鄂爾多斯煤電企業(yè)減污降碳協(xié)同增效的路徑探索

＊霍怡廷 張海軍 吳珍 張弦

（1.鄂爾多斯應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 內(nèi)蒙古 017000 2.內(nèi)蒙古能源集團(tuán)煤電事業(yè)部 內(nèi)蒙古 010000）

中國(guó)能源消費(fèi)造成的碳排放，近幾年已經(jīng)達(dá)到103億噸[1]，比美國(guó)、歐盟和日本加起來(lái)還多。就終端消費(fèi)而言，約75%的二氧化碳排放量是由煤炭消耗而產(chǎn)生的。其中，利用煤炭進(jìn)行發(fā)電的碳排放量最高，占比超過(guò)行業(yè)碳排放總量的40%。加之煤電裝機(jī)容量、發(fā)電量分別增長(zhǎng)41%、28%，因此，煤電企業(yè)是“降碳”的主力軍[2]。雙碳目標(biāo)下推進(jìn)燃煤電廠減污降碳，是打贏污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)、建設(shè)美麗中國(guó)的必然要求。鄂爾多斯市2022年產(chǎn)煤8億多噸、占全國(guó)的1/5，以一市之力解決了全國(guó)25個(gè)省（區(qū)市）的燃煤之急，以一市之力溫暖千座城、點(diǎn)亮萬(wàn)家燈。然而，高能耗、高碳排放亟待解決，鄂爾多斯煤電企業(yè)減污降碳協(xié)同增效，有效支撐我市經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展?jié)M足電力需求的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展和環(huán)境質(zhì)量改善的雙贏，助力鄂爾多斯全面踐行“生態(tài)優(yōu)先，綠色發(fā)展”理念。

煤電行業(yè)是我國(guó)大氣污染物排放的主要來(lái)源之一，也是二氧化碳排放的主要來(lái)源之一。就2020年而言，依據(jù)煤電發(fā)電量以國(guó)內(nèi)度電碳排放系數(shù)測(cè)算，CO2排放量達(dá)50.4億噸,以全球電力碳排放數(shù)據(jù)測(cè)算，CO2排放量達(dá)43.7億噸[3]。

與此同時(shí)，根據(jù)鄂爾多斯市統(tǒng)計(jì)年鑒（2013—2022）來(lái)看，作為全國(guó)14個(gè)大型煤炭基地和9個(gè)大型煤電基地之一的鄂爾多斯，煤炭碳排放達(dá)9.6億噸（見(jiàn)表1）。根據(jù)鄂爾多斯市統(tǒng)計(jì)局公布數(shù)據(jù)，2020年全市火力發(fā)電量達(dá)到1169.8億千瓦時(shí)，火力發(fā)電量占內(nèi)蒙古自治區(qū)的22.4%。能源消耗比全區(qū)電力行業(yè)協(xié)會(huì)能源消耗多198.4萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤，高出全區(qū)規(guī)模以上工業(yè)127.4萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤，煤電高耗能帶來(lái)的高排放問(wèn)題急需得到有效解決。

表1 鄂爾多斯市主要能源碳排放量（萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤）[4]

本文通過(guò)對(duì)鄂爾多斯煤電企業(yè)碳排放影響因素的研究，從排放結(jié)構(gòu)、燃料消費(fèi)、運(yùn)輸方式和末端處理四方面具體闡述了鄂爾多斯煤電企業(yè)碳排污染情況，并結(jié)合內(nèi)蒙古自治區(qū)和鄂爾多斯市能源領(lǐng)域碳達(dá)峰政策，闡述鄂爾多斯煤電企業(yè)減污降碳協(xié)同增效的具體舉措。

1.鄂爾多斯煤電企業(yè)碳排放的影響因素

目前通常采用對(duì)數(shù)均值迪氏指數(shù)分解法（LMDI）[5]對(duì)煤電企業(yè)的碳排放影響因素進(jìn)行分析。LMDI模型是指數(shù)分解法（IDA）模型的一個(gè)分支，是對(duì)于變量不多而且涉及到時(shí)間序列性質(zhì)的情況比較好的分解模型，并且這個(gè)模型的使用不需要借助投入產(chǎn)出表的數(shù)據(jù)作為依托，使用較為方便。影響電力行業(yè)的二氧化排放因素一般分為兩個(gè)部分：電力生產(chǎn)端和電力消耗端。電力生產(chǎn)方面包括能源結(jié)構(gòu)、電力結(jié)構(gòu)、能源生產(chǎn)消耗等方面的內(nèi)容；電力消耗方面包括產(chǎn)業(yè)發(fā)展因素、經(jīng)濟(jì)發(fā)展因素和人口因素，產(chǎn)業(yè)發(fā)展因素包括產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、用電強(qiáng)度等，經(jīng)濟(jì)發(fā)展因素包括人均GDP、人均生活用電、人口因素、人口數(shù)量等。

鄂爾多斯煤電企業(yè)為電力生產(chǎn)企業(yè)，屬于電力生產(chǎn)端，采用的影響因素為能源結(jié)構(gòu)、電力結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)能耗（數(shù)學(xué)建模需要，生產(chǎn)能耗為總耗標(biāo)煤量/總發(fā)電量，與電力企業(yè)的供電煤耗不同）、主營(yíng)業(yè)務(wù)工業(yè)生產(chǎn)總值。由于鄂爾多斯煤電企業(yè)數(shù)量龐大，統(tǒng)計(jì)各數(shù)據(jù)周期長(zhǎng)，此文僅以內(nèi)蒙古能源集團(tuán)采用LMDI方法的碳排放因素分解模型作為分析參考。該模型綜合考慮了碳排放系數(shù)、生產(chǎn)能耗、能源結(jié)構(gòu)、動(dòng)力生產(chǎn)結(jié)構(gòu)等因素：

式中：C—CO2排放總量，t；E—火電能源總投入，t標(biāo)煤；F—火力發(fā)電量，萬(wàn)千瓦時(shí)；G—集團(tuán)總發(fā)電量，萬(wàn)千瓦時(shí)；H—集團(tuán)工業(yè)總產(chǎn)值，萬(wàn)元；CE—標(biāo)煤的CO2排放系數(shù)；EF—電力生產(chǎn)環(huán)節(jié)的生產(chǎn)能耗；FG—火電占總發(fā)電量比例；GH—單位工業(yè)總產(chǎn)值的發(fā)電數(shù)量。

采用加法分解形式，CO2排放變化為：ΔC=ΔCE+ΔEF+ΔFG+ΔGH+ΔH。

假定CO2排放系數(shù)不變，即變化值為0，其余分解因子按LMDI方法分解，第t期的各個(gè)因素表示為：

式中：Cm（m=1，2，3，4）—碳排放對(duì)應(yīng)的4個(gè)影響因素；—對(duì)數(shù)平均函數(shù)。

內(nèi)蒙古能源集團(tuán)采用LMDI分解方法總結(jié)了2011—2020年煤電企業(yè)各因素對(duì)碳排放的影響，從圖1可以看出，導(dǎo)致碳排放快速增加的主要原因是工業(yè)總產(chǎn)值的大幅增長(zhǎng)，生產(chǎn)結(jié)構(gòu)和單位工業(yè)總產(chǎn)值的發(fā)電量對(duì)碳排放量的影響甚微，生產(chǎn)能耗理論上對(duì)碳排放具有正增長(zhǎng)影響，但2011—2020年間幾乎沒(méi)有變動(dòng)。而生產(chǎn)耗能的變化累計(jì)效應(yīng)為正值，沖抵了電力生產(chǎn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化而減少的碳排放效應(yīng)（-3.946），加劇了碳排放增長(zhǎng)。這也符合鄂爾多斯煤電企業(yè)由于工業(yè)總產(chǎn)值的增加而導(dǎo)致碳排放增長(zhǎng)的實(shí)際情況。

圖1 2011—2020各因素對(duì)碳排放的影響

鄂爾多斯煤電企業(yè)碳排污染情況主要如下：從排放結(jié)構(gòu)來(lái)看，目前仍有一定比重的低效高排放煤電機(jī)組，其中大部分是自備機(jī)組。自備電廠碳排放污染曝光案件中有一例是鄂爾多斯高新材料有限公司（自備電廠）在2019年排放報(bào)告里對(duì)碳含量進(jìn)行了篡改[6]。從燃料消費(fèi)使用上看，主要使用褐煤、長(zhǎng)焰煤，但這些煤的碳排放均處于較高水平，而低碳或者零碳燃料[7]在原料使用中占比相對(duì)較低；部分自備機(jī)組甚至使用低熱值（低于于15.73MJ/kg）的煙煤、水分高熱值低的褐煤以及高硫煤（大于2%）等。從運(yùn)輸方式上看，煤電行業(yè)大宗物料清潔方式運(yùn)輸比例達(dá)到70%左右，其它物料包括粉煤灰、石膏、石灰石、氨水等還是以非清潔方式運(yùn)輸。從末端治理上看，目前大多數(shù)煤電企業(yè)的碳減排方式單一，主要依賴于碳捕集技術(shù)，治理設(shè)施能效水平、靈活性水平均有待提升。

2.減污降碳協(xié)同增效的應(yīng)對(duì)措施

基于鄂爾多斯煤電企業(yè)的碳排污染情況，結(jié)合《鄂爾多斯市電力行業(yè)碳達(dá)峰實(shí)施方案》，以及近兩年鄂爾多斯煤電企業(yè)減污降碳的“碳”索之路成果，總結(jié)以下五項(xiàng)減污降碳協(xié)同增效的舉措：

一是探索源頭降碳、降低生產(chǎn)能耗，堅(jiān)持先立后破，推進(jìn)低碳燃料、原料和可再生能源替代，制定了《鄂爾多斯煤電節(jié)能降耗與靈活性改造行動(dòng)計(jì)劃（2021—2024）》，對(duì)燃煤鍋爐進(jìn)行關(guān)停整合，加大對(duì)燃煤小鍋爐、落后小型燃煤熱電機(jī)組（含自備電廠）的淘汰力度，加大節(jié)能降耗力度，逐步關(guān)停淘汰或改用低碳燃料替代備用電源，全力完成燃煤發(fā)電機(jī)組2025年、2030年的煤耗目標(biāo)。

二是清潔運(yùn)輸，主要采取散改集+新能源+智慧調(diào)度的煤炭清潔運(yùn)輸模式。從傳統(tǒng)的散件運(yùn)輸模式向避免車輛在運(yùn)輸過(guò)程中對(duì)環(huán)境造成污染的數(shù)字化集裝箱運(yùn)輸轉(zhuǎn)變，鄂爾多斯先后引進(jìn)奇瑞、上汽紅巖、國(guó)虹氫能等新能源汽車項(xiàng)目[8]，使煤炭運(yùn)輸更環(huán)保、更高效、更節(jié)能、更智能。2023年6月，內(nèi)蒙古智慧物流碳中和技術(shù)創(chuàng)新研究院提出，圍繞內(nèi)蒙古“呼包鄂烏”打造物流散改集+新能源+數(shù)字陸港先進(jìn)創(chuàng)新技術(shù)，開(kāi)展短倒運(yùn)輸，以“零碳排放新能源電動(dòng)重卡+密閉數(shù)字貨箱”為載體。切實(shí)解決好車廂撒煤粉、城區(qū)道路揚(yáng)塵等傳統(tǒng)運(yùn)輸過(guò)程中存在的突出問(wèn)題，做到經(jīng)濟(jì)高效、環(huán)保零排放。

三是拓展多元化煤電功能，實(shí)施“風(fēng)光火儲(chǔ)一體化”或“風(fēng)光火多能互補(bǔ)”方式，在庫(kù)布齊沙漠、鹽堿地開(kāi)展光伏治沙、生態(tài)治理等光伏+新能源項(xiàng)目，配套光伏、風(fēng)電、儲(chǔ)能項(xiàng)目在黃河生態(tài)治理區(qū)等地建設(shè)。目前伊金霍洛旗天驕綠能50萬(wàn)千瓦采煤沉陷區(qū)生態(tài)治理光伏發(fā)電示范項(xiàng)目運(yùn)用“板上發(fā)電、板下種植、板間養(yǎng)殖、治沙改土、帶動(dòng)鄉(xiāng)村振興”五位一體循環(huán)產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式，每年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約34.1萬(wàn)噸，減少二氧化碳排放量約84.1萬(wàn)噸，該項(xiàng)目被評(píng)為國(guó)家2021產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)示范項(xiàng)目[9]。截至目前全市已建成341.5萬(wàn)千瓦光伏、220.5萬(wàn)千瓦風(fēng)電、76萬(wàn)千瓦水電、6萬(wàn)千瓦生物質(zhì)等可再生能源裝機(jī)規(guī)模644萬(wàn)千瓦。

四是耦合共治，實(shí)施一體化綜合節(jié)能降碳技術(shù)改造方案，對(duì)不達(dá)標(biāo)機(jī)組進(jìn)行關(guān)停改造，對(duì)處于排放限定值邊緣的機(jī)組進(jìn)行節(jié)能降耗改造。目前工業(yè)二氧化碳排放治理主要依靠的是碳捕集技術(shù)，煤電企業(yè)二氧化碳捕集包括：燃燒前捕集類、燃燒中捕集類、燃燒后捕集類。楊亞利等人[10]對(duì)比分析了其經(jīng)濟(jì)性：從電站投資角度分析，加入燃燒后捕集系統(tǒng)的電站投資成本比加入富氧燃燒系統(tǒng)的電站投資成本要更高一些。從電源標(biāo)煤耗和工廠耗電量方面分析，富氧燃燒系統(tǒng)需要裝備高能耗制氧系統(tǒng)和壓縮凝練提純系統(tǒng)，在經(jīng)濟(jì)性方面依然不占優(yōu)勢(shì)。綜合以上情況，建議積極探索氮氧化物、硫化物、二氧化碳等吸收和光催化同時(shí)脫除技術(shù)，在目前煤電企業(yè)脫硝脫硫技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)和設(shè)備升級(jí)；研發(fā)脫硝脫硫脫CO2一體化裝置。同時(shí)，因地制宜有序推進(jìn)大型煤電機(jī)組耦合本地生物質(zhì)（如灌木、廢棄農(nóng)作物、生活垃圾等）發(fā)電。目前，達(dá)拉特旗內(nèi)蒙古心連心生物科技有限公司以農(nóng)作廢棄物玉米芯為原料轉(zhuǎn)化提取糠醛（重要的基礎(chǔ)化學(xué)原料），并將糠醛渣作為生物質(zhì)鍋爐的燃料進(jìn)行發(fā)電，形成綠色、節(jié)能、可持續(xù)循環(huán)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)鏈。

3.結(jié)語(yǔ)

鄂爾多斯煤電企業(yè)減污降碳協(xié)同增效目前取得一定成效：持續(xù)推進(jìn)煤電機(jī)組“三改聯(lián)動(dòng)”，累計(jì)完成節(jié)能改造173.2萬(wàn)千瓦，彈性改造414萬(wàn)千瓦，供熱改造101萬(wàn)千瓦，新增供熱容量810萬(wàn)平方米；采取光伏+生態(tài)修復(fù)治理，到2023年底全市已建成采煤沉陷區(qū)光伏發(fā)電示范項(xiàng)目65萬(wàn)千瓦；加大固廢處置和綜合利用力度，新建18座熱電廠配套渣場(chǎng)，積極落實(shí)節(jié)能環(huán)保稅收優(yōu)惠政策。但就目前而言，我市煤電機(jī)組能耗水平和行業(yè)標(biāo)桿水平仍具有一定差距，碳污染形勢(shì)依然嚴(yán)峻，在統(tǒng)籌推進(jìn)煤電三改聯(lián)動(dòng)與自備電廠可再生能源機(jī)組替代的同時(shí)，需要結(jié)合地域特征積極探索和發(fā)展多種形式的煤電耦合共治方式。

“探索優(yōu)質(zhì)發(fā)展的生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展導(dǎo)向的新路子”，鄂爾多斯厲兵秣馬、真抓實(shí)干，努力實(shí)現(xiàn)降碳、減污、擴(kuò)綠、增綠協(xié)同推進(jìn)，筑牢北方生態(tài)安全的重要屏障—鄂爾多斯。