作者:李海平
2020/12/24 10:01:00 我要投稿北極星大氣網訊:引言
2016年《巴黎協定》正式生效，確定了全球中長期應對氣候變化的目標，中國在提交的自主貢獻文件中明確提出：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峰，並儘早實現達峰的目標。
中國政府出臺了一系列宏觀政策，以確保實現國家應對氣候變化目標。目前電力行業是二氧化碳排放較多的行業之一，據不完全統計，電力行業2015年溫室氣體排放量佔當年全國溫室氣體排放總量的40%左右。隨著環保政策的不斷收緊，現存燃煤機組及增量機組均面臨十分嚴峻的挑戰。
國內在電業行業碳排放方面已做大量的研究。陳亮等對發電企業溫室氣體排放核算和報告要求進行詳細解讀；劉睿、鄭彥強及張禮興等對碳排放數據收集及計算過程進行介紹，並分析燃煤電廠碳排放指標與影響因素；王敬敏、蔡宇、蓋志傑等對電力行業碳排放權配額初始分配效率進行研究，並對其公平性與有效性進行驗證；朱德臣梳理了國內外試點區域內電力行業碳配額的初始分配方法，同時給出一些建議與思考。
綜上可知，目前燃煤電廠的碳排放的研究主要集中在碳核算方面，往往忽略溫室氣體產生的源頭，即入廠煤的質量。現階段國內絕大多數電廠等燃煤用煤單位的煤質評價指標主要包括：低位發熱量、水分、灰分、揮發分和硫分，其中並無與碳排放直接相關的參數，無法從源頭上對碳排放進行評價。以某電廠入廠煤為研究對象，探究各煤種的單位度電排放強度，綜合原煤價格與單位度電排放強度，給出入廠煤採購建議，從源頭上控制機組二氧化碳的排放。
1 入廠煤參數及元素碳測量
收集某電廠燃煤機組入廠煤煤樣，煤樣如圖1所示，並對煤樣進行元素碳含量測量。入廠煤元素碳測量結果如表1所示。
圖1 送檢煤樣圖
表1 入廠煤元素碳測量結果 /%
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算如下：
目前現代的大容量燃煤鍋爐的氧化率均在95%以上，故本研究的氧化率均採用《省級溫室氣體清單編制指南》中推薦的取值98%。將各個數據代入式（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到40%~42%，正常情況僅能達到35%~38%。不同機組及類型電廠燃料利用率的選取範圍如表3所示。
表3 燃料利用率 /％
該電廠一期機組為背壓式熱電聯產機組，故供熱季燃料熱利用率選取60%；二期機組為一般抽汽熱電聯產機組，故供熱季燃料熱利用率選取45%。非供熱季一期機組（300 MW以下機組）燃料熱利用率選取35%；二期機組燃料熱利用率選取36%。
3.2 單煤燃燒發電量計算
按照所選取的熱利用率來計算單煤的單位發電量（供熱折算為發電量），具體的計算如下：
將相關數據代入式（2）、式（3）計算電廠一期與二期的單煤單位發電量，具體結果如表4所示。
表4 一期與二期單煤單位發電量 /kWh
3.3 單煤碳排放強度
單煤碳排放強度是指單煤燃燒每產生1 k Wh電所帶來的二氧化碳排放量，具體的計算公式為：單煤碳排放強度=單煤燃燒單位碳排放量/單煤燃燒單位發電量。
由表2與表4中的數據可以計算得到供熱季單煤碳排放強度的值，如表5所示。
表5 單煤碳排放強度
為了直觀地了解單煤碳排放強度與原煤單價之間的關係，供熱季及非供熱季單煤排放強度與原煤單價如圖2及圖3所示。
圖2 供熱季單煤排放強度與原煤單價圖
圖3 非供熱季單煤排放強度與原煤單價圖
由圖2、圖3可知，基於單煤原煤價格及單位碳排放強度，可知越靠近坐標原點的煤種，單位碳排放強度與原煤單價的綜合評價越高，反之亦然。可以看出該電廠20種煤種原煤單價和單煤碳排放強度的具體趨勢分布大致相同。綜上建議該電廠多採購6號（小胡楊莊兒上）和16號（五寨鼎盛莊兒上）煤種，在滿足機組其他條件的基礎上，逐步提升上述兩個煤種的摻燒比例，最終達到降低機組碳排放的目的，從源頭上控制二氧化碳排放。
4 結語
（1）各煤質參數具有不同的排放強度，並且存在一定程度的波動性；
（2）基於原煤單價和碳排放強度的視角，對比分析各單煤具體的原煤單價和碳排放強度，給出具體的採購建議，對電廠進行原煤採購進行指導；
（3）優質的低碳燃料品種對機組低碳、經濟和安全運營起到積極作用，發電企業可以基於電廠的實際運行情況逐步增加優質低碳燃料的使用佔比，降低機組碳排放強度，從源頭上對機組二氧化碳的排放進行控制。
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