广东省“十三五”期间火电厂建设空间分析

覃芸，王延纬

(1. 广东电网发展研究院有限责任公司，广东 广州 510000；2. 广东电网有限责任公司电力调度控制中心，广东 广州 510600)



广东省“十三五”期间火电厂建设空间分析

覃芸1，王延纬2

(1. 广东电网发展研究院有限责任公司，广东 广州 510000；2. 广东电网有限责任公司电力调度控制中心，广东 广州 510600)

在能源消费和环保的约束下，广东省火电建设受到制约，有必要研究电源结构布局，特别是煤炭消费总量控制和火电厂排放约束下的火电厂建设情况。通过能源需求预测，并利用空气质量模型分析污染物贡献程度来对煤炭消费量和污染物贡献进行研究，在相关政策约束下，测算了广东省“十三五”火电厂的建设空间。经测算得出“十三五”期间，广东省煤炭消费是制约火电厂发展的重要因素，在环保空间上还存在一定的裕度；同时给出了“十三五”期间广东省火电厂的建设空间，以及指导电源规划及电源建设的建议。

煤炭消费；环保约束；火电厂；建设空间；能源需求；污染物贡献

自2013年9月10日国务院发布《大气污染防治行动计划》(下称“《行动计划》”)[1]和2014年2月7日广东省政府印发《广东省大气污染防治行动方案(2014—2017年)》[2]以来，全社会越来越关注能源和环境，特别是煤炭消费以及煤炭使用行业带来的雾霾问题。广东省作为经济发展区域，特别是珠三角地区，社会经济如何在能源消费控制、环保约束下发展保持高速发展成为焦点问题。

近年来，广东省能源消费增长趋势放缓，煤炭占一次能源消费比重呈下降趋势。随着广东省“十二五”节能减排等各项措施的进一步落实，大气环境污染治理逐步改善，空气环境质量有所提高，2014年全省21个地市主要污染物(SO2、NOx、CO)年均排放浓度均能达标；除肇庆市外其余城市PM10年均排放浓度均能达标；但仅6个地市PM2.5年均排放浓度达标，其中珠三角地区仅3个地市达标。PM2.5是众多细颗粒物的“大杂烩”，是雾霾的罪魁祸首，已成为备受广泛关注的污染物[3]。

广东省大部分电厂是火电厂，而火电厂是全省煤炭消费大户，同时也是污染排放大户。随着电气化的不断深入，社会对电力的需求还会持续上升，进而火电项目对煤炭的需求仍会增加。在“十三五”各项能源及环保政策约束下，广东省火电项目的发展将关系到全省能源资源结构、电源结构乃至消费结构的调整。

表1广东省2007—2014年火电厂及煤炭消费情况

年份火电装机量/GW电力装机量/GW火电装机占比/%火电发电量/TWh全省总发电量/TWh火电发电量占比/%电煤消费量/108t煤炭消费总量/108t电煤消费占比/%全省煤炭消费占能源消费比重/%200744.6458.8675.82.2852.69584.80.79861.206566.252200845.6560.0876.02.0672.68277.10.84241.257867.050.8200948.2564.0775.32.1162.66679.40.80871.250964.746.5201052.8071.1374.22.4123.14676.70.97731.448867.547.1201154.4776.2471.53.0893.69683.61.18581.710069.351.5201255.3278.1070.82.7533.64475.51.10571.630467.848.7201359.4185.9869.12.8853.76876.61.14931.696767.747.9201463.5991.6369.42.7803.80573.11.0819---

注：装机量、发电量、电煤消费量来源于广东省电力统计年报，2014年全省煤炭消费总量尚未有统计结果。

1　广东省火电厂煤炭消费及大气污染历史排放情况

1.1火电厂及煤炭消费情况

2007—2014年间，广东省电力装机容量从58.86 GW增长至91.63 GW，其中火电装机量从44.64 GW增长至63.59 GW，火电发电量从2.285 TWh增长至2.780 TWh，年均增长2.8%。广东省2007—2014年火电及煤炭消费情况见表1。

煤炭消费占全省能源消费比重自“十二五”以来呈下降趋势，至2013年，比重为47.9%。而电煤消费量从2007年的0.798 6×108t增加至2014年的1.081 9×108t，年均增长达4.4%，占全省煤炭消费的比重逐年波动略有增加，从2007年的66.2%增加至2013年的67.7%。

1.2火电厂大气排放情况及污染控制情况

火电厂排放的主要污染物包括SO2、NOx、PM10、PM2.5、CO、VOCs、NH3等。通过调研，按照物料守恒、排放因子方法，选取合适的活动水平，测算历史年火电厂排放情况[4-6]。

在综合考虑广东省电厂的发电机组、装机容量等燃烧设备技术信息的基础上，选择国内具有代表性的排放因子，结合各种燃料消耗量、燃料含硫率、燃煤灰分、污染物控制措施及去除效率等信息进行估算。其中，SO2排放量基于每家电厂燃煤和燃油的含硫率及去除率等信息，采用物料守恒算法估算，即

(1)

其他污染物(NOx、CO、PM10、PM2.5、VOCs和NH3)排放量则采用排放因子法自下而上估算，估算公式为

Ep=∑i,k,m[Ai,k×Fk,m×(1-η)×10-3].(2)

式中：p为污染物种类；Ep为污染物的排放总量，t；Ai,k为每家电厂的燃料消耗量，t；Fk,m为排放因子，g/kg；η为控制措施的去除效率。

2007—2014年广东省火电厂大气污染物排放情况见表2。

表22007—2014年火电厂大气污染物排放情况

年份各污染物排放量/104tSO2NOxPM10PM2.5COVOCsNH3200743.4954.6614.736.8724.341.570.17200839.1249.6513.156.1122.501.420.15200933.6651.2013.336.1223.491.490.16201033.5654.8714.126.8327.621.790.19201130.8858.6715.187.2632.542.050.21201226.9853.9613.596.5130.131.880.20201320.2941.6213.936.6730.741.910.20201416.0126.9910.815.1728.941.800.19

火电厂主要污染物排放总量趋势特征如下：

a) “十一五”以来，广东省，特别是珠三角地区的电厂均开始执行脱硫脱硝相应文件和标准，SO2和NOx排放量呈下降趋势，自“十二五”印发《行动计划》和GB 13223—2011《火电厂大气污染物排放标准》以来，削减程度进一步加大。

表5煤炭消费约束下火电厂建设空间测算

年份煤炭消费总量/108t可新增用煤量/107t可新增发电用煤/107t发电用煤比重/%新增煤电煤耗/(g·kWh-1)煤电利用时间/h机组年耗煤量/(104t·MW-1)可支撑新增煤电规模/MW20151.3861.7401.2187027050007.986902020171.2960.8400.6057227050008.424448020201.2800.6800.51075270500010.8193780

b) PM10和PM2.5排放总量呈波动下降趋势，特别是2014年全面实施GB 13223—2011《火电厂大气污染物排放标准》，烟尘排放浓度限值收严，使得2014年有较大幅度下降。

c) CO、VOCs、NH3排放总量与火电厂燃料煤消耗量变化趋势基本一致，VOCs和NH3排放总量相对较小。

1.3火电厂对PM2.5的一次贡献

2012年是《行动计划》各项目标的考核基准年，有必要分析2012年电厂源一次排放贡献。2012年SO2、NOx、PM10、PM2.5、CO全省总排放量分别为：83.48×104t、167.85×104t、100.87×104t、38.78×104t、825.94×104t，则电厂排放所占比例分别为：32.3%、32.1%、13.5%、16.8%、3.6%。因为电厂源VOCs、NH3排放量相对较小，不作比较。

电厂是大气污染物排放源分类体系中的一种，综合考虑各排放源的结构特点、排放特征、生产技术水平等因素，对包括电厂、工业燃烧源、道路移动源、扬尘源等十二个一级排放源进行分析测算。电厂一次排放占全省一定比重，特别是SO2、NOx的排放贡献已超过32%，电厂是NOx最大贡献源，是仅次于工业燃烧源的SO2第二大贡献源，是PM10、PM2.5的重要贡献源，对PM的贡献约15%。由于电厂锅炉的燃烧效率很高，使得其对CO和VOCs等燃烧不完全产物的排放贡献较小。

2　广东省“十三五”煤炭消费及大气污染排放预测

2017年是《行动计划》的考核年，2020年是“十三五”的收官之年，本文将重点对2017年和2020年的煤炭消费及大气污染物排放进行预测。

2.1广东省煤炭消费预测

“十二五”前三年全省能源消费增长率约3.5%。全省煤炭消费总量按照“到2017年，煤炭占全省能源消费比重降到36%以下”控制，在有效发展核电，大力发展可再生能源等相关政策驱使下，预计“十三五”全省能源消费年均增长不会超过4%。能源消费预测见表3。预计广东省煤炭消费量在2015或2016年达到峰值，“十三五”期间呈下降趋势，年增长率预计为-1.6%，总量控制在1.8×108t左右。

表3广东省“十三五”能源及煤炭消费预测

年份能源消费总量/108t煤炭消费总量/108t煤炭消费占比/%20133.0181.696747.920153.3001.940442.020173.6001.814436.020204.0001.792032.0

注：能源消费总量折算为标准煤重量。

2.2广东省大气污染排放预测

在解读《大气污染防治行动计划》、《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014—2020年)》、《能源发展战略行动计划(2014—2020年)》等国家政策文件，《广东省大气污染防治行动方案(2014—2017年)》、《广东省煤电节能减排升级与改造行动计划(2015—2020年)》等省级政策文件，《广州市燃煤电厂“超洁净排放”改造工作方案》、地市和区县大气污染防治实施方案等地市级政策文件的基础上，分析了文件中各项措施指标。

在结合经济发展、能源消耗、人口变化等情况的基础上，不同污染源选择合理的估算方法，通过物料守恒、排放因子，以自下而上为主的方式来估算包括电厂、工业燃烧源、道路移动源、扬尘源等十二个一级排放源的未来排放量。在考虑所有相关政策文件控制措施的情况下，2017年、2020年广东火电厂排放与全省排放情况见表4。

表42017年、2020年广东省大气污染物一次排放情况测算

年份项目SO2NOxPM10PM2.5CO2017电厂排放量/104t11.322.148.334.1239.82全省总排放量/104t50.90106.8461.4426.45831.52电厂源占比/%22.220.713.615.64.82020电厂排放量/104t9.0719.728.814.3642.51全省总排放量/104t40.0195.1958.1123.31834.38电厂源占比/%22.720.715.218.75.1

就火电厂而言，“十二五”中后期逐渐执行GB 13223—2011《火电厂大气污染物排放标准》，电厂建设高效除尘设施，珠三角燃煤机组要求达到烟尘特别排放限值(20 mg/m3，标准状态下)；2017年广州、佛山城市燃煤机组实施超洁净改造“趋零排放”，2020年将执行更为严格的煤电升级改造，届时SO2、NOx排放较2012年预计下降10%左右，而PM10和PM2.5对比脱硫、脱硝设施及去除效率，广东省电厂源高效除尘设施使用率及去除效率处于较高稳定水平，排放量已处于较低水平，电厂源排放占比与2012年相当。

3　煤炭消费控制和环保约束下火电厂建设空间

3.1煤炭消费控制下火电厂建设空间

电力作为清洁、高效能源将被推广，电力在终端能源消费中将占据越来越大的比重，随着广东省电气化的推进及电动汽车技术的成熟及推广，在“十三五”期间，发电用能源、发电用煤的比重呈现稳步上升的趋势。“十三五”期间，发电用煤占煤炭消费比重按70%～75%计算，同时，全省新增煤电机组供电煤耗按照《广东省煤电节能减排升级与改造行动计划(2015—2020年)》要求“新建纯凝式燃煤发电机组原则上均采用600 MW及以上超超临界参数，其中1 000 MW级机组设计供电煤耗不高于282 g/kWh、600 MW级机组设计供电煤耗不高于285 g/kWh”控制要求，考虑新增煤电机组发电煤耗约270 g/kWh。煤炭消费总量控制下广东省可新增火电情况见表5。

通过初步测算分析可知，“十三五”期间，广东省可新增发电用煤为680×104～840×104t(标准煤)，可支撑新增煤电规模为3 780～4 480 MW。通过初步测算分析可知，“十三五”期间，广东省可新增发电用煤为680×104t～840×104t(标准煤)，可支撑新增煤电规模为3 780～4 480 MW。

在“十三五”煤炭消费总量的控制下，全省可新增煤电有限，由此新增煤电可支撑的装机规模也偏小，唯有提升现用煤的发电比重，才能支撑更多装机。例如改工业分散锅炉为集中供热，采用热电联产，以及部分可以煤改电制造业，这样不仅可以提高煤炭利用率、减少污染排放，同时提高煤电装机水平。

3.2环保约束下火电厂建设空间

由于电厂烟囱排放高度高，其产生的大量一次污染物在大气环流作用下可长距离传输，在污染物之间和其他污染源排放的污染物之间经过一系列复杂物理化学反应形成二次颗粒物，形成区域性复合型大气污染。因此，火电厂即存在影响环境的一次排放污染物，也存在对大气环境的二次污染。

在2012、2017、2020年的全省污染物排放情况基础上，通过空气质量模型CAMx建立高时空分辨率污染物排放清单，利用颗粒物源追踪技术PSAT寻求污染物PM2.5来源贡献[7-11]。选取大气污染最典型的1月、4月、8月、10月作为模拟时段，以珠三角地区为受体，模拟结果见表6。

表6　火电厂对珠三角地区PM2.5形成贡献率测算　　%

由表6可知，2017和2020年火电厂对PM2.5的贡献整体较2012年均有下降，这与一次排放总量趋势相同。鉴于此，本文提出在现役及规划火电厂厂址及装机容量基础上，均衡增加火电装机和发电量，使2017、2020年电厂源对珠三角地区PM2.5贡献与2012年一致，且满足年均浓度不超过国家环境空气质量标准，可新增的火电装机容量即为火电项目的建设空间。

2012年，珠三角地区PM2.5的年均浓度为42 μg/m3。按照《行动计划》提出的“2017年，珠三角地区细颗粒物浓度下降15%左右”要求，2017年PM2.5的年均浓度需降至35.7 μg/m3；2020年按GB 3095—2012《环境空气质量二级标准》规定，PM2.5年均浓度需不超过35 μg/m3，而控制措施下的模拟结果均能满足2017年和2020年环保要求。利用CAMx(PSAT)模型，当2017火电项目装机容量增加5.57%时，贡献率达到2012年水平，年均浓度低于35.7 μg/m3；当2020火电项目装机容量增加5.68%时，贡献率达到2012年水平，年均浓度低于35 μg/m3。

按全省电源规划，考虑已核准、“路条”电源及电源退役计划，至2017、2020年全省火电装机量达83.20 GW、92.40 GW，则按环保空间测算结果，至2017、2020年，全省火电装机可增至87.80 GW、97.70 GW，较2014年分别增加19.20 GW、29.10 GW。

4　结束语

能源消费总量控制和环保约束是制约广东省“十三五”火电厂发展的因素：能源消费总量控制下，全省可新增火电厂装机仅约3.78 GW；环保约束下，全省可新增火电厂装机约29.10 GW。

由此看来，未来制约“十三五”火电发展的主要因素是煤炭消费总量的控制。在能源消费控制及环保约束进一步加严的情况下，为满足未来不断增长的电力需求，有必要在“十三五”期间着力煤炭等量替代工作，积极采用集中供热替代工业分散小锅炉，工业锅炉燃烧不仅效率低，而且污染。全省有分散锅炉约2.1万台，额定总蒸发量约12×104t，消耗煤炭约4 000×104t，约占全省煤炭消费总量23%，若全部用于发电，可支撑约19.00 GW装机。对于中长期火电发展而言，随着煤炭总量约束的加严和发电用煤比重的提高，煤电建设总规模也将会受限。

[1] 国务院办公厅. 大气污染防治行动计划实施情况考核办法[S]. 2014.

[2] 粤府[2014]6号文. 广东省大气污染防治行动方案(2014-2017年)[S].

[3] 王占山，潘丽波. 火电厂大气污染物排放标准实施效果的数值模拟研究[J]. 环境科学，2014(3)：853-863.

WANG Zhanshan，PAN Libo. Implementation Result of Emission Standards of Air Pollutants for Thermal Power Plants：a Numerical Simulation[J]. Environmental Science，2014(3)：853-863.

[4] 王临清，朱法华，赵秀勇. 燃煤电厂超低排放的减排潜力及其PM2.5环境效益分析[J]. 中国电力，2014(47)：150-154.

WANG Linqing，ZHU Fahua，ZHAO Xiuyong. Potential Capabilities of Pollutant Reduction and Environmental Benefits from Ultra-low Emission of Coal-fired Power Plants [J]. Electric Power，2014(47)：150-154.

[5] 史妍婷，杜谦，高建民，等. 燃煤锅炉PM2.5控制现状及改建建议[J]. 节能技术，2013(31)：345-348，352.

SHI Yanting，DU Qian，GAO Jianmin，et al. The PM2.5Control Status of Coal-fired Boiler and Improvable Advice[J]. Energy Conservation Technology，2013(31)：345-348，352.

[6] 王铮，薛建明，许月阳，等. 燃煤电厂PM2.5超细颗粒物排放测试方法研究[J]. 环境工程技术学报，2013(3)：133-137.

WANG Zheng，XUE Jianming，XU Yueyang, et al. Research on Testing Methods for PM2.5Emission in Coal-fired Power Plants[J]. Journal of Environmental Engineering Technology，2013(3)：133-137.

[7] 莫华，朱法华，王圣. 火电行业大气污染物排放对PM2.5的贡献及减排对策[J]. 中国电力，2013，8(46)：1-6.

MO Hua，ZHU Fahua，WANG Sheng. Contribution to PM2.5of Atmospheric Pollutant Emission from Thermal Power Sector and Emission Reduction Countermeasures[J]. Electric Power，2013，8(46)：1-6.

[8] 安静宇，李莉，黄成，等. 2013年1月中国东部地区重污染过程中上海市细颗粒物的来源追踪模拟研究[J]. 环境科学学报, 2014(10)：2635-2644.

ANJingyu，LILi，HUANGCheng，etal.SourceApportionmentoftheFineParticulateMatterinShanghaiDuringtheHeavyHazeEpisodeinEasternChinainJanuary2013[J].ActaScientiaeCircumstantiae，2014(10)：2635-2644.

[9] 黄晓峰，云慧，宫照恒，等.深圳大气PM2.5来源解析与二次有机气溶胶估算[J]. 中国科学，2014(44)：723-734.

HUANGXiaofeng，YUNHui，GONGZhaoheng，etal.SourceApportionmentandSecondaryOrganicAerosolEstimationofPM2.5inanUrbanAtmosphereinChina[J].ScienceChina:EarthSciences，2014(44)：723-734.

[10] 杨妍妍，李金香，梁云平，等.应用受体模型(CMB)对北京市大气PM2.5来源的解析研究[J]. 环境科学学报，2015，35(9)：2693-2700.

YANGYanyan，LIJinxiang，LIANGYunping，etal.SourceApportionmentofPM2.5inBeijingbytheReceptorModel[J].ActaScientiaeCircumstantiae，2015，35(9)：2693-2700.

[11] 任丽红，周志恩，赵雪艳，等.重庆主城区大气PM10和PM2.5来源解析[J]. 环境科学研究，2014(27)：1387-1394.

RENLihong,ZHOUZhien,ZHAOXueyan,etal.SourceApportionmentofPM10andPM2.5inUrbanAreasofChongqing[J].ResearchofEnvironmentalSciences，2014(27)：1387-1394.

(编辑王朋)

Analysis on Construction Space of Thermal Power Plant in the 13thFive Year Plan Period in Guangdong Province

QIN Yun1, WANG Yanwei2

(1.Guangdong Power Grid Development Research Institute Co., Ltd., Guangzhou, Guangdong 510000, China; 2.Electric Power DispatchingControl Center ofGuangdong Power Grid Co., Ltd., Guangzhou, Guangdong 510600, China)

Under constraints of energy consumption and environmental protection, thermal power construction in Guangdong province is restricted which means necessity to study structure layout of power source, especially construction of thermal power plant under constraints of total quantity control on coal consumption and thermal power plant emission. According to prediction on energy demand, this paper uses air quality model to analyze pollutants contribution degree so as to study coal consumption and pollutants contribution. It also measures and calculates construction space of thermal power plant in the 13thFive Year Plan period in Guangdong province under relevant policies constraints. Conclusion is drawn from measurement and calculation which considers that in the 13thFive Year Plan period, an important factor restricting development of the thermal power plant is coal consumption in Guangdong province and there is a certain margin in terms of environmental protection. Meanwhile, it also calculates construction space of thermal power plant in Guangdong province in the 13thFive Year Plan period and proposes suggestions for guiding power source planning and construction.

coal consumption; environmental protection constrain; thermal power plant; construction space; energy demand; pollutant contribution

2016-01-27

2016-03-31

10.3969/j.issn.1007-290X.2016.07.013

TM621

A

1007-290X(2016)07-0067-05

覃芸(1987)，女，湖北荆门人。工程师，工学硕士，从事电源规划、输电网规划等方面工作。

王延纬(1987)，男，辽宁丹东人。工程师，工学硕士，从事电力系统运行与控制等方面工作。