鄂爾多斯煤電企業減污降碳協同增效的路徑探索

＊霍怡廷 張海軍 吳珍 張弦

（1.鄂爾多斯應用技術學院 內蒙古 017000 2.內蒙古能源集團煤電事業部 內蒙古 010000）

中國能源消費造成的碳排放，近幾年已經達到103億噸[1]，比美國、歐盟和日本加起來還多。就終端消費而言，約75%的二氧化碳排放量是由煤炭消耗而產生的。其中，利用煤炭進行發電的碳排放量最高，占比超過行業碳排放總量的40%。加之煤電裝機容量、發電量分別增長41%、28%，因此，煤電企業是“降碳”的主力軍[2]。雙碳目標下推進燃煤電廠減污降碳，是打贏污染防治攻堅戰、建設美麗中國的必然要求。鄂爾多斯市2022年產煤8億多噸、占全國的1/5，以一市之力解決了全國25個省（區市）的燃煤之急，以一市之力溫暖千座城、點亮萬家燈。然而，高能耗、高碳排放亟待解決，鄂爾多斯煤電企業減污降碳協同增效，有效支撐我市經濟社會發展滿足電力需求的同時，實現行業高質量發展和環境質量改善的雙贏，助力鄂爾多斯全面踐行“生態優先，綠色發展”理念。

煤電行業是我國大氣污染物排放的主要來源之一，也是二氧化碳排放的主要來源之一。就2020年而言，依據煤電發電量以國內度電碳排放系數測算，CO2排放量達50.4億噸,以全球電力碳排放數據測算，CO2排放量達43.7億噸[3]。

與此同時，根據鄂爾多斯市統計年鑒（2013—2022）來看，作為全國14個大型煤炭基地和9個大型煤電基地之一的鄂爾多斯，煤炭碳排放達9.6億噸（見表1）。根據鄂爾多斯市統計局公布數據，2020年全市火力發電量達到1169.8億千瓦時，火力發電量占內蒙古自治區的22.4%。能源消耗比全區電力行業協會能源消耗多198.4萬噸標準煤，高出全區規模以上工業127.4萬噸標準煤，煤電高耗能帶來的高排放問題急需得到有效解決。

表1 鄂爾多斯市主要能源碳排放量（萬噸標準煤）[4]

本文通過對鄂爾多斯煤電企業碳排放影響因素的研究，從排放結構、燃料消費、運輸方式和末端處理四方面具體闡述了鄂爾多斯煤電企業碳排污染情況，并結合內蒙古自治區和鄂爾多斯市能源領域碳達峰政策，闡述鄂爾多斯煤電企業減污降碳協同增效的具體舉措。

1.鄂爾多斯煤電企業碳排放的影響因素

目前通常采用對數均值迪氏指數分解法（LMDI）[5]對煤電企業的碳排放影響因素進行分析。LMDI模型是指數分解法（IDA）模型的一個分支，是對于變量不多而且涉及到時間序列性質的情況比較好的分解模型，并且這個模型的使用不需要借助投入產出表的數據作為依托，使用較為方便。影響電力行業的二氧化排放因素一般分為兩個部分：電力生產端和電力消耗端。電力生產方面包括能源結構、電力結構、能源生產消耗等方面的內容；電力消耗方面包括產業發展因素、經濟發展因素和人口因素，產業發展因素包括產業結構、用電強度等，經濟發展因素包括人均GDP、人均生活用電、人口因素、人口數量等。

鄂爾多斯煤電企業為電力生產企業，屬于電力生產端，采用的影響因素為能源結構、電力結構、生產能耗（數學建模需要，生產能耗為總耗標煤量/總發電量，與電力企業的供電煤耗不同）、主營業務工業生產總值。由于鄂爾多斯煤電企業數量龐大，統計各數據周期長，此文僅以內蒙古能源集團采用LMDI方法的碳排放因素分解模型作為分析參考。該模型綜合考慮了碳排放系數、生產能耗、能源結構、動力生產結構等因素：

式中：C—CO2排放總量，t；E—火電能源總投入，t標煤；F—火力發電量，萬千瓦時；G—集團總發電量，萬千瓦時；H—集團工業總產值，萬元；CE—標煤的CO2排放系數；EF—電力生產環節的生產能耗；FG—火電占總發電量比例；GH—單位工業總產值的發電數量。

采用加法分解形式，CO2排放變化為：ΔC=ΔCE+ΔEF+ΔFG+ΔGH+ΔH。

假定CO2排放系數不變，即變化值為0，其余分解因子按LMDI方法分解，第t期的各個因素表示為：

式中：Cm（m=1，2，3，4）—碳排放對應的4個影響因素；—對數平均函數。

內蒙古能源集團采用LMDI分解方法總結了2011—2020年煤電企業各因素對碳排放的影響，從圖1可以看出，導致碳排放快速增加的主要原因是工業總產值的大幅增長，生產結構和單位工業總產值的發電量對碳排放量的影響甚微，生產能耗理論上對碳排放具有正增長影響，但2011—2020年間幾乎沒有變動。而生產耗能的變化累計效應為正值，沖抵了電力生產結構優化而減少的碳排放效應（-3.946），加劇了碳排放增長。這也符合鄂爾多斯煤電企業由于工業總產值的增加而導致碳排放增長的實際情況。

圖1 2011—2020各因素對碳排放的影響

鄂爾多斯煤電企業碳排污染情況主要如下：從排放結構來看，目前仍有一定比重的低效高排放煤電機組，其中大部分是自備機組。自備電廠碳排放污染曝光案件中有一例是鄂爾多斯高新材料有限公司（自備電廠）在2019年排放報告里對碳含量進行了篡改[6]。從燃料消費使用上看，主要使用褐煤、長焰煤，但這些煤的碳排放均處于較高水平，而低碳或者零碳燃料[7]在原料使用中占比相對較低；部分自備機組甚至使用低熱值（低于于15.73MJ/kg）的煙煤、水分高熱值低的褐煤以及高硫煤（大于2%）等。從運輸方式上看，煤電行業大宗物料清潔方式運輸比例達到70%左右，其它物料包括粉煤灰、石膏、石灰石、氨水等還是以非清潔方式運輸。從末端治理上看，目前大多數煤電企業的碳減排方式單一，主要依賴于碳捕集技術，治理設施能效水平、靈活性水平均有待提升。

2.減污降碳協同增效的應對措施

基于鄂爾多斯煤電企業的碳排污染情況，結合《鄂爾多斯市電力行業碳達峰實施方案》，以及近兩年鄂爾多斯煤電企業減污降碳的“碳”索之路成果，總結以下五項減污降碳協同增效的舉措：

一是探索源頭降碳、降低生產能耗，堅持先立后破，推進低碳燃料、原料和可再生能源替代，制定了《鄂爾多斯煤電節能降耗與靈活性改造行動計劃（2021—2024）》，對燃煤鍋爐進行關停整合，加大對燃煤小鍋爐、落后小型燃煤熱電機組（含自備電廠）的淘汰力度，加大節能降耗力度，逐步關停淘汰或改用低碳燃料替代備用電源，全力完成燃煤發電機組2025年、2030年的煤耗目標。

二是清潔運輸，主要采取散改集+新能源+智慧調度的煤炭清潔運輸模式。從傳統的散件運輸模式向避免車輛在運輸過程中對環境造成污染的數字化集裝箱運輸轉變，鄂爾多斯先后引進奇瑞、上汽紅巖、國虹氫能等新能源汽車項目[8]，使煤炭運輸更環保、更高效、更節能、更智能。2023年6月，內蒙古智慧物流碳中和技術創新研究院提出，圍繞內蒙古“呼包鄂烏”打造物流散改集+新能源+數字陸港先進創新技術，開展短倒運輸，以“零碳排放新能源電動重卡+密閉數字貨箱”為載體。切實解決好車廂撒煤粉、城區道路揚塵等傳統運輸過程中存在的突出問題，做到經濟高效、環保零排放。

三是拓展多元化煤電功能，實施“風光火儲一體化”或“風光火多能互補”方式，在庫布齊沙漠、鹽堿地開展光伏治沙、生態治理等光伏+新能源項目，配套光伏、風電、儲能項目在黃河生態治理區等地建設。目前伊金霍洛旗天驕綠能50萬千瓦采煤沉陷區生態治理光伏發電示范項目運用“板上發電、板下種植、板間養殖、治沙改土、帶動鄉村振興”五位一體循環產業發展模式，每年可節約標準煤約34.1萬噸，減少二氧化碳排放量約84.1萬噸，該項目被評為國家2021產業轉型升級示范項目[9]。截至目前全市已建成341.5萬千瓦光伏、220.5萬千瓦風電、76萬千瓦水電、6萬千瓦生物質等可再生能源裝機規模644萬千瓦。

四是耦合共治，實施一體化綜合節能降碳技術改造方案，對不達標機組進行關停改造，對處于排放限定值邊緣的機組進行節能降耗改造。目前工業二氧化碳排放治理主要依靠的是碳捕集技術，煤電企業二氧化碳捕集包括：燃燒前捕集類、燃燒中捕集類、燃燒后捕集類。楊亞利等人[10]對比分析了其經濟性：從電站投資角度分析，加入燃燒后捕集系統的電站投資成本比加入富氧燃燒系統的電站投資成本要更高一些。從電源標煤耗和工廠耗電量方面分析，富氧燃燒系統需要裝備高能耗制氧系統和壓縮凝練提純系統，在經濟性方面依然不占優勢。綜合以上情況，建議積極探索氮氧化物、硫化物、二氧化碳等吸收和光催化同時脫除技術，在目前煤電企業脫硝脫硫技術基礎上進行技術和設備升級；研發脫硝脫硫脫CO2一體化裝置。同時，因地制宜有序推進大型煤電機組耦合本地生物質（如灌木、廢棄農作物、生活垃圾等）發電。目前，達拉特旗內蒙古心連心生物科技有限公司以農作廢棄物玉米芯為原料轉化提取糠醛（重要的基礎化學原料），并將糠醛渣作為生物質鍋爐的燃料進行發電，形成綠色、節能、可持續循環發展的產業鏈。

3.結語

鄂爾多斯煤電企業減污降碳協同增效目前取得一定成效：持續推進煤電機組“三改聯動”，累計完成節能改造173.2萬千瓦，彈性改造414萬千瓦，供熱改造101萬千瓦，新增供熱容量810萬平方米；采取光伏+生態修復治理，到2023年底全市已建成采煤沉陷區光伏發電示范項目65萬千瓦；加大固廢處置和綜合利用力度，新建18座熱電廠配套渣場，積極落實節能環保稅收優惠政策。但就目前而言，我市煤電機組能耗水平和行業標桿水平仍具有一定差距，碳污染形勢依然嚴峻，在統籌推進煤電三改聯動與自備電廠可再生能源機組替代的同時，需要結合地域特征積極探索和發展多種形式的煤電耦合共治方式。

“探索優質發展的生態優先、綠色發展導向的新路子”，鄂爾多斯厲兵秣馬、真抓實干，努力實現降碳、減污、擴綠、增綠協同推進，筑牢北方生態安全的重要屏障—鄂爾多斯。