電力設備碳排放分析及碳捕捉技術在電力系統中的應用研究

浙江浙能臺州第二發電有限責任公司 肖思毓

隨著全球能源需求的不斷增加，電力系統已成為人們生產生活中不可或缺的能源來源。然而，電力系統中的化石燃料燃燒不僅會產生大量二氧化碳等溫室氣體，而且還會導致環境污染。因此，研究電力設備碳排放分析及碳捕捉技術在電力系統中的應用，具有重要的理論和實踐意義。本文旨在通過對電力設備碳排放的分析，探討電力系統中碳捕捉技術的應用，并提出電力設備碳排放減排對策，以促進我國電力系統的可持續發展。

1 電力設備碳排放概述

電力系統中的碳排放主要來自燃煤、燃氣、石油等化石燃料的燃燒過程，同時還包括電力設備的生產和運輸過程等。據統計，我國電力系統碳排放占全國總碳排放的三分之一，電力系統中電力設備碳排放量占碳排放總量的較大比例[1]。

1.1 電力設備碳排放量計算方法

電力設備碳排放量的計算方法主要包括“碳排放系數法”和“工程測量法”兩種方法。其中，“碳排放系數法”是指根據電力設備使用的燃料類型和燃料的碳排放系數來計算電力設備碳排放量；“工程測量法”是指，通過對電力設備使用的燃料量和燃燒過程中產生的二氧化碳排放量的實際測量，來計算電力設備碳排放量[2]。電力設備碳排放量的計算方法與具體的電力設備類型、燃料類型、運行狀態等有關，下文以燃煤發電機組為例，其計算方法公式為：

電力設備碳排放量=煤耗×燃煤碳含量×44/12

其中，煤耗指單位時間內燃煤的消耗量，單位為t/h；燃煤碳含量指燃煤中的碳含量，單位為百分比；44/12是將燃煤中的碳轉化為二氧化碳的系數。

1.2 電力設備碳排放影響因素

電力設備碳排放量受多種因素影響，其中燃料類型是最重要的因素之一。不同燃料類型的燃燒所產生的碳排放系數不同，煤炭燃燒所產生的碳排放量遠高于天然氣和核能的碳排放量[3]。另外，電力設備在燃燒燃料時的能量利用效率也會影響其碳排放量，燃料利用率越高，碳排放量越低。例如，在燃煤電廠中，采用高效節能的鍋爐和發電機組，能有效降低碳排放量。

除了燃料類型和燃料使用效率外，電力設備的運行狀態也是影響其碳排放量的重要因素。包括負載率、運行時間、維護保養情況等。例如，在低負載率下運行，電力設備的燃燒效率較低，碳排放量較高；而在正常負載率下，電力設備的燃燒效率較高，碳排放量相對較低。

除了上述因素外，電力設備的碳排放量還受到燃料的水分含量、氧氣含量、燃燒溫度等因素的影響。此外，電力設備使用的污染治理設施和技術也會影響其碳排放量。例如，采用先進的脫硫、脫硝、除塵等污染治理技術，能有效降低電力設備的碳排放量。綜上所述，電力設備碳排放量受多種因素的影響，對于減少碳排放量，需要從多個方面入手，采取多種措施來降低電力設備的碳排放量。

2 電力系統中碳捕捉技術應用

2.1 碳捕捉技術概述

碳捕捉技術是指通過對電力設備排放的二氧化碳進行捕捉和存儲，以減少其對大氣的排放。碳捕捉技術主要包括化學吸收、物理吸附、膜分離等技術[4]。其中，化學吸收技術可達到較高的二氧化碳捕集效率，但消耗能源和處理廢液成本高；物理吸附技術不需要消耗能源，處理廢料成本低，但需要更換吸附材料；膜分離技術具有較高的二氧化碳捕集效率，同時不需要消耗能源和產生廢液和廢料，但膜材料成本較高。因此，在選擇二氧化碳捕集技術時，需要根據具體情況進行綜合考慮。

表1 不同碳捕捉技術的原理及優缺點

2.2 碳捕捉技術在電力系統中的應用

電力系統是溫室氣體排放的主要來源之一，因此采用碳捕捉技術是實現低碳經濟的重要手段之一。在電力系統中，碳捕捉技術可應用于燃煤電廠、燃氣電廠和柴油發電機組等碳排放量較高的發電設施中。

具體來說，碳捕捉技術在電力系統中的應用包括前端和后端兩個階段。前端階段主要是在燃料預處理過程中采用化學，或物理方法將燃料中的二氧化碳分離出來，可減少燃料中的二氧化碳含量，從而降低發電過程中的碳排放量[5]。后端階段則是在燃燒過程中通過化學吸收等方式將燃燒產生的二氧化碳捕捉下來，防止其排放到大氣中。

在燃煤電廠中，碳捕捉技術主要是通過后端方式實現的，即在燃燒過程中利用吸收劑將二氧化碳捕捉下來，并將其轉移至儲氣罐中進行儲存或輸送到地下儲存設施。燃氣電廠則可以采用前端方式將二氧化碳從天然氣中分離出來，或者采用后端方式捕捉燃燒過程中產生的二氧化碳。此外，柴油發電機組中也可采用后端方式捕捉燃燒產生的二氧化碳。

圖1 碳捕捉技術概念流程示意圖

2.3 電力系統中碳捕捉技術的效果

在電力系統中應用碳捕捉技術可大幅度減少二氧化碳的排放，從而降低對全球氣候的影響。采用化學吸收技術可以實現90%以上的二氧化碳捕捉效率，而物理吸附技術和膜分離技術也可以達到較高的捕捉效率。通過對不同碳捕捉技術進行比較，可發現化學吸收技術的捕捉效率最高，但處理成本較高，而物理吸附技術和膜分離技術則更加經濟實用，但需要更換吸附材料或處理分離后的二氧化碳。

在實際應用中，電力系統中碳捕捉技術的效果主要體現在降低二氧化碳排放量和改善空氣質量等方面。以化學吸收技術為例，對于1000MW的電力發電廠，每年可減少約200萬t的二氧化碳排放。同時，通過減少污染物的排放，也可以改善當地的空氣質量，降低對環境和人體的危害。此外，電力系統中碳捕捉技術的應用還可以帶來一定的經濟效益，如降低企業運營成本、提高產品附加值等?？傮w來說，電力系統中碳捕捉技術的應用對于保護環境、改善空氣質量和促進經濟發展都具有重要意義。

2.4 電力系統中碳捕捉技術的經濟性

根據國內外相關研究數據，從經濟學的角度來看，目前碳捕捉技術的建設和運營成本較高。具體而言，大型火電廠采用碳捕捉技術的投資成本一般在每千瓦裝機容量1500～2000美元（1美元約合7.318人民幣），而小型火電廠的成本則更高。此外，由于碳捕捉技術需要大量的能源投入，因此其能源消耗量也較高。據統計，每噸二氧化碳的捕捉處理需要消耗額外的20%～30%能源。

除此之外，碳捕捉技術的運營成本也需要考慮到后續處理和儲存的費用。一般來說，碳捕捉技術會產生大量的二氧化碳尾氣，需要通過二氧化碳的再處理或儲存來避免對環境造成污染。這些后續處理和儲存費用也需要納入碳捕捉技術的經濟成本考慮范疇。

就我國而言，目前碳捕捉技術的建設和運營成本相對較高，但政府已經開始采取措施推動其發展。我國政府發布了《關于開展大型火電機組煙氣脫硫、脫硝和除塵技術改造的指導意見》，提出對改造后實施碳捕捉的電廠，可享受稅收優惠和財政補貼等政策。預計未來，隨著碳排放交易市場的擴大和碳捕捉技術成本的進一步降低，碳捕捉技術的經濟性將逐步提高，為我國電力行業的低碳發展和實現碳中和目標提供有力支持。

3 電力設備碳排放減排對策

3.1 電力設備碳排放減排的意義

電力設備碳排放減排的意義在于減少二氧化碳等溫室氣體的排放，以應對全球氣候變化和環境保護的需求。電力行業是二氧化碳排放的主要來源之一，因此減少電力設備的碳排放對全球氣候變化和環境保護具有重要的意義。

3.2 碳排放減排對策

為了減少電力設備的碳排放，可以采取多種措施。一方面可采用能源轉型，推廣使用潔凈能源，如太陽能、風能、水能等。另一方面，可對現有電力設備進行技術改造和升級，采用碳捕捉技術等減少碳排放。此外，還可以通過促進節能降耗，優化供需結構等手段減少能源消耗和碳排放。同時，推廣碳交易機制，鼓勵企業通過碳交易市場減少碳排放，增強企業環保意識和環保成本。

3.3 潔凈能源的應用

潔凈能源的應用是減少電力設備碳排放的重要手段。在潔凈能源方面，太陽能、風能、水能等已經成為主流的能源形式，這些能源的使用可在不產生二氧化碳等溫室氣體排放的情況下提供清潔的能源供應。

近年來，隨著技術的不斷發展和成本的不斷下降，潔凈能源在全球范圍內得到了廣泛的應用。特別是在一些新興經濟體和發展中國家，政府正在大力推廣潔凈能源的應用，以減少對傳統化石燃料的依賴，提高能源安全和環境保護水平。

3.4 碳交易的推廣

碳交易是指將企業的碳排放權作為商品進行交易。碳交易的推廣可鼓勵企業采取減少碳排放的措施，同時也可通過市場機制促進減排成本的降低。在碳交易體系中，企業可自由交易碳排放權，從而實現碳排放的限額和交易。

在電力系統中，碳交易可通過限制碳排放量的方式來推動電力設備碳排放的減少。通過建立碳交易市場，企業可通過購買碳排放權來彌補自身碳排放超標的部分，從而減少碳排放。同時，企業也可以通過采用低碳技術等措施來減少自身的碳排放量，進而節省成本。

4 結語

綜上所述，電力系統中碳排放減排是全球關注的一個重要話題。針對電力設備碳排放，采取碳捕捉技術、潔凈能源應用以及碳交易等減排對策是可行的方法，能夠有效地降低碳排放量，保護環境，實現可持續發展。在未來，要不斷探索新的減排對策，提高減排效果，共同推動全球能源轉型和低碳經濟的發展。