基于低碳經濟背景下電力行業節能減排路徑分析研究

諸德律， 徐佳琪

（國網江蘇省電力有限公司經濟技術研究院， 江蘇 南京 210008）

0 引言

“低污染、低排放、低能耗”是低碳經濟的核心目標。如果想要實現低碳經濟，就必須通過技術與體制的創新，加速轉型升級，從減排、節能、增效三個方面保障自身的可持續發展。電力工業是國民經濟和社會發展的重要支柱工業，但在這一過程中，煤炭發電占到了60%以上。中國煤與能源消耗居全球前列，煤炭在我國的消耗中占到了57%。根據麥肯錫2020 年發布的《應對氣候變化：中國對策》報告,中國排放了世界上20%左右的溫室氣體[1]。

1 電力行業低碳經濟發展意義

當前，我國能源消費中的碳排放量已經達到了50%左右，因此，如何提升能源消費水平，實現能源消費的低碳化，是當前我國能源消費領域的一個重要課題。目前，以煤為代表的能源仍然是發電的主體，同時也是支撐電力產業發展的重要能源[2]。在我國，煤電的消耗量超過60%，用與煤電對應的比例作為基準，來確定煤電的CO2含量。根據有關資料計算，我國煤炭的排放量與煤炭的比例大約是1∶4.12，也就是每噸煤炭的排放量是4.12 t?！稓夂蜃兓瘒以u估報告》指出，到2030 年，中國近海海平面將超過10 cm，如果不采取有效措施，將對中國的生態和氣候產生嚴重影響[3]。在此背景下，我國的電力工業必須加快自身的變革與產業升級，以達到節能、減排、綠色發展的目的。利用新能源及其他技術，調整并改善供電結構，建立多元化供電結構。這將有助于減少溫室氣體的排放，降低能耗。采取更多的綠色科技與生產模式，以達到降低污染、降低排放量，保護環境的目的。

2 電力行業節能減排現狀分析

2.1 節約能源和環境保護并重

“十三五”期間，國家對電力行業采取了一系列的節能減排措施，通過5 年的時間，取得了一些成效，但是還存在一些問題，制約著電力行業的節能減排。一方面，節能減排并不協調[4]。“十三五”前期，我國火力發電廠的脫硫工藝雖已有較大進步，但仍未達到國家規定的要求，亟待二次技術改造。但是，二次改造的能源消耗比較高，SO2的減排狀況并沒有得到顯著的改善，而且還使用了石灰石、石膏等多種方式，導致企業的用電量增加，這與初衷相違背。另一方面，我國在調整能源結構方面也面臨諸多困難。盡管國家大力扶持新能源，市場競爭卻日趨激烈，產品同質化程度越來越高。水電開發初期投資巨大，開發速度較慢，項目面臨諸多問題，新能源的開發也遇到了許多困難。因此，“十三五”以來，國家一直致力于解決新能源開發所遇到的難題，努力減少電力消耗并提升新能源的開發利用效率。

2.2 環境保護電價政策標準

為解決燃煤電廠的碳排放問題，我國出臺了一系列節能減排政策，包括對燃煤電廠排污收費，發放清潔能源發電補貼，調整工業和民用用電價格等。雖然這些措施已收到一定的成效，但是在實際操作過程中，還存在著許多不足。

由于熱電廠機組類型的差異，造成了脫硫、脫氮費用的差異，不同等級的機組改造得到的補貼也不一樣，而越低等級的機組，補貼金額越小，回收難度越大，其實施效果也就越差。以環境保護價格為例，目前我國對環境保護價格的補貼尚無統一的標準。

2.3 開發節能減排技術

“十三五”以來，我國的節能減排工作取得了明顯的成績，但總體上還存在一些問題。我國應該在一方面加強自主研發，提高科技水平。二是積極引進和吸收國外先進技術。經過雙方的共同努力，我國電力行業的科技進步很快，已處于世界領先地位。在這段時間里，以煤炭為主要能源的全煤、煤氣的綜合利用技術已經取得了很大的進展。在水利方面，中國擁有世界上最先進的水力發電技術，并伴隨著科技進步，中國水利水電工程規模不斷擴大，數量不斷增加。白鶴灘水電站就是其中的代表，它匯集了全球最頂尖的水利科技。在發電環保技術上，我國的二氧化碳捕集技術、除塵脫硫脫硝技術與之前相比有了很大的突破。但在核心技術方面，我國與發達國家相比仍有較大差距。

當前，我國電力公司的技術水平尚未達到國際領先水平。因為對電力工業的技術研發投資不夠，導致了電力工業缺少自主知識產權。在電力生產過程中，一些必要的關鍵設備不能大批量生產，只能依賴于進口，這就不可避免地造成了電力生產成本的提高。除此以外，發電企業沒有足夠的技術支撐，無法達到國家規定的節能減排目標，對排放進行了過多的限制，從而制約了循環經濟技術的發展，與此同時，也很難對擁有自主知識產權的技術展開研發和應用。

3 電力行業節能減排路徑及保障

3.1 電力行業實現節能減排的技術路徑

3.1.1 碳捕集技術

在火力發電廠中設置碳捕集裝置，可將二氧化碳的排放量降至90%左右，是一種更加低碳的發電方式，同時也可實現已有燃煤機組的最大利用率，降低擱淺成本，降低對其他低碳能源的投入。BECCS 作為一種致力于“負排放”的技術，對“減碳”具有特別重要的作用。但由于成本問題，目前該技術還處于示范階段。但是，由于技術的持續發展，在將來，煤電CCS 和BECCS 將逐漸變成一種有成本優勢的低碳發電技術。

研究結果表明，在電力工業的后期深度減排過程中，碳捕集技術扮演著核心角色。2 ℃條件下累積捕集CO240 億t，1.5℃條件下累積捕集CO2201 億t（對應1.5 ℃和2 ℃目標）。通過比較，在2 攝氏度和1.5 攝氏度條件下，碳捕獲技術在電力工業中的減排貢獻率分別為25%和39%。利用碳捕集技術，在保持合理的煤電生產能力的同時，可以降低二氧化碳的排放量。在1.5 ℃情景下，即便要在2050 年前達到“凈零排放”的要求，燃煤發電總量仍然可以保持265 GW。

3.1.2 動力配煤質量控制技術

動力配煤質量控制技術是火力發電中至關重要的技術，它不僅能提高發電效率，還在節能減排方面發揮著積極作用具體見表1。因此，應當加強該技術的應用和推廣。在實際操作中，技術人員應注意以下幾點，對配煤標準及原煤質量進行控制：首先，需要選用優質煤品，通過規范的配煤質量控制流程可以有效提高燃燒效率，減少排放污染，保證發電質量。例如某發電廠采用動態配煤技術，將入庫煤熱值控制在6 000～6 200 kcal/kg 之間，灰分控制15%～18%，經配煤后熱值控制在5800～6000kcal/kg，鍋爐NOx排放濃度控制在200 mg/Nm3以下等，有效提高了發電效率。其次，對發熱量進行嚴格的控制。在燃煤鍋爐中，若其發熱率較低，則會造成大量的煙道氣熱損失，并引起燃燒不完全。所以，必須嚴格控制發熱量，以提高電介質的利用率。最后，要有規律地進行揮發性的測試。在測試時，應依據鍋爐的型式，來決定揮發性物質的應用范圍。

表1 動力配煤質量控制技術

3.1.3 智能電網與特高壓技術

為使電力工業達到節能減排的目的，必須在發電過程中引入智能電網和特高壓技術。在輸電過程中，線損占相當大的比重，對電能的利用率有很大的影響。為降低線路損耗，可采用特高壓技術對線路進行升壓，從而達到降低線路損耗的目的。特高壓輸電的軌跡如下：發電廠發出的電，先通過升壓變壓器將電壓升高到1 000～1 800 kV 以上，然后到達用電地區，再通過降壓變壓器將電壓降至220/380 V 后供用戶使用。特高壓直流線路一般為“點對點”單向傳輸的兩個換流站構成，整體輸送線路通過特高壓電纜與鐵塔完成兩地換流站間架設。電力輸送端將發電側生產的交流電經換流閥整流為直流電傳出，電力接收端將特高壓直流電經逆變器轉換回交流電，輸送到電力下游變、配電及用電側。

3.1.4 電力調度優化技術

在低碳經濟的大背景下，傳統的發電方式已不能適應當前的低碳經濟發展需求，為實現節能減排，必須以低碳用電為目標，優化電網調度方式。在這一過程中，電力公司必須嚴格遵循經濟性的原則可如圖3，優化用電計劃，從而達到降低用電成本的目的。因此，技術人員必須綜合分析輸配電損耗、發電能耗等方面的因素，并針對其成因，建立適當的調度方式，從而達到電力工業的節能減排目的。

3.2 電力行業實現節能減排的能源結構優化路徑

3.2.1 可再生能源的應用

隨著低碳經濟的發展，可再生能源在電力行業中的應用將日益廣泛?？稍偕茉匆蕴柲堋L能、水能為主，它們具有環保性好、資源充足的優勢，將成為電力行業實現節能減排的重要途徑。

光伏發電是利用太陽能直接轉化為電能的技術。我國光伏發電資源極為豐富，技術也在不斷進步，成本不斷下降。預計到2030 年，光伏發電裝機容量將超過1 億kW。風能發電利用風力轉動風輪機發電。我國東北、華北、華中、華南等地區風能資源豐富，尤其是沿海地區具有很好的發展潛力。預計到2030 年，風能裝機容量將達到3 億kW 以上。水能利用河流落差或潮汐落差來發電。我國水能理論蘊藏量達1.4 億kW，技術成熟可靠。

3.2.2 注重核電產業優化發展

在低碳能源大環境下，核能發電作為一種重要的發電技術，其推廣應用對于實現電力行業的節能減排具有重要意義。如果用核能發電技術代替燃煤發電技術，不僅能提高我國的發電效率，而且還能降低近18億t/a 的碳排放。與此同時，發展核電技術不僅能夠提高能源的利用率，還能夠實現我國能源供給側結構性改革，也能對我國的污染物排放和溫室效應起到很大的作用。所以，如何強化核能技術的運用，就成了人們關心的焦點。到現在為止，中國已經形成了三個主要的核能基地，分別是：浙江秦山，廣東大亞灣，江蘇田灣，在運營中的核能機組11 臺以上。在目前階段，我們在核能技術上具有的優勢主要表現在：高溫氣體實驗堆、快中子增值堆等方面；隨著我國核能事業的發展，核能事業的發展也在逐步走向成熟，國家在核能事業上的投入也在逐步增加。為了進一步促進我國電力工業實現低碳電力的目標，提高其節能減排效果，必須加強對核電技術的自主研發和應用。

3.3 電力行業實現節能減排的保障

3.3.1 制定節能減排的經濟政策

從目前節能減排技術與新能源技術的使用現狀來看，新能源技術的使用將給電力公司帶來更高的運行成本，是新能源科技和節能減排政策實施的最大障礙。因此，各地政府應將推動新能源技術作為重點，制訂出適合新能源技術的市場調控經濟政策，以克服新能源技術為基礎的電力生產方式與市場競爭的不利因素。同時，對使用新能源技術的電力公司，也要給予切實的財政補貼。比如，在歐美等發達國家中，我們可以采取積極的措施，對使用脫氮裝置的發電公司給予一定的財政補助。

3.3.2 完善電力行業的市場機制

在我國電力系統的低碳轉型進程中，需要發展一批新的低碳能源技術，并為其配套的電網、儲能等配套設施帶來巨大的投資。這與實現轉型所需要付出的經濟代價和全社會用電成本的變化有關，也是決策者最關注的問題。

隨著碳減排行動的加強，電力行業將需要大幅增加新的投資。從新增投資總量規模估計，2018—2050年間的投資總額可能達到50.79 萬億元，約占同期國內生產總值的0.5%～0.7%。從新增投資的構成來看，隨著減排目標的增強，主要投資將集中在風電、光伏發電、電網和儲能領域。在2 ℃與1.52 ℃兩種情況下，風能與光能的新投資分別占到總投資的57%與62%。所以，要想達到低碳發展的目的，每年可再生能源的新增投資規模將會在很長一段時間內維持在一個比較高的水平，需要構建并健全綠色投融資機制，用綠色金融來支撐低碳轉型。

4 結語

節能、減排是當前我國電力行業面臨的一個重要課題。利用技術創新和能源結構水平的提升，可以推進電力系統的協調發展，同時本研究將促進電力工業節能減排、低碳化，為我國資源節約型、環境友好型社會的建設作出一定貢獻，并為促進國民經濟可持續發展奠定堅實基礎。