“双碳”目标下火力发电行业发展现状与前景分析

0 引言

传统的火力发电通常以煤炭作为主要发电能源，煤炭不仅属于不可再生能源，燃烧后如果处理不当还会造成环境污染，使环境中的碳排放量增加。因此，在实现碳中和过程中，火力发电低碳化转型必然是重要的一环。此外，据相关数据表明，2013—2023年间，火电机组发电效率连年下降，机组设备工作小时数较低，未能充分利用，比如2016年机组工作时间仅为4170h，达到了历史以来的最低值，火电机组利用率低导致火电产能多余，燃煤效率受限，机组设备持续低负荷运行。但燃煤材料成本近年来几何式飙升，造成了火力发电企业发电成本的持续走高，火电企业面临巨大的挑战，经营压力陡增，火电转型势在必行。

1 我国火力发电发展规模

图1为目前我国能源结构的发展规模，由图1可知，在我国现有的石油类、燃煤类、天然气类及其余能源结构占比中，燃煤类仍是所有能源中占比较多的，约为61%，这也是造成我国碳排放量持续走高的原因之一，且燃煤类火力发电在未来一定时期内，依然是电力供应的排头兵，但是多数火力发电厂均存在燃煤未能充分燃烧、碳排放量较高、发电效率较低的情况，如何解决这些问题是当前火力发电行业必须面对的难题。

2 我国火力发电发展现状

2.1 火电机组配置不高，灵活调峰性不足

我国大部分燃煤机组长期在65%~75%之间的负荷下运行，与德国等其他发达国家相比，调峰深度稍显欠缺，如图2所示。高容量燃煤机组深度调峰时运行效率会下降，耗煤量却上升。例如1100MW的火电机组60%负荷下的燃煤损耗率比满载运行时每小时多消耗约25kg；且电厂低负荷时造成燃料燃烧不完全而引起一氧化碳、二氧化碳及二氧化硫、氮氧化物等参数的明显变化，除尘设备的净化效率降低，碳排放量急剧飙升，对大气造成有害污染。虽然火电电源结构向大容量发展。总之，燃煤机组灵活性不高不仅给火电转型带来一定阻碍，也增大了能耗，还给环保造成了负面影响。此外，随着人民物质生活条件的提高，热电供需矛盾进一步突出，尤其是在电力使用高峰期，供不应求的用电问题始终存在，提高机组配置、做好灵活调峰工作刻不容缓。

2.2 因地制宜彰显地方特色

各地区由于发展状况、资源持有、工业体系及自然环境等存在不同，故“双碳”目标对各地产生的影响效应也不尽相同。从电力资源消耗角度看，电力能源结构转换使东部和中部地区生产成本提高，因为该区域工业比较旺盛，碳达峰对此地区影响也比较大；从碳排放及其分配额度角度看，碳达峰对山西省、山东省的影响最深；从电力能源供给角度看，河南省、河北省等地区资源紧张的企业受影响较深。所以，轻工业地区，着重发展绿色工业体系；经济下滑的地区，着重协调“双碳”目标与经济增长的关系；资源短缺的地区，着重提高资源利用率。

2.3 反复出现运动式“减碳”

实现“双碳”目标是一项全球性的重大发展战略，各地在推进该项政策过程中，经常操之过急，急功近利，未能充分结合实际，好高骛远提出超越自身发展阶段的“双碳”目标，违规提出高耗能、高排放项目，且未能严格掌控高耗能、高排放项目的增量，致使短时间内碳排放量指标下降，但没过多久又出现报复性反弹，最终造成“双碳”工作进度缓慢，效果不理想，火力发电在未来一段时间仍然是电力供应的“桥头堡”，以风光等可再生能源为主体的绿色电力供应体系并不是与煤电的此消彼长，火力发电的结构转型是一项长期性工程，应持有耐心循序渐进地进行推进。

3 “双碳”目标下火力发电的发展方向及路径

3.1 强化机组节能管理

要做好火力发电机组的节能管理，首先应重点关注燃煤电厂热动及环保系统、热电联产的生产环节中涉及的节能技术，提高系统余热、余压回收利用率，加大对节能热力学的深度探索，逐步提升火力发电机组的能量转换率，其次，也可引入智能化电力监控节能管理系统，该系统依托于DCS分散控制技术，借助计算机软件控制和上位机设备，可以实时控制火力发电厂中各电气设备的智能运行，如图3所示，工业计算机控制整个系统生产工艺流程，通过多个设备接口、电气控制单元与HMI显示屏、上级工控机、打印机进行通信连接，实时监测燃煤电厂动态运行数据，实现整个火力发电厂运营信息综合管理，控制电力能源消耗量，推动电力资源的合理利用，最大程度减少电能耗损。此外，减排方面，火力发电厂要精确掌控锅炉烟气、环保废气的排放数量，使之符合超低排放的相关标准。

3.2 火力发电机组设备技术改造

燃煤机组是火力发电行业的排头兵，部分机型已经投入运行多年，目前面临着线路老化、设备频繁故障以及性能落后等难题，为进一步满足生产，结合当前电力技术发展水平，需要对老旧设备进行整改。由于整体能源结构中燃煤比例较高，深度调峰开展艰难。从能源长期发展方向和火力发电厂日常生产来看，为实现深度调峰的使用要求，为更多风光等新能源提供更多灵活参与电力市场活动的机会，火力发电机组进行灵活性改造已成为未来发展方向之一，燃煤机组技术改造通常包含提温提效综合升级改造、深度调峰技术改造、脱硝和除尘设施改造及SCR脱硝技术改造等。2022年2月，甘肃某火力发电厂660MW容量的2号发电机组凝汽器真空泵节能技术改造完成，此项目采用了空冷专用真空系统对设备进行了提温提效综合升级改造。改造后的设备投运后，经过测算，每台真空泵的电流节省约61%，从209.5A降低到82.3A，同时凝汽器背压平均减小约1500Pa。假设火电机组每年运行时间为4000h，每节省一吨燃煤降低CO2的排放量2.7t计算，那么技改后火电厂每年节省的燃煤约4650t，减少二氧化碳排放量约1.3万t。

3.3 引入新技术提高燃料利用率

为进一步做到低碳排放，减少火力发电对环境的污染，需要提高火力发电厂的燃料利用率，且燃料充分燃烧后还可以提升能量转换效率，显著改善火力发电厂的能效、减小能量损耗。目前，我国大多数火电厂燃煤发电过程中，燃料预处理环节技术程度较低，未能实现精细化管理，直接将原煤放入给煤机中磨成煤粉，然后送到喷燃器进行燃烧，但原煤中含有较多硫化物成分，排入外界会对水资源及大气造成严重污染，此外，原煤中大颗粒物质也比较多，最终使得原煤未能充分燃烧，发电效率降低。因此，一方面应引入石灰石—石膏法湿法、配套安装氢氧化钙中和、有机硫、硫酸氯铁絮凝及亚硫酸钠还原等加药系统，保证燃煤燃烧后排出的废水脱硫率满足行业相关标准，避免对外界水资源造成破坏，另一方面，为提高原煤的燃烧效率，引入先进技术对原煤进行粉碎，将煤粉颗粒变细、扩大煤的燃烧接触面积，提升其燃烧效率，提高发电功率，降低煤耗损失的同时实现低碳排放，缓解对环境带来的压力。

3.4 大力发展新能源发电

在“双碳”发展大环境下，新能源发展速度必定势不可挡，但不同地区地理位置、日照和风力资源，以及电力负荷分布的差异，造成新能源发电未能充分被电网吸纳且存在弃风、弃光现象，阻碍了“双碳”目标的实现。目前，新能源发电可以作为火力发电的补充，但随着分布式光伏电站、风力发电站规模的快速发展，新能源消纳也会朝着多样化多元化方向发展，且配网在高密度接入新能源发电后也存在较多技术问题。所以，未来须加大科研投入，不断研发各种新能源消纳技术，积极拓展新能源消纳的市场机制，调动资本市场参与的主动性，多措并举实现新能源发电的“就地消纳”。政府部门也应该提供政策扶持和制定标准规范以及指标要求，加快构建清洁低碳、安全高效的现代能源体系，提高能源供给保障能力。加强规划实施情况跟踪监测，持续跟踪分析重要指标、重点任务推进形势，动态评估和滚动调整实施计划，确保新能源发电技术的持续发展。总之，加大新能源发电力度并充分促进其被市场吸纳后，相当于提高了电力结构中新能源的占比，也是火力发电低碳转型的方向之一。

3.5 加强机组设备检修管理 

对设备进行有效的预防性检修可大幅度提升火电机组的安全性和可靠性，通过制定精细化的检修作业工艺卡可以规范设备检修项点，更好把控机组的检修质量，从而提升燃煤机组整体的运行质量，降低机组故障率，缩减能量损耗，实现提质增效。机组设备的健康状况直接影响发电的效率，加强机组设备检修管理是保障机组正常运行的有力手段，同时也可以使机组发挥到最大功效，通过建立精准的设备检修标准和完善机组故障诊断体系可有效提升机组设备检测效率，及时发现机组潜在故障，提前处理解决，避免设备停机，影响生产进度。同时，通过加强机组设备维护保养也可以使机组始终保持最佳运行工况，减少能耗的同时也减少了燃煤消耗，给企业节省一定成本。

此外，为充分做好火力发电行业低碳化转型工作，一方面，应加强工作人员的教育和培训工作，需要组织专业人员去西方发达国家的火力发电企业进行研修学习，参考其火力发电行业低碳化转型的工作方式，在熟练掌握核心要领的前提下，以“节能减排、提高能效”为问题导向，并结合自身低碳化转型的实际工作开展情况对其进行科学合理地优化改进，逐步完善火力发电的运营方式。另一方面，每月组织各方就近期火电厂节能减排工作开展情况进行总结复盘，找出不足，给出解决方案，并对下一步的工作做好规划。

4 结语

在“双碳”目标的宏观背景下，社会低碳转型和产业绿色升级已经成为全国重要发展方向。传统电力系统主要依赖化石能源，不仅消耗大量资源，还产生大量二氧化碳和其他污染物，给环境带来巨大压力。本文介绍了我国火力发电的发展规模，分析了我国目前火力发电行业火电机组配置不高，灵活调峰性不足等发展现状，探索了“双碳”目标下应强化机组节能管理、引入新技术提高燃料利用率、大力发展新能源发电以及进行火力发电机组设备技术改造等火电厂的未来发展方向及路径，推动“双碳”目标下电力行业健康可持续发展，实现企业经济效益与节能减排的双赢。