【技术汇】燃煤电厂入厂煤度电碳排放分析研究

北极星大气网讯:引言

2016年《巴黎协定》正式生效，确定了全球中长期应对气候变化的目标，中国在提交的自主贡献文件中明确提出：到2030年单位GDP二氧化碳排放下降60%~65%，2030年左右二氧化碳排放量达峰，并尽早实现达峰的目标。

中国政府出台了一系列宏观政策，以确保实现国家应对气候变化目标。目前电力行业是二氧化碳排放较多的行业之一，据不完全统计，电力行业2015年温室气体排放量占当年全国温室气体排放总量的40%左右。随着环保政策的不断收紧，现存燃煤机组及增量机组均面临十分严峻的挑战。

国内在电业行业碳排放方面已做大量的研究。陈亮等对发电企业温室气体排放核算和报告要求进行详细解读；刘睿、郑彦强及张礼兴等对碳排放数据收集及计算过程进行介绍，并分析燃煤电厂碳排放指标与影响因素；王敬敏、蔡宇、盖志杰等对电力行业碳排放权配额初始分配效率进行研究，并对其公平性与有效性进行验证；朱德臣梳理了国内外试点区域内电力行业碳配额的初始分配方法，同时给出一些建议与思考。

综上可知，目前燃煤电厂的碳排放的研究主要集中在碳核算方面，往往忽略温室气体产生的源头，即入厂煤的质量。现阶段国内绝大多数电厂等燃煤用煤单位的煤质评价指标主要包括：低位发热量、水分、灰分、挥发分和硫分，其中并无与碳排放直接相关的参数，无法从源头上对碳排放进行评价。以某电厂入厂煤为研究对象，探究各煤种的单位度电排放强度，综合原煤价格与单位度电排放强度，给出入厂煤采购建议，从源头上控制机组二氧化碳的排放。

1 入厂煤参数及元素碳测量

收集某电厂燃煤机组入厂煤煤样，煤样如图1所示，并对煤样进行元素碳含量测量。入厂煤元素碳测量结果如表1所示。

图1 送检煤样图

表1 入厂煤元素碳测量结果 /%

2 单煤燃烧过程的CO2排放分析

煤炭固定燃烧二氧化碳排放量计算如下：

目前现代的大容量燃煤锅炉的氧化率均在95%以上，故本研究的氧化率均采用《省级温室气体清单编制指南》中推荐的取值98%。将各个数据代入式（1）可得：

表2 各单煤燃烧排放量

3 单煤度电排放分析

3.1 电厂燃料的利用率选取

火电厂燃料利用率最多能够达到40%~42%，正常情况仅能达到35%~38%。不同机组及类型电厂燃料利用率的选取范围如表3所示。

表3 燃料利用率 /％

该电厂一期机组为背压式热电联产机组，故供热季燃料热利用率选取60%；二期机组为一般抽汽热电联产机组，故供热季燃料热利用率选取45%。非供热季一期机组（300 MW以下机组）燃料热利用率选取35%；二期机组燃料热利用率选取36%。

3.2 单煤燃烧发电量计算

按照所选取的热利用率来计算单煤的单位发电量（供热折算为发电量），具体的计算如下：

将相关数据代入式（2）、式（3）计算电厂一期与二期的单煤单位发电量，具体结果如表4所示。

表4 一期与二期单煤单位发电量 /kWh

3.3 单煤碳排放强度

单煤碳排放强度是指单煤燃烧每产生1 k Wh电所带来的二氧化碳排放量，具体的计算公式为：单煤碳排放强度=单煤燃烧单位碳排放量/单煤燃烧单位发电量。

由表2与表4中的数据可以计算得到供热季单煤碳排放强度的值，如表5所示。

表5 单煤碳排放强度

为了直观地了解单煤碳排放强度与原煤单价之间的关系，供热季及非供热季单煤排放强度与原煤单价如图2及图3所示。

图2 供热季单煤排放强度与原煤单价图

图3 非供热季单煤排放强度与原煤单价图

由图2、图3可知，基于单煤原煤价格及单位碳排放强度，可知越靠近坐标原点的煤种，单位碳排放强度与原煤单价的综合评价越高，反之亦然。可以看出该电厂20种煤种原煤单价和单煤碳排放强度的具体趋势分布大致相同。综上建议该电厂多采购6号（小胡杨庄儿上）和16号（五寨鼎盛庄儿上）煤种，在满足机组其他条件的基础上，逐步提升上述两个煤种的掺烧比例，最终达到降低机组碳排放的目的，从源头上控制二氧化碳排放。

4 结语

（1）各煤质参数具有不同的排放强度，并且存在一定程度的波动性；

（2）基于原煤单价和碳排放强度的视角，对比分析各单煤具体的原煤单价和碳排放强度，给出具体的采购建议，对电厂进行原煤采购进行指导；

（3）优质的低碳燃料品种对机组低碳、经济和安全运营起到积极作用，发电企业可以基于电厂的实际运行情况逐步增加优质低碳燃料的使用占比，降低机组碳排放强度，从源头上对机组二氧化碳的排放进行控制。