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王凡:“雙碳”目標(biāo)下的煤電使命

中國電力企業(yè)管理發(fā)布時間:2022-07-28 12:31:26  作者:王凡

  習(xí)近平總書記在中共中央政治局第三十六次集體學(xué)習(xí)時強(qiáng)調(diào),推動能源革命,要立足我國能源資源稟賦,堅(jiān)持先立后破、通盤謀劃,傳統(tǒng)能源逐步退出必須建立在新能源安全可靠的替代基礎(chǔ)上。要堅(jiān)決控制化石能源消費(fèi),尤其是嚴(yán)格合理控制煤炭消費(fèi)增長,有序減量替代。要把促進(jìn)新能源和清潔能源發(fā)展放在更加突出的位置。黨中央為碳達(dá)峰碳中和指明了方向。為此,煤電應(yīng)該責(zé)無旁貸地有所擔(dān)當(dāng),并為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)主動完成自我轉(zhuǎn)型。

  能源轉(zhuǎn)型過程中煤電應(yīng)該主動擔(dān)當(dāng)

  基于我國資源稟賦條件,煤炭是能源安全的圧艙石。在當(dāng)前的電力系統(tǒng)中,煤電則是電源供應(yīng)和電網(wǎng)安全的壓艙石。在能源轉(zhuǎn)型過程中,煤電仍然要發(fā)揮對電網(wǎng)安全的“兜底”和對供熱供暖的保障壓艙石作用,并提高靈活性和可靠性,護(hù)航風(fēng)光新能源的發(fā)展。

  新建機(jī)組必須做到高效低碳和有較強(qiáng)的負(fù)荷調(diào)節(jié)能力。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,我們還要新建發(fā)電機(jī)組,新建機(jī)組仍有提效減碳的空間。新建煤電機(jī)組原則上應(yīng)采用超超臨界技術(shù),供電煤耗須低于270克標(biāo)準(zhǔn)煤/千瓦時。由中國能源研究會節(jié)能減排中心全力推進(jìn)的、目前最具代表性的國家煤電示范項(xiàng)目——申能淮北平山二期135萬千瓦高低位雙軸二次再熱機(jī)組,突破性地采用了高低位雙軸布置汽輪機(jī)獨(dú)創(chuàng)技術(shù),使得機(jī)組在容量、熱力循環(huán)參數(shù)和缸效等方面均獲得了最優(yōu)化,并且大幅縮短了價(jià)格昂貴的主再熱蒸汽管道,在結(jié)合廣義回?zé)帷煔庥酂崽菁壘C合利用、固體顆粒侵蝕綜合防治、FCB技術(shù)、廣義集中變頻一系列成功有效的專項(xiàng)節(jié)能技術(shù)后,機(jī)組額定工況下供電煤耗設(shè)計(jì)值251克標(biāo)準(zhǔn)煤/千瓦時,并成功實(shí)現(xiàn)20%負(fù)荷深度調(diào)峰。目前,該機(jī)組已建成投入商運(yùn),運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示機(jī)組效率優(yōu)于設(shè)計(jì)值,和國內(nèi)其他投產(chǎn)的二次再熱超超臨界機(jī)組相比,煤耗降低約20克標(biāo)準(zhǔn)煤/千瓦時,低負(fù)荷下的煤耗降低值更大。與此同時,我國正在積極推動66萬千瓦單軸全高位發(fā)電技術(shù)工程化示范,純凝發(fā)電凈效率力爭突破50%,并具有深度調(diào)峰至20%超低負(fù)荷的調(diào)峰能力。

  在役機(jī)組改造要兼顧節(jié)能降碳、靈活性、供熱“三改聯(lián)動”。我國在役煤電機(jī)組超過11億千瓦,僅需要改造的亞臨界機(jī)組就有800多臺、容量約3.5億千瓦。在“雙碳”目標(biāo)下,我們對現(xiàn)有煤電機(jī)組節(jié)能降碳改造,需要考慮全負(fù)荷高效兼具深度調(diào)峰能力、長期保效和合理的性價(jià)比。隨著風(fēng)光新能源的快速崛起,煤電機(jī)組面臨低負(fù)荷運(yùn)行乃至深度調(diào)峰,機(jī)組改造應(yīng)該兼顧額定工況能耗和部分負(fù)荷、包括低負(fù)荷下的能耗,做到全負(fù)荷高效。關(guān)鍵是汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)選型要兼顧全負(fù)荷效率,包括挖掘熱力系統(tǒng)在低負(fù)荷下的節(jié)能潛力。華潤江蘇徐州電廠32萬千瓦亞臨界機(jī)組升級綜合改造,通過創(chuàng)新的汽輪機(jī)和鍋爐改造技術(shù),把機(jī)組主蒸汽和再熱蒸汽溫度均提高到600攝氏度,在此基礎(chǔ)上,全面優(yōu)化熱力系統(tǒng)并加載廣義回?zé)峒夹g(shù)、煙氣余熱回收利用技術(shù)、彈性回?zé)峒夹g(shù)和固體顆粒侵蝕綜合防治技術(shù)等一系列專項(xiàng)節(jié)能減排和保效技術(shù),并同步加載深度調(diào)峰技術(shù),機(jī)組實(shí)現(xiàn)大幅提效,供電煤耗較改造前降低約35克標(biāo)準(zhǔn)煤/千瓦時,同時可以實(shí)現(xiàn)20%負(fù)荷的深度調(diào)峰。至此,華潤江蘇徐州電廠為亞臨界機(jī)組綜合升級改造提供了優(yōu)選方案。

  煤電機(jī)組改造要解決的幾個突出問題

  國家要求“十四五”期間,煤電節(jié)能降耗改造規(guī)模不低于3.5億千瓦、供熱改造規(guī)模力爭達(dá)到5000萬千瓦、靈活性改造規(guī)模1.5億千瓦,時間緊、任務(wù)重,尤其要解決幾個突出問題。

  首先是認(rèn)識問題。在減碳的壓力下,煤電機(jī)組要不要改造,值不值得改造,許多企業(yè)猶豫不決。這個認(rèn)識問題不解決,企業(yè)就沒有改造的動力。必須毫不猶豫地開展對煤電機(jī)組的提效減碳改造,我們堅(jiān)信,就是將來煤電機(jī)組燃料改為植物能源,我們也仍然需要高效的、可帶基本負(fù)荷、具有負(fù)荷靈活調(diào)節(jié)能力的火電機(jī)組。

  企業(yè)效益不好,缺乏資金,是影響煤電改造的重要原因。從長遠(yuǎn)看,必須解決電價(jià)的定價(jià)機(jī)制。電作為一種特殊的社會保障服務(wù)類商品,發(fā)電企業(yè)應(yīng)參考社會平均利潤獲得收益,或者讓企業(yè)在成本上增加合理利潤。當(dāng)前,要鼓勵企業(yè)用好國家安排的專項(xiàng)改造資金。國家應(yīng)通過政策傾斜來調(diào)動企業(yè)使用專項(xiàng)資金的積極性,比如對改造后達(dá)標(biāo)的機(jī)組:發(fā)電量按供電煤耗進(jìn)行調(diào)度或優(yōu)先安排延壽審批程序等。

  煤電改造“一型一策”,方案有別,難以簡單復(fù)制。操作上宜采取分門別類、典型引路,有序展開。各大電力(能源)集團(tuán)可挑選數(shù)臺典型機(jī)組先行示范,改造路線和技術(shù)交由市場決定,競爭選優(yōu),實(shí)行市場化運(yùn)作,優(yōu)先推薦已經(jīng)寫入國家能源局《全國煤電機(jī)組改造升級實(shí)施方案》中的“高溫亞臨界綜合升級改造技術(shù)”。

  “高溫亞臨界綜合升級改造技術(shù)”是綜合解決煤電機(jī)組提效減碳、深度調(diào)峰、長期保效問題的創(chuàng)新技術(shù)。雖然行業(yè)對該技術(shù)還有不同的理解,但經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證,該技術(shù)是目前最好的綜合升級改造技術(shù)。鼓勵采取技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式,由技術(shù)持有方與設(shè)計(jì)和制造單位成立聯(lián)合體,按改造機(jī)組臺數(shù)收取技術(shù)轉(zhuǎn)讓費(fèi),通過技術(shù)轉(zhuǎn)讓,提供技術(shù)包、軟件包、培訓(xùn)包等形式,把機(jī)組改造納入商業(yè)化運(yùn)營?;蛘卟捎玫谌酵顿Y的合同能源管理模式,為避免項(xiàng)目完成后在效益計(jì)算上發(fā)生分歧,建議采取項(xiàng)目工程驗(yàn)收合格后,對投資方按固定回報(bào)方式返還投資本金和收益。

  煤電自身轉(zhuǎn)型勢在必行

  能源轉(zhuǎn)型過程中,煤電也要主動實(shí)現(xiàn)自我轉(zhuǎn)型。“雙碳”目標(biāo),就要最大限度限制煤炭的使用。發(fā)電燃煤不減下來,碳中和目標(biāo)就很難實(shí)現(xiàn)。實(shí)際上煤炭用作燃料很可惜,論資源的合理利用,煤炭應(yīng)該當(dāng)作化工原料更合適。在新型電力系統(tǒng)構(gòu)建中,離不開擔(dān)當(dāng)基本負(fù)荷、具有調(diào)節(jié)能力的火電機(jī)組。利用植物能源發(fā)電相當(dāng)于把植物生長期間吸收的二氧化碳重新釋放出來,并不新增加環(huán)境中的二氧化碳,被國際上公認(rèn)為零碳發(fā)電。所以用植物能源替代燃煤是火電減碳的必由之路,也是最佳選擇。

  要大力推動在役煤電機(jī)組采用植物燃料與煤混燒,直至植物燃料全部替換。和化石燃料相比,生物質(zhì)的硫、氮和粉塵含量低,利用過程中污染物排放少,其每千瓦時電的排放強(qiáng)度僅18克二氧化碳/千瓦時,比光伏和光熱發(fā)電還低,是煤電碳排放強(qiáng)度的0.018倍,可實(shí)現(xiàn)“近零碳排放”。建立以新能源為主體的新型電力系統(tǒng),其主體電源除了風(fēng)光電之外,還應(yīng)該包括生物質(zhì)能發(fā)電。未來生物質(zhì)火力發(fā)電、風(fēng)電和太陽能發(fā)電三種可再生能源發(fā)電,構(gòu)成為新型電力系統(tǒng)的主體電源,從而可確保我國的電網(wǎng)安全、電力安全、以及風(fēng)光電的發(fā)展和消納。

  歐盟國家研發(fā)和實(shí)踐火電廠燃用生物質(zhì)燃料發(fā)電,已積累了20多年的經(jīng)驗(yàn)。全球已有150多座大容量燃煤電廠燃用生物質(zhì)發(fā)電的實(shí)例。位于英格蘭約克郡的英國Drax電廠,6臺66萬千瓦機(jī)組,從2020年3月起,已經(jīng)徹底告別煤電,100%改為植物燃料替代。我國也有大型電廠在研究用植物能源替代燃煤。華能日照電廠燃煤機(jī)組也已經(jīng)完成生物質(zhì)能摻燒的改造,將于近期投入使用。

  煤電機(jī)組摻燒植物能源,通常需要對鍋爐上料系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)改造。摻燒20%植物能源,改造費(fèi)用約為機(jī)組投資額的10%;若改為100%使用植物能源,改造費(fèi)用約為機(jī)組投資額的20%。煤電機(jī)組改用植物燃料,既可以減碳,又能充分利用原有設(shè)備,不至于造成大量煤電設(shè)備的報(bào)廢和浪費(fèi)。完成向植物燃料轉(zhuǎn)型將成為“雙碳”目標(biāo)下煤電企業(yè)偉大的歷史使命。

  超級蘆竹終將替代燃煤

  過去,電力人士從不敢想像有足夠的植物能源替代煤炭。如今,武漢某生物科技公司已經(jīng)培養(yǎng)出可以替代燃煤的超級蘆竹。超級蘆竹是以我國本土野生蘆竹為母體,采用現(xiàn)代生物育種技術(shù)進(jìn)行科學(xué)誘導(dǎo)馴化、組培繁育出的新型高產(chǎn)能源作物??稍诨牡?、灘涂地、沼澤地、鹽堿地等酸堿度為Ph3.5~Ph9的土壤環(huán)境生長。一次種植可連續(xù)收割15~20年,干生物量達(dá)5~10噸/畝/年,約為玉米秸桿的7倍、水稻秸桿的15倍以上。超級蘆竹還具有超強(qiáng)的碳匯能力,是森林的25~40倍。目前,已經(jīng)基本形成了從野生蘆竹遷地保護(hù)、品種選育、組培快繁、GAP馴化、標(biāo)準(zhǔn)化栽培、能源植物種植到深加工及資源化利用的全產(chǎn)業(yè)鏈。

  超級蘆竹的熱值為4000~4500大卡,完全可以用于替代燃煤電廠的燃煤。我國國土遼闊,有邊際土地25億畝、鹽堿地15億畝,利用長江、黃河流域擁有的濕地、灘涂、沿海灘涂、鹽堿地、廢棄礦區(qū)、重金屬污染地等邊際土地,種植超級蘆竹,可以獲得足夠的植物能源資源。只需要種植4億畝超級蘆竹,就可替代我國目前20億噸發(fā)電用煤。

  超級蘆竹通過絕氧熱解,還可以生產(chǎn)氫氣和天然氣。1噸超級蘆竹可生產(chǎn)1180立方米氫氣,每立方米成本0.8元,還不到電解水制氫成本的三分之一。1億畝超級蘆竹產(chǎn)氫,便可滿足我國2.4億輛機(jī)動車全年的用氫量。1噸超級蘆竹可生產(chǎn)336立方米天然氣,2億畝超級蘆竹生產(chǎn)天然氣,即可滿足我國每年3200億立方米天然氣的用量。熱解工藝中,大部分的碳存留在副產(chǎn)品生物炭中,生物炭是最好的土地修復(fù)材料之一,如果將其用于修復(fù)土地,就徹底顛覆了能源生產(chǎn)的概念,能源可以是負(fù)碳產(chǎn)業(yè),這將是真正意義上的能源革命。

  “雙碳”目標(biāo)一定要實(shí)現(xiàn),能源結(jié)構(gòu)必須轉(zhuǎn)型,煤電既要為能源安全保駕護(hù)航,更要主動實(shí)現(xiàn)自我轉(zhuǎn)型。減碳的方法有千千萬萬種,種植和開發(fā)利用超級蘆竹植物能源,是投資少、易推行、改善生態(tài)的最佳減碳路線,完全可以實(shí)現(xiàn)對燃煤發(fā)電機(jī)組煤炭的替代。用超級蘆竹熱解生產(chǎn)氫和甲烷,發(fā)展綠色氫能,既是能源生產(chǎn)革命,也會帶動能源消費(fèi)革命,減少和擺脫對傳統(tǒng)煤炭、石油、天然氣等化石能源的依賴,加快碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。還會顛覆中東、俄羅斯、甚至美國等石油天然氣輸出國的供應(yīng)地位,改變世界地緣政治和地緣經(jīng)濟(jì)的格局,從而走出符合國情的生態(tài)優(yōu)先、綠色低碳發(fā)展道路,通過能源換道超車,助力我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,實(shí)現(xiàn)中華民族復(fù)興大業(yè)。所以,煤電主動轉(zhuǎn)型,為植物能源提供應(yīng)用場景,將成為實(shí)現(xiàn)碳中和的關(guān)鍵,助力民族復(fù)興大業(yè),意義極其深遠(yuǎn)。

  本文刊載于《中國電力企業(yè)管理》(上旬刊)2022年第6期,作者系中國能源研究會副秘書長、節(jié)能減排中心主任

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