碳达峰目标下煤电如何低碳发展.doc

《碳达峰目标下煤电如何低碳发展.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《碳达峰目标下煤电如何低碳发展.doc（17页珍藏版）》请在第一文库网上搜索。

1、碳达峰目标下煤电如何低碳发展前言2019年5月，美国国家海洋和大气管理局(NOAA)发布，由于人类的活动，大气中CO2的浓度已从1750年工业化前的280ppm,上升到415.26ppm，创造了有史以来的最高纪录。大气中CO2的浓度的快速增长，促使了气候变化的加速发展。2016年，全球的CO2排放量就已经达到了320亿吨，预计2030年世界二氧化碳的排放量将会达到550亿吨，增长70%，远高于巴黎协定在保证地球升温不超过2时的二氧化碳排放量420亿吨的限制，现在，碳排放问题已经成为危及全人类共同面对的最严峻的挑战之一，因而联合国气候变化专门委员会（IPCC）建议，碳减排的目标要从巴黎协定关于全

2、球平均气温较工业化前水平升高须控制在之内的规定修改为1.5，并于2050年实现全球碳的零排放。为此，全球多数发达国家均做出了承诺，在2050年以前实现“碳中和”。图1 中国20002018年碳排放量的变化能源消费是碳排放总量的最大来源，而煤电产生的碳排放又是能源消费碳排放最大来源，从图1可见，自2014年以来，由于我国低碳能源转型的发展，由煤炭产生的碳排放的比例在持续走低。20052018年能源消费的碳排放总量从67%降低至54%，20052018年煤电的碳排放在能源消费碳排放总量中从30%降低至27%。表明碳排放总量虽然在2020年之后仍在增长，但增幅已经大幅减小，预计2025年左右将进入峰

3、值平台期。2021年是“十四五”开局之年，我国承诺二氧化碳排放力争2030年前达到峰值、力争2060年前实现碳中和，提出了“到2030年中国单位国内生产总值二氧化碳排放将比2005年下降65%以上，非化石能源占一次能源消费比重达到25%左右，森林蓄积量将比2005年增加60亿立方米，风电、太阳能发电总装机容量将达到12亿千瓦以上”的新目标。中国是世界上最大的碳排放国家，也是唯一做出承诺的世界上发展中大国。中国庄严地向世界宣布的这一承诺和这一重大战略决策，事关中华民族永续发展和构建人类命运共同体，是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革，必然会使我国的产业结构、能源结构、生产生活方式发生深刻的转变。

4、特别是中国的能源资的禀赋，其源结构还是“以煤为主”和电力“煤电为主”的现实，给煤电所带来的挑战更是空前的。图2 中国2018年碳排放量的结构图2为中国2018年碳排放量的结构，从中可以看出，火电（90%以上是煤电）的碳排放量占全国总排放量的43%，是碳排放的最大单一来源。2018年，火电机组平均供电煤耗为308克/千瓦时，火电的碳排放强度约841克CO2/千瓦时，比2005年下降了19.4%，中国所有各种电源全部的平均碳排放强度约为592克CO2/千瓦时，比2005年下降30.1%，说明中国煤电的效率和煤耗一直在改善。表1 各种电源的平均碳排放强度（克CO2/千瓦时）表1是联合国气候变化专门委

5、员会（IPCC）发布的全球各种电源的平均碳排放强度（克CO2/千瓦时），从中可以看出，化石能源电力，即煤电、石油和气电均为高碳排放电源，其中以煤电为最，而其余所有的八种电源，均是低碳排放电源。因此，很显然中国电力的低碳发展，必然首先是大力促进低碳电源的发展，抑制和减少高碳电源，而首当其冲的就是“煤电”。在所有的低碳电源中，核电由于核燃料资源的限制和核安全问题，不可能有达到煤电水平的大规模的发展，水电的发展也受到水力资源的制约，其发展已经接近极限，因此，现在能够大规模发展以至于取代化石能源电力，取代煤电的就是可再生能源电力的风电和光电（光伏和光热）这两种电源。表2 2020年全国全口径发电装机容

6、量事实也是如此，从中电联发布的2020年全国全口径发电装机容量的表2中可以看出，在全国22亿千瓦的总装机容量中，2020年我国风电和太阳能这两种电力的装机容量为5.35亿千瓦，占比达到24.32%，其增长率分别为34.6%和24.1%；2020年全国新增发电装机容量1.9087亿千瓦中，新增的风电和太阳能发电合计达1.2亿千瓦，新增占比达63%，成为我国电源增长的主导力量。2020年所有非化石能源电力新增装机容量的占比则达71%。实际上，为实现碳中和的目标，许多国家和中国一样，也是重点发展非水可再生能源发电，即风电和光电，如表3所示。关于煤电，表2所示2020年全口径煤电装机容量为10.802

7、亿千瓦，占比从2015年的59.0%下降至49.1%，虽然第一次降低到50%以下，但是在2020年7.62万亿千瓦时的全国全口径发电总量中，煤电发电量所占比重高达60.8%，现在仍然是保障我国电力安全和电力供应的主力。表3 世界部分国家实现零碳排放电力的目标2021年3月15日，中央财经委员会第九次会议对于“十四五”这个碳达峰的关键期和窗口期，有关能源和电力的部署是：要构建清洁低碳安全的能源体系，控制化石能源总量，着力提高利用效能，实施可再生能源替代行动，深化电力体制改革，构建以新能源为主体的新型电力系统。根据这一精神，中国煤电必须要为实现“构建以新能源为主体的新型电力系统”做出最大的努力。在

8、新能源中，风电和光电发展最快和最有代表性，但是，风电和光电也有短板，那就是“不可控”，它们受限于昼夜和气象条件的限制，太阳能发电是白天有电，晚上没电，风电则是有风有电，无风无电，大风多电，小风少电。据报道，2019年在全国非化石能源发电量占比仅为32.6%情况下，风电和光电就已经普遍面临并网难、消纳难、调度难等问题，煤电的灵活性的调节问题已经成为我国可再生能源电力快速发展的瓶颈。20202021年的这个冬季，以湖南为代表的浙江、江西、内蒙古等地出现的缺电现象，凸显了在我国能源和电源转型过程中必须高度重视煤电的不可替代的兜底作用。以湖南为例，据报道，造成湖南电力供应不足的原因是煤电装机容量不足和

9、调节的灵活性不够，同时可再生能源电力发展迅猛，因而可再生能源电力的持续、稳定供应问题未能得到很好解决，再加上外来电力通道的瓶颈限制，从而导致出现了多年未见的缺电和拉闸限电的问题。2021年3月8日，在国新办举行的发布会上，国家发展改革委秘书长赵辰昕在回答媒体提问为什么“我国超过20亿千瓦的装机容量却带不起12亿千瓦的负荷”的问题时，他的解答和分析更清楚地用事实说明了产生问题的原因。从2020年12月至2021年1月，全国最高调度负荷连续4次创出历史新高，特别是2021年1月7日晚高峰时负荷达到了11.89亿千瓦，比2020年夏季的峰值增长了10%以上，所以应对难度极大。因为负荷高峰出现在晚上，

10、因此光电没有出力，刚好1月7日那天全国大面积又没有风，所以风电的装机出力只有10%左右，这样全国5.3亿千瓦的风光电总装机容量中有5亿千瓦没有出力。再加上冬季是枯水期，我国3.7亿千瓦装机容量的水电，也有2亿多千瓦没有出力。再就是冬季是天然气的用气高峰，因此我国近1亿千瓦的天然气发电装机容量，有一半左右没有出力。这说明了中国电源的低碳发展，必须要统筹考虑电力供应的安全性、经济性和可持续性。可以设想，如果今天没有煤电作为电力的基础和调节作用，仅靠非化石能源电力，电网的安全稳定供电是无法保证的。今天中国实现以新能源为主体的电力系统，是要从全局出发，在重点发展低碳新能源的同时，把化石能源电源和非化石

11、能源电源作为一个整体，综合考虑，各尽所长，优化各种电源的配置，结合不同电源的各自特点，互相补充，取长补短，携手共进，同时创新发展大规模分布式储能技术和多能互补，优化电网结构和调度能力，以实现中国整个电力系统的高质量低碳发展，保障我国电力系统和电网在转型过程中的安全稳定，并以此为基础推进我国电力的高质量发展，同时控制包括煤炭在内的化石能源总量，但不是大规模减少煤电或“去煤化”。因此，为了贯彻中央关于实现碳达峰和碳中和的战略目标和部署，煤电必须改变自己在能源转型中的定位，从电量供应型转变为电力调节性，为大力促进和保障可再生能源电力的发展，改变煤电发展方式，不再是重点建设新的燃煤电厂，而是要淘汰关停

12、一批容量小，效率低、煤耗高、役龄长的落后机组，然后着眼于对现役机组，采用创新技术，大力实施节能减碳和灵活性改造，不但煤电本身要尽可能地低碳发展，一步一步地不断降低碳排放，而且通过发挥其灵活性的调节作用，大力促进风电和太阳能的快速发展。因此，本文提出，要大力推动技术创新，采取以下四个步骤和措施，逐步实现煤电的低碳发展，这就是：对现有落后煤电产能的淘汰和更新换代；对现有大部分煤电机组实施升级改造；发展生物质与煤耦合混烧发电；大力推进碳捕获利用和封存技术（CCUS）的研发、示范和推广。煤电的高效低碳和灵活性改造现在中国已投运的约3000台其总容量为10.8亿千瓦的煤电机组中，有以下几种情况，60万千

13、瓦以上的大机组占比为45%，其中最先进的66万千瓦和100万千瓦的超超临界机组约占20%，在超超临界机组中，100万千瓦及以上的超超临界机组的总容量为1.37亿千瓦，共113台。3060万千瓦等级的亚临界机组约3.5亿千瓦，近1000台，其装机容量占比超过30%。而在30万千瓦和60万千瓦等级的亚临界机组中，30万千瓦等级的装机容量占约三分之二。此外，大约还有约25%其单机容量小于30万千瓦的老旧机组，包括各种行业自备电厂的热电联产小机组。以上数字表明，占全国煤电装机容量一半以上的是效率低，煤耗高、性能差的亚临界机组和热电联产小机组，这些是我国煤电高质量发展的短板和弱项。根据这一情况，中国煤电

14、的高质量发展，就需首先“抓短板、强弱项”，也就是首先淘汰关停效率低、煤耗高、役龄长的落后老机组，其次应该重点放在占煤电30%的近1000台亚临界机组进行升级改造，其改造目标是：将亚临界机组的效率和煤耗提升到超超临界的水平，以大幅度地降低其煤耗，同时大力改善其低负荷调节的灵活性，以大大提高其消纳风电和光电发电量的能力，尤其是亚临界机组均是汽包锅炉，具有良好的水动力学的稳定性，因而更加适应电网的负荷调节。上述的亚临界机组的改造目标是否能够达到，以下介绍的实例就是最有说服力的证明。华润徐州电厂于2017年决定对其一台32万千瓦的亚临界机组进行升级改造，其目标是改造后能够达到国家三部委煤电节能减排升级

15、与改造行动计划（20142020年）的要求，即到2020年，现役亚临界燃煤发电机组平均供电煤耗达到低于310g/kWh的水平。表4 华润徐州电厂#3号亚临界机组升级改造前后的性能比较徐州电厂这台改造机组原是于2004年投产的一台30千瓦亚临界机组，后于2006年改造增容至32万千瓦，2012年又实施了汽轮机高中压缸通流改造，之后于2017年6月进行了性能测试，其测试结果是汽机热耗为8106kJ/kWh，锅炉效率92.5%，厂用电率5%，机组供电煤耗为318g/kWh。经过对各种不同改造技术的方案比较之后，徐州电厂决定采用上海申能电力科技公司的“亚临界机组600升温综合改造技术”进行改造，该升温

16、改造技术除了主蒸汽压力不变，将主、再热蒸汽温度提高至600，对汽轮机进行通流改造、对锅炉进行部分改造外，还采用了一系列的创新技术，包括广义回热、弹性回热、低温省煤器、机组安全节能快速启动、固体颗粒侵蚀综合防治、空预器综合优化、热源加热等。该改造工程的预期目标是达到额定负荷下的供电煤耗287克/千瓦时，从而实现年节煤量（标煤）54560吨。改造工程于2019年7月完成了机组的调试、启动和168小时试运行，并于2019年12月911日由GE西门子公司采用ASME和欧盟标准，对该亚临界机组升级改造后进行了性能测试，表4为经过第三方授权单位正式测试的徐州电厂3号机组改造前后的性能对比。从表4可见，该亚临界机组在额定负荷下的供电煤耗，从改造前的318克/千瓦时降低到282克/千瓦时，每度电降低标准煤耗36克，而282克/千瓦时的供电煤耗，是百万千瓦级超超临界机组的水平，此外，改造后机组不但具有稳定的100%20%范围内的调峰调频性能，而且在