)近22 倍。通過(guò)數(shù)據(jù)清晰地反映出某火力發(fā)電企業(yè)正不斷加大環(huán)?？萍佳邪l(fā)投資力度，以技術(shù)創(chuàng)新為核心驅(qū)動(dòng)力，推動(dòng)企業(yè)加速向環(huán)保、高效的發(fā)展模式轉(zhuǎn)型。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在“雙碳”目標(biāo)下，節(jié)能減排已成為全球共識(shí)，其趨勢(shì)堅(jiān)不可摧?；鹆Πl(fā)電行業(yè)及整個(gè)能源體系均需加速向綠色發(fā)展轉(zhuǎn)型，以契合社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展需求。未來(lái)，火力發(fā)電行業(yè)需繼續(xù)堅(jiān)定改革創(chuàng)新的步伐，以在整個(gè)發(fā)電行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)格局中占據(jù)一席之地。

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作者簡(jiǎn)介

戈海猛（1987—），男，漢族，河北滄州人，碩士，工程師，研究方向?yàn)闅夂蜃兓?/p>

楊向龍（1991—），男，漢族，陜西寶雞人，碩士，工程師，研究方向?yàn)闅夂蜃兓?/p>

加工編輯：唐藝桐

收稿日期：2024-07-26