燃煤电厂的二氧化碳排放计算与影响分析

文_王正阳 福建龙净环保股份有限公司

1 碳排放、碳配额与碳交易

对于纳入全国或省级碳排放重点单位来说，每年需要核算本单位的碳排放总量和CCER量（核证自愿减排量）计算可以抵消的碳排放量；同时结合当年相关部门制定的碳配额计算方法，根据企业生产和经营情况获得碳配额数据。若碳排放总量+CCER可抵消碳排放量大于碳配额，则需要到国家或省级碳交易市场上购入碳排放指标；最后到相关登记系统进行碳配额清缴。

2 燃煤电厂的碳排放计算分析

2.1 相关计算标准

关于燃煤电厂的碳排放计算，可以参考的标准和指南包括：①IPCC国家温室气体清单(2006)和IPCC-2019修正，第2卷：能源；②2011年，国家发展改革委《省级温室气体清单编制指南》；③2013年，中国发电企业温室气体排放核算方法与报告指南；④2019年，发电行业重点排放单位（含自备电厂、热电联产）二氧化碳排放配额分配实施方案；⑤2021年，生态环境部—《企业温室气体排放核算方法与报告指南—发电设施》。

2.2 相关计算过程

发电企业的二氧化碳排放主要包括三个部分：①化石燃料燃烧排放量E燃烧；②脱硫过程排放量E脱硫；③净购入使用的电力排放量E外购电。

（1）化石燃料燃烧排放量E燃烧

式中ADi-第i种化石燃料活动水平（热值，TJ）；以燃煤电厂为例，其中纳入企业化石燃料燃烧排放的包括燃煤、启动及稳燃用油（气）、移动源用油等。

E

Fi-第i种化石燃料的排放因子（tCO2/TJ）。

FCi-第i种化石燃料的消耗量（t或10Nm3）；

NCVi-第i种化石燃料的平均低位发热值（kJ/kg或kJ/Nm3）。

CCi-第i种化石燃料的单位热值含碳量(t碳/TJ)；

OFi-第i种化石燃料的碳氧化率（%）。

对于燃煤来说，碳转化率OF煤（%）为：

式中G渣-与耗煤同时间段统计的炉渣产量（t）；

(2)脱硫过程排放量E脱硫

脱硫过程若以碳酸盐为脱硫剂，会产生二氧化碳排放：

式中CALk-第k种脱硫剂中碳酸盐消耗量（吨），脱硫剂中碳酸盐含量取缺省值90%。

EFk-第k种脱硫剂中碳酸盐的排放因子（tCO2/t）

式中EFk,t-完全转化时脱硫过程的排放因子（tCO2/t）。

(3)外购电折算排放量E外购电

式中AD电-企业的净购入电量（MWh）；

区域电网年平均供电排放因子各省差异很大，北京按照0.604 tCO2/MWh，一般有两台套机组以上的燃煤电厂因可以互为备用而不需要外购电。

2.3 1台660MW燃煤机组的碳排放计算分析

现就1台660MW超临界机组的二氧化碳排放量进行计算。该机组燃用一般烟煤（低位发热量18271kJ/kg），碳转化率按照98.3%，年有效利用小时数为4500h，年发电量约29.7亿kWh，平均负荷率约65%，平均厂用电率约5.3%，采用石灰石-石膏湿法脱硫烟气处理工艺。

燃煤机组主要的二氧化碳排放量来自煤的燃烧，占了总排放量的98.5%。故只考虑机组化石燃料燃烧产生的二氧化碳排放，同时对于煤燃烧过程的碳转化率，不考虑具体煤种统一为99%。

本文结合相关资料，推荐采用如下简易算法：

计算出该机组平均负荷（65%）下的供电煤耗约为304.7g/kWh，除去厂用电的年供电量为281259万kWh，则年总二氧化碳排放量为2470977t。

3 碳排放与碳交易对企业的影响分析

燃煤电厂在煤质相近的情况下对电厂碳排放影响最大的就是机组效率，根据现有碳配额分配方案《2019-2020年全国碳排放权交易配额总量设定与分配实施方案 （发电行业）》：

机组配额总量Ae=供电基准值×实际供电量×修正系数+供热基准值×实际供热量

对于纯凝机组来说，机组供电碳配额Ae为：

式中Ae-机组供电量，单位：MWh；

Be-机组所属类别的供电基准值，单位：tCO2/MWh；

Fl-机组冷却方式修正系数，如果凝汽器的冷却方式是水冷，则机组冷却方式修正系数为1；如果凝汽器的冷却方式是空冷，则机组冷却方式修正系数为1.05；

Fr-机组供热量修正系数，燃煤机组供热量修正系数为1-0.22×供热比；

Ff-机组负荷（出力）系数修正系数，75%负荷以下为1.015（16-20F），F为负荷率。

以下就1台660MW超临界机组和2台330MW亚临界机组进行比较，均为湿冷、纯凝机组，无供热。在碳配额方面，由于均为300MW等级以上燃煤机组，其供电基准值一致。从表1可以看出，在负荷率一致的情况下二者的碳配额仅因为厂用电率而略有差异。而在碳排放方面，2台330MW亚临界机组因为效率低、煤耗高而导致二氧化碳排放量高。对比分配的碳配额，660MW机组有100585t的碳配额可供出售，而2台330MW亚临界机组则需要从碳交易市场上购入239667t的碳配额。因此除了本身机组运行成本差异外，中小机组的运行还进一步增加了碳排放的成本，在发电市场的竞争力进一步下降。而大型机组则获得更多的效益，这有利于市场优胜劣汰的加速。

表1 1台660MW机组和2台330MW机组的碳排放与碳交易比较

4 燃煤电厂常规碳排放控制技术

除了提高机组参数与发电效率，例如上大压小，采用超超临界机组，二次再热等以外，其他现有机组的具体降碳措施包括：①炉前控制，主要为煤质改善，即煤中C含量越少，H含量越高，则二氧化碳排放越少；②生物质能源作为可再生能源，其燃烧不纳入碳排放量计算，可以通过锅炉改造以适应更多的生物质能源替代煤燃烧，还可以进一步参与CCER（核证自愿减排量）抵消电厂的一部分碳排放量（目前规定不超过配额的5%）③热力系统升级：汽轮机通流改造，冷端优化、回热系统改造等；④提高锅炉效率：制粉系统改造、燃烧系统改造、控制设备漏风；⑤降低厂用电率：三大风机变频改造、降低烟风系统阻力；⑥其他：无油点火技术、控制系统优化、烟气余热利用等。

5 结语

1台660MW机组的燃煤碳排放占了机组总碳排放的98%以上。对1台660MW机组和2台330MW机组的碳配额与碳排放计算可知，中小机组在火力发电市场将越来越缺少竞争力。