基于“碳达峰，碳中和”背景的火力发电厂发展路径

霍兆彪

国家能源集团浙江公司宁海电厂，中国·浙江 宁波 315600

1 引言

在“双碳”目标的指引下，中国供电产业应当适应于能源需求状况和发展趋势，抓紧制订“碳达峰、碳中和”的行动实施方案，进一步完善公司碳排放管理体系。在确保用电安全的基础上，为加快推进火力发电“高效化、清洁化、减量化”发展，积极探索“电热为主、多能互补”的发展策略，稳妥开展发电机组灵活性、深度调峰运行、热电解耦等技改，积极进行能源网荷储一体化发展，进一步加快火力发电公司向综合电能提供商的转变与升级。

2 火力发电行业转型发展的重要意义

中国目前已是全球温室气体排出量的第一强国，据美国政府世界资源研究所（WRI）统计资料表明，燃煤是碳排放强度最高的化石燃料，至2018年中国因火电业务所形成的温室气体排出量约占中国整体废气排放量的43%，是中国未来减碳的一大主体。

“碳中和”核心是能量活动范畴的零碳燃料替换，而电动化将作为各产业的主要脱碳技术手段。由于发电是科技上较易于脱碳的产业，那么发电必须在各产业中做最先达峰的“排头兵”。若不是电力工业改革目标的尽早达到国家“碳达峰”，中国“碳达峰”目标的实现也就难以完成。为此，电力行业必须将二氧化碳排放量达峰当作促进产业转变发展的关键，不但要有紧迫感和责任心，还应主动采取有效举措，以争取中国电力行业二氧化碳排放量早于2030年达峰[1]。

图1

3 火力发电行业面临的挑战和困难

“碳中和”目标的达成需要全新的低碳发展与转型策略，它将倒逼着中国的能源结构转变，使之逐渐脱离过去对化石能源的依赖状态，这也将使中国火力发电产业遭遇极大的挑战与困境。

3.1 中国能源需求仍在高速增长

中国未来宏观经济仍将维持在较高水平的增长，但电力需求量仍难以快速达到历史峰值。按照国际货币基金组织调查，中国将以5%以上的经济增幅保持较长时间，并且中国人均能源消费仍有很大的增加空间，而国民经济的高速成长也将带动电力需求量的提升。

中国电力禀赋为多煤、贫油、少气，中国目前的水力发电构造以火电居多，而火申电则以煤源居多。2020年全国煤电发电量所占比例将达到60.8%。而在“碳中和”的总体目标下，2050年全国非石化发电量所占总发电量的比例将达到90%，而燃煤比例也将降到5%以内，全国发电结构向低碳转变以及最终达到净零所面对的任务将十分艰巨。

3.2 能源供需结构以煤炭为基础，转变困难较大

鉴于中国当前的电能供应主要以燃煤为主体，而工业用能又占比高，且电能需求量仍未达到峰值，所以“碳达峰、碳中和”所面临的困难和挑战比国家更多。对国家而言，“碳中和”进度将提高中国的电动化率，而用电需求量也将在未来四十年间持续较快上升。从用电占比看，当前用电在终端能源消费中的占比约为25%左右，而实施“碳中和”则需要2030年把电气化的占比提高至30%以上，到二零五零年提高至55%。

现阶段，随着电力产业逐步推进绿色低碳蓬勃发展的脚步，火力发电技术虽依旧占“压舱石”地位，但生产、用电能比例逐年减低，发电厂组使用小时数逐年减低，“两极化”与“地域差异性”已明确地加大，单机运行在三十万安培以下的未达标发电机组已被相继关停，滞后能力将加速出清。用电市场发展过大、新能源竞争对手冲击、高煤价与低电价“两头挤出”等多重原因的综合影响，导致中国火力发电产业接连亏损，且资产负债率长期高企，转型困难极大。

3.3 热电联产企业供热问题制约

热电联产集中供热系统具备了能量综合效率较高、节约环境污染等优点，是中国城市和工业生产园区内集中供热的主要供暖方法之一，也是缓解当前中国城市和工业生产园区内存在的供暖热源内部结构不合理、热能供求问题比较突出、供暖热源效率低下、环境污染严重等问题的主要渠道之一。但目前对中国热电联产发展仍存在着巨大挑战，一是目前大规模抽凝供热的发电机组比重过大，而且热能比一般较小，因此无法全部参与深度调峰运营；二是当前的热申联产发电机组一般无法进行热电解耦，或使用的热电解耦工艺技术能耗比较高，因此急需发展具有“能级匹配”的高效率热电联产机组深度调峰运营工艺技术[2]。

4 火力发电企业转型发展的方向

在“碳达峰、碳中和”发展目标下，火力发电公司面临转变经济发展的困境和严峻挑战，要推动能源的绿色环保转变，充分发挥火电在“压舱石”地位，大力开展技术创新，有效地克服高比重新能源接通供电系统后的供电运营瓶颈问题，通过有机连接国际碳交易市场、电力现货市场、辅助业务等市场主体，着力向综合能源提供商转变。

4.1 “少建设、多延寿”是充分发挥存量煤电效益的途径

中国的能源资源禀赋，决定了煤电仍将是当前和未来较长一段时间中国能源、电力市场的主导。但由于新能源发电比重迅速提高，供电系统的基本构造与工作方法越来越复杂，而煤电机组也在逐渐地从电量型电源向大电量、电力调度型电源过渡。由于超高比重的可再生能源并网，调峰要求增多，因此要求占比大的煤电企业提升灵活性能力以保障电网的平稳运转。对存量的煤电机组延长寿命是优化存量煤电资源的必然趋势，全面发掘煤电存量资产的经营潜能，有效促进国有资产保值增值[3]。

4.2 加快了火力发电机组的灵活性改造

未来在能源占主体的电力系统中，因为风能、光等新能源的天然属性特征，在未来用电市场，电网将越来越没有调峰力量，而火电机组也很难再靠增加发电量提升利润，将加速由传统电力供应式的发展，向电力调节性转型。利用新科技，强力进行火电机组灵活性改革，逐步完成了热电联产机组的热电解耦，并由于充分发挥其灵活多样的调控作用和深度调峰能力，推广大型能源消纳，将有效缓解中国电网在安全平稳运转、供电保障、洁净燃料消纳之间的矛盾问题，是目前阶段中较为经济有效地改善手段，对火电机组的“灵活多样”改革发展的重要意义也将更加突出。

4.3 探索“电热为主、多能互补”的发展形势

在确保新能源安全可靠与平稳供电基础上，火力发电应担负起托底保供和重点负载中心保障性供电的功能，在国家推动新能源发展过程中要起到灵活调控的主力供电功能，进一步提升现有煤源电站的利用率与效益，在新能源资源大区域的优化配置中也要起到区域能量基地的重要功能。利用大负荷调度管理用电需求，即通过收集用户的发电信号进行即时响应、削峰填谷；并充分利用分布式供电、储能系统等装备反向供电，以实现源—网—储—荷协同配合。

4.4 研究低碳技术发展途径，并积极应对碳排放交易

生态环境部于2021 上半五年发布了碳排放量权益登记与交换核算管理细则、国家发电设施温室气体核算标准、工业企业温室气体核算指引等政府文件，并将及时进行政策跟进和解释，并进行总体协调，同时修改了有关规章制度；将碳排放量管理工作融入产能对标和环境巡查；并借助国家能源监管网络平台建立全国碳排放量信息系统平台，完成了碳排放量统计监控、大数据分析上报、统计检测、统计分析、履约、贸易等服务功能。

积极开展降碳增效的核心技术应用研发，尤其注重于洁净燃料利用、超临界二氧化碳收集、再利用和封存（CCUS）核心技术、零碳技术等低碳新科技，并提早布置，把握先机；从事与风电光伏有关的CCER（核证自动减排量）项目的研发工作；充分发挥公司内部资源配置碳资产的能力，积极研究碳交换与合作制度。

5 结语

“碳达峰、碳中和”是一次能量变化和转化，是一次非化石能源代替化石类能量的巨大革命，要处理好转变发展和科技进步的协调问题，火力发电技术产业转型要做到能量的洁净化、低碳化和智能，还应深入研究碳中和情景下新型电力系统快速发展所要求的科技支持和管理机制支持，为电能产业做到净零污染打下基础。“碳达峰、碳中和”是中国的一定策略，是统领各项事业的重要措施，全行各业都不可置身事外，电力行业发展转型要为中国完成“双碳”的目标肩负相应责任、作出相应贡献。