能源動力產業的綠色低碳環保技術與應用研究

王曉光

（卡奧斯能源科技有限公司，山東 青島 266100）

引 言

綠色低碳環保技術屬于一種新型環境保護技術，其主要目的就是降低碳排放，減少環境污染。綠色低碳環保技術內涵豐富，國內外很多學者從各種角度進行了研究，從技術演化過程來講，其已經從最初的末端技術而成為污染預防技術，包含能源資源控制污染防治、綜合利用、源頭控制、零排放等類型的綠色技術[1]。相關部門在2014年1月提出了《節能低碳技術推廣管理暫行辦法》，明確指出，低碳技術是以高效利用資源為前提，以降低或避免CO2排放為基本特點的技術，在廣義上其控制對象也包括其它溫室氣體。深改委在2019年4月審議通過了《關于構建市場導向的綠色技術創新體系指導意見》，在其中詳細闡述了綠色技術的概念，其涉及生態農業、生態保護與修復、城鄉綠色基礎設施、清潔能源、節能環保、清潔生產等領域。

1 能源動力產業綠色低碳環保技術的應用現狀

1.1 能效提升與節能技術裝備

近年來，能源動力產業非常重視節能工作，在行業內部使用了一批起效快、低成本、高效益的大型節能技術改造。通過分析行業機構統計數據可知，2015年我國能源動力產業中高效電機占比低于10%，而在2022年末其占比達到了34%，我國2019-2022年的高效電機變化情況，見表1。

表1 2019-2022我國高效電機變化情況

同時，在能源動力產業節能降碳過程中數字化技術改造已經成為新驅動力，如中國電網利用互聯網平臺建立了能源使用情況模型，明確規范操作流程和改進工藝操作參數，從而使煤炭等傳統能源擁有了更高使用效率；華能某電廠借助模型體現出各種電力設備熱力情況，相關人員通過分析歷史數據可精確在各種工況下最佳發電技術煤耗，將平均發電煤耗控制在較低程度[2]。綜合來講，在現階段能源結構和產業結構下，在落實雙碳目標的過程中必須重視提升能耗和節能工作。未來，隨著相關人員的研發和推廣變革性使用節能降碳技術，再加上能源動力產業與智能化數字化技術深度融合，必然會進一步擴大降碳空間。

1.2 可再生能源裝備

我國在2023年8月實現了13.22億千瓦可再生能源裝機規模，在總裝機中占據48.8%比重，詳細數據，見表2。

表2 現今我國可再生能源裝機情況

在各種技術裝備不斷優化的同時，風電單機容量越來越大，在海上風電可達到10兆瓦最大單機容量，陸上為6兆瓦最大單機容量。在此過程中還研究出了新型海上重型自生自航式風電安裝船舶、平原低風速利用技術裝備等。光伏組件打破了400瓦功率限制，多晶、單晶電池量產分別擁有19.5%和23.1%平均轉化效率，優化和推廣了薄膜電池技術、高效晶硅電池生產技術。另外，國內已經實現多種光熱核心設備自主研發和生產，如聯動型塔式聚光鏡等。

1.3 環保裝備

環保裝備涉及較多領域，詳細可分為環境污染防治設備專用零部件、環境監測專用儀器儀表、環境污染應急處理、環境污染防治專用藥劑和材料、振動與噪聲控制、土壤污染修復、固體廢物處理、水污染防治、大氣污染防治等。在2022年底，我國擁有12 092億元左右的環保裝備制造業產值，為能源動力產業各項工作提供了有效支持，詳細數據，見表3。

表3 2019-2022年我國環保裝備制造業產值情況

在環保裝備方面，能源動力產業中推出了1 000兆瓦燃煤機組電袋復合除塵器、國產振動膜生物反應器污水深度處理集成裝備等，相關人員在行業中應用各種高效環保裝備。在此過程中，國產裝備已基本滿足能源動力產業的實際環保需求。

1.4 終端電氣化技術

目前，能源終端用能電氣化技術在適用范圍和成熟度方面存在明顯不足。在經濟學視角分析，以能源動力產業中常見的鍋爐為例，其以煤代電的經濟性會受到電鍋爐與煤電綜合效率的影響。正常情況下，電鍋爐具備較高效率，有時可達到約99%，但是只存在50%左右煤炭發電與輸配電綜合效率，由此可知，燃煤鍋爐明顯擁有更高的效率，若是將電鍋爐當做其替代品，并不具備經濟性方面優勢[3]。從技術適用范圍來講，能源動力產業在電氣化方向具備較好的前景，如熱力行業使用電鍋爐、電窯爐等。電窯爐主要是輻射換熱，相較于對流換熱其換熱效率明顯更低，且需要長時間運作，其換熱效率無法滿足大規模生產需求，所以在能源動力產業中僅可將小規模工藝和裝置替換成電窯爐。

1.5 碳捕集、封存和利用技術

現如今，我國同時運作的CCUS示范項目和試點有很多個，整體來講，在能源動力產業中CCUS技術實際效果還有待進一步驗證，在實踐中面臨著環境風險大、項目支出高等情況。例如，在能源動力產業中主要是運用物理分離和化學吸收兩種技術，這些技術在捕集CO2的過程中會在發電和燃料方面支出更高成本。碳運輸方面，罐車是相關人員首選的運輸工具，其成本支出同樣處于較高水平。當封存達到一定規模后也有幾率產生各種各樣的風險，如碳泄漏、污染地下水、破壞生態等。碳利用方面，主要應用場景為化學品制造、煤層氣采集等領域，只有少部分在能源動力產業應用，急需進一步擴大應用范圍。

2 能源動力產業應用綠色低碳環保技術的要點

2.1 零碳技術：源頭控制

能源動力產業要想順利完成雙碳目標，相關人員務必以低碳清潔能源體系構建工作為入手點。預估到2060年，在我國能源消費中會有超過80%為非石化能源消費。在新型電力系統中應以清潔能源為主，合理開發和應用可再生能源，使其具備越來越高的調峰和儲能能力，詳細情況，見圖1。

圖1 新型清潔能源系統

在太陽能發電領域中存在很多類型的光伏微電網發電技術以及光伏電池技術等，相關人員應合理應用和推廣，如薄膜太陽能電池、多晶硅電池等，相關技術可運用到常規火電廠與槽式光熱發電系統聯合運行、光熱發電領域等。

風力發電時，相關人員應將工作重點集中在成本控制、主動頻率調節、數字化風電場跨區消納、提升風電場容量與數量方面。未來，應用推廣的技術主要為大功率中壓變流器拓撲技術、變槳距調節、變速運行優化技術、海上風力發電、風電場儲能技術等[4]。

水力發電技術主要為“互聯網+”智能水電站、機電設備制造、保護與修復生態、各種水文地質環境工程建設、防控安全風險等。

目前應用的生物發電技術中，生物混燃發電和生物氣化發電應用范圍廣泛，其中生物混燃發電技術的優勢更為明顯。

近年，我國核電產業越來越完善，現今已經研發和運用了三代核電技術，相關人員正在大力研發四代核電技術。在相關技術應用實踐中，相關人員可以嘗試應用高溫堆新型合金材料、海上核動力平臺、小型模塊化反應堆、大型先進壓水堆、高溫氣冷堆等。

在改善傳統化石能源應用情況、實現可再生能源產業化過程中氫能應用屬于重要途徑。在能源動力產業中相關人員應推廣和應用大規模氫氣輸送、電解水綠氫制備、重載運輸業、氫氣純化技術等技術。

當構建零碳新能源分布式框架后，能源動力產業中電網智能控制、電網智能化調度、智慧能源服務等工作會得到進一步改善。如果傳統電網系統將轉變為集中性網絡，不但能夠具有更高的堅強性、穩定性、可靠性，還會走向靈活化、智能化，為智能電網提供有效的技術保障。

2.2 低碳技術：過程控制

能源動力產業中，綠色低碳環保技術重要的基礎地位，其可以直接影響CO2減排情況。在我國能源消費結構中電力、火力等是主要部門。能源動力產業大多具備流程性行業，其生產過程擁有連續性、多段的特征。相關人員應深入應用流程性低碳化再造技術，用以優化用能和調整能源結構，從生產過程入手減少溫室氣體排放[5]。

在電力產業深度減排方面。相關人員需要以提高能源利用效率、使用清潔能源兩方面入手。從電力產業中長期發展來看，務必大力推廣和應用碳捕集、封存以及利用技術，促進深度減排與電力產業生產過程深度融合。在實現電力產業可持續發展方面，相關人員可從推廣利用碳捕集技術、創新協同處理技術、低碳產品開發、提升能源利用效率四方面入手。

在熱力產業轉型方面。熱力行業節能減排需要以用能方式優化作為主要路徑，實現化石能源從燃料轉變為原料，從而使其達到更高能效，實現全過程低碳生產。實踐中，主要工作是CCUS技術研發推廣、能效減碳、清潔能源，實現從源頭開始減碳。

2.3 負碳技術：終端控制

負碳技術能保住化石能源利用滿足低碳目標，特別是在能源動力產業這種排放高、耗能高的產業中，此種技術方案具有較高可行性，可以確保順利完成碳中和目標。負碳技術可分為生態碳匯技術、碳捕集、封存以及利用技術等。碳捕集、封存以及利用技術又能細分為CO2高效轉化、生物能碳捕捉與封存、CO2驅油驅氣、直接空氣捕獲等。CCUS技術主要是從以下角度入手應用；相關人員應該以生物技術為基礎開發CO2高效高值利用技術，或者使用其作為原料制作多碳化合物。使用生態匯碳技術主要是借助環境和生物的綜合作用，更為充分的移除碳，并在海洋或陸地中儲存CO2，進而方便碳資源后續利用。

3 結語

綜上所述，我國各行各業對于能源動力的需求均處于非常高的水平，而在能源動力產業中卻存在著較為嚴重的資源浪費現象和污染情況。因此，相關人員應注重提升資源利用率和節約資源的工作，具體舉措為應用綠色低碳環保技術，在實際工作中相關人員可綜合運用零碳技術、低碳技術以及負碳技術，不僅可以緩解行業中能源緊張問題，還可以發揮節能環保的作用。另外，相關人員在實際工作中，務必積極落實新型綠色低碳環保技術開發，強化技術應用，只有這樣才能不斷提升能源動力行業技術水平，實現雙碳目標。