燃煤電廠改造項目碳減排量化方法的應用

王衛權 于 洋 馬麗芳

(中國能源研究會可再生能源專業委員會，北京市西城區，100044)

氣候變化是當今人類社會面臨的共同挑戰，減緩和應對氣候變化已成為全球共識。氣候變化作為全球性問題，需要國際社會攜手應對，2015年12月，我國在“中國國家自主貢獻”中確定了到2030年的自主行動目標，即二氧化碳排放2030年左右達到峰值并爭取盡早達峰，單位國內生產總值二氧化碳排放比2005年下降60%～65%，非化石能源占一次能源消費比重達到20%左右，森林蓄積量比2005年增加45億m3左右。

我國能源消費以煤炭為主，我國電力行業目前仍以煤電為主，截至2017年，全國總發電量為64171億kWh，燃煤發電量為41498億kWh，占比64.47%，占煤炭利用50%以上的燃煤發電是污染物排放和碳排放的主要來源。如果將年度排放2.6萬t二氧化碳當量作為“門檻”，全國將有1700家左右的發電企業納入碳市場，這些企業每年涉及排放二氧化碳總量超過30億t，約占全國碳排放量的1/3，電力行業是全國碳市場的主力軍。燃煤電廠采用機組變頻改造、汽輪機通流部分改造、輔機優化等技術可有效提高能效，減少煤炭使用和降低CO2排放，為減緩氣候變化做出貢獻，具有十分重要的意義。

目前，生態環境部正在加快推進全國碳市場基礎設施建設，要以發電行業成為突破口率先在全國開展交易。但國內自愿減排項目(CCER項目)尚無火電廠改造碳減排項目。本文主要研究國內溫室氣體自愿減排方法學“CM-034-V01 現有電廠的改造和/或能效提高(第一版)”，結合國內燃煤電廠的技術參數和數據，分析計算燃煤電廠改造的碳減排量，可為我國今后開展燃煤電廠改造碳減排項目提供借鑒。

1 方法學CM-034-V01的適用條件和邊界

1.1 適用條件

本方法學適用于在現有化石燃料電廠為發電而實施改造和/或能效提高的項目，同樣適用于在改造和/或能效提高時產生部分或全部燃料轉換，但不產生減排量，如有則歸于燃料轉換。本方法學主要適用于以下領域：

(1)項目活動電廠向電網供電；

(2) 項目活動在現有化石燃料電廠實施但不包含新發電機組的安裝和運行。項目活動各發電機組容量可以增加，但增加容量不得超過整個電廠原有設計容量的15%。也就是說，整個計入期中項目活動電廠的裝機容量不能較項目活動實施前該項目活動電廠設計發電容量高出15%；

(3)現有電廠需有至少10年的運行歷史且有項目活動實施之前5年的燃料和發電數據。若電廠運行時間少于10年，如可提供書面證據證明電廠由于機械故障或損壞而導致熱耗率增加至少25%的同時其輸出只減少10%，則本方法學同樣適用；

(4)只包括需要資本投資的實施改造和/或能效提高方法，常規維護和內務處理不包含在項目活動中；

(5)當項目活動電廠繼續運行、繼續使用項目活動實施前已運行的所有發電設備并進行正常維護是最可行的基準線情景時，本方法學同樣適用。

本方法學不適用于新建電廠和熱電聯產電廠。

1.2 項目邊界

項目空間邊界包括項目所在地和本項目電廠接入電網所連接的所有電廠。

2 基準線情景識別

基準線情景是在不實施項目活動的情況下，所有真實可信的替代情景中可能性最大的情景。基準線替代情景應包括所有符合國家法律法規，能夠提供與項目活動提供相同或相似服務的、真實可靠的替代方案。具體包括以下情景：

(1)繼續運營項目活動的電廠，繼續使用項目活動實施前在運行的所有發電設備并保持正常維護等。如果由于項目活動而較基準線增加發電量，增加的發電量將在沒有本項目活動的情況下由電網(相應的成本需要包括在投資分析中)提供；

(2)繼續運營項目活動電廠，繼續使用項目活動實施前在運行的所有發電設備并保持正常維護等。如果由于項目活動而較基準線增加發電量，增加的發電量將在沒有本項目活動的情況下投資建設新發電容量提供；

(3)投資建設新發電容量；

(4)項目活動不進行自愿減排操作；

(5)所有措施中個別措施不進行自愿減排操作(需要從不額外的措施中區分出額外的措施)；

(6)所有措施中個別措施組不進行自愿減排操作(需要從不額外的措施中區分出額外的措施組)。

需使用最新版《基準線情景識別與額外性論證組合工具》和方法學CM-034-V01規定的特別指南識別基準線。

3 碳減排量化方法

3.1 減排量計算方法

減排量的計算公式見式(1)。

ERy=BEy-PEy-Ly(1)

式中：ERy——第y年本項目的減排量，tCO2e；

BEy——第y年的基準線排放量，tCO2e；

PEy——第y年本項目的項目排放量，tCO2e；

Ly——第y年的泄漏量，tCO2e；

y——實施項目活動之后的年份。

2.2 基準線排放量計算方法

(1)項目情景下電廠的上網電量超過基準線情景下電廠的最大上網電量，即ELPJ,adj,y>ELBL,MAX，具體計算見式(2)。

(2)

(2)項目情景下電廠的上網電量介于基準線情景下電廠上網電量的歷史平均值和最大值之間，即ELBL,AVR

(3)

(3)項目情景下電廠的上網電量小于基準線情景下電廠上網電量的歷史平均值，即ELPJ,adj,y

BEy=ELPJ,adj,y×EFBL,plant,y(4)

式中：ELPJ,adj,y——為了計算基準線排放量而經過調整的第y年項目電廠上網電量，MWh；

ELBL,MAX——實施項目活動前，項目電廠已有裝機容量的最大上網電量，MWh；

ELBL,AVR——實施項目活動前，項目電廠最近5年平均上網電量，MWh；

EFBL,plant,y——項目電廠基準線情景的排放因子，tCO2/MWh；

EFBL,non-plant,y——如果實施項目活動后，項目電廠的上網電量高于最近5年平均上網電量，采取的保守基準線排放因子。

3.2.1計算經調整的項目活動上網電量ELPJ,adj,y

計算經調整的項目活動上網電量ELPJ,adj,y見式(5)。

(5)

式中：ELPJ,y——第y年項目電廠上網電量，MWh；

ηPJ,min,y——實施項目活動之后，在第1年至第(y-1)年項目電廠的最低效率，%；

ηPJ,y——第y年項目電廠的平均效率，%。

項目電廠最低效率ηPJ,min,y計算公式見式(6)。

ηPJ,min,y=min(ηPJ,1,…,ηPJ,y-1) (6)

式中：ηPJ,1，…ηPJ,y-1——第1年至第(y-1)年內項目電廠每年的平均效率。

3.2.2計算基準線情景下最大上網電量ELBL,MAX

計算基準線情景下最大上網電量ELBL,MAX見式(7)。

ELBL,MAX=CAPBL×TBL(7)

式中：CAPBL——實施項目活動前，項目電廠實際發電裝機容量，MW；

TBL——實施項目活動前，項目電廠在一年內能夠以實際發電裝機容量運行的最大時間，h。

實際發電裝機容量=額定裝機容量×(1-最近5年平均廠用電率)實施項目活動前，項目電廠在一年內能夠以實際發電裝機容量運行的最大時間計算見式(8)。

式中：HMRx——實施本項目之前，項目電廠一年內由于維修而停止運行的平均小時數，該數據基于最近5年歷史數據，h。

3.2.3計算基準線情景下最大上網電量EFBL,plant,y

計算基準線情景下最大上網電量EFBL,plant,y見式(9)。

(9)

式中：ηBL,adj——經調整的實施項目活動之前的項目電廠效率，%；

EFi,x——實施項目活動之前的第x年內，項目電廠所用化石燃料的排放因子，tCO2/TJ；

Fi,x——實施項目活動之前的第x年內項目電廠所用化石燃料，t；

NCVi,x——實施項目活動之前的第x年內，項目電廠所用化石燃料的凈，TJ/t；

EFi,y——第y年內，項目電廠所用化石燃料的排放因子，tCO2/TJ；

Fi,y——第y年內項目電廠所用化石燃料，t；

NCVi,y——第y年內，項目電廠所用化石燃料的凈熱值，TJ/t；

i——項目電廠使用的化石燃料種類；

x——實施項目活動之前的最近5年中的每一年。

經調整的基準線情景下的電廠效率ηBL,adj計算公式見式(10)。

ηBL,adj=ηBL,optm+Δηreg+Δηnon-add(10)

式中：ηBJ,adj——項目活動實施前項目活動電廠的修正效率， %；

ηBJ,optm——實施本項目之前的最優效率， %；

Δηreg——項目活動前5年內由常規維護產生的能效提高；

Δηnon-add——自愿減排項目活動中具備額外性的措施組中部分不具備額外性的措施產生的能效提高。

3.2.4計算保守的基準線排放因子EFBL,non-plant,y

基準線排放因子使用選項1和選項2中的較小值。(1)項目電廠所并入電網的容量邊際排放因子，根據“電力系統排放因子計算工具”計算獲得；(2)項目電廠所并入電網的組合邊際排放因子，根據“電力系統排放因子計算工具”采用OM、BM的權重分別為0.5、0.5計算獲得。

3.3 項目排放量計算方法

項目排放量計算方法見式(11)。

(11)

式中：PEy——第y年項目排放量，tCO2；

PEFC,elec,y——第y年項目電廠燃燒化石燃料產生的排放，tCO2；

PEFC,aux,y——第y年項目電廠為了輔助負荷燃燒化石燃料產生的排放，tCO2；

ELaux,grid,y——第y年項目電廠消耗的華中電網電量，MWh；

EFgrid,y——電網排放因子，tCO2/MWh。

3.3.1計算項目電廠燃燒化石燃料排放PEFC,elec,y

計算項目電廠燃燒化石燃料排放PEFC,elec,y，該值根據最新版的“項目或者泄漏燃燒化石燃料排放計算工具”進行計算，詳見式(12)。

(12)

式中：FCi,j,y——第y年項目活動第j個過程中耗用的化石燃料I，t/y；

COEFi,j,y——燃料i的二氧化碳排放因子，tCO2/t；

NCVi,y——燃料i的凈熱值，GJ/kg；

EFCO2,i,y——燃料i的加權CO2排放因子，tCO2/y；

i——第y年第j個過程中消耗的化石燃料的種類。

3.3.2計算項目輔助負荷燃燒化石燃料產生的排放PEFC,aux,y

計算項目輔助負荷燃燒化石燃料產生的排放PEFC,aux,y見式(13)。

PEFC,aux,y=PEFC,j,y(13)

式中：PEFC,j,y——第y年過程j中燃燒化石燃料產生的排放，其中j表示項目活動電廠輔助及備用負荷，tCO2。

本參數根據最新版“項目活動或泄漏中化石燃料燃燒產生的二氧化碳排放計算工具”計算。

3.4 項目泄漏排放量計算方法

根據方法學規定，本類項目不考慮泄漏，即：Ly=0 tCO2e。

4 案例分析

4.1 案例概況

本案例分析中的燃煤電廠位于華中地區，于2000年投入運行，截止到2015年電廠剩余壽命15年，目前擁有2臺單機容量為200 MW的凝汽式燃煤發電機組，總裝機容量為400 MW。在實施本項目之前，2臺機組均能夠正常運轉發電，所發電量供給華中電網，最近5年的平均供電量為1753952 MWh。本項目將對汽輪機和鍋爐燃燒系統進行技術改造。通過技改措施，使供電煤耗下降35 gce/kWh，同時每臺機組增容分別為20 MW。技改之后預計年上網電量為1835000 MWh。

4.2 方法學適用性判斷

(1)本項目所發電量供給華中電網(CCPG)；

(2)本項目活動在現有電廠實施，不包括安裝和調試新的發電機組。技改之后，本項目電廠每臺機組額定裝機容量增容10% ，小于15%，即在整個壽命期內，每臺機組增容不會超過額定裝機容量的15%；

(3)本項目所在的電廠于2000年投入運行，截止到2015年技改開始實施時，電廠運行時間為15年，大于10年，并且技改之前最近5年的發電量和燃煤量數據可以獲得；

(4)在減排量申請中，只考慮了汽輪機改造和鍋爐燃燒系統改造等需要資金投入的技改和能效提高措施，排除了日常管理和日常維護的措施；

(5)本項目最可能的基準線情景是繼續現有實踐活動，即繼續使用技改之前的所有發電設備，并對其采用常規商業維護；

(6)本項目所在電廠既不是新建電廠也非熱電聯產電廠。

因此，本項目符合方法學適用條件。

4.3 確定項目邊界與溫室氣體種類

項目邊界包括項目電廠、華中地區電網和華中電網的所有發電廠。

溫室氣體排放種類包括基準線情景和項目情景下，溫室氣體排放源主要為燃煤機組產生的CO2。

4.4 確定基準線

本項目的基準線情景是情景(1)，即繼續運行現有電廠，繼續使用在本技改項目之前已經投入使用的所有發電設備，并對其實行常規的商業維護。如果本技改項目的供電量大于基準線情景下的最大供電量，在沒有本技改項目的情況下，這些電量將由電網提供。

4.5 基準線排放量計算

根據電廠提供數據，項目實施之前的5年內，電廠由于維護或檢修而無法運行的小時數見表1，最近5年之內廠用電率見表2。

表1 最近5年之內HMRx數據*

*注：如果未作特殊說明，本文計算所用數據為項目電廠提供

根據公式(8)可以算出，TBL=8760-(824+851+905+860+835)=7905 h。

表2 最近5年之內廠用電率

根據表2可以計算出廠用電率平均值為8.26%，因此技改之前，項目活動實施前電廠實際發電裝機容量CAPBL=400×(1-8.26%)=367 MW。

根據公式(7)可以算出，ELBL,MAX=367×7760=2847485 MWh。

4.5.1計算用于基準線排放的電廠上網電量ELPJ,adj,y

根據可研報告，電廠技改之后的歷年效率最小值ηPJ,min,y為33.66%，平均值ηPJ,y為33.36%。技改之后，電廠上網電量ELPJ,adj,y為1835000 MWh。

根據公式(5)可以算出，ELPJ,adj,y=1835000×33.26%/33.59%=1816804 MWh。

4.5.2 確定基準線情形

最近5年之內上網電量ELx數據見表3。

表3 最近5年之內上網電量ELx數據

根據表3可計算得出，技改之前最近5年平均上網電量ELBL,AVR為1785956 MWh。

因為ELBL,AVR=1753952

4.5.3計算基準線情景電廠排放因子EFBL,plant,y

根據最近5年供電煤耗數據，可以計算出技改之前的年最優效率ηBL,optm為30.81%，本項目活動中，不涉及到無額外性措施以及日常提高電廠效率的日常維護措施，所以Δηreg和Δηnon-add為零。根據公式(10)可以計算出，ηBL,adj=30.81%+0+0=30.81%。

在公式(9)中，無論是基準線情景(技改之前)還是項目情景(技改之后)，項目均只用煤炭作為燃料，煤炭的排放因子可以提取公因式，因此公式可以簡化為式(14)。

近5年之內供電煤耗數據見表4。

表4 最近5年之內供電煤耗數據

4.5.4計算基準線情景非電廠排放因子EFBL,non-plant,y

根據2015年中國區域電網基準線排放因子，2015年華中電網OM為0.9515 tCO2/MWh，BM 為0.3500 tCO2/MWh。

選項1：選BM的值，則為0.3500 tCO2/MWh。

選項2：選OM和BM的加權平均，權重均為0.5，則加權值為0.9515×0.5+0.3500×0.5=0.6507 tCO2/MWh。

選取兩者較小值，則EFBL,non-plant,y=0.3500 t CO2/MWh。

4.5.5 計算基準線排放量BEy

根據公式(3)可得：BEy=1753952×1.11+(1816804-1753952)×min(1.11,0.3500)=1960440 tCO2。

4.5.6 計算項目排放量PEy

項目技改后，消耗煤炭671610 tce/a，標煤熱值為29.28 MJ/kg，煤炭排放因子選取IPCC 默認值94.6 tCO2/TJ，則根據公式(12)計算技改后消耗煤炭產生的排放量，即：PEFC,elec,y=671610×29.28/1000×94.6=1860284 tCO2。

4.5.7 計算項目碳減排量ERy

ERy=1960440-1860284=100156 tCO2。

5 結論

電力行業是全國碳交易市場納入的第一個行業，電力行業減排對全國溫室氣體減排具有重要意義。本文通過分析方法學CM-034-V01“現有電廠的改造和/或能效提高”溫室氣體減排量化過程，將方法學實際運用到現有燃煤電廠改造項目中，實現了對燃煤電廠改造項目的溫室氣體減排量化應用。本文得出如下結論：

(1)案例項目每年能夠減少溫室氣體排放100156 tCO2，說明燃煤電廠改造有較好的碳減排效益，是降低燃煤電廠碳排放的有效措施之一。

(2)該方法學較為復雜，公式多，要求數據多，本文的研究可為我國今后開展燃煤電廠改造項目碳減排量計算提供借鑒。

(3)項目碳減排計算受到方法學保守因素的制約，項目實際碳減排量應高于本方法學計算的結果。