【技術(shù)匯】燃煤電廠入廠煤度電碳排放分析研究

———【技術(shù)匯】燃煤電廠入廠煤度電碳排放分析研究引言

2022年《巴黎協(xié)定》正式生效，確定了全球中長(zhǎng)期應(yīng)對(duì)氣候變化的目標(biāo)，中國(guó)在提交的自主貢獻(xiàn)文件中明確提出：到2030年單位GDP二氧化碳排放下降60%~65%，2030年左右二氧化碳排放量達(dá)峰，并盡早實(shí)現(xiàn)達(dá)峰的目標(biāo)。

中國(guó)政府出臺(tái)了一系列宏觀政策，以確保實(shí)現(xiàn)國(guó)家應(yīng)對(duì)氣候變化目標(biāo)。目前電力行業(yè)是二氧化碳排放較多的行業(yè)之一，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，電力行業(yè)2022年溫室氣體排放量占當(dāng)年全國(guó)溫室氣體排放總量的40%左右。隨著環(huán)保政策的不斷收緊，現(xiàn)存燃煤機(jī)組及增量機(jī)組均面臨非常嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

國(guó)內(nèi)在電業(yè)行業(yè)碳排放方面已做大量的討論。陳亮等對(duì)發(fā)電企業(yè)溫室氣體排放核算和報(bào)告要求進(jìn)行具體解讀；劉睿、鄭彥強(qiáng)及張禮興等對(duì)碳排放數(shù)據(jù)收集及計(jì)算過程進(jìn)行介紹，并分析燃煤電廠碳排放指標(biāo)與影響因素；王敬敏、蔡宇、蓋志杰等對(duì)電力行業(yè)碳排放權(quán)配額初始安排效率進(jìn)行討論，并對(duì)其公正性與有效性進(jìn)行驗(yàn)證；朱德臣梳理了國(guó)內(nèi)外試點(diǎn)區(qū)域內(nèi)電力行業(yè)碳配額的初始安排方法，同時(shí)給出一些建議與思索。

綜上可知，目前燃煤電廠的碳排放的討論主要集中在碳核算方面，往往忽視溫室氣體產(chǎn)生的源頭，即入廠煤的質(zhì)量?，F(xiàn)階段國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)電廠等燃煤用煤?jiǎn)挝坏拿嘿|(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)主要包括：低位發(fā)熱量、水分、灰分、揮發(fā)分和硫分，其中并無與碳排放直接相關(guān)的參數(shù)，無法從源頭上對(duì)碳排放進(jìn)行評(píng)價(jià)。以某電廠入廠煤為討論對(duì)象，探究各煤種的單位度電排放強(qiáng)度，綜合原煤價(jià)格與單位度電排放強(qiáng)度，給出入廠煤選購建議，從源頭上掌握機(jī)組二氧化碳的排放。

1入廠煤參數(shù)及元素碳測(cè)量

收集某電廠燃煤機(jī)組入廠煤煤樣，煤樣如圖1所示，并對(duì)煤樣進(jìn)行元素碳含量測(cè)量。入廠煤元素碳測(cè)量結(jié)果如表1所示。

圖1送檢煤樣圖

表1入廠煤元素碳測(cè)量結(jié)果/%

2單煤燃燒過程的CO2排放分析

煤炭固定燃燒二氧化碳排放量計(jì)算如下：

目前現(xiàn)代的大容量燃煤鍋爐的氧化率均在95%以上，故本討論的氧化率均采納《省級(jí)溫室氣體清單編制指南》中推舉的取值98%。將各個(gè)數(shù)據(jù)代入式（1）可得：

表2各單煤燃燒排放量

3單煤度電排放分析

3.1電廠燃料的利用率選取

火電廠燃料利用率最多能夠達(dá)到40%~42%，正常狀況僅能達(dá)到35%~38%。不同機(jī)組及類型電廠燃料利用率的選取范圍如表3所示。

表3燃料利用率/％

該電廠一期機(jī)組為背壓式熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，故供熱季燃料熱利用率選取60%；二期機(jī)組為一般抽汽熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，故供熱季燃料熱利用率選取45%。非供熱季一期機(jī)組（300MW以下機(jī)組）燃料熱利用率選取35%；二期機(jī)組燃料熱利用率選取36%。

3.2單煤燃燒發(fā)電量計(jì)算

根據(jù)所選取的熱利用率來計(jì)算單煤的單位發(fā)電量（供熱折算為發(fā)電量），詳細(xì)的計(jì)算如下：

將相關(guān)數(shù)據(jù)代入式（2）、式（3）計(jì)算電廠一期與二期的單煤?jiǎn)挝话l(fā)電量，詳細(xì)結(jié)果如表4所示。

表4一期與二期單煤?jiǎn)挝话l(fā)電量/kWh

3.3單煤碳排放強(qiáng)度

單煤碳排放強(qiáng)度是指單煤燃燒每產(chǎn)生1kWh電所帶來的二氧化碳排放量，詳細(xì)的計(jì)算公式為：?jiǎn)蚊禾寂欧艔?qiáng)度=單煤燃燒單位碳排放量/單煤燃燒單位發(fā)電量。

由表2與表4中的數(shù)據(jù)可以計(jì)算得到供熱季單煤碳排放強(qiáng)度的值，如表5所示。

表5單煤碳排放強(qiáng)度

為了直觀地了解單煤碳排放強(qiáng)度與原煤?jiǎn)蝺r(jià)之間的關(guān)系，供熱季及非供熱季單煤排放強(qiáng)度與原煤?jiǎn)蝺r(jià)如圖2及圖3所示。

圖2供熱季單煤排放強(qiáng)度與原煤?jiǎn)蝺r(jià)圖

圖3非供熱季單煤排放強(qiáng)度與原煤?jiǎn)蝺r(jià)圖

由圖2、圖3可知，基于單煤原煤價(jià)格及單位碳排放強(qiáng)度，可知越靠近坐標(biāo)原點(diǎn)的煤種，單位碳排放強(qiáng)度與原煤?jiǎn)蝺r(jià)的綜合評(píng)價(jià)越高，反之亦然。可以看出該電廠20種煤種原煤?jiǎn)蝺r(jià)和單煤碳排放強(qiáng)度的詳細(xì)趨勢(shì)分布大致相同。綜上建議該電廠多選購6號(hào)（小胡楊莊兒上）和16號(hào)（五寨鼎盛莊兒上）煤種，在滿意機(jī)組其他條件的基礎(chǔ)上，逐步提升上述兩個(gè)煤種的摻燒比例，最終達(dá)到降低機(jī)組碳排放的目的，從源頭上掌握二氧化碳排放。

4結(jié)語

（1）各煤質(zhì)參數(shù)具有不同的排放強(qiáng)度，并且存在肯定程度的波動(dòng)性；

（2）基于原煤?jiǎn)蝺r(jià)和碳排放強(qiáng)度的視角，對(duì)比分析各單煤詳細(xì)的原煤?jiǎn)蝺r(jià)和碳排放強(qiáng)度，給出詳細(xì)的選購建議，對(duì)電廠進(jìn)行原煤選購進(jìn)行指導(dǎo)；

（3）優(yōu)質(zhì)的低碳燃料品種對(duì)機(jī)組低碳、經(jīng)濟(jì)和平安運(yùn)營(yíng)起到樂觀作用，發(fā)電企業(yè)可以基于電廠的實(shí)際運(yùn)行狀況逐步增加優(yōu)質(zhì)低碳燃料的使用占比，降低機(jī)組碳排放強(qiáng)度，從源頭上對(duì)機(jī)組二氧化碳的排放進(jìn)行掌握。

引言

2022年《巴黎協(xié)定》正式生效，確定了全球中長(zhǎng)期應(yīng)對(duì)氣候變化的目標(biāo)，中國(guó)在提交的自主貢獻(xiàn)文件中明確提出：到2030年單位GDP二氧化碳排放下降60%~65%，2030年左右二氧化碳排放量達(dá)峰，并盡早實(shí)現(xiàn)達(dá)峰的目標(biāo)。

中國(guó)政府出臺(tái)了一系列宏觀政策，以確保實(shí)現(xiàn)國(guó)家應(yīng)對(duì)氣候變化目標(biāo)。目前電力行業(yè)是二氧化碳排放較多的行業(yè)之一，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，電力行業(yè)2022年溫室氣體排放量占當(dāng)年全國(guó)溫室氣體排放總量的40%左右。隨著環(huán)保政策的不斷收緊，現(xiàn)存燃煤機(jī)組及增量機(jī)組均面臨非常嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

國(guó)內(nèi)在電業(yè)行業(yè)碳排放方面已做大量的討論。陳亮等對(duì)發(fā)電企業(yè)溫室氣體排放核算和報(bào)告要求進(jìn)行具體解讀；劉睿、鄭彥強(qiáng)及張禮興等對(duì)碳排放數(shù)據(jù)收集及計(jì)算過程進(jìn)行介紹，并分析燃煤電廠碳排放指標(biāo)與影響因素；王敬敏、蔡宇、蓋志杰等對(duì)電力行業(yè)碳排放權(quán)配額初始安排效率進(jìn)行討論，并對(duì)其公正性與有效性進(jìn)行驗(yàn)證；朱德臣梳理了國(guó)內(nèi)外試點(diǎn)區(qū)域內(nèi)電力行業(yè)碳配額的初始安排方法，同時(shí)給出一些建議與思索。

綜上可知，目前燃煤電廠的碳排放的討論主要集中在碳核算方面，往往忽視溫室氣體產(chǎn)生的源頭，即入廠煤的質(zhì)量。現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)電廠等燃煤用煤?jiǎn)挝坏拿嘿|(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)主要包括：低位發(fā)熱量、水分、灰分、揮發(fā)分和硫分，其中并無與碳排放直接相關(guān)的參數(shù)，無法從源頭上對(duì)碳排放進(jìn)行評(píng)價(jià)。以某電廠入廠煤為討論對(duì)象，探究各煤種的單位度電排放強(qiáng)度，綜合原煤價(jià)格與單位度電排放強(qiáng)度，給出入廠煤選購建議，從源頭上掌握機(jī)組二氧化碳的排放。

1入廠煤參數(shù)及元素碳測(cè)量

收集某電廠燃煤機(jī)組入廠煤煤樣，煤樣如圖1所示，并對(duì)煤樣進(jìn)行元素碳含量測(cè)量。入廠煤元素碳測(cè)量結(jié)果如表1所示。

圖1送檢煤樣圖

表1入廠煤元素碳測(cè)量結(jié)果/%

2單煤燃燒過程的CO2排放分析

煤炭固定燃燒二氧化碳排放量計(jì)算如下：

目前現(xiàn)代的大容量燃煤鍋爐的氧化率均在95%以上，故本討論的氧化率均采納《省級(jí)溫室氣體清單編制指南》中推舉的取值98%。將各個(gè)數(shù)據(jù)代入式（1）可得：

表2各單煤燃燒排放量

3單煤度電排放分析

3.1電廠燃料的利用率選取

火電廠燃料利用率最多能夠達(dá)到40%~42%，正常狀況僅能達(dá)到35%~38%。不同機(jī)組及類型電廠燃料利用率的選取范圍如表3所示。

表3燃料利用率/％

該電廠一期機(jī)組為背壓式熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，故供熱季燃料熱利用率選取60%；二期機(jī)組為一般抽汽熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，故供熱季燃料熱利用率選取45%。非供熱季一期機(jī)組（300MW以下機(jī)組）燃料熱利用率選取35%；二期機(jī)組燃料熱利用率選取36%。

3.2單煤燃燒發(fā)電量計(jì)算

根據(jù)所選取的熱利用率來計(jì)算單煤的單位發(fā)電量（供熱折算為發(fā)電量），詳細(xì)的計(jì)算如下：

將相關(guān)數(shù)據(jù)代入式（2）、式（3）計(jì)算電廠一期與二期的單煤?jiǎn)挝话l(fā)電量，詳細(xì)結(jié)果如表4所示。

表4一期與二期單煤?jiǎn)挝话l(fā)電量/kWh

3.3單煤碳排放強(qiáng)度

單煤碳排放強(qiáng)度是指單煤燃燒每產(chǎn)生1kWh電所帶來的二氧化碳排放量，詳細(xì)的計(jì)算公式為：?jiǎn)蚊禾寂欧艔?qiáng)度=單煤燃燒單位碳排放量/單煤燃燒單位發(fā)電量。

由表2與表4中的數(shù)據(jù)可以計(jì)算得到供熱季單煤碳排放強(qiáng)度的值，如表5所示。

表5單煤碳排放強(qiáng)度

為了直觀地了解單煤碳排放強(qiáng)度與原煤?jiǎn)蝺r(jià)之間的關(guān)系，供熱季及非供熱季單煤排放強(qiáng)度與原煤?jiǎn)蝺r(jià)如圖2及圖3所示。

圖2供熱季單煤排放強(qiáng)度與原煤?jiǎn)蝺r(jià)圖

圖3非供熱季單煤排放強(qiáng)度與原煤?jiǎn)蝺r(jià)圖

由圖2、圖3可知，基于單煤原煤價(jià)格及單位碳排放強(qiáng)度，可知越靠近坐標(biāo)原點(diǎn)的煤種，單位碳排放強(qiáng)度與原煤?jiǎn)蝺r(jià)的綜合評(píng)價(jià)越高，反之亦然?？梢钥闯鲈撾姀S20種煤種原煤?jiǎn)蝺r(jià)和單煤碳排放強(qiáng)度的詳細(xì)趨勢(shì)分布大致相同。綜上建議該電廠多選購6號(hào)（小胡楊莊兒上）和16號(hào)（五寨鼎盛莊兒上）煤種，在滿意機(jī)組其他條件的基礎(chǔ)上，逐步提升上述兩個(gè)煤種的摻燒比例，最終達(dá)到降低機(jī)組碳排放的目的，從源頭上掌握二氧化碳排放。

4結(jié)語

（1）各煤質(zhì)參數(shù)