燃煤电厂减污降碳协同治理探析

任小杰

大唐国际发电股份有限公司陡河热电分公司

摘要：积极推动中国经济的绿色增长是十分迫切且必要的，这不仅事关中国经济的高质量可持续发展，而且是中国履行大国责任、实现“双碳”目标的重要基石，减污降碳协同增效正是促进中国经济发展全面绿色转型的重要途径。文章以某燃煤热电联产项目为例,预测研究大气污染物和碳排放水平,拟建项目烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度达到超低排放水平,分别为8.58mg/m3,34.2mg/m3,49.5mg/m3,年排放总量分别为100、400、578t,年碳排放总量约为338万t。面对环境质量持续改善和碳达峰要求,本文从挖掘减碳潜力、加强低碳技术研究应用、调整能源结构、宏观政策等方面提出了实现CO2和大气污染物协同控制的建议。

关键词：减污;降碳;火电厂;协同

引言

煤电是我国大气污染物和二氧化碳排放的最主要来源之一。燃煤电厂耗煤量大,排放烟气是大气污染物和CO2连续集中排放源,其所排放CO2量占我国总排放量50%左右。由于其大气污染物和CO2排放量大,排放相对集中,对其研究易于实现大气污染物和CO2的协同控制,因此对燃煤电站锅炉烟气中大气污染物和CO2排放的协同控制研究为国内外广泛重视。

1燃煤电厂在减污降碳中的地位与作用

推进燃煤电厂减污降碳，是实现碳达峰、碳中和目标的重要保障。我国是全球碳排放量最大的国家。据统计，2018年，我国能源消费导致的碳排放量达97.2亿t，超过美国、欧盟、日本的总和。从终端消费来看，燃煤电厂是碳排放的主要来源，其碳排放量约占碳排放总量的90%。其中，发电行业碳排放量最高，占比超过行业碳排放总量的40%。因此，燃煤电厂是“降碳”的主力军。

推进燃煤电厂减污降碳，是打赢污染防治攻坚战、建设美丽中国的必然要求。化燃煤电厂燃烧是我国大气污染物排放的主要驱动。国际能源署的相关研究表明，几乎全部的SO2和NOx以及约85%的一次PM2.5排放与能源活动密切相关。SO2、NOx、PM2.5等大气污染物与CO2排放具有同根、同源、同过程的属性，其排放均主要来自能源生产和消费领域。推动能源行业减污降碳，就抓住了减污降碳协同增效的“牛鼻子”。

2碳排放情况

根据《中国发电企业温室气体排放核算方法与报告指南(试行)》、地方标准《二氧化碳排放核算和报告要求电力生产业》,以建设内容为边界,核算生产系统产生的温室气体排放。主要排放源为燃料燃烧排放、脱硫过程排放,碳排放总量达到3379695tCO2。其中燃料燃烧排放量为3318095tCO2,占比约98.2%,项目CO2排放主要是燃煤排放;脱硫过程碳排放量为61600tCO2,占比约1.8%,尽管脱硫污染治理增加了厂供电能耗,导致CO2排放增加,但占比仅1.8%,却能有效降低SO2排放,脱硫效率可达到99.1%。

3减污降碳建议

(1)采取节能减排措施,源头协同治理。常规大气污染物与二氧化碳排放具有同根、同源、同过程的特点。减少污染物排放与降低二氧化碳之间可以产生很好的协同效应,提高燃煤利用效率,在降低二氧化碳排放的同时,也可以减少常规污染物排放。一方面在总平面布置、设备选型、工艺系统、材料选择、节能管理等方面挖掘潜力,采用选用高效发电机组背压机组,节能新技术、新工艺、提高热效率,降低发电标煤耗;另一方面应通过技术研发进一步减少燃煤发电煤耗,甚至是由煤改为燃气或生物质清洁能源,会带来明显的减污降碳协同增效效果。(2)坚持科技创新驱动,加强低碳技术研究应用。新建项目应采取并探索减少碳排放和二氧化碳综合利用的措施,预留碳捕集及中和设施的空间或接口,逐步实现工艺过程的低碳运行。对于火电厂烟气中的CO2减排一般可以分为源头控制和末端治理。源头控制即通过工艺创新来提高新的发电机组效率,进一步减少发电中能耗来减少CO2的排放;末端治理就是通过捕获、封存等措施减少CO2排放。目前,大多数燃煤电厂还没有降碳的环保设施,应加强与高校、科研院所等加强低碳技术创新合作,开展二氧化碳捕集、封存、综合利用一体化研究工作,积极探索二氧化碳资源化利用的途径、技术和方法,形成技术研发和生产应用联动机制。如重庆是丰富的页岩气开采区,探索超临界二氧化碳代替水做压裂液的研究对页岩气增产、二氧化碳减排、减少水资源消耗具有重要的现实意义。(3)优化能源结构方面,严控煤炭消费总量,提高水电等可再生燃煤电厂占比。稳妥开发建设水电,因地制宜发展风电、太阳能光伏发电、地热发电和生物质发电等绿色能源。(4)推动将碳排放纳入环境影响评价与排污许可管理,推动统筹融合协同控制温室气体与污染物排放管理。通过规划环评、项目环评、排污许可推动区域、行业和企业落实煤炭消费削减替代,进行碳总量控制。

调整能源消费结构，大力发展清洁能源清洁能源推动减污降碳，需持续提高我国非化燃煤电厂消费比重，推动非化燃煤电厂向主体能源转变。经测算，2020年，我国非化燃煤电厂占一次能源消费比重约为16%。为实现碳达峰目标，2025年，我国非化燃煤电厂占一次能源消费比重需达到20%以上；2030年，这一比例需达到25%以上；2030年后，该比例仍需进一步提高。根据已有研究推算，我国要在2060年实现碳中和，能源消费产生的CO2排放量至少需降至约30亿t，化燃煤电厂消费量需降至15亿tce以下，非化燃煤电厂消费比重需达到75%以上。从各类一次能源消费结构来看，“十四五”期间我国电煤消费比重将持续提高，电力行业以外的煤炭消费量大幅降低，现代煤化工产业有序发展。

稳步优化终端消费结构，推进终端电氢替代清洁能源对传统化燃煤电厂的深度替代，需依靠终端电气化率的提升，构建以电为核心、由清洁能源主导的供需互动的能源体系。发达国家的发展经验表明：经济越发达、人民生活越富足，整个社会的电气化水平越高。近年来，发达国家电气化水平提升趋势逐步趋稳，处于工业化后期的发达国家电能占终端能源消费比重总体处于20%～30%。发展中国家主要受工业化进程与新兴市场推动，其电气化率增长趋势相比于发达国家更为明显，是全球电气化水平提升的重要驱动力。目前我国终端电气化率约为27%，处于世界中游水平，未来工业生产制造、交通运输、居民生活、建筑等重点领域的电气化潜力仍巨大。

减污降碳协同增效检验根据Kaya恒等式以及CO2和空气污染物同根同源的特性，两者的排放量均主要取决于能源消费结构、能源强度、人均GDP和人口数量。由此得出减污降碳协同增效的两条路径。路径1：减污和降碳政策通过优化能源消费结构实现减污降碳协同效应；路径2：减污和降碳政策通过降低能源强度实现减污降碳协同效应。

结束语

减污降碳协同增效是一项全新的工作,任务十分艰巨,对生态环境管理部门、能源主管部门以及火电企业提出了新的管理要求。(1)生态环境管理部门做好顶层擘画、突出协同增效,把降碳作为源头治理的“牛鼻子”,强化科技和制度创新,完善绿色低碳评价体系,形成有效的激励约束机制,协同控制温室气体与污染物排放。(2)电力部门深挖协同减排措施。电力部门降低煤电比重、提高绿电比例,创新协同减排措施,挖掘潜力等方面的协同减排效果。

参考文献

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