碳達峰碳中和背景下火力發電前景探討

張偉鵬

摘要：進入二十一世紀以來，隨著新能源發電技術的迅速崛起，我國燃煤發電裝機容量比例不斷降低。截至2020年底，全國全口徑發電裝機容量22億千瓦。其中，全口徑煤電裝機容量10.8億千瓦，占總裝機容量的比重為49.1%，首次降至50%以下。當前，我國提出在2030年前實現碳達峰，2060年前實現碳中和。再次背景下，火力發電首當其沖成為需要調整的對象，未來火電行業的發展值得深思。以下針對火力發電的方向提出了幾點構思。

關鍵詞：碳達峰碳;火力發電;前景;探討

一、火電廠煤耗、環保等傳統技改，提高效率，減少煤炭消耗

繼續優化生產運行流程，深挖設備潛力，積極進行系統升級改造，提高機組效率，進而減少煤炭資源的消耗，降低碳排放水平。

隨著新能源的快速發展，給火力發電調峰帶來更高的考驗，常規火力發電會經常在低負荷運行，低負荷運行對機組的壽命及經濟性有很大的影響。因此可嘗試對火力發電的主機設備進行改造，如汽輪機通流改造，提高乏汽利用效率，探索鍋爐超低負荷運行，減少機組啟停次數等。

輔機設備改造，對電廠的大型用電設備改用汽動驅動電機模式，或大型用電設備增設或優化電機變頻，降低廠用電，提高全廠發電效率。

熱力系統改造，減少“跑、冒、滴、漏”，充分利用介質余熱，進一步利用脫硫脫硝工藝中的熱能。

二、積極推進火電廠消納可再生能源及有環境治理協同效應的生物質固廢摻燒

能源與環境是不可分割的，隨著環境問題的日益加劇，各種垃圾的處理問題也就顯現出來，盡管我國已經建造了大量的垃圾發電廠，但是隨著我國工業化和城鎮化步伐不斷加快，工業和城市產生的大量污泥、垃圾等固廢仍然需要處理。未來火電的發展將與環境處理緊密相連。

“煤電+”耦合發電可降低生物質、垃圾焚燒電廠建設成本，同時可以利用大型火電機組熱容量大，效率高，環保設施高配的優勢，實現超低排放，緩解固廢處置壓力，實現固廢由低效處置走向高值化利用，有效解決“垃圾圍城”的困境，助力“無廢城市”建設。在大型燃煤電廠中耦合燃燒部分生物質原料、垃圾、污泥等，既可以提高生物質原料在電力系統中的利用率，也可以減少溫室氣體排放，同時也達到了對環境處理的作用。由于現代燃煤電廠通常規模較大，性能優越，與新建或改造100%的生物質發電廠、垃圾發電廠相比較，“煤電+”耦合發電具有投資成本低、生物質燃料利用效率高、規模經濟性好、發電成本低等優點。與其它可再生能源相比，“煤電+”耦合發電是一種建設周期短、改造成本低的選擇。通過用生物質原料、垃圾等作為大型燃煤發電廠鍋爐的部分替代燃料，高效、清潔地將生物質轉化為電能。這一概念已在全球200多個電廠中得到成功證明，并已產生了一些商業運行電廠，包括煤粉爐、旋風爐、流化床鍋爐等。

三、繼續深挖多聯供，打造區域綜合智慧能源站

替代散煤的集中供熱供汽/氣，工業園供熱大部分為企業自建鍋爐，此模式的用能效率低。在國家關停一批小火電后，多聯供項目在尚未按合理多聯供半徑布局到位的前提下，有明顯的多聯供區域空間可以利用。

《中共中央關于制定國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和二〇三五年遠景目標的建議》中提出，到2035年，我國要廣泛形成綠色生產生活方式，在碳排放達峰后穩中有降，生態環境根本好轉，美麗中國建設目標基本實現。

國家發改委等七部委于2019年印發的《綠色高效制冷行動方案》。方案提出，在2017年基礎上，到2022年，家用空調、多聯機等制冷產品的市場能效水平提升30%以上，綠色高效制冷產品市場占有率提高20%，實現年節電約1000億千瓦時。到2030年，大型公共建筑制冷能效提升30%，制冷總體能效水平提升25%以上，綠色高效制冷產品市場占有率提高40%以上，實現年節電4000億千瓦時左右。

目前現有大中型燃煤機組一般處在中心城市邊緣且在有效多聯供半徑內，進行集中多聯供具有明顯的區位優勢，比新投資建設項目更節省投資。因此，大中型燃煤機組實施多聯供改造是順應電廠生存發展需要極佳選擇。

四、火電機組靈活性改造

以風力發電、太陽能發電為代表的新能源電力具有間歇性與隨機波動性，需要與之匹配的靈活可調度資源。 對于火力發電而言就必須做到：穩定可靠的電力供應與靈活充裕的調峰能力。

對于發電機組，靈活性的提升主要體現在：深度調峰（降低最小技術出力）、快速啟停、增強爬坡能力（即提高加減負荷速度）。對于熱電機組，熱電解耦也是增強靈活性的方式。

1、對中大型火電機組進行多聯供改造，可以對工業園、大型商場、小區、等多個場合進行冷熱電多聯供，如此在機組深度調峰時，機組出力能夠穩定在較高的水平。

2、可考慮設置電池儲能，在用電低谷時將機組所發電量不上網，進入儲能系統，等用電高峰時再釋放儲能系統的電量。但是該技術目前成本較高，技術也有較多屏障需要進一步突破。

3、可考慮設置熔巖儲能系統，在用電低谷時將蒸汽的熱能存儲至熔巖中，等用電高峰時再將存儲的熱能釋放加熱給水，該技術目前在太陽能熱發電行業有商業運行業績，但是成本較高，容量也不算大，該技術目前在常規火電機組沒有投運業績，江浙地區有部分企業正在研發火電廠的熔巖儲能應用技術。

4、因地制宜，發展抽水蓄能電站。在火電廠周邊修筑水庫，白天利用火電廠發電帶動蓄水泵蓄能，晚上利用水庫帶動水輪機發電來補足晚上太陽能不能發電的短板。

五、火電機組參與輔助調頻，進入電力調峰輔助服務交易市場

在未來一段時間內，煤電將與可再生能源并存，煤電發電小時數減少、占比逐年下降，更多的煤電將通過靈活性改造，為可再生能源發展提供支撐，幫助可再生能源成為主力能源。

完善電力輔助服務交易規則，調整優化技術支持系統平臺，加強電力調度運行管理，推進啟動電力調峰輔助服務市場交易。通過市場資源優化配置，發電企業積極參與電力調峰交易，有效提升新能源消納能力，維護電力系統安全穩定優質運行，促進了清潔能源消納。

六、積極探索建設碳捕捉、利用與封存（CCUS）及其資源化利用示范項目。

燃煤電廠排放量大、點源多，應及時開展大規模全流程示范，但在技術方向選擇上，目前尚難以判斷燃燒后捕集、燃燒前捕集和富氧燃燒技術的大規模商業發展前景，其示范機會應盡量均等;積極穩妥地推進CO2-EOR、CO2-EWR、陸上咸水層封存與多種捕集方式在火電行業的集成示范和規模放大，形成數個100 萬噸/ 年以上規模的示范工程。并通過這些全流程CCUS 技術示范形成的共性技術和經驗，推動其他集成系統的技術示范。