鄂尔多斯煤电企业减污降碳协同增效的路径探索

＊霍怡廷 张海军 吴珍 张弦

（1.鄂尔多斯应用技术学院 内蒙古 017000 2.内蒙古能源集团煤电事业部 内蒙古 010000）

中国能源消费造成的碳排放，近几年已经达到103亿吨[1]，比美国、欧盟和日本加起来还多。就终端消费而言，约75%的二氧化碳排放量是由煤炭消耗而产生的。其中，利用煤炭进行发电的碳排放量最高，占比超过行业碳排放总量的40%。加之煤电装机容量、发电量分别增长41%、28%，因此，煤电企业是“降碳”的主力军[2]。双碳目标下推进燃煤电厂减污降碳，是打赢污染防治攻坚战、建设美丽中国的必然要求。鄂尔多斯市2022年产煤8亿多吨、占全国的1/5，以一市之力解决了全国25个省（区市）的燃煤之急，以一市之力温暖千座城、点亮万家灯。然而，高能耗、高碳排放亟待解决，鄂尔多斯煤电企业减污降碳协同增效，有效支撑我市经济社会发展满足电力需求的同时，实现行业高质量发展和环境质量改善的双赢，助力鄂尔多斯全面践行“生态优先，绿色发展”理念。

煤电行业是我国大气污染物排放的主要来源之一，也是二氧化碳排放的主要来源之一。就2020年而言，依据煤电发电量以国内度电碳排放系数测算，CO2排放量达50.4亿吨,以全球电力碳排放数据测算，CO2排放量达43.7亿吨[3]。

与此同时，根据鄂尔多斯市统计年鉴（2013—2022）来看，作为全国14个大型煤炭基地和9个大型煤电基地之一的鄂尔多斯，煤炭碳排放达9.6亿吨（见表1）。根据鄂尔多斯市统计局公布数据，2020年全市火力发电量达到1169.8亿千瓦时，火力发电量占内蒙古自治区的22.4%。能源消耗比全区电力行业协会能源消耗多198.4万吨标准煤，高出全区规模以上工业127.4万吨标准煤，煤电高耗能带来的高排放问题急需得到有效解决。

表1 鄂尔多斯市主要能源碳排放量（万吨标准煤）[4]

本文通过对鄂尔多斯煤电企业碳排放影响因素的研究，从排放结构、燃料消费、运输方式和末端处理四方面具体阐述了鄂尔多斯煤电企业碳排污染情况，并结合内蒙古自治区和鄂尔多斯市能源领域碳达峰政策，阐述鄂尔多斯煤电企业减污降碳协同增效的具体举措。

1.鄂尔多斯煤电企业碳排放的影响因素

目前通常采用对数均值迪氏指数分解法（LMDI）[5]对煤电企业的碳排放影响因素进行分析。LMDI模型是指数分解法（IDA）模型的一个分支，是对于变量不多而且涉及到时间序列性质的情况比较好的分解模型，并且这个模型的使用不需要借助投入产出表的数据作为依托，使用较为方便。影响电力行业的二氧化排放因素一般分为两个部分：电力生产端和电力消耗端。电力生产方面包括能源结构、电力结构、能源生产消耗等方面的内容；电力消耗方面包括产业发展因素、经济发展因素和人口因素，产业发展因素包括产业结构、用电强度等，经济发展因素包括人均GDP、人均生活用电、人口因素、人口数量等。

鄂尔多斯煤电企业为电力生产企业，属于电力生产端，采用的影响因素为能源结构、电力结构、生产能耗（数学建模需要，生产能耗为总耗标煤量/总发电量，与电力企业的供电煤耗不同）、主营业务工业生产总值。由于鄂尔多斯煤电企业数量庞大，统计各数据周期长，此文仅以内蒙古能源集团采用LMDI方法的碳排放因素分解模型作为分析参考。该模型综合考虑了碳排放系数、生产能耗、能源结构、动力生产结构等因素：

式中：C—CO2排放总量，t；E—火电能源总投入，t标煤；F—火力发电量，万千瓦时；G—集团总发电量，万千瓦时；H—集团工业总产值，万元；CE—标煤的CO2排放系数；EF—电力生产环节的生产能耗；FG—火电占总发电量比例；GH—单位工业总产值的发电数量。

采用加法分解形式，CO2排放变化为：ΔC=ΔCE+ΔEF+ΔFG+ΔGH+ΔH。

假定CO2排放系数不变，即变化值为0，其余分解因子按LMDI方法分解，第t期的各个因素表示为：

式中：Cm（m=1，2，3，4）—碳排放对应的4个影响因素；—对数平均函数。

内蒙古能源集团采用LMDI分解方法总结了2011—2020年煤电企业各因素对碳排放的影响，从图1可以看出，导致碳排放快速增加的主要原因是工业总产值的大幅增长，生产结构和单位工业总产值的发电量对碳排放量的影响甚微，生产能耗理论上对碳排放具有正增长影响，但2011—2020年间几乎没有变动。而生产耗能的变化累计效应为正值，冲抵了电力生产结构优化而减少的碳排放效应（-3.946），加剧了碳排放增长。这也符合鄂尔多斯煤电企业由于工业总产值的增加而导致碳排放增长的实际情况。

图1 2011—2020各因素对碳排放的影响

鄂尔多斯煤电企业碳排污染情况主要如下：从排放结构来看，目前仍有一定比重的低效高排放煤电机组，其中大部分是自备机组。自备电厂碳排放污染曝光案件中有一例是鄂尔多斯高新材料有限公司（自备电厂）在2019年排放报告里对碳含量进行了篡改[6]。从燃料消费使用上看，主要使用褐煤、长焰煤，但这些煤的碳排放均处于较高水平，而低碳或者零碳燃料[7]在原料使用中占比相对较低；部分自备机组甚至使用低热值（低于于15.73MJ/kg）的烟煤、水分高热值低的褐煤以及高硫煤（大于2%）等。从运输方式上看，煤电行业大宗物料清洁方式运输比例达到70%左右，其它物料包括粉煤灰、石膏、石灰石、氨水等还是以非清洁方式运输。从末端治理上看，目前大多数煤电企业的碳减排方式单一，主要依赖于碳捕集技术，治理设施能效水平、灵活性水平均有待提升。

2.减污降碳协同增效的应对措施

基于鄂尔多斯煤电企业的碳排污染情况，结合《鄂尔多斯市电力行业碳达峰实施方案》，以及近两年鄂尔多斯煤电企业减污降碳的“碳”索之路成果，总结以下五项减污降碳协同增效的举措：

一是探索源头降碳、降低生产能耗，坚持先立后破，推进低碳燃料、原料和可再生能源替代，制定了《鄂尔多斯煤电节能降耗与灵活性改造行动计划（2021—2024）》，对燃煤锅炉进行关停整合，加大对燃煤小锅炉、落后小型燃煤热电机组（含自备电厂）的淘汰力度，加大节能降耗力度，逐步关停淘汰或改用低碳燃料替代备用电源，全力完成燃煤发电机组2025年、2030年的煤耗目标。

二是清洁运输，主要采取散改集+新能源+智慧调度的煤炭清洁运输模式。从传统的散件运输模式向避免车辆在运输过程中对环境造成污染的数字化集装箱运输转变，鄂尔多斯先后引进奇瑞、上汽红岩、国虹氢能等新能源汽车项目[8]，使煤炭运输更环保、更高效、更节能、更智能。2023年6月，内蒙古智慧物流碳中和技术创新研究院提出，围绕内蒙古“呼包鄂乌”打造物流散改集+新能源+数字陆港先进创新技术，开展短倒运输，以“零碳排放新能源电动重卡+密闭数字货箱”为载体。切实解决好车厢撒煤粉、城区道路扬尘等传统运输过程中存在的突出问题，做到经济高效、环保零排放。

三是拓展多元化煤电功能，实施“风光火储一体化”或“风光火多能互补”方式，在库布齐沙漠、盐碱地开展光伏治沙、生态治理等光伏+新能源项目，配套光伏、风电、储能项目在黄河生态治理区等地建设。目前伊金霍洛旗天骄绿能50万千瓦采煤沉陷区生态治理光伏发电示范项目运用“板上发电、板下种植、板间养殖、治沙改土、带动乡村振兴”五位一体循环产业发展模式，每年可节约标准煤约34.1万吨，减少二氧化碳排放量约84.1万吨，该项目被评为国家2021产业转型升级示范项目[9]。截至目前全市已建成341.5万千瓦光伏、220.5万千瓦风电、76万千瓦水电、6万千瓦生物质等可再生能源装机规模644万千瓦。

四是耦合共治，实施一体化综合节能降碳技术改造方案，对不达标机组进行关停改造，对处于排放限定值边缘的机组进行节能降耗改造。目前工业二氧化碳排放治理主要依靠的是碳捕集技术，煤电企业二氧化碳捕集包括：燃烧前捕集类、燃烧中捕集类、燃烧后捕集类。杨亚利等人[10]对比分析了其经济性：从电站投资角度分析，加入燃烧后捕集系统的电站投资成本比加入富氧燃烧系统的电站投资成本要更高一些。从电源标煤耗和工厂耗电量方面分析，富氧燃烧系统需要装备高能耗制氧系统和压缩凝练提纯系统，在经济性方面依然不占优势。综合以上情况，建议积极探索氮氧化物、硫化物、二氧化碳等吸收和光催化同时脱除技术，在目前煤电企业脱硝脱硫技术基础上进行技术和设备升级；研发脱硝脱硫脱CO2一体化装置。同时，因地制宜有序推进大型煤电机组耦合本地生物质（如灌木、废弃农作物、生活垃圾等）发电。目前，达拉特旗内蒙古心连心生物科技有限公司以农作废弃物玉米芯为原料转化提取糠醛（重要的基础化学原料），并将糠醛渣作为生物质锅炉的燃料进行发电，形成绿色、节能、可持续循环发展的产业链。

3.结语

鄂尔多斯煤电企业减污降碳协同增效目前取得一定成效：持续推进煤电机组“三改联动”，累计完成节能改造173.2万千瓦，弹性改造414万千瓦，供热改造101万千瓦，新增供热容量810万平方米；采取光伏+生态修复治理，到2023年底全市已建成采煤沉陷区光伏发电示范项目65万千瓦；加大固废处置和综合利用力度，新建18座热电厂配套渣场，积极落实节能环保税收优惠政策。但就目前而言，我市煤电机组能耗水平和行业标杆水平仍具有一定差距，碳污染形势依然严峻，在统筹推进煤电三改联动与自备电厂可再生能源机组替代的同时，需要结合地域特征积极探索和发展多种形式的煤电耦合共治方式。

“探索优质发展的生态优先、绿色发展导向的新路子”，鄂尔多斯厉兵秣马、真抓实干，努力实现降碳、减污、扩绿、增绿协同推进，筑牢北方生态安全的重要屏障—鄂尔多斯。