基于“碳達峰，碳中和”背景的火力發電廠發展路徑

霍兆彪

國家能源集團浙江公司寧海電廠，中國·浙江 寧波 315600

1 引言

在“雙碳”目標的指引下，中國供電產業應當適應于能源需求狀況和發展趨勢，抓緊制訂“碳達峰、碳中和”的行動實施方案，進一步完善公司碳排放管理體系。在確保用電安全的基礎上，為加快推進火力發電“高效化、清潔化、減量化”發展，積極探索“電熱為主、多能互補”的發展策略，穩妥開展發電機組靈活性、深度調峰運行、熱電解耦等技改，積極進行能源網荷儲一體化發展，進一步加快火力發電公司向綜合電能提供商的轉變與升級。

2 火力發電行業轉型發展的重要意義

中國目前已是全球溫室氣體排出量的第一強國，據美國政府世界資源研究所（WRI）統計資料表明，燃煤是碳排放強度最高的化石燃料，至2018年中國因火電業務所形成的溫室氣體排出量約占中國整體廢氣排放量的43%，是中國未來減碳的一大主體。

“碳中和”核心是能量活動范疇的零碳燃料替換，而電動化將作為各產業的主要脫碳技術手段。由于發電是科技上較易于脫碳的產業，那么發電必須在各產業中做最先達峰的“排頭兵”。若不是電力工業改革目標的盡早達到國家“碳達峰”，中國“碳達峰”目標的實現也就難以完成。為此，電力行業必須將二氧化碳排放量達峰當作促進產業轉變發展的關鍵，不但要有緊迫感和責任心，還應主動采取有效舉措，以爭取中國電力行業二氧化碳排放量早于2030年達峰[1]。

圖1

3 火力發電行業面臨的挑戰和困難

“碳中和”目標的達成需要全新的低碳發展與轉型策略，它將倒逼著中國的能源結構轉變，使之逐漸脫離過去對化石能源的依賴狀態，這也將使中國火力發電產業遭遇極大的挑戰與困境。

3.1 中國能源需求仍在高速增長

中國未來宏觀經濟仍將維持在較高水平的增長，但電力需求量仍難以快速達到歷史峰值。按照國際貨幣基金組織調查，中國將以5%以上的經濟增幅保持較長時間，并且中國人均能源消費仍有很大的增加空間，而國民經濟的高速成長也將帶動電力需求量的提升。

中國電力稟賦為多煤、貧油、少氣，中國目前的水力發電構造以火電居多，而火申電則以煤源居多。2020年全國煤電發電量所占比例將達到60.8%。而在“碳中和”的總體目標下，2050年全國非石化發電量所占總發電量的比例將達到90%，而燃煤比例也將降到5%以內，全國發電結構向低碳轉變以及最終達到凈零所面對的任務將十分艱巨。

3.2 能源供需結構以煤炭為基礎，轉變困難較大

鑒于中國當前的電能供應主要以燃煤為主體，而工業用能又占比高，且電能需求量仍未達到峰值，所以“碳達峰、碳中和”所面臨的困難和挑戰比國家更多。對國家而言，“碳中和”進度將提高中國的電動化率，而用電需求量也將在未來四十年間持續較快上升。從用電占比看，當前用電在終端能源消費中的占比約為25%左右，而實施“碳中和”則需要2030年把電氣化的占比提高至30%以上，到二零五零年提高至55%。

現階段，隨著電力產業逐步推進綠色低碳蓬勃發展的腳步，火力發電技術雖依舊占“壓艙石”地位，但生產、用電能比例逐年減低，發電廠組使用小時數逐年減低，“兩極化”與“地域差異性”已明確地加大，單機運行在三十萬安培以下的未達標發電機組已被相繼關停，滯后能力將加速出清。用電市場發展過大、新能源競爭對手沖擊、高煤價與低電價“兩頭擠出”等多重原因的綜合影響，導致中國火力發電產業接連虧損，且資產負債率長期高企，轉型困難極大。

3.3 熱電聯產企業供熱問題制約

熱電聯產集中供熱系統具備了能量綜合效率較高、節約環境污染等優點，是中國城市和工業生產園區內集中供熱的主要供暖方法之一，也是緩解當前中國城市和工業生產園區內存在的供暖熱源內部結構不合理、熱能供求問題比較突出、供暖熱源效率低下、環境污染嚴重等問題的主要渠道之一。但目前對中國熱電聯產發展仍存在著巨大挑戰，一是目前大規模抽凝供熱的發電機組比重過大，而且熱能比一般較小，因此無法全部參與深度調峰運營；二是當前的熱申聯產發電機組一般無法進行熱電解耦，或使用的熱電解耦工藝技術能耗比較高，因此急需發展具有“能級匹配”的高效率熱電聯產機組深度調峰運營工藝技術[2]。

4 火力發電企業轉型發展的方向

在“碳達峰、碳中和”發展目標下，火力發電公司面臨轉變經濟發展的困境和嚴峻挑戰，要推動能源的綠色環保轉變，充分發揮火電在“壓艙石”地位，大力開展技術創新，有效地克服高比重新能源接通供電系統后的供電運營瓶頸問題，通過有機連接國際碳交易市場、電力現貨市場、輔助業務等市場主體，著力向綜合能源提供商轉變。

4.1 “少建設、多延壽”是充分發揮存量煤電效益的途徑

中國的能源資源稟賦，決定了煤電仍將是當前和未來較長一段時間中國能源、電力市場的主導。但由于新能源發電比重迅速提高，供電系統的基本構造與工作方法越來越復雜，而煤電機組也在逐漸地從電量型電源向大電量、電力調度型電源過渡。由于超高比重的可再生能源并網，調峰要求增多，因此要求占比大的煤電企業提升靈活性能力以保障電網的平穩運轉。對存量的煤電機組延長壽命是優化存量煤電資源的必然趨勢，全面發掘煤電存量資產的經營潛能，有效促進國有資產保值增值[3]。

4.2 加快了火力發電機組的靈活性改造

未來在能源占主體的電力系統中，因為風能、光等新能源的天然屬性特征，在未來用電市場，電網將越來越沒有調峰力量，而火電機組也很難再靠增加發電量提升利潤，將加速由傳統電力供應式的發展，向電力調節性轉型。利用新科技，強力進行火電機組靈活性改革，逐步完成了熱電聯產機組的熱電解耦，并由于充分發揮其靈活多樣的調控作用和深度調峰能力，推廣大型能源消納，將有效緩解中國電網在安全平穩運轉、供電保障、潔凈燃料消納之間的矛盾問題，是目前階段中較為經濟有效地改善手段，對火電機組的“靈活多樣”改革發展的重要意義也將更加突出。

4.3 探索“電熱為主、多能互補”的發展形勢

在確保新能源安全可靠與平穩供電基礎上，火力發電應擔負起托底保供和重點負載中心保障性供電的功能，在國家推動新能源發展過程中要起到靈活調控的主力供電功能，進一步提升現有煤源電站的利用率與效益，在新能源資源大區域的優化配置中也要起到區域能量基地的重要功能。利用大負荷調度管理用電需求，即通過收集用戶的發電信號進行即時響應、削峰填谷；并充分利用分布式供電、儲能系統等裝備反向供電，以實現源—網—儲—荷協同配合。

4.4 研究低碳技術發展途徑，并積極應對碳排放交易

生態環境部于2021 上半五年發布了碳排放量權益登記與交換核算管理細則、國家發電設施溫室氣體核算標準、工業企業溫室氣體核算指引等政府文件，并將及時進行政策跟進和解釋，并進行總體協調，同時修改了有關規章制度；將碳排放量管理工作融入產能對標和環境巡查；并借助國家能源監管網絡平臺建立全國碳排放量信息系統平臺，完成了碳排放量統計監控、大數據分析上報、統計檢測、統計分析、履約、貿易等服務功能。

積極開展降碳增效的核心技術應用研發，尤其注重于潔凈燃料利用、超臨界二氧化碳收集、再利用和封存（CCUS）核心技術、零碳技術等低碳新科技，并提早布置，把握先機；從事與風電光伏有關的CCER（核證自動減排量）項目的研發工作；充分發揮公司內部資源配置碳資產的能力，積極研究碳交換與合作制度。

5 結語

“碳達峰、碳中和”是一次能量變化和轉化，是一次非化石能源代替化石類能量的巨大革命，要處理好轉變發展和科技進步的協調問題，火力發電技術產業轉型要做到能量的潔凈化、低碳化和智能，還應深入研究碳中和情景下新型電力系統快速發展所要求的科技支持和管理機制支持，為電能產業做到凈零污染打下基礎。“碳達峰、碳中和”是中國的一定策略，是統領各項事業的重要措施，全行各業都不可置身事外，電力行業發展轉型要為中國完成“雙碳”的目標肩負相應責任、作出相應貢獻。