“隨著我國新能源的快速發展和煤電清潔轉型，國內電力行業碳排放強度有明顯的下降趨勢。扎實推進新型電力系統建設，煤電轉型仍然任重道遠，需積極探索，穩中求進?！鼻迦A大學環境學院教授，中國工程院院士郝吉明在“新型電力系統機制下煤電綠色轉型大會”上作主旨報告時表示。

（來源：電聯新媒 作者：翁爽）

9月8日上午，2024全球能源轉型大會專題會議七“新型電力系統機制下煤電綠色轉型大會”在國家能源集團置業昌平中心召開，郝吉明院士針對新型電力系統對于煤電的需求，以及新形勢下煤電轉型的路徑做出了深入分析，從煤電的源頭降碳、過程減碳和末端固碳等方面詳解煤電綠色轉型的技術應用及關鍵挑戰。

今年8月，國家發改委、國家能源局、國家數據局聯合發布《加快構建新型電力系統行動方案（2024-2027）》（以下簡稱“《行動方案》”），以規劃建設新型能源體系為總目標，提出加快構建新型電力系統，重點部署開展9項行動，其中涉及煤電的一項重要任務是新一代煤電升級行動，強調以清潔低碳、高效調節、快速變負荷、啟停調峰為主線任務，推動煤電機組深度調峰、快速爬坡等高效調節能力進一步提升；應用零碳或低碳燃料摻燒、碳捕集利用與封存等低碳煤電技術路線，促進煤電碳排放水平大幅下降；以合理的政策、市場機制支持煤電機組優化運行方式。

郝吉明表示，煤電綠色轉型的現實需求對于煤電清潔化發展提出了許多更為具體的要求，也產生了新的問題，需要針對新一代煤電開展技術創新應用、制定降碳效果核算標準、建立促進煤電轉型的市場機制等。

構建新型電力系統對煤電綠色轉型提出新要求

2021年3月，中央財經委第九次會議首次提出構建新型電力系統，經過三年多的發展，新型電力系統的內涵不斷豐富。2023年8月，在中央深改委會議上，對新型電力系統提出了“清潔低碳、安全充裕、經濟高效、供需協同、靈活智能”的核心要求。

郝吉明表示，相對于傳統電力系統，新型電力系統建設重點呈現出四個時代新內涵：一是電源結構新，即電源構成由傳統以煤電為主體的電源體系向以新能源發電為主體轉變；二是系統形態新，能源電力系統由傳統以煤炭消費為主體，逐步轉向大比例消納新能源；三是產業體系新，由傳統聚焦能源行業的煤炭開采和利用，逐步轉向推動綠氫、綠氨、甲醇等行業大發展；四是體制機制新，電力系統由傳統源網二元結構向源網荷儲一體化發展。

富煤、貧油、少氣是我國基本的能源資源稟賦。郝吉明指出，根據最新統計數據顯示，我國煤炭儲量約為石油與天然氣儲量之和的10倍。2023年我國油氣對外依存度分別為74%和40%。在我國一次能源消費總量中，煤炭消費總量為31.7億噸標準煤，占比為55.3%，其中用于燃煤發電的煤炭約占51%，比其他煤炭用途消費量總和還要高。作為電力系統的主力電源，煤炭發電技術成熟，運行可靠，而新能源發電受風光資源不穩定影響，存在間歇性、波動性等問題，設備利用率偏低。2023年，煤電運行小時數是4685小時，并網風電發電運行小時數是2225小時，并網太陽能發電運行小時數是1286小時。2023年全國全口徑電力裝機容量為29.2億千瓦，煤電裝機容量11.65億千瓦，占比39.9%。全國全口徑發電量9.5億千瓦時，煤電發電總量5.4萬億千瓦時，占比約57.9%。“也就是說煤電以不到4成的裝機，供應了近6成的發電量。因此短期內我國仍將處于煤炭能源時代，煤炭對能源安全的保障不容忽視。”郝吉明指出。

我國已建成全球最大的清潔煤電供應體系，95%以上的煤電機組實現了超低排放，機組煤耗、碳排放及常規污染物排放持續下降?！澳壳拔覈弘姵Ｒ幬廴疚锏哪昱欧趴偭恐筒坏?50萬噸，在發電量約為美國2.5倍的前提下，低于美國煤電污染物的排放總量。”郝吉明表示，“但當前煤電綠色轉型面臨著新要求和新挑戰，需要重點關注機組深度調峰、快速變負荷等運行工況下對煙氣污染物排放的影響。”

郝吉明進一步解釋道，首先，機組在頻繁變負荷過程中，煙氣的流量變化明顯，脫硫系統響應速度慢，引發脫硫運行能耗偏高；其次，機組在深度調峰運行過程中，脫硝入口煙氣溫度普遍偏低，脫硝效率下降，氮氧化物的排放濃度升高；第三，目前深度調峰機組普遍存在過量噴氨的現象，而氨逃逸會引發下游空預器的堵塞。

郝吉明建議，要研發智能化的運維工藝，解決煙氣脫硫能耗高的問題，實現燃煤機組脫硫環保島能耗整體下降10%以上；研發寬溫脫硝催化劑，解決低負荷脫硝效率下降等問題，力求實現燃煤機組SCR脫硝反應催化劑活性溫度區間下降下限小于280攝氏度；研發精準控氨技術，解決非常規污染物氨逃逸嚴重超標問題，實現氨排放濃度小于2.0mg/Nm3。

記者了解到，以上這些技術研發，在“十四五”國家重點研發計劃“大氣與土壤地下水污染綜合治理專項”中已經進行了相應的布局。

煤電低碳化改造需關注技術經濟性問題

在構建新型電力系統的要求下，煤電不僅要靈活，還要低碳。6月24日，國家發改委、國家能源局印發《煤電低碳化改造建設行動方案》，提出了“到2025 年，首批煤電低碳化改造建設項目全部開工，轉化應用一批煤電低碳發電技術；相關項目度電碳排放較2023年同類煤電機組平均碳排放水平降低20%左右、顯著低于現役先進煤電機組碳排放水平，為煤電清潔低碳轉型探索有益經驗。到2027年，煤電低碳發電技術路線進一步拓寬，建造和運行成本顯著下降；相關項目度電碳排放較2023年同類煤電機組平均碳排放水平降低50%左右、接近天然氣發電機組碳排放水平，對煤電清潔低碳轉型形成較強的引領帶動作用”的主要目標。

方案提出了三種改造方式，其一是煤電機組應具備摻燒10%以上的生物質燃料能力；其二是煤電機組應具備摻燒10%以上綠氨的能力；其三是碳捕集利用與封存，采用化學吸收法、變壓吸附法、膜處理法等技術，分離捕集燃煤鍋爐煙氣中的二氧化碳并提純壓縮，因地制宜實施二氧化碳地質封存?！霸谶@三種改造方式中，前兩種屬于源頭減碳，后一種屬于末端捕碳，其實還有中間環節不可忽視，即通過三改聯動的節能降耗改造來實現過程減碳，這樣就形成了從源頭、過程到末端的全鏈條煤電綠色轉型方案。”郝吉明指出。

在生物質摻燒方面，郝吉明介紹道，目前生物質參與燃煤發電的技術類別主要有生物質顆粒直接混合燃燒技術、生物質氣化間接混合燃燒技術以及并聯燃燒技術。其中以生物質顆粒進料直接參與燃燒的技術既可依托已有的煤粉制造和輸運系統，也可新建生物質燃料制備燃燒系統。生物質氣化技術則必須新建生物質氣化爐，以氣體的形式參與燃煤鍋爐的燃燒改造。并聯燃燒技術是指新建生物質鍋爐產生的蒸汽并入燃煤鍋爐原有的蒸汽系統?！叭欢@種方式不涉及生物質混合燃燒過程，無法利用煤粉爐的高熱效率特點，因此是否算作生物質摻燒，仍需要進一步論證。從燃料替代量計量角度來看，生物質氣化技術的燃料替代可以實現計量，而生物質制粉摻燒技術目前還做不到。另外氣化技術對燃煤鍋爐的影響小，原料適應性廣，但是投資高，利用率低，制粉摻燒技術對鍋爐系統影響大，入爐的原料要求嚴格，但其投資低，利用率高?！焙录鞅硎?。

“綜合來看，煤電機組摻燒生物質需要關注的主要問題一是安全環保，二是技術成熟度，三是生物質摻燒量，四是發電成本，五是生物質原料收集運輸及儲存等方面問題。其中生物質摻燒發電成本偏高以及生物質燃料穩定持續供應難是制約其快速推廣的關鍵因素。如果對燃煤電廠進行百分之百的生物質摻燒改造，是否可行？我認為目前還不具備條件。”郝吉明總結道。

在綠氨摻燒方面，郝吉明認為需要重點關注以下幾方面問題。一是氨燃燒不充分，易造成氨逃逸；二是氨的儲存與供應問題。液氨被視為電廠的危險化學品及重大危險源，液氨摻燒與SCR（脫硝工藝）相比，對氨的消耗量增加100倍以上，以2×660兆瓦燃煤電廠摻燒10％的液氨來計算，對液氨的年消耗約23萬噸，全國每年燃煤電廠大約需要1.6億噸氨，綠氨產能能否滿足？三是綠氨摻燒的經濟性和可持續性。當電價跌至0.15元/千瓦時的時候，綠氨價格約為3000元/噸，仍是煤炭價格的3~4倍。對于電廠而言經濟效益是否可承受？此外，還要關注摻燒過程中高氮氧化物排放是否能控制在超低排放水平。

碳捕集利用與封存是煤電機組碳減排的最后一環。該技術為重工業、能源生產等高碳排放產業提供了一種減排新路徑，為傳統產業低碳轉型提供了技術保障。

郝吉明表示，碳捕集是整個CCS流程的起點，捕集技術可分為燃燒后捕集、燃燒前捕集和富氧燃燒捕集。由于能源系統與二氧化碳分離過程的集成方式較為簡單，燃燒后捕集的技術相對成熟，可用于大部分火電廠、水泥廠和鋼鐵廠的脫碳改造；在利用環節，驅油利用是二氧化碳利用的一大方向，將二氧化碳注入油層保持地層壓力，可驅替原油到采油井，并借助二氧化碳自身特性提高原油采收率的技術。但原油地質條件的復雜性，是驅油技術標準化和大規模應用的難點。

在封存環節，根據地質封存體的不同，分為陸上咸水層封存、海底咸水層封存、枯竭油氣田封存等。在所有封存類型中，深部咸水層的地質結構具有良好的密閉性，在地質封存中占據主導位置，其理論可封存容積巨大。全球陸地二氧化碳理論封存容量為6-42萬億噸，海底理論封存容量為2-13萬億噸，中國二氧化碳理論地質封存容量為1-4萬億噸?！坝绕湓谥袊鞅辈颗璧?，可開發的封存容量相當可觀，但我國大規模碳排放主要位于東部沿海，源匯分布空間不匹配將帶來高昂的運輸和儲存成本，極大地限制了中國潛在二氧化碳封存容量的利用。”郝吉明表示。

郝吉明強調，投資成本高，能耗大，仍然是CCS廣泛應用的主要障礙。以目前國內煤電企業50萬噸/年的CCS投資運行費用水平估算，其投資約為4.2億，年均運行單位成本約220元/噸二氧化碳，對煤電企業來說是一個比較大的經濟負擔，同時，二氧化碳的捕集和封存過程需要消耗大量的能源，對于以低碳為目標的行業來說，是一個必須要解決的矛盾，需要通過謀劃布局一系列低成本的示范工程，來促進CCS技術的應用?！澳壳皣鴥韧庖呀ǔ闪松倭吭谶\的CCS工程項目，建議進一步優化技術經濟指標，并拓展捕集碳的處置利用途徑?！焙录鞅硎尽?/span>