河北省火力發電企業減排潛力研究

□文/李耀煒 李子慕 于 銳 秦樹文

（1.河北北方學院經濟管理學院 河北·張家口；2.河北省礦產資源戰略與管理研究基地 河北·石家莊；3.重慶大學經濟與工商管理學院 重慶）

［提要］隨著我國“雙碳”目標的推進，走節能減排的綠色能源發展道路是各省份的主要目標之一。針對河北省火力發電行業發展現狀及節能減排情況，提出用于火力發電行業關于CO2和SO2減排量和減排潛力的測算模型，該模型通過對新增機組技術改進提升生產效率帶來的CO2減排量、新增燃煤發電裝機容量、燃煤電廠年平均運行小時數以及燃煤電廠使用的煤炭排放系數來測算二氧化碳減排量；通過技術效應導致火力發電企業發電量的變化、單位發電量的能源強度以及SO2排放強度的變化量來測算火力發電企業SO2排放潛力。研究表明：2015～2021年新增煤電碳減排量為11.3萬噸，到2025年預計碳減排量為10.1萬噸；同期，由于技術改進，SO2減排共計106.9萬噸；預計到2025年SO2排量降至14.3萬噸。因此，通過該方法可以簡便地預測河北省火力發電行業的綠色發展狀況，從而提高預測效率。

全球變暖是當前人類社會面臨的最具挑戰性問題之一，而二氧化碳排放被認為是造成這一現象的主要原因之一。與此同時，世界上80%的能源是化石燃料，碳足跡巨大，到2022 年，世界上二氧化碳平均濃度將達到420ppm，高于過去十年的平均年值。中國提出了2030 年前實現“碳達峰”，2060 年前實現“碳中和”的目標，并啟動了國際減排合作行動。近年來，中國的煤炭消費量略有下降，但燃煤發電仍占煤炭消費總量的50%，在發電結構中占主導地位。因此，研究火力發電行業節能減排及實現碳排放峰值和碳中和的方法迫在眉睫。

河北省作為京津冀地區主要省份，在減少大氣污染排放和低碳化道路上不斷推動能源生產領域的結構優化和高質量發展。目前，CO2為主的溫室氣體是全球升溫和全球氣候變化的主要因素，備受全球關注，也是低碳經濟發展的共同意識。SO2是大氣污染的主要來源，同樣對大氣環境和氣候造成惡化，也對人類的發展帶來危害。當前，中國面臨溫室氣體和空氣污染雙重壓力和挑戰，而火力發電行業是上述二者排放的重要污染源之一。為了進一步了解火力發電企業生產過程中的CO2、SO2減排潛力，對河北省火力發電行業實現區域低碳發展進行探討。

一、文獻綜述

中國電力行業的生產過程過度依賴化石燃料，導致行業自身的資源損耗和污染物排放指標與國際先進水平相差較大，CO2和大氣污染物的排放不僅量大，而且相對集中。中國電力行業中因化石燃料燃燒所釋放的CO2占排放總量的40%，居所有行業之首。在數據選擇方面，部分學者是基于消費端數據展開的碳排放測算，較多學者選擇用碳排放系數法對電力部門的碳排放進行測算，還有部分學者則采用自上而下的方法來測算電力行業的碳排放情況，或者與情景預測方法相結合對碳排放潛力進行預測研究。不同的數據和方法選擇會導致在研究結論上的差異，且鑒于統計數據獲得的限制，國內外學者更多地是利用能源消費的宏觀統計數據展開碳排放的測算。

目前，針對協同效應中污染物控制、節能減排以及地區經濟發展之間的相互關聯和相互作用引起了學者廣泛的關注和研究。相關研究主要分為以下三個方面：控制CO2排放對其他大氣污染物造成的協同效應；控制大氣污染物排放過程中對CO2減排帶來的效應；針對CO2和大氣污染物協同減排政策協同效應的成效評價。當前，中國的碳排放主要指代CO2排放量仍在上升，且以火力發電為主的電力行業是最主要的排放來源，大量的CO2排放加劇了能源節約和生態環保問題。目前相關的減排研究主要關注于世界其他國家，中國的相關研究主要局限于對國外協同減排的經驗總結，或只針對某些產業（如鋼鐵、電力）技術減排的研究。另外，現階段國內外學者圍繞CO2及大氣污染物排放特性、排放測算、協同效應等方面開展了一些研究。這些成果為本研究提供了良好基礎，但仍然存在一些不足：這些研究主要從宏觀層面進行分析，協同減排效應的影響研究則顯缺乏；工業低碳發展路線也多以定性為主，而且針對電力行業低碳約束條件的減排路徑尚未明確；大多以國家層面進行，且為全行業，針對具有地方特點的電力行業減排措施的研究較少。為此，本研究以河北省火力發電行業低碳發展角度對碳排放（CO2）和大氣污染物（SO2）減排展開研究。作為能源領域核心部門的電力行業，其低碳發展是我國碳排放目標和大氣污染治理得以實現的重要一環。走低碳化發展與大氣污染物協同減排，可以降低電力行業減排政策實施的費用，并盡可能降低政策實施失效的可能性。通過政策措施的有效組合，在降低碳排放與大氣污染物排放的同時，能夠產生緩解溫室效應、改善大氣環境、有益身體健康、提高能源利用效率等附加收益。

二、河北省火力發電行業現狀

（一）河北省電力結構現狀。近年來，河北省發電量呈逐年增長趨勢，2022 年達到3，458.3 億千瓦時，較2015 年增長39%，其中火力發電量為2，705.6 億千瓦時，約占全年發電量的78.2%；風力發電量為551.6 億千瓦時，約占16%；太陽能發電量為176.4 億千瓦時，約占5.1%；水力發電量為24.8 億千瓦時，約占0.7%，如圖1 所示。從發電結構來看，河北省火力發電仍然占據主導地位，而可再生能源的風能、太陽能、水能發電量約占1/3。（圖1）

圖1 2022年河北省發電量及構成統計圖

河北省在“十四五”能源規劃中提出大力發展火電靈活性改造，快速提升新能源發電裝機容量。2022 年，河北省新增可再生能源裝機1，400 萬千瓦時，實現可再生能源并網裝機達7，116.5 萬千瓦時，其中風電、太陽能發電裝機居全國前列。雖然現階段整體而言依舊沒有擺脫火力發電為主的情形，但是河北省在加快調整能源化結構，提升能源保障能力，不斷淘汰一些火電落后產能，加速技術升級改造，提升煤炭高效利用。2022 年底完成火電機組節能改造136 臺，實現超低排放。另外，太陽能和風能發電量逐年提升，進一步促進河北省電力能源結構優化，尤其是2020～2022 年水電、風電、太陽能發電呈快速增長模式，如圖2 所示。（圖2）

圖2 2015～2022年河北省各發電類型發電量統計圖

（二）河北省火力發電行業節能減排發展狀況。電力行業綠色低碳發展是河北省“十四五”時期節能降碳減排實現綠色高質量發展的關鍵所在。河北省全面推動火力發電行業減煤減排行動，到2024 年將全部淘汰不符合節能減排30 萬千瓦時的火電機組，截至2020 年底共淘汰落后機組400 萬千瓦時，并完成城市區域發電機組的清潔燃料更替或搬遷。此外，對其他煤電機組開展超低排放改造升級，規劃和控制煤電建設規模，提升發電效率，2019～2022 年年均發電超過3，000 億千瓦時。截至2021 年底，河北省主要火力發電煤耗降為304.3 克標準煤/千瓦時，較2015 年下降5%，16.1 克標準煤，如圖3 所示。到2025 年將降至300 克標準煤/千瓦時以下，達到全國火電平均煤耗要求。目前，河北省火力發電企業基本實現超低排放，SO2排放濃度不高于35 毫克/立方米，排放總量大幅下降，特別是CO2排放濃度較“十三五”初下降20.5%。（圖3）

圖3 2015～2022年河北省火力發電能耗強度變化走勢圖

三、減排潛力核算

主要針對火力發電企業基于技術效應的碳排放和大氣污染排放，計算其減排潛力。

（一）碳減排潛力核算。基于火力發電機組技術效率提升直接減少CO2的排放量，本文以2015～2021 年河北省新增燃煤發電機組基于技術改進提升生產效率帶來的CO2減排量（ECT）為基礎測算2025 年的CO2減排量（ECT）。

其中，ECT是指新增機組技術改進提升生產效率帶來的CO2減排量；PCT是指新增燃煤發電裝機容量；HCT為燃煤電廠年平均運行小時數；Mm和Mn分別是指m 到n 年的單位發電量的煤耗；Cc是指燃煤電廠使用的煤炭排放系數（2.2132 噸CO2/噸標煤）。

（二）大氣污染物減排潛力核算。大氣污染物排放量計算采用技術效應導致的減排量，本文以2015～2021 年河北省改造燃煤發電機組基于技術改進提升生產效率帶來的SO2減排量為基礎測算到2025 年SO2減排量（ETE）。

其中，ETE為技術效應導致的SO2減排量；Pt為火力發電企業t 年的發電量；Tp為單位發電量的能源強度；△Ie為SO2排放強度的變化量；Iet 為火力發電企業t 年的SO2排放強度。

四、結果測算與討論

（一）火力發電企業碳減排潛力。河北省地處華北平原北部，近年來環境事件頻發，尤其是大氣污染和碳排放備受關注。為了滿足環境保護需要，實施節能減排、調節能源結構是必然要求，尤其是高污染的火力發電行業是重點整改和更新行業。2015 年底，河北省火力發電裝機容量為4，115 萬千瓦，占全部電力裝機容量的70.5%；2021 年底，河北省火力發電裝機容量為5，424 萬千瓦，占全部電力裝機容量的49%，火力發電量為2，686.6 億千瓦時，約占全國同期的4.7%，發電平均利用小時數為4，160 小時，同期全國為4，690 小時。2025 年前后，河北省將實現調整電力結構，減少火力發電新增裝機，并淘汰高污染和高耗能機組，大力發展清潔能源建設。從單位發電能耗來看，河北省2015 年火力發電單位標準煤耗為320.39 克標準煤/千瓦時，2021 年火力發電單位標準煤耗為304.3 克標準煤/千瓦時。2022 年河北火力發電量為2，705.6 億千瓦時，在2015～2022 年間，火力發電總量達2.07 萬億千瓦時，到2025 年火力發電將達到2，800 億千瓦時。由于河北省正在進行去產能和結構調整，火力發電的新增裝機容量呈逐年遞減趨勢，同時大力革新現有技術實現節能減排，依據公式（1）可以對2015～2021 年新增火力發電行業碳減排進行計算，碳減排量為11.3 萬噸CO2；到2025 年，預計碳減排量為10.1 萬噸CO2。

河北省在促進電力行業低碳轉型，以實現碳中和、碳達峰的目標，對全省煤電機組進行升級改造，從2005 年供電標煤能耗370 克標準煤/千瓦時，降到2015 年的320.39 克標準煤/千瓦時，再到2025 年300克標準煤/千瓦時，實現效率提升和超低排放的目標。此外，不斷推進煤電機組節煤降耗改造、供熱改造和靈活性改造的“三改聯動”，并加快淘汰落后煤電產能，這也是出現火力發電預期碳排放降低的原因。到2025 年，河北省火力發電總規模穩定在5，100 萬千瓦時，增加非化石能源消費比重將達到13%，主要實現火力發電跨帶升級改造，提升效率，進一步推動煤電清潔高效利用和能源結構升級。

（二）火力發電企業SO2減排潛力。火力發電企業在運行過程中不僅僅涉及碳排放，還有一些其他的污染物也是造成大氣環境污染的主要成因，尤其是SO2排放。目前，我國火力發電企業基本都有自己的脫硫、脫硝、除塵等控制措施，但是還存在SO2排放的情況。從2015 年開始，河北省穩步推行燃煤發電機組升級改造工程，并制定污染物排放治理方案，同年關停5 臺高污染燃煤火電機組（30 萬千瓦）。2015 年火力發電執行SO2排放濃度為200mg/m3，2022 年后執行25mg/m3的排放濃度。因此，由技術效應帶來的SO2減排量可以通過公式（2）、公式（3）對2015～2021 年火力發電行業SO2減排量進行計算，經過近十年的治理和技術改革，河北省火力發電企業由原來2015 年排放148.6 萬噸，降至2021 年排放41.7 萬噸，SO2減排量為106.9 萬噸；預計到2025 年火力發電SO2排量為14.3 萬噸。

近年來，河北省對工業排放的治理力度逐年增強，并將碳排放和大氣污染物排放防治成效納入政府工作考核中，形成政府-企業聯合機制，有力推動超低排放時代的到來。目前，河北省各大火力發電企業在政府出臺的一系列激勵政策下不斷摸索和創新技術與經濟運行方式，全省已有20 多家火力發電企業40 多臺機組實現超低排放。

五、結論

河北省火力發電企業的CO2和SO2減排以及實現綠色發展的前景和優勢是非常明顯的。2015～2021 年，火力發電在淘汰落后產能和提升效率方面成效非常突出，實現單位標準煤耗為304.3 克標準煤/千瓦時，煤電碳減排量為11.3 萬噸，到2025 年預計碳減排量為10.1 萬噸。技術改進減排SO2達106.9 萬噸；預計到2025 年煤電SO2排量為14.3萬噸。

河北省全面實施火力發電企業超低排放升級改造工程以來，不僅在碳排放和二氧化硫排放方面實現超低標準，在PM2.5、氮氧化物和煙塵方面也達到超低排放標準。此外，為促進河北省電力綠色發展，雖然火力發電目前仍占有主要地位，但在電力結構中的比重逐漸降低，真正意義上的綠色電力（如風電、水電、太陽能發電和生物質發電）的占比逐年增加，正為河北省綠色能源發展帶來強勁的發展動力。