我国煤电行业碳减排路径

马鹏

【摘要】世界各国由于资源禀赋、技术水平、经济水平、地域范围等各不相同，因此不同国家电力行业碳达峰、碳中和的路径也各不相同。需要指出的是发达国家的碳达峰过程一般都是经济社会发展的自然过程，如英国1973 年就已实现碳达峰，法国、德国、瑞典1978 年实现碳达峰，美国2007 年实现碳达峰，这些早已实现碳达峰的国家，其共同点是早已完成工业化，进入了后工业化时代或信息时代，经济增长已不依赖能源消费的增长，电力装机容量或发电量多年维持在相对稳定的水平。

【关键词】煤电;碳减排;能源

我国能源结构表现为“富煤、贫油、少气”，2019年中国天然气的进口依存度43%，石油的进口依存度则高达71%，远超国际公认的安全警戒线。同时中国也是世界上最大的能源消费国，占全球消費量的23%，和全球能源消费增长的27%。因此，煤炭作为世界三大能源之一在中国的地位更显突出。相对于部分碳达峰的国家而言，我国人均GDP刚刚超过1万美元，仅是16个国家碳达峰时人均GDP平均值的18.6%。同时中国目前尚未完成工业化，GDP的增长仍依赖能源消费的增长，据解振华等人的研究预测，中国全社会用电量将从2020年的7.5亿kWh增长到2050年的11.91～14.27 亿kWh，增长率高达58.8%～90.3%。因此中国电力行业的碳中和不仅要减少CO2排放，而且要满足电力需求的持续增长。

一、实施煤电节能改造，降低单位煤电发电量的碳排放

不断提高发电效率是减少煤炭消耗并相应降低污染物排放和碳排放的重要途径，也是煤电行业始终追求的目标。2014年9月发展改革委、环境保护部、能源局印发了《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014-2020年）》，与节能改造前的2013年相比，2020年全国6000千瓦及以上火电厂供电煤耗为305.5克标准煤/千瓦时，比2013年下降9.9克/千瓦时，比2010年下降27.5克/千瓦时，比2005年下降64.5克/千瓦时。

以2005年为基准年，2006-2020年，供电煤耗降低累计减少电力二氧化碳排放66.7亿吨，对电力二氧化碳减排贡献率为36%，有效减缓了电力二氧化碳排放总量的增长。2019年全国火电机组容量118957万kW，约合11.89亿KW，其中燃煤发电104063万kW（占87.5%） ，燃气发电9024万kW，生物质发电2361万kW，余温、余压、余气发电3272万kW，燃油发电175万kW。60万kW及以上的大机组容量占比为45.0%;30～60万kW等级的机组容量占比35.4%，其中亚临界机组约3.5亿kW，近1000 台，容量占比超过30%; 单机容量小于30万kW 的老小机组容量占比19.6%。这说明全国火电装机容量中近一半的是效率低、煤耗高、性能差的亚临界及以下参数的机组和热电联产小机组。

二、不断提升清洁发电技术，进一步降低煤电碳排放

一是开展超低排放深度攻坚。目前全国15%未达到超低排放的煤电机组贡献了近50%的煤电污染物总排放，主要涉及燃用低挥发分无烟煤机组、未改造的循环流化床机组及部分小容量机组，“十四五”期间除了部分淘汰关停之外，应对其余约1.3 亿千瓦煤电机组开展超低排放深度攻坚，推进煤电机组全面实现超低排放，预计每年可使煤电行业烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放进一步减少27%（约4.9 万吨）、37%（约30.7 万吨）、22%（约17.8 万吨），促进煤电行业进一步提升清洁化水平。

二是主动提升污染物全面脱除技术。在常规大气污染物控制的基础上，进一步推动煤电废气、废液、固废、重金属非常规污染物的全面深度控制，有利于实现煤电深刻转型和更高质量发展。“十四五”期间，煤电行业应进一步提升电厂废水零排放技术、固体废弃物（主要包括粉煤灰、脱硫副产物、废旧脱硝催化剂等）的处理和综合利用技术，研发汞等重金属的脱除技术，加强与现有超低排放技术的协同控制，着重提高脱除效率、降低成本。

三是积极研发低成本超低排放CFB 机组。探索低成本超低排放CFB 技术，开展CFB 燃烧深度控制氮氧化物方面的研发，通过循环流化床的流态设计、温度场控制以及炉内脱硫剂优化，取消炉后环保设施，在炉膛出口实现全负荷低成本的二氧化硫、氮氧化物超低排放。

四是大力发展低阶煤富氧燃烧发电技术。针对全国范围内数百亿吨储量的高硫无烟煤，陕北、新疆等国家级能源基地上万亿吨储量的高碱煤，应进一步研发低热值煤、高碱煤、高硫无烟煤等特殊煤种的综合利用技术，可将低阶煤改质、成型、干燥后，低温无氧干馏得到高温清洁型焦、干馏煤气和轻质芳烃（低温煤焦油），再将高温清洁型焦作为气化原料与蒸汽反应得到水煤气，然后利用水煤气在IGCC（燃气轮机发电系统+余热锅炉+蒸汽轮机发电系统）中进行燃气燃烧发电。在此燃气燃烧发电过程中，发电燃料（水煤气）主要由氢气和一氧化碳组成（分别占比50%），其中氢气燃烧无碳排放，同比燃煤发电可大幅度降低CO2排放，实现低碳排放发电。

三、碳中和时中国火电机组的保留规模

2060 年前中国争取实现碳中和，电力行业首当其冲，需要大力发展可再生能源，但可再生能源不可控，不能作为保供电源。能够作为保供电源的主要是火电、水电、核电、储能（含抽水蓄能）。火电包括燃煤发电、燃气发电、燃油发电、生物质发电等，是最可靠的保供电源。2020 年中国的水电装机容量3.7亿kW（含抽水蓄能3149万kW） ，容易开发的水电资源已开发完毕，据报道中国的水电开发极限是4.32亿kW。2020 年中国的核电装机容量0.5亿kW，核电由于核安全问题，选址极其困难，加上核燃料资源的限制，不可能大规模发展，预计可发展到2亿kW。2020年中国建成投运的储能项目累计装机规模3560万kW，其中抽水蓄能3149万kW。依据《中国电力行业年度发展报告2020》，中国风能发电装机从2009年的1613万kW增长到2019 年28153万kW，太阳能发电装机从2009年的2万kW增长到2019 年25343万kW。为了满足全社会的用电需要，预计碳中和时中国非水可再生能源的发展将达到50亿kW。