王凡：“雙碳”目標下的煤電使命

　　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)時強調(diào)，推動能源革命，要立足我國能源資源稟賦，堅持先立后破、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。要堅決控制化石能源消費，尤其是嚴格合理控制煤炭消費增長，有序減量替代。要把促進新能源和清潔能源發(fā)展放在更加突出的位置。黨中央為碳達峰碳中和指明了方向。為此，煤電應(yīng)該責無旁貸地有所擔當，并為實現(xiàn)“雙碳”目標主動完成自我轉(zhuǎn)型。

　　能源轉(zhuǎn)型過程中煤電應(yīng)該主動擔當

　　基于我國資源稟賦條件，煤炭是能源安全的圧艙石。在當前的電力系統(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，護航風光新能源的發(fā)展。

　　新建機組必須做到高效低碳和有較強的負荷調(diào)節(jié)能力。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，我們還要新建發(fā)電機組，新建機組仍有提效減碳的空間。新建煤電機組原則上應(yīng)采用超超臨界技術(shù)，供電煤耗須低于270克標準煤/千瓦時。由中國能源研究會節(jié)能減排中心全力推進的、目前最具代表性的國家煤電示范項目——申能淮北平山二期135萬千瓦高低位雙軸二次再熱機組，突破性地采用了高低位雙軸布置汽輪機獨創(chuàng)技術(shù)，使得機組在容量、熱力循環(huán)參數(shù)和缸效等方面均獲得了最優(yōu)化，并且大幅縮短了價格昂貴的主再熱蒸汽管道，在結(jié)合廣義回熱、煙氣余熱梯級綜合利用、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節(jié)能技術(shù)后，機組額定工況下供電煤耗設(shè)計值251克標準煤/千瓦時，并成功實現(xiàn)20%負荷深度調(diào)峰。目前，該機組已建成投入商運，運行數(shù)據(jù)顯示機組效率優(yōu)于設(shè)計值，和國內(nèi)其他投產(chǎn)的二次再熱超超臨界機組相比，煤耗降低約20克標準煤/千瓦時，低負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%超低負荷的調(diào)峰能力。

　　在役機組改造要兼顧節(jié)能降碳、靈活性、供熱“三改聯(lián)動”。我國在役煤電機組超過11億千瓦，僅需要改造的亞臨界機組就有800多臺、容量約3.5億千瓦。在“雙碳”目標下，我們對現(xiàn)有煤電機組節(jié)能降碳改造，需要考慮全負荷高效兼具深度調(diào)峰能力、長期保效和合理的性價比。隨著風光新能源的快速崛起，煤電機組面臨低負荷運行乃至深度調(diào)峰，機組改造應(yīng)該兼顧額定工況能耗和部分負荷、包括低負荷下的能耗，做到全負荷高效。關(guān)鍵是汽輪機的設(shè)計選型要兼顧全負荷效率，包括挖掘熱力系統(tǒng)在低負荷下的節(jié)能潛力。華潤江蘇徐州電廠32萬千瓦亞臨界機組升級綜合改造，通過創(chuàng)新的汽輪機和鍋爐改造技術(shù)，把機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)并加載廣義回熱技術(shù)、煙氣余熱回收利用技術(shù)、彈性回熱技術(shù)和固體顆粒侵蝕綜合防治技術(shù)等一系列專項節(jié)能減排和保效技術(shù)，并同步加載深度調(diào)峰技術(shù)，機組實現(xiàn)大幅提效，供電煤耗較改造前降低約35克標準煤/千瓦時，同時可以實現(xiàn)20%負荷的深度調(diào)峰。至此，華潤江蘇徐州電廠為亞臨界機組綜合升級改造提供了優(yōu)選方案。

　　煤電機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。

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

　　企業(yè)效益不好，缺乏資金，是影響煤電改造的重要原因。從長遠看，必須解決電價的定價機制。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。當前，要鼓勵企業(yè)用好國家安排的專項改造資金。國家應(yīng)通過政策傾斜來調(diào)動企業(yè)使用專項資金的積極性，比如對改造后達標的機組：發(fā)電量按供電煤耗進行調(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)集團可挑選數(shù)臺典型機組先行示范，改造路線和技術(shù)交由市場決定，競爭選優(yōu)，實行市場化運作，優(yōu)先推薦已經(jīng)寫入國家能源局《全國煤電機組改造升級實施方案》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)過實踐驗證，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)計和制造單位成立聯(lián)合體，按改造機組臺數(shù)收取技術(shù)轉(zhuǎn)讓費，通過技術(shù)轉(zhuǎn)讓，提供技術(shù)包、軟件包、培訓(xùn)包等形式，把機組改造納入商業(yè)化運營。或者采用第三方投資的合同能源管理模式，為避免項目完成后在效益計算上發(fā)生分歧，建議采取項目工程驗收合格后，對投資方按固定回報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，煤電也要主動實現(xiàn)自我轉(zhuǎn)型。“雙碳”目標，就要最大限度限制煤炭的使用。發(fā)電燃煤不減下來，碳中和目標就很難實現(xiàn)。實際上煤炭用作燃料很可惜，論資源的合理利用，煤炭應(yīng)該當作化工原料更合適。在新型電力系統(tǒng)構(gòu)建中，離不開擔當基本負荷、具有調(diào)節(jié)能力的火電機組。利用植物能源發(fā)電相當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，是煤電碳排放強度的0.018倍，可實現(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、以及風光電的發(fā)展和消納。

　　歐盟國家研發(fā)和實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。全球已有150多座大容量燃煤電廠燃用生物質(zhì)發(fā)電的實例。位于英格蘭約克郡的英國Drax電廠，6臺66萬千瓦機組，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。

　　煤電機組摻燒植物能源，通常需要對鍋爐上料系統(tǒng)進行適當改造。摻燒20%植物能源，改造費用約為機組投資額的10%;若改為100%使用植物能源，改造費用約為機組投資額的20%。煤電機組改用植物燃料，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)備的報廢和浪費。完成向植物燃料轉(zhuǎn)型將成為“雙碳”目標下煤電企業(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、品種選育、組培快繁、GAP馴化、標準化栽培、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，能源可以是負碳產(chǎn)業(yè)，這將是真正意義上的能源革命。

　　“雙碳”目標一定要實現(xiàn)，能源結(jié)構(gòu)必須轉(zhuǎn)型，煤電既要為能源安全保駕護航，更要主動實現(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，完全可以實現(xiàn)對燃煤發(fā)電機組煤炭的替代。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，加快碳中和目標的實現(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)濟的高速發(fā)展，實現(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。

　　本文刊載于《中國電力企業(yè)管理》2022年06期，作者系中國能源研究會副秘書長、節(jié)能減排中心主任