碳达峰碳中和背景下火力发电前景探讨

张伟鹏

摘要：进入二十一世纪以来，随着新能源发电技术的迅速崛起，我国燃煤发电装机容量比例不断降低。截至2020年底，全国全口径发电装机容量22亿千瓦。其中，全口径煤电装机容量10.8亿千瓦，占总装机容量的比重为49.1%，首次降至50%以下。当前，我国提出在2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和。再次背景下，火力发电首当其冲成为需要调整的对象，未来火电行业的发展值得深思。以下针对火力发电的方向提出了几点构思。

关键词：碳达峰碳;火力发电;前景;探讨

一、火电厂煤耗、环保等传统技改，提高效率，减少煤炭消耗

继续优化生产运行流程，深挖设备潜力，积极进行系统升级改造，提高机组效率，进而减少煤炭资源的消耗，降低碳排放水平。

随着新能源的快速发展，给火力发电调峰带来更高的考验，常规火力发电会经常在低负荷运行，低负荷运行对机组的寿命及经济性有很大的影响。因此可尝试对火力发电的主机设备进行改造，如汽轮机通流改造，提高乏汽利用效率，探索锅炉超低负荷运行，减少机组启停次数等。

辅机设备改造，对电厂的大型用电设备改用汽动驱动电机模式，或大型用电设备增设或优化电机变频，降低厂用电，提高全厂发电效率。

热力系统改造，减少“跑、冒、滴、漏”，充分利用介质余热，进一步利用脱硫脱硝工艺中的热能。

二、积极推进火电厂消纳可再生能源及有环境治理协同效应的生物质固废掺烧

能源与环境是不可分割的，随着环境问题的日益加剧，各种垃圾的处理问题也就显现出来，尽管我国已经建造了大量的垃圾发电厂，但是随着我国工业化和城镇化步伐不断加快，工业和城市产生的大量污泥、垃圾等固废仍然需要处理。未来火电的发展将与环境处理紧密相连。

“煤电+”耦合发电可降低生物质、垃圾焚烧电厂建设成本，同时可以利用大型火电机组热容量大，效率高，环保设施高配的优势，实现超低排放，缓解固废处置压力，实现固废由低效处置走向高值化利用，有效解决“垃圾围城”的困境，助力“无废城市”建设。在大型燃煤电厂中耦合燃烧部分生物质原料、垃圾、污泥等，既可以提高生物质原料在电力系统中的利用率，也可以减少温室气体排放，同时也达到了对环境处理的作用。由于现代燃煤电厂通常规模较大，性能优越，与新建或改造100%的生物质发电厂、垃圾发电厂相比较，“煤电+”耦合发电具有投资成本低、生物质燃料利用效率高、规模经济性好、发电成本低等优点。与其它可再生能源相比，“煤电+”耦合发电是一种建设周期短、改造成本低的选择。通过用生物质原料、垃圾等作为大型燃煤发电厂锅炉的部分替代燃料，高效、清洁地将生物质转化为电能。这一概念已在全球200多个电厂中得到成功证明，并已产生了一些商业运行电厂，包括煤粉炉、旋风炉、流化床锅炉等。

三、继续深挖多联供，打造区域综合智慧能源站

替代散煤的集中供热供汽/气，工业园供热大部分为企业自建锅炉，此模式的用能效率低。在国家关停一批小火电后，多联供项目在尚未按合理多联供半径布局到位的前提下，有明显的多联供区域空间可以利用。

《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标的建议》中提出，到2035年，我国要广泛形成绿色生产生活方式，在碳排放达峰后稳中有降，生态环境根本好转，美丽中国建设目标基本实现。

国家发改委等七部委于2019年印发的《绿色高效制冷行动方案》。方案提出，在2017年基础上，到2022年，家用空调、多联机等制冷产品的市场能效水平提升30%以上，绿色高效制冷产品市场占有率提高20%，实现年节电约1000亿千瓦时。到2030年，大型公共建筑制冷能效提升30%，制冷总体能效水平提升25%以上，绿色高效制冷产品市场占有率提高40%以上，实现年节电4000亿千瓦时左右。

目前现有大中型燃煤机组一般处在中心城市边缘且在有效多联供半径内，进行集中多联供具有明显的区位优势，比新投资建设项目更节省投资。因此，大中型燃煤机组实施多联供改造是顺应电厂生存发展需要极佳选择。

四、火电机组灵活性改造

以风力发电、太阳能发电为代表的新能源电力具有间歇性与随机波动性，需要与之匹配的灵活可调度资源。 对于火力发电而言就必须做到：稳定可靠的电力供应与灵活充裕的调峰能力。

对于发电机组，灵活性的提升主要体现在：深度调峰（降低最小技术出力）、快速启停、增强爬坡能力（即提高加减负荷速度）。对于热电机组，热电解耦也是增强灵活性的方式。

1、对中大型火电机组进行多联供改造，可以对工业园、大型商场、小区、等多个场合进行冷热电多联供，如此在机组深度调峰时，机组出力能够稳定在较高的水平。

2、可考虑设置电池储能，在用电低谷时将机组所发电量不上网，进入储能系统，等用电高峰时再释放储能系统的电量。但是该技术目前成本较高，技术也有较多屏障需要进一步突破。

3、可考虑设置熔岩储能系统，在用电低谷时将蒸汽的热能存储至熔岩中，等用电高峰时再将存储的热能释放加热给水，该技术目前在太阳能热发电行业有商业运行业绩，但是成本较高，容量也不算大，该技术目前在常规火电机组没有投运业绩，江浙地区有部分企业正在研发火电厂的熔岩储能应用技术。

4、因地制宜，发展抽水蓄能电站。在火电厂周边修筑水库，白天利用火电厂发电带动蓄水泵蓄能，晚上利用水库带动水轮机发电来补足晚上太阳能不能发电的短板。

五、火电机组参与辅助调频，进入电力调峰辅助服务交易市场

在未来一段时间内，煤电将与可再生能源并存，煤電发电小时数减少、占比逐年下降，更多的煤电将通过灵活性改造，为可再生能源发展提供支撑，帮助可再生能源成为主力能源。

完善电力辅助服务交易规则，调整优化技术支持系统平台，加强电力调度运行管理，推进启动电力调峰辅助服务市场交易。通过市场资源优化配置，发电企业积极参与电力调峰交易，有效提升新能源消纳能力，维护电力系统安全稳定优质运行，促进了清洁能源消纳。

六、积极探索建设碳捕捉、利用与封存（CCUS）及其资源化利用示范项目。

燃煤电厂排放量大、点源多，应及时开展大规模全流程示范，但在技术方向选择上，目前尚难以判断燃烧后捕集、燃烧前捕集和富氧燃烧技术的大规模商业发展前景，其示范机会应尽量均等;积极稳妥地推进CO2-EOR、CO2-EWR、陆上咸水层封存与多种捕集方式在火电行业的集成示范和规模放大，形成数个100 万吨/ 年以上规模的示范工程。并通过这些全流程CCUS 技术示范形成的共性技术和经验，推动其他集成系统的技术示范。