我國煤電行業碳減排路徑

馬鵬

【摘要】世界各國由于資源稟賦、技術水平、經濟水平、地域范圍等各不相同，因此不同國家電力行業碳達峰、碳中和的路徑也各不相同。需要指出的是發達國家的碳達峰過程一般都是經濟社會發展的自然過程，如英國1973 年就已實現碳達峰，法國、德國、瑞典1978 年實現碳達峰，美國2007 年實現碳達峰，這些早已實現碳達峰的國家，其共同點是早已完成工業化，進入了后工業化時代或信息時代，經濟增長已不依賴能源消費的增長，電力裝機容量或發電量多年維持在相對穩定的水平。

【關鍵詞】煤電;碳減排;能源

我國能源結構表現為“富煤、貧油、少氣”，2019年中國天然氣的進口依存度43%，石油的進口依存度則高達71%，遠超國際公認的安全警戒線。同時中國也是世界上最大的能源消費國，占全球消費量的23%，和全球能源消費增長的27%。因此，煤炭作為世界三大能源之一在中國的地位更顯突出。相對于部分碳達峰的國家而言，我國人均GDP剛剛超過1萬美元，僅是16個國家碳達峰時人均GDP平均值的18.6%。同時中國目前尚未完成工業化，GDP的增長仍依賴能源消費的增長，據解振華等人的研究預測，中國全社會用電量將從2020年的7.5億kWh增長到2050年的11.91～14.27 億kWh，增長率高達58.8%～90.3%。因此中國電力行業的碳中和不僅要減少CO2排放，而且要滿足電力需求的持續增長。

一、實施煤電節能改造，降低單位煤電發電量的碳排放

不斷提高發電效率是減少煤炭消耗并相應降低污染物排放和碳排放的重要途徑，也是煤電行業始終追求的目標。2014年9月發展改革委、環境保護部、能源局印發了《煤電節能減排升級與改造行動計劃（2014-2020年）》，與節能改造前的2013年相比，2020年全國6000千瓦及以上火電廠供電煤耗為305.5克標準煤/千瓦時，比2013年下降9.9克/千瓦時，比2010年下降27.5克/千瓦時，比2005年下降64.5克/千瓦時。

以2005年為基準年，2006-2020年，供電煤耗降低累計減少電力二氧化碳排放66.7億噸，對電力二氧化碳減排貢獻率為36%，有效減緩了電力二氧化碳排放總量的增長。2019年全國火電機組容量118957萬kW，約合11.89億KW，其中燃煤發電104063萬kW（占87.5%） ，燃氣發電9024萬kW，生物質發電2361萬kW，余溫、余壓、余氣發電3272萬kW，燃油發電175萬kW。60萬kW及以上的大機組容量占比為45.0%;30～60萬kW等級的機組容量占比35.4%，其中亞臨界機組約3.5億kW，近1000 臺，容量占比超過30%; 單機容量小于30萬kW 的老小機組容量占比19.6%。這說明全國火電裝機容量中近一半的是效率低、煤耗高、性能差的亞臨界及以下參數的機組和熱電聯產小機組。

二、不斷提升清潔發電技術，進一步降低煤電碳排放

一是開展超低排放深度攻堅。目前全國15%未達到超低排放的煤電機組貢獻了近50%的煤電污染物總排放，主要涉及燃用低揮發分無煙煤機組、未改造的循環流化床機組及部分小容量機組，“十四五”期間除了部分淘汰關停之外，應對其余約1.3 億千瓦煤電機組開展超低排放深度攻堅，推進煤電機組全面實現超低排放，預計每年可使煤電行業煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放進一步減少27%（約4.9 萬噸）、37%（約30.7 萬噸）、22%（約17.8 萬噸），促進煤電行業進一步提升清潔化水平。

二是主動提升污染物全面脫除技術。在常規大氣污染物控制的基礎上，進一步推動煤電廢氣、廢液、固廢、重金屬非常規污染物的全面深度控制，有利于實現煤電深刻轉型和更高質量發展。“十四五”期間，煤電行業應進一步提升電廠廢水零排放技術、固體廢棄物（主要包括粉煤灰、脫硫副產物、廢舊脫硝催化劑等）的處理和綜合利用技術，研發汞等重金屬的脫除技術，加強與現有超低排放技術的協同控制，著重提高脫除效率、降低成本。

三是積極研發低成本超低排放CFB 機組。探索低成本超低排放CFB 技術，開展CFB 燃燒深度控制氮氧化物方面的研發，通過循環流化床的流態設計、溫度場控制以及爐內脫硫劑優化，取消爐后環保設施，在爐膛出口實現全負荷低成本的二氧化硫、氮氧化物超低排放。

四是大力發展低階煤富氧燃燒發電技術。針對全國范圍內數百億噸儲量的高硫無煙煤，陜北、新疆等國家級能源基地上萬億噸儲量的高堿煤，應進一步研發低熱值煤、高堿煤、高硫無煙煤等特殊煤種的綜合利用技術，可將低階煤改質、成型、干燥后，低溫無氧干餾得到高溫清潔型焦、干餾煤氣和輕質芳烴（低溫煤焦油），再將高溫清潔型焦作為氣化原料與蒸汽反應得到水煤氣，然后利用水煤氣在IGCC（燃氣輪機發電系統+余熱鍋爐+蒸汽輪機發電系統）中進行燃氣燃燒發電。在此燃氣燃燒發電過程中，發電燃料（水煤氣）主要由氫氣和一氧化碳組成（分別占比50%），其中氫氣燃燒無碳排放，同比燃煤發電可大幅度降低CO2排放，實現低碳排放發電。

三、碳中和時中國火電機組的保留規模

2060 年前中國爭取實現碳中和，電力行業首當其沖，需要大力發展可再生能源，但可再生能源不可控，不能作為保供電源。能夠作為保供電源的主要是火電、水電、核電、儲能（含抽水蓄能）。火電包括燃煤發電、燃氣發電、燃油發電、生物質發電等，是最可靠的保供電源。2020 年中國的水電裝機容量3.7億kW（含抽水蓄能3149萬kW） ，容易開發的水電資源已開發完畢，據報道中國的水電開發極限是4.32億kW。2020 年中國的核電裝機容量0.5億kW，核電由于核安全問題，選址極其困難，加上核燃料資源的限制，不可能大規模發展，預計可發展到2億kW。2020年中國建成投運的儲能項目累計裝機規模3560萬kW，其中抽水蓄能3149萬kW。依據《中國電力行業年度發展報告2020》，中國風能發電裝機從2009年的1613萬kW增長到2019 年28153萬kW，太陽能發電裝機從2009年的2萬kW增長到2019 年25343萬kW。為了滿足全社會的用電需要，預計碳中和時中國非水可再生能源的發展將達到50億kW。