河北省火力发电企业减排潜力研究

□文/李耀炜 李子慕 于 锐 秦树文

（1.河北北方学院经济管理学院 河北·张家口；2.河北省矿产资源战略与管理研究基地 河北·石家庄；3.重庆大学经济与工商管理学院 重庆）

［提要］随着我国“双碳”目标的推进，走节能减排的绿色能源发展道路是各省份的主要目标之一。针对河北省火力发电行业发展现状及节能减排情况，提出用于火力发电行业关于CO2和SO2减排量和减排潜力的测算模型，该模型通过对新增机组技术改进提升生产效率带来的CO2减排量、新增燃煤发电装机容量、燃煤电厂年平均运行小时数以及燃煤电厂使用的煤炭排放系数来测算二氧化碳减排量；通过技术效应导致火力发电企业发电量的变化、单位发电量的能源强度以及SO2排放强度的变化量来测算火力发电企业SO2排放潜力。研究表明：2015～2021年新增煤电碳减排量为11.3万吨，到2025年预计碳减排量为10.1万吨；同期，由于技术改进，SO2减排共计106.9万吨；预计到2025年SO2排量降至14.3万吨。因此，通过该方法可以简便地预测河北省火力发电行业的绿色发展状况，从而提高预测效率。

全球变暖是当前人类社会面临的最具挑战性问题之一，而二氧化碳排放被认为是造成这一现象的主要原因之一。与此同时，世界上80%的能源是化石燃料，碳足迹巨大，到2022 年，世界上二氧化碳平均浓度将达到420ppm，高于过去十年的平均年值。中国提出了2030 年前实现“碳达峰”，2060 年前实现“碳中和”的目标，并启动了国际减排合作行动。近年来，中国的煤炭消费量略有下降，但燃煤发电仍占煤炭消费总量的50%，在发电结构中占主导地位。因此，研究火力发电行业节能减排及实现碳排放峰值和碳中和的方法迫在眉睫。

河北省作为京津冀地区主要省份，在减少大气污染排放和低碳化道路上不断推动能源生产领域的结构优化和高质量发展。目前，CO2为主的温室气体是全球升温和全球气候变化的主要因素，备受全球关注，也是低碳经济发展的共同意识。SO2是大气污染的主要来源，同样对大气环境和气候造成恶化，也对人类的发展带来危害。当前，中国面临温室气体和空气污染双重压力和挑战，而火力发电行业是上述二者排放的重要污染源之一。为了进一步了解火力发电企业生产过程中的CO2、SO2减排潜力，对河北省火力发电行业实现区域低碳发展进行探讨。

一、文献综述

中国电力行业的生产过程过度依赖化石燃料，导致行业自身的资源损耗和污染物排放指标与国际先进水平相差较大，CO2和大气污染物的排放不仅量大，而且相对集中。中国电力行业中因化石燃料燃烧所释放的CO2占排放总量的40%，居所有行业之首。在数据选择方面，部分学者是基于消费端数据展开的碳排放测算，较多学者选择用碳排放系数法对电力部门的碳排放进行测算，还有部分学者则采用自上而下的方法来测算电力行业的碳排放情况，或者与情景预测方法相结合对碳排放潜力进行预测研究。不同的数据和方法选择会导致在研究结论上的差异，且鉴于统计数据获得的限制，国内外学者更多地是利用能源消费的宏观统计数据展开碳排放的测算。

目前，针对协同效应中污染物控制、节能减排以及地区经济发展之间的相互关联和相互作用引起了学者广泛的关注和研究。相关研究主要分为以下三个方面：控制CO2排放对其他大气污染物造成的协同效应；控制大气污染物排放过程中对CO2减排带来的效应；针对CO2和大气污染物协同减排政策协同效应的成效评价。当前，中国的碳排放主要指代CO2排放量仍在上升，且以火力发电为主的电力行业是最主要的排放来源，大量的CO2排放加剧了能源节约和生态环保问题。目前相关的减排研究主要关注于世界其他国家，中国的相关研究主要局限于对国外协同减排的经验总结，或只针对某些产业（如钢铁、电力）技术减排的研究。另外，现阶段国内外学者围绕CO2及大气污染物排放特性、排放测算、协同效应等方面开展了一些研究。这些成果为本研究提供了良好基础，但仍然存在一些不足：这些研究主要从宏观层面进行分析，协同减排效应的影响研究则显缺乏；工业低碳发展路线也多以定性为主，而且针对电力行业低碳约束条件的减排路径尚未明确；大多以国家层面进行，且为全行业，针对具有地方特点的电力行业减排措施的研究较少。为此，本研究以河北省火力发电行业低碳发展角度对碳排放（CO2）和大气污染物（SO2）减排展开研究。作为能源领域核心部门的电力行业，其低碳发展是我国碳排放目标和大气污染治理得以实现的重要一环。走低碳化发展与大气污染物协同减排，可以降低电力行业减排政策实施的费用，并尽可能降低政策实施失效的可能性。通过政策措施的有效组合，在降低碳排放与大气污染物排放的同时，能够产生缓解温室效应、改善大气环境、有益身体健康、提高能源利用效率等附加收益。

二、河北省火力发电行业现状

（一）河北省电力结构现状。近年来，河北省发电量呈逐年增长趋势，2022 年达到3，458.3 亿千瓦时，较2015 年增长39%，其中火力发电量为2，705.6 亿千瓦时，约占全年发电量的78.2%；风力发电量为551.6 亿千瓦时，约占16%；太阳能发电量为176.4 亿千瓦时，约占5.1%；水力发电量为24.8 亿千瓦时，约占0.7%，如图1 所示。从发电结构来看，河北省火力发电仍然占据主导地位，而可再生能源的风能、太阳能、水能发电量约占1/3。（图1）

图1 2022年河北省发电量及构成统计图

河北省在“十四五”能源规划中提出大力发展火电灵活性改造，快速提升新能源发电装机容量。2022 年，河北省新增可再生能源装机1，400 万千瓦时，实现可再生能源并网装机达7，116.5 万千瓦时，其中风电、太阳能发电装机居全国前列。虽然现阶段整体而言依旧没有摆脱火力发电为主的情形，但是河北省在加快调整能源化结构，提升能源保障能力，不断淘汰一些火电落后产能，加速技术升级改造，提升煤炭高效利用。2022 年底完成火电机组节能改造136 台，实现超低排放。另外，太阳能和风能发电量逐年提升，进一步促进河北省电力能源结构优化，尤其是2020～2022 年水电、风电、太阳能发电呈快速增长模式，如图2 所示。（图2）

图2 2015～2022年河北省各发电类型发电量统计图

（二）河北省火力发电行业节能减排发展状况。电力行业绿色低碳发展是河北省“十四五”时期节能降碳减排实现绿色高质量发展的关键所在。河北省全面推动火力发电行业减煤减排行动，到2024 年将全部淘汰不符合节能减排30 万千瓦时的火电机组，截至2020 年底共淘汰落后机组400 万千瓦时，并完成城市区域发电机组的清洁燃料更替或搬迁。此外，对其他煤电机组开展超低排放改造升级，规划和控制煤电建设规模，提升发电效率，2019～2022 年年均发电超过3，000 亿千瓦时。截至2021 年底，河北省主要火力发电煤耗降为304.3 克标准煤/千瓦时，较2015 年下降5%，16.1 克标准煤，如图3 所示。到2025 年将降至300 克标准煤/千瓦时以下，达到全国火电平均煤耗要求。目前，河北省火力发电企业基本实现超低排放，SO2排放浓度不高于35 毫克/立方米，排放总量大幅下降，特别是CO2排放浓度较“十三五”初下降20.5%。（图3）

图3 2015～2022年河北省火力发电能耗强度变化走势图

三、减排潜力核算

主要针对火力发电企业基于技术效应的碳排放和大气污染排放，计算其减排潜力。

（一）碳减排潜力核算。基于火力发电机组技术效率提升直接减少CO2的排放量，本文以2015～2021 年河北省新增燃煤发电机组基于技术改进提升生产效率带来的CO2减排量（ECT）为基础测算2025 年的CO2减排量（ECT）。

其中，ECT是指新增机组技术改进提升生产效率带来的CO2减排量；PCT是指新增燃煤发电装机容量；HCT为燃煤电厂年平均运行小时数；Mm和Mn分别是指m 到n 年的单位发电量的煤耗；Cc是指燃煤电厂使用的煤炭排放系数（2.2132 吨CO2/吨标煤）。

（二）大气污染物减排潜力核算。大气污染物排放量计算采用技术效应导致的减排量，本文以2015～2021 年河北省改造燃煤发电机组基于技术改进提升生产效率带来的SO2减排量为基础测算到2025 年SO2减排量（ETE）。

其中，ETE为技术效应导致的SO2减排量；Pt为火力发电企业t 年的发电量；Tp为单位发电量的能源强度；△Ie为SO2排放强度的变化量；Iet 为火力发电企业t 年的SO2排放强度。

四、结果测算与讨论

（一）火力发电企业碳减排潜力。河北省地处华北平原北部，近年来环境事件频发，尤其是大气污染和碳排放备受关注。为了满足环境保护需要，实施节能减排、调节能源结构是必然要求，尤其是高污染的火力发电行业是重点整改和更新行业。2015 年底，河北省火力发电装机容量为4，115 万千瓦，占全部电力装机容量的70.5%；2021 年底，河北省火力发电装机容量为5，424 万千瓦，占全部电力装机容量的49%，火力发电量为2，686.6 亿千瓦时，约占全国同期的4.7%，发电平均利用小时数为4，160 小时，同期全国为4，690 小时。2025 年前后，河北省将实现调整电力结构，减少火力发电新增装机，并淘汰高污染和高耗能机组，大力发展清洁能源建设。从单位发电能耗来看，河北省2015 年火力发电单位标准煤耗为320.39 克标准煤/千瓦时，2021 年火力发电单位标准煤耗为304.3 克标准煤/千瓦时。2022 年河北火力发电量为2，705.6 亿千瓦时，在2015～2022 年间，火力发电总量达2.07 万亿千瓦时，到2025 年火力发电将达到2，800 亿千瓦时。由于河北省正在进行去产能和结构调整，火力发电的新增装机容量呈逐年递减趋势，同时大力革新现有技术实现节能减排，依据公式（1）可以对2015～2021 年新增火力发电行业碳减排进行计算，碳减排量为11.3 万吨CO2；到2025 年，预计碳减排量为10.1 万吨CO2。

河北省在促进电力行业低碳转型，以实现碳中和、碳达峰的目标，对全省煤电机组进行升级改造，从2005 年供电标煤能耗370 克标准煤/千瓦时，降到2015 年的320.39 克标准煤/千瓦时，再到2025 年300克标准煤/千瓦时，实现效率提升和超低排放的目标。此外，不断推进煤电机组节煤降耗改造、供热改造和灵活性改造的“三改联动”，并加快淘汰落后煤电产能，这也是出现火力发电预期碳排放降低的原因。到2025 年，河北省火力发电总规模稳定在5，100 万千瓦时，增加非化石能源消费比重将达到13%，主要实现火力发电跨带升级改造，提升效率，进一步推动煤电清洁高效利用和能源结构升级。

（二）火力发电企业SO2减排潜力。火力发电企业在运行过程中不仅仅涉及碳排放，还有一些其他的污染物也是造成大气环境污染的主要成因，尤其是SO2排放。目前，我国火力发电企业基本都有自己的脱硫、脱硝、除尘等控制措施，但是还存在SO2排放的情况。从2015 年开始，河北省稳步推行燃煤发电机组升级改造工程，并制定污染物排放治理方案，同年关停5 台高污染燃煤火电机组（30 万千瓦）。2015 年火力发电执行SO2排放浓度为200mg/m3，2022 年后执行25mg/m3的排放浓度。因此，由技术效应带来的SO2减排量可以通过公式（2）、公式（3）对2015～2021 年火力发电行业SO2减排量进行计算，经过近十年的治理和技术改革，河北省火力发电企业由原来2015 年排放148.6 万吨，降至2021 年排放41.7 万吨，SO2减排量为106.9 万吨；预计到2025 年火力发电SO2排量为14.3 万吨。

近年来，河北省对工业排放的治理力度逐年增强，并将碳排放和大气污染物排放防治成效纳入政府工作考核中，形成政府-企业联合机制，有力推动超低排放时代的到来。目前，河北省各大火力发电企业在政府出台的一系列激励政策下不断摸索和创新技术与经济运行方式，全省已有20 多家火力发电企业40 多台机组实现超低排放。

五、结论

河北省火力发电企业的CO2和SO2减排以及实现绿色发展的前景和优势是非常明显的。2015～2021 年，火力发电在淘汰落后产能和提升效率方面成效非常突出，实现单位标准煤耗为304.3 克标准煤/千瓦时，煤电碳减排量为11.3 万吨，到2025 年预计碳减排量为10.1 万吨。技术改进减排SO2达106.9 万吨；预计到2025 年煤电SO2排量为14.3万吨。

河北省全面实施火力发电企业超低排放升级改造工程以来，不仅在碳排放和二氧化硫排放方面实现超低标准，在PM2.5、氮氧化物和烟尘方面也达到超低排放标准。此外，为促进河北省电力绿色发展，虽然火力发电目前仍占有主要地位，但在电力结构中的比重逐渐降低，真正意义上的绿色电力（如风电、水电、太阳能发电和生物质发电）的占比逐年增加，正为河北省绿色能源发展带来强劲的发展动力。