双碳目标下中国火电行业及其减污降碳展望

双碳目标下中国火电行业及其减污降碳展望朱法华研究员级高工(博导)国家能源集团科学技术研究院有限公司副总经理国电环境保护研究院有限公司董事长美国淘汰燃煤电厂◆煤电20%,天然气39%火电碳达峰峰值碳中和“由人类活动造成的CO₂排放，通过CO₂除技术的应用，对CO₂吸收量达到干衡。”国家能源集团电源名称光伏地热光热生物后贝核电风电潮汐水电排放强度84电力行业电力行业不可能自身实现碳中和，满足需求时尽可能减少二氧化碳排放国家能源集团国家能源集团国家能源集团 大气中的碳排放和分布在陆地和海洋的碳汇。总排放和总吸收之间的差值就是向大气①GlobalCarbonProject·Data:CDIAC/GCPINOAA-ESRL/UNFC国家能源集团人为活动导致的全球碳循环的扰动，2009-2018年(GtCO₂/yr)海洋●99植被海岸e国家能源集团碳中和时中国火电允许CO2排放量口全国允许排放总量口全国允许排放总量口170亿吨×18.5%=31.45口火电允许排放量口火电允许排放量□31.45亿吨×43%=13.5口30.6亿吨×43%=13.2电力需求依然旺盛>2020年，全社会用电量7.5万亿千瓦时，“十三五”年均增速5.7%>“十三五”以来电能替代规模达5989亿干瓦时，占新增用电规模的38%,交通、建筑等行业以及居民用能方式“以电代煤”“以电代油”趋势明显>2019年，电能占终端能源消费比重为26%,“十三五”以来增长4个百分点，全社会电气化程度将稳步上升国家能源集团·非化石能源装机年均增长达13.1%,占比从2015年底的34.8%上升至2020年底的44.8%·煤电装机年均增速3.7%,占比从2015年底的59.0%下降至2020年底的49.1%,比重首次降至50%以下国家能源集团·非化石能源发电量年均增长10.6%,占比从2015年的27.2%上升至2020年的33.9%,其中风光9.6%,水电17.8%·煤电发电量年均增速3.5%,占比从2015年的67.9%下降至2020年的60.8%2015-2020年全国发电量能源与电力规划方向能源：清洁低碳安全高效新能源：2030年风电太阳能发电容量超过12亿千瓦系统五”时期逐步减少2.7(28.3-25.电力十四五规划国家能源集团2021年1月7日晚高峰11.89亿kW,拉闸限电(22亿)◆太阳能就是光伏发电没有出力，刚好1月7日全国大面积没有什么风，风力发电的装机出力大概10%左右，全国5.3亿kW风电和光伏的总装机，有5亿kW没有出上力◆冬季又是枯水期，我国3.7亿kW水电的装机容量在用电高峰时超过2亿kW没有出上力◆冬季是天然气的用气高峰，中国1亿kW左右的天然气发电装机，有一半左右也没有出上力◆加上发电机组停机检修、区域布局等问题22亿干瓦的发电装机未能保证11.89亿干瓦的用电负22亿干瓦的发电装机未能保证11.89亿干瓦的用电负i国家能源集团国家能源集团增速3.7%1.5%,2025年11.63亿■十五五年均1%,2030国家能源集团碳中和主要途径√2005年我国万元GDP能耗是1.22吨标准煤，2020年比2005年下降48.4%,但√各行各业(工业、建筑、交通等)都应节能降碳，应对标世界先进水平，提出√目标：2030年单位GDP比2005年下降65%以上(2.2吨标煤/万$),2060年?国家能源集团碳中和主要途径√2020年我国能源消费总量49.8亿吨标准煤，其中清洁能源(天然气、水电、核电、风电、太阳能)占比24.3%,煤炭占比56.8%,石油等18.9%(计算数据)√2020年发电装机容量220058万千瓦，其中(水电、核电、风光)43.4%。√大力发展可再生能源(风电、光伏、生物质发电、水电),加快内陆特别是人应用(地热、页岩气、可燃冰、潮汐能等等)√目标：2030年风电与太阳能发电将超过12亿千瓦，非化石能源占比25%;天然气15%;(石油+煤炭)60%;能源总量58.3亿tce√2060年非化石装机容量超过50亿kW,火电8亿kW,煤电5.3亿kW国家能源集团碳中和主要途径◆以电能替代为方向√2020年中国电力在终端能源消费比例27%,工业部门终端电气化为25.7%,均√推动工业领域电能替代与余热利用，强化建筑节能标准(电供暖与储能),发√目标：2030年终端能源消费比例超过30%,2060年将达到70% 国家能源集团国家能源集团碳中和主要途径◆国家能源局《2021年能源工作指导意见》,明确提出开展全国新一轮抽水蓄原剂),也可作为能源利用以节能降碳为引领，以低碳能源为关键以节能降碳为引领，以低碳能源为关键 以电能替代为方向，以储能储氢为补充国家能源集团未来电力需求电力需求(万亿kWh)政策情景强化减排情景2度情景1.5度情景政策情景人均用电量强化减排情景2度情景1.5度情景碳中和时中国人口15亿，人均用电8600碳中和时中国人口15亿，人均用电8600kWh2016年主要发达国家人均用电量：美国12830kWh,日本7970kWh,欧盟60国家能源集团>2020年，全国发电设备平均利用小时3758小时，同比降低比2015年降低230小时·水电：3827小时，首次突破3800小时·火电：4216小时，同比降低19小时(煤电4340小时，同2001-2020年全国发电设备利用小时中国化石能源储量查明储量气气来源：《中国矿产资源报告2019》2019年中国天然气的进口依存度43%,石油的进口依存度碳中和时中国电力行业生产(不包括储能)与CO₂排放发电类型装机容量(亿kW)年利用小时发电量(亿kW.h)CO,排放强度CO,排放量(亿t)风电与太阳能核电2水电余热、余压、余气00生物质00气电1煤电合计一85.3%。电力行业排放CO,将从超过47亿t下降至15.21亿t,85.3%。电力行业排放CO,将从超过47亿t下降至15.21亿t,其中火电行业排放1S:18亿电为科技■双碳目标下火电行业展望年均浓度中国环境空气质量目标(生态环境质量根本好转)(富强民主文明和谐美丽)国家能源集团中国火电减污降碳的发展路径▶以煤电全面清洁发展为支撑，改善生态环境质量◆以节能与掺烧为引领，发挥煤电机组的兜底保供作用◆以碳捕集与利用技术突破为重点，引领中国煤电发展国家能源集团燃煤电厂最严排放标准比较口中国(超低排放)□欧盟口美国0氮氧化物颗粒物二氧化硫氮氧化物国家能源集团是否应推动超超低排放?否白色烟羽的治理/否关于印发《京津冀及周边地区2019-2020年秋冬季大气污染综合治理攻坚行动方案》的通知所探地区全国发布机树生态环境部发布时问2019-09-25环大气(2019)88号文件文件国家能源局环大气(2019)88号关于印发《京津冀及周边地区2019-2020年秋冬季大气污染综合治理攻坚行动方案》的通知对稳定达到超低排放要求的电厂，不得强制要求治理“白色烟羽*美国燃煤和燃油电厂重金属标壮3选1非汞金属锑砷铍锰镍硒1选1c汞1选1汞数据来源：美国CFR40-Part63-SubpartUUUUU《燃煤和燃油发电厂大气有害污染物国家排放标蓝色烟羽靠协同治理>湿式电除尘器对三氧化硫的平均去除效率70%。湿法脱硫技术对三氧化硫的平均去除效率60%,平均排放浓度9.2氨逃逸靠脱硝系统优化氨逃逸随烟气流动在尾部烟道内发生迁移转化煤场无组织排放治理靠封闭成形段国家能源集团所而2021年4月6日在将会为水资源而战4月9日06:45日，印度累计确诊病例达12928574例，紧计死亡病例166862例，过去247美国副总统哈里斯：我参加过很多外交政策会议，要知道过去很多年,几代人都在为石油而战，而在不久的将来将会为水资：●火电是用水大户，水在火力发电过程中的介质●2007年国家就提出“以水定电”,节水及废水资源化是火电行业的重要方向国家能源集团>以问题为导向---推行废水COD与资源化(零排放)>缺水地区，可以回收烟气中的水份(清新环境实施的京能五间房电厂，全厂零补水)火电环保未来发展方向是资源化实现废水资源化，只取水不"二火电环保未来发展方向是资源化固废、危废资源化2019年粉煤灰产生量52019年粉煤灰产生量5.5亿吨，综合利用4亿吨，综合利不率72%2019年脱硫石膏产生量8200万吨，综合利用6150万吨，纹合利用率国家能源集团固废、危废资源化火电：120-150万m³脱硝催化剂装机(需求)量再生成本。万吨V、W、Ti资源闭环循环使用用土地、污染水土。占用量、污染性逐年递增填埋需占用约3亩地，且跨省国家能源集团固废、危废资源化国家能源集团火电120万立方25万立方万若50%节省=13万立方/年X1.5万元/方X30%国家能源集团2019年全国火电机组容量等级占比单机容量(万kW))容量(万kW)备注容量<10余3272,生2361气9024改造重点与节能改造前的与节能改造前的2013年相比，2019年全国火电行业平均供电煤耗从321g/kW·h下降到306.4g/kW·h,下降14.6g/kW·h,相当于2019年节约标煤7368万吨，仅此就可减少CO,近2亿t国家能源集团节能升级改造方案方案比较(300MW亚临界湿冷机组通流改造)项目方案1方案2方案3万元/(g/kwh)国家能源集团节能升级改造方案方案比较(600MW亚临界湿冷机组通流改造)项目方案1方案2万元/(g/kwh)国家能源集团节能升级改造方案>纯凝机组供热改造可降低供电煤耗40g/kWh左右，投资较少，投资回收期短，是提高机组能效水平和经济性的最佳途径。城市(工业园区)周边具备集中供热>汽轮机通流部分改造是提高机组效率的有效途径，从单位降耗成本、单位年节煤方案之一；>汽轮机通流部分改造能够使亚临界机组供电煤耗降低约15g/kWh,改造后供电国家能源集团徐州华润电厂320MW节能改造项目改造后口脱硫、脱硝系统运行优π印度其他中国欧美印度其他国家能源集团国家能源集团掺烧非煤燃料，进一步降低煤电碳排放◆利用固体生物质燃料部分或全部代替煤炭，显著降低原有燃煤电厂的◆利用大容量高参数燃煤发电机组发电效率高的优势，大幅度提高生物质发电效率，节约生物质燃料资源◆参与混烧的生物质燃料比例可调节范围大(通常为5%-20%),调节的灵活性强，对生物质燃料供应链的波动性变化有很强的适应性◆全球实行生物质耦合混烧发电的大容量燃煤机组150多台，其中100多台在欧盟国家国家能源集团国家能源集团国家能源集团小结