煤电的低碳化发展路径研究

来源:微信公众号“循环流化床发电” 作者:王月明 标签:        收藏 0   

2022
07/08
15:54
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导读

当前,我国300 MW及以上等级煤电机组平均供电煤耗约为305 g/(kWh)。按照2020年燃煤机组发电量为4.8万亿kWh,则全年消耗标准煤约 14.6亿t,CO2排放约为42亿t。根据相关预测,到2030年,煤电CO2排放约为40亿t,与目前水平接近,基本可实现行业碳达峰。但是,发电本质上是一个碳排放行业,而且排放量占比很大。发电行业的技术

       当前,我国300 MW及以上等级煤电机组平均供电煤耗约为305 g/(kWh)。按照2020年燃煤机组发电量为4.8万亿kWh,则全年消耗标准煤约 14.6亿t,CO2排放约为42亿t。根据相关预测,到2030年,煤电CO2排放约为40亿t,与目前水平接近,基本可实现行业碳达峰。但是,发电本质上是一个碳排放行业,而且排放量占比很大。发电行业的技术进步,尤其是低碳化技术的突破是实现我国“3060碳达峰碳中和”目标的关键支撑。

       (来源:微信公众号“循环流化床发电”ID:xhlhcfd 作者:王月明)

       火力发电,尤其是燃煤发电,是目前综合经济性最好、技术成熟度最高的发电形式。理论上讲,相对于核电、水电、风电等,火力发电受资源制约较小,布局更加灵活,装机容量可以根据实际需求决定。

       煤电的发展,一方面取决于我国经济发展水平、资源禀赋、环境保护、碳减排等对电力行业的整体需求,另一方面取决于煤电的技术特点、技术成熟度、经济性等。因此,要深入研究煤电的发展趋势,获得“碳达峰、碳中和”背景下的煤电合 理占比和结构,就必须从电力需求和发电技术发展两方面综合考量,需要考虑存量机组的节能降耗和新建机组的高效率。同时,煤电机组需要智能灵活,满足新能源电力的大规模接入。因此,应重点研究高效煤电技术、煤电机组灵活调峰技术和碳捕集及利用技术。

       1 煤电的发展研究

       1.1 煤电的特点和定位

       经过近几十年的发展,燃煤发电污染物排放得到有效控制。截至2020年底,我国煤电机组几乎全部达到超低排放水平。但是,火力发电机组在碳排放方面劣势明显。目前,我国燃煤机组单位发电量碳排放(CO2)高达879 g/(kWh),即使最先进的煤电机组单位发电量碳排放也达到756 g/(kWh),远高于实现碳中和所需的近零排放标准(单位发电量碳排放量低于100 g/(kWh)),所以燃煤发电是我国电力行业减碳的主要领域。

       新中国成立70年以来,我国电力工业快速发展,实现了从小到大、从弱到强、从追赶到引领的巨大飞跃,为我国经济社会发展作出了突出贡献。在此背景下,煤电快速发展,在国家持续投入和支持下,煤电技术取得了长足进步,单机容量、机组参数、机组数量、能效指标均跃居世界前列。长期以来,燃煤发电呈现出占比高、体量大的特点,实际承担我国主力电源和基础电源的角色。

       近年来我国对能源利用多元化、清洁化、低碳化的需求日益迫切,尤其是习近平总书记提出“3060碳达峰碳中和”的目标后,能源行业尤其是电力行业的转型势在必行。未来燃煤发电必将担负新的历史使命。

       首先,新能源电力波动大、间歇性强,在大规模、低成本储能技术成熟应用之前,适当比例的燃煤发电可为电力系统的稳定运行提供足够的转动惯量,平抑大比例新能源发电并网带来的波动,保障电网系统的安全。电力系统需要火力发电尤其是燃煤发电充分发挥“兜底保障”的重要作用。

       其次,煤电要积极转变角色,由传统提供电力、电量的主体性电源,向提供可靠电力、调峰调频能力的基础性电源转变,积极参与调峰、调频、调压、备用等辅助服务,提升电力系统对新能源发电的消纳能力,将更多的电量市场让给低碳电力。

       最后,热电联产的燃煤发电机组是满足我国居民采暖需求的重要保障。尽管目前热电联产机组已占火电机组比重的41%,仍不能满足我国日益增长的热力需求。低成本的燃煤发电是全社会低成本用电、用热的基础,是我国保障民生和社会经济活动用能的重要支撑,对促进经济社会发展、提升人民幸福感具有重要意义。

       1.2 煤电在总装机中的合理占比

       我国煤电投资规模逐年下降,“十一五”时期的平均煤电年新增装机规模是6 862万kW,到“十三五”期间已降至3 538万kW。煤电新增装机容量规模在2016年被新能源超越,2020年新能源发电年新增装机是煤电的近3倍,煤电装机容量比重历史性降至50%以下。随着“双碳”目标的提出,煤电装机比例进一步降低的趋势不可逆转。

       但是合理的电源结构和发电量组成,要取决于各类发电机组的技术发展水平和经济性,同时也要与经济发展水平、资源禀赋、环保要求等整体需求相适应。

       根据我国经济发展和全社会用电需求的预测,2030年全国电源总装机约28.74亿kW,全年发电总量约8.94万亿kWh。根据碳达峰的需求,发电行业需在2025年前后率先达峰。发电行业2030年全年碳排放总量控制在38亿t左右,单位发电量碳排放降至425 g/(kWh)。

       在此条件下进行测算,2030年,燃煤发电装机12.13亿kW,占总装机的42.20%。燃煤发电的发电量4.85万亿 kWh,占总发电量的54.27%。燃煤发电的单位发电量碳排放降至750 g/(kWh)左右。全年燃煤发电碳排放量约为36.3亿t,发电行业碳排放总量约为38亿t。

       2060年,根据我国经济发展和全社会用电需求的预测,全国电源总装机约70.92亿kW,全年发电总量约16.5万亿kWh。单纯考虑碳中和的需求,发电行业需在2060年将单位发电量碳排放降至低于50 g/(kWh)的水平,发电行业2060年全年碳排放总量控制在8亿~9亿t。但是,到2060年我国仍需维持7亿kW左右的燃煤发电机组,以保障我国能源电力供应安全和调峰、供暖需求,发电行业2060年实际碳排放总量存在很大的不确定性。

       可以预见,未来煤电的装机占比及发电量将主要受到碳减排目标、电力供应安全的双重约束。从碳减排目标出发,煤电应不断缩减规模;但从电力供应安全角度出发,则需要煤电在较长时期内继续承担兜底保障、应急备用、调峰调频、消纳新能源、乃至工业供热与采暖供热等作用。因此,煤电将在满足电力供应安全的前提下不断降低发电量,以实现更少的碳排放。而其装机和发电量下调的进度安排除应满足“3060”目标要求外,还受到供电经济性、环保要求等影响,并与灵活性提升水平、高效技术发展成熟度、碳捕集成本、碳运输及封存的经济性和安全性等因素密切相关。
 
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  • (1) 发电本质上是一个碳排放行业,而且排放量占比很大。发电行业的技术进步,尤其是低碳化技术的突破是实现我国“3060碳达峰碳中和”目标的关键支撑
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