基于低碳经济背景下电力行业节能减排路径分析研究

2023-03-05诸德律徐佳琪

现代工业经济和信息化 2023年11期

诸德律，徐佳琪

（国网江苏省电力有限公司经济技术研究院，江苏南京 210008）

0 引言

“低污染、低排放、低能耗”是低碳经济的核心目标。如果想要实现低碳经济，就必须通过技术与体制的创新，加速转型升级，从减排、节能、增效三个方面保障自身的可持续发展。电力工业是国民经济和社会发展的重要支柱工业，但在这一过程中，煤炭发电占到了60%以上。中国煤与能源消耗居全球前列，煤炭在我国的消耗中占到了57%。根据麦肯锡2020 年发布的《应对气候变化：中国对策》报告,中国排放了世界上20%左右的温室气体[1]。

1 电力行业低碳经济发展意义

当前，我国能源消费中的碳排放量已经达到了50%左右，因此，如何提升能源消费水平，实现能源消费的低碳化，是当前我国能源消费领域的一个重要课题。目前，以煤为代表的能源仍然是发电的主体，同时也是支撑电力产业发展的重要能源[2]。在我国，煤电的消耗量超过60%，用与煤电对应的比例作为基准，来确定煤电的CO2含量。根据有关资料计算，我国煤炭的排放量与煤炭的比例大约是1∶4.12，也就是每吨煤炭的排放量是4.12 t。《气候变化国家评估报告》指出，到2030 年，中国近海海平面将超过10 cm，如果不采取有效措施，将对中国的生态和气候产生严重影响[3]。在此背景下，我国的电力工业必须加快自身的变革与产业升级，以达到节能、减排、绿色发展的目的。利用新能源及其他技术，调整并改善供电结构，建立多元化供电结构。这将有助于减少温室气体的排放，降低能耗。采取更多的绿色科技与生产模式，以达到降低污染、降低排放量，保护环境的目的。

2 电力行业节能减排现状分析

2.1 节约能源和环境保护并重

“十三五”期间，国家对电力行业采取了一系列的节能减排措施，通过5 年的时间，取得了一些成效，但是还存在一些问题，制约着电力行业的节能减排。一方面，节能减排并不协调[4]。“十三五”前期，我国火力发电厂的脱硫工艺虽已有较大进步，但仍未达到国家规定的要求，亟待二次技术改造。但是，二次改造的能源消耗比较高，SO2的减排状况并没有得到显著的改善，而且还使用了石灰石、石膏等多种方式，导致企业的用电量增加，这与初衷相违背。另一方面，我国在调整能源结构方面也面临诸多困难。尽管国家大力扶持新能源，市场竞争却日趋激烈，产品同质化程度越来越高。水电开发初期投资巨大，开发速度较慢，项目面临诸多问题，新能源的开发也遇到了许多困难。因此，“十三五”以来，国家一直致力于解决新能源开发所遇到的难题，努力减少电力消耗并提升新能源的开发利用效率。

2.2 环境保护电价政策标准

为解决燃煤电厂的碳排放问题，我国出台了一系列节能减排政策，包括对燃煤电厂排污收费，发放清洁能源发电补贴，调整工业和民用用电价格等。虽然这些措施已收到一定的成效，但是在实际操作过程中，还存在着许多不足。

由于热电厂机组类型的差异，造成了脱硫、脱氮费用的差异，不同等级的机组改造得到的补贴也不一样，而越低等级的机组，补贴金额越小，回收难度越大，其实施效果也就越差。以环境保护价格为例，目前我国对环境保护价格的补贴尚无统一的标准。

2.3 开发节能减排技术

“十三五”以来，我国的节能减排工作取得了明显的成绩，但总体上还存在一些问题。我国应该在一方面加强自主研发，提高科技水平。二是积极引进和吸收国外先进技术。经过双方的共同努力，我国电力行业的科技进步很快，已处于世界领先地位。在这段时间里，以煤炭为主要能源的全煤、煤气的综合利用技术已经取得了很大的进展。在水利方面，中国拥有世界上最先进的水力发电技术，并伴随着科技进步，中国水利水电工程规模不断扩大，数量不断增加。白鹤滩水电站就是其中的代表，它汇集了全球最顶尖的水利科技。在发电环保技术上，我国的二氧化碳捕集技术、除尘脱硫脱硝技术与之前相比有了很大的突破。但在核心技术方面，我国与发达国家相比仍有较大差距。

当前，我国电力公司的技术水平尚未达到国际领先水平。因为对电力工业的技术研发投资不够，导致了电力工业缺少自主知识产权。在电力生产过程中，一些必要的关键设备不能大批量生产，只能依赖于进口，这就不可避免地造成了电力生产成本的提高。除此以外，发电企业没有足够的技术支撑，无法达到国家规定的节能减排目标，对排放进行了过多的限制，从而制约了循环经济技术的发展，与此同时，也很难对拥有自主知识产权的技术展开研发和应用。

3 电力行业节能减排路径及保障

3.1 电力行业实现节能减排的技术路径

3.1.1 碳捕集技术

在火力发电厂中设置碳捕集装置，可将二氧化碳的排放量降至90%左右，是一种更加低碳的发电方式，同时也可实现已有燃煤机组的最大利用率，降低搁浅成本，降低对其他低碳能源的投入。BECCS 作为一种致力于“负排放”的技术，对“减碳”具有特别重要的作用。但由于成本问题，目前该技术还处于示范阶段。但是，由于技术的持续发展，在将来，煤电CCS 和BECCS 将逐渐变成一种有成本优势的低碳发电技术。

研究结果表明，在电力工业的后期深度减排过程中，碳捕集技术扮演着核心角色。2 ℃条件下累积捕集CO240 亿t，1.5℃条件下累积捕集CO2201 亿t（对应1.5 ℃和2 ℃目标）。通过比较，在2 摄氏度和1.5 摄氏度条件下，碳捕获技术在电力工业中的减排贡献率分别为25%和39%。利用碳捕集技术，在保持合理的煤电生产能力的同时，可以降低二氧化碳的排放量。在1.5 ℃情景下，即便要在2050 年前达到“净零排放”的要求，燃煤发电总量仍然可以保持265 GW。

3.1.2 动力配煤质量控制技术

动力配煤质量控制技术是火力发电中至关重要的技术，它不仅能提高发电效率，还在节能减排方面发挥着积极作用具体见表1。因此，应当加强该技术的应用和推广。在实际操作中，技术人员应注意以下几点，对配煤标准及原煤质量进行控制：首先，需要选用优质煤品，通过规范的配煤质量控制流程可以有效提高燃烧效率，减少排放污染，保证发电质量。例如某发电厂采用动态配煤技术，将入库煤热值控制在6 000～6 200 kcal/kg 之间，灰分控制15%～18%，经配煤后热值控制在5800～6000kcal/kg，锅炉NOx排放浓度控制在200 mg/Nm3以下等，有效提高了发电效率。其次，对发热量进行严格的控制。在燃煤锅炉中，若其发热率较低，则会造成大量的烟道气热损失，并引起燃烧不完全。所以，必须严格控制发热量，以提高电介质的利用率。最后，要有规律地进行挥发性的测试。在测试时，应依据锅炉的型式，来决定挥发性物质的应用范围。

表1 动力配煤质量控制技术

3.1.3 智能电网与特高压技术

为使电力工业达到节能减排的目的，必须在发电过程中引入智能电网和特高压技术。在输电过程中，线损占相当大的比重，对电能的利用率有很大的影响。为降低线路损耗，可采用特高压技术对线路进行升压，从而达到降低线路损耗的目的。特高压输电的轨迹如下：发电厂发出的电，先通过升压变压器将电压升高到1 000～1 800 kV 以上，然后到达用电地区，再通过降压变压器将电压降至220/380 V 后供用户使用。特高压直流线路一般为“点对点”单向传输的两个换流站构成，整体输送线路通过特高压电缆与铁塔完成两地换流站间架设。电力输送端将发电侧生产的交流电经换流阀整流为直流电传出，电力接收端将特高压直流电经逆变器转换回交流电，输送到电力下游变、配电及用电侧。

3.1.4 电力调度优化技术

在低碳经济的大背景下，传统的发电方式已不能适应当前的低碳经济发展需求，为实现节能减排，必须以低碳用电为目标，优化电网调度方式。在这一过程中，电力公司必须严格遵循经济性的原则可如图3，优化用电计划，从而达到降低用电成本的目的。因此，技术人员必须综合分析输配电损耗、发电能耗等方面的因素，并针对其成因，建立适当的调度方式，从而达到电力工业的节能减排目的。

3.2 电力行业实现节能减排的能源结构优化路径

3.2.1 可再生能源的应用

随着低碳经济的发展，可再生能源在电力行业中的应用将日益广泛。可再生能源以太阳能、风能、水能为主，它们具有环保性好、资源充足的优势，将成为电力行业实现节能减排的重要途径。

光伏发电是利用太阳能直接转化为电能的技术。我国光伏发电资源极为丰富，技术也在不断进步，成本不断下降。预计到2030 年，光伏发电装机容量将超过1 亿kW。风能发电利用风力转动风轮机发电。我国东北、华北、华中、华南等地区风能资源丰富，尤其是沿海地区具有很好的发展潜力。预计到2030 年，风能装机容量将达到3 亿kW 以上。水能利用河流落差或潮汐落差来发电。我国水能理论蕴藏量达1.4 亿kW，技术成熟可靠。

3.2.2 注重核电产业优化发展

在低碳能源大环境下，核能发电作为一种重要的发电技术，其推广应用对于实现电力行业的节能减排具有重要意义。如果用核能发电技术代替燃煤发电技术，不仅能提高我国的发电效率，而且还能降低近18亿t/a 的碳排放。与此同时，发展核电技术不仅能够提高能源的利用率，还能够实现我国能源供给侧结构性改革，也能对我国的污染物排放和温室效应起到很大的作用。所以，如何强化核能技术的运用，就成了人们关心的焦点。到现在为止，中国已经形成了三个主要的核能基地，分别是：浙江秦山，广东大亚湾，江苏田湾，在运营中的核能机组11 台以上。在目前阶段，我们在核能技术上具有的优势主要表现在：高温气体实验堆、快中子增值堆等方面；随着我国核能事业的发展，核能事业的发展也在逐步走向成熟，国家在核能事业上的投入也在逐步增加。为了进一步促进我国电力工业实现低碳电力的目标，提高其节能减排效果，必须加强对核电技术的自主研发和应用。

3.3 电力行业实现节能减排的保障

3.3.1 制定节能减排的经济政策

从目前节能减排技术与新能源技术的使用现状来看，新能源技术的使用将给电力公司带来更高的运行成本，是新能源科技和节能减排政策实施的最大障碍。因此，各地政府应将推动新能源技术作为重点，制订出适合新能源技术的市场调控经济政策，以克服新能源技术为基础的电力生产方式与市场竞争的不利因素。同时，对使用新能源技术的电力公司，也要给予切实的财政补贴。比如，在欧美等发达国家中，我们可以采取积极的措施，对使用脱氮装置的发电公司给予一定的财政补助。

3.3.2 完善电力行业的市场机制

在我国电力系统的低碳转型进程中，需要发展一批新的低碳能源技术，并为其配套的电网、储能等配套设施带来巨大的投资。这与实现转型所需要付出的经济代价和全社会用电成本的变化有关，也是决策者最关注的问题。

随着碳减排行动的加强，电力行业将需要大幅增加新的投资。从新增投资总量规模估计，2018—2050年间的投资总额可能达到50.79 万亿元，约占同期国内生产总值的0.5%～0.7%。从新增投资的构成来看，随着减排目标的增强，主要投资将集中在风电、光伏发电、电网和储能领域。在2 ℃与1.52 ℃两种情况下，风能与光能的新投资分别占到总投资的57%与62%。所以，要想达到低碳发展的目的，每年可再生能源的新增投资规模将会在很长一段时间内维持在一个比较高的水平，需要构建并健全绿色投融资机制，用绿色金融来支撑低碳转型。