一、煤電排放占我國碳排放的最大份額
國際能源署在其《2050年能源零排放路線圖報告》中指出，CO2排放的重點能源行業(yè)是電力、工業(yè)、交通和建筑這四大領域，并且強調，電力領域應是全球最先實現零碳化的重點排放領域。報告提出了到2040年，全球煤電從能效最低的亞臨界機組開始，燃煤電廠將逐步被完全淘汰的路線圖。我國的燃煤發(fā)電的總裝機容量到2021年已達11億千瓦，雖然其占比已經降低至50%以下，但煤電的發(fā)電量占比仍然超過60%。2020 年我國碳排放總量113億噸，其中能源領域碳排放99億噸，占比88%;全國火電發(fā)電量為53300億度，碳排放實際統(tǒng)計數據為51.2億噸，占當年我國CO2總排放量比重的51.76%。況且，隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化深入推進，我國能源消費總量將在 2030 年前后達峰后，電力需求仍將持續(xù)增長。嚴峻的現實是，要實現碳達峰和碳中和，能源是主戰(zhàn)場，煤電減碳是主力軍。不首先實現煤電大幅度減碳，“雙碳”目標是不可能達到的。
二、無可替代
根據我國電力發(fā)展規(guī)劃，到2030年，可再生的風電和太陽能發(fā)電的總裝機容量將達到12億千瓦以上，但在“雙碳目標”和建立以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的推動下，預計到2030年，新能源裝機將大大超過原規(guī)劃而會達到17億千瓦以上。但是必須看到，風電和太陽能發(fā)電有著不可忽視的短板，那就是“不可控”， 是一個不穩(wěn)定的間歇電源。其裝機的發(fā)電能力嚴重受限于晝夜日照、季節(jié)變化、天氣陰晴、風力大小等自然氣象條件的限制。據報道，2019年在全國非化石能源發(fā)電量占比僅為32.6%情況下，風電和光電就已經普遍面臨并網難、消納難、調度難等問題。2021年2月，美國德克薩斯州因嚴寒天氣，全州電網在4分鐘內完全崩潰。450萬戶家庭和大量企業(yè)失去電力;長達數天的斷電造成近百人死亡。其中一個主要原因，是已占相當產能比的風電和光伏電源，因風葉凍結和連續(xù)陰霾天氣而無法出力。我國去冬今春南方數省頻繁拉閘限電，則是因降雨少影響水力發(fā)電，以及風、光條件差影響到風電和光伏電的正常運行。
實際上，我國現有的大型煤電機組在我國電力生產中的基礎支撐作用將難以替代。首先，我國煤電為主的電源結構是我國缺油少氣、煤炭豐富的資源稟賦特點決定的，是建國以來70多年，尤其是近30多年來全國電力戰(zhàn)線廣大干部職工和技術人員，經過自力更生艱苦奮斗、引進消化吸收國外先進技術、大膽積極創(chuàng)新建立起來的，形成了一個世界最大和領先、布局合理、穩(wěn)定可靠的煤電生產和電力輸送配置的巨大系統(tǒng)，強有力保障和支撐了國家的能源安全、生產和社會發(fā)展、人民生活水平不斷提高的需要。我國已經成為世界煤電生產最強國，這個歷史過程和結果具有巨大的慣性，改變起來絕非短期，更非一朝一夕之功。
隨著我國產業(yè)結構的調整和城市化進程，電力需求側的結構性變化明顯，負荷不穩(wěn)定和變化幅度增加劇烈，要求發(fā)電側具有深度隨動的主動性，電網的調度調節(jié)高度靈活。如上所述，風電和光伏發(fā)電在目前大規(guī)模儲能技術未獲突破的情況下，完全不能滿足這些要求，而我國大型煤電系統(tǒng)則能適應需求側的變化。
如前所述，我國已建成的大容量超(超)臨界參數和亞臨界參數機組的總容量有8.73億千瓦，這些機組及其配套設施、輸配電系統(tǒng)的資產總量高達數以10萬億人民幣。這筆龐大的資產是國家和人民長期奮斗積累起來的財富。這些機組服役時間大都不長，正當“青春”和“年富力強”的好年華，決不能輕易地讓它們以“低碳轉型”的名義提前退役，造成不可挽回的巨大損失。如果以全新的生產、儲能(目前還沒有成熟的技術)和不穩(wěn)定的風光發(fā)電系統(tǒng)來替換上述煤電系統(tǒng)的電量生產能力，其投資和運行成本的高企將可想而知。
三、生物質與煤耦合發(fā)電是煤電
生物質發(fā)電和風力發(fā)電、太陽能發(fā)電等可再生能源電力一樣，都是(近)零碳排放的電力生產方式，而且還具有風力發(fā)電和太陽能發(fā)電所沒有的優(yōu)勢：即在自然界，年度再生的農、林剩余物資源量比較穩(wěn)定;燃料可以運輸、儲存以便常年均衡使用。利用大型高效燃煤機組混燒生物質燃料發(fā)電，是國際上實現生物質發(fā)電的一種先進技術。不僅比現有的生物質直燃發(fā)電(一般為中、小發(fā)電廠)的發(fā)電效率高，而且可以明顯降低煤電機組的碳排放量，提高煤—生物質耦合發(fā)電的靈活性，加強煤電生產的可持續(xù)性，是煤電走向低碳化一條現實可行、也是唯一的路徑。
國際上在大型燃煤發(fā)電廠中采用生物質混燒技術，源于1997年12月在日本京都通過的《聯合國氣候變化框架公約的京都議定書》。該議定書的目的，是限制發(fā)達國家二氧化碳的排放量以抑制全球氣候變化。自那時以來，發(fā)達國家尤其是歐盟國家，就開始在法規(guī)政策和技術上采取各種措施以降低煤電的碳排放。其中最主要的技術，就是采用燃煤與生物質耦合混燒發(fā)電。生物質混燒技術逐步成熟起來后，得到了很好的推廣和應用。
四、英國和丹麥關閉煤電的底氣
以丹麥為例。2017年，現代生物能源已經占到可再生能源的近七成(69%)。其最主要的貢獻，是在熱電聯產領域以生物質燃料特別是生物質成型顆粒燃料替代煤炭。由于在技術上解決了多摻富含鉀和氯的秸稈易產生鍋爐結焦的問題，1992年，功率為7.8萬千瓦的midkraft發(fā)電廠使用秸稈與煤混燃發(fā)電即已達到50%:50%的比例，年消化秸稈7萬噸。1999年，丹麥已實現使用120萬噸秸稈(占全國年產秸稈350萬噸近三成)及20萬噸木切片與煤混燃發(fā)電的目標(原料不足部分進口)。丹麥能源信息署(EnergiNet) 估計，生物質能已占到全國發(fā)電能源消費量的四分之一以上;并預計，隨著越來越多的生物質(包括沼氣)熱電聯產項目投產，到2026年這個數字將提高為57%。英國則是在在強有力的激勵政策推動下，從上世紀末起，煤電生物質耦合發(fā)電得到強勁的發(fā)展。經過20多年的煤電廠生物質耦合混燒燃煤發(fā)電的實踐，最終使英國所有的大型燃煤電廠全部改造成為生物質混燒。最典型的是英國裝機容量最大Drax電廠。該電廠共裝有6臺66萬千瓦燃煤機組。從2003年在一臺機組上改造混燒5%的生物質開始，不斷增加生物質混燒比，直至全部煤電機組均改造成生物質混燒，最終于2018年實現了4臺66萬千瓦煤電機組100%燃燒生物質顆粒燃料。成為世界上最大的生物質燃料火電廠。與此同時，該廠通過國內外兩個市場，解決了年需1000萬噸生物質顆粒燃料的供給問題。因此，根據他們的經驗，大型燃煤機組進行煤—生物質混燃發(fā)電在技術上是十分成熟的，為我國煤電行業(yè)借鑒國際經驗實現低碳轉型展示了一條康莊大道。而且我國大型燃煤機組的特殊優(yōu)勢是可以使煤—生物質混燒發(fā)電如虎添翼。其優(yōu)勢之一是我國的燃煤機組世界最高供電效率和最低供電煤耗，其二具有深度調峰的負荷調節(jié)技術， 使機組負荷調節(jié)范圍達到100%—20%，第三是煙塵、SO2、NOX等常規(guī)大氣污染物都能達到超低排放。
1. “綠色”發(fā)電指標，即規(guī)定所有發(fā)電公司必須完成一定指標的碳零排放發(fā)電量;
3. 完不成“綠色”發(fā)電“指標的予以懲罰;
正因為有了如此的成功變革，英國和丹麥才有底氣正式宣布，將分別在2025年和2030年，全部關閉所有的煤電廠。丹麥和英國等國的經驗表明，燃煤火電廠要實現通過煤-生物質混燒達到低碳發(fā)展的目的，必須具備三個條件：
2、建立可靠的生物質燃料的供給市場;
而前提條件則是，必須要有足夠而且比較穩(wěn)定的生物質燃料供應。在生物原料資源方面，我國有著不可忽視的優(yōu)勢。
中國的國情決定，我們不可能像歐美國家那樣大量進口生物質能的原料。因此，決定我國當前和今后大規(guī)模應用生物質能的關鍵，首先是資源量潛力，其次是將理論資源潛力轉變?yōu)閷嶋H應用的能力。
我們對邊際土地種植能源植物的巨大潛力的精確測算結果是，適宜種植能源植物(灌木，草類)的3類邊際土地即灌木林、疏林地和低覆蓋度草地，面積合計為1.79億公頃;以1公里柵格為單位，先計算出180萬個土地單位的凈初級生產力(NPP)，而后折算為能源植物的生物量和地上部(可利用)生物量，再折算為能量。將年能源植物能量加上估算的可利用年有機廢棄物(包括農作物秸稈、農產品加工剩余物、畜禽糞便、林業(yè)撫育、采伐和加工剩余物、城市生活垃圾、工業(yè)廢水/生活污水和餐飲廢油)折能量，得到年生物質能總資源量為9.56億噸標準煤(考慮到畜禽糞便、廢、污水和廢油不適宜耦合發(fā)電，發(fā)電可用生物質資源量為5.69 噸標準煤)。需要強調指出的是，該資源潛力是能源植物在完全自然(生長)條件下的情況。如果人工種植，必然會增加投入(水、肥，選種等)和管理，則能源植物的生物量和能源潛力將可翻一、兩番甚至更多。與此同時，隨著生產和生活水平的不斷提高，城鄉(xiāng)有機垃圾的資源量也還會繼續(xù)增加。擴大造林面積也將增加“三剩物”的產出。因此，屆時生物質可利用的年資源量將超過20億噸標準煤。而當前我國用于發(fā)電的燃煤量每年約折合為16億噸標準煤。
而如果換一個角度看，這樣一個年總產值超萬億元的巨大支柱型產業(yè)和市場，包括極其大量的勞動力崗位，恰恰是振興鄉(xiāng)村的急需。一些生物質直燃電廠前幾年參與扶貧攻堅的實踐已證明，農村存在大量廢棄的和無人收獲的農、林有機物。只要設立常年的收購站，一個弱勞力甚至殘疾人，靠收集出售這些原料，年收入也能上萬元甚至數萬元。
五、對我國高質量低碳發(fā)電的幾點建議
1. 首先是采用已經經過示范運行的煤電升級改造創(chuàng)新技術，對現有在役的煤電機組進行升級改造，除了將落后低效率高煤耗的機組進行淘汰外，對所有在役的煤電機組，包括30萬千瓦、60萬千瓦和100萬千瓦等級的亞臨界、超臨界和超超臨界機組，制定具體的供電煤耗要求和碳排放強度標準，以及靈活性低負荷性能要求，限時完成，否則不許上網運行。力爭在“十四五”期間盡可能完成對所有在役的煤電機組的升級改造。實現在役煤電機組的高效和低煤耗發(fā)展，實際上這是實現煤電與生物質耦合發(fā)電的基礎和前提。
3. 制定系列政策，推進在邊際土地上種植灌木、草類等能源植物以及有林地的改造，建立農、林廢棄物和能源植物收、儲、運和初加工的產業(yè)鏈。推動建立全國性的生物質燃料供需市場。生物質發(fā)電利用由小型直燃發(fā)電廠逐漸轉為以大型燃煤電廠混燒利用為主。
對煤電高質量低碳發(fā)展提出三步走的建議：即進一步淘汰煤電的落后產能;對仍然需要繼續(xù)服役的非最先進機組自身的升級改造;大型高效煤電機組生物質耦合混燒發(fā)電和推進CCUS技術的研發(fā)和利用。其中，首先是對在役機組的升級改造，以進一步降低煤耗減排二氧化碳;二是使煤電的生物質耦合混燒發(fā)電起到承上啟下的作用，在煤電自身通過創(chuàng)新改造成為高效率低煤耗靈活性機組的基礎上，再進一步降低其碳排放。這樣就能創(chuàng)造一個時間窗口，為采用CCUS等技術最終實現煤電的碳零排放打下基礎。而我國推動發(fā)展煤和生物質耦合混燒發(fā)電的關鍵，是“完善綠色低碳政策和市場體系”，“制定和實施相應的扶持激勵生物質混燒政策”和“建立和發(fā)展生物質燃料的供需市場體系，實現國內和國際兩個生物質顆粒燃料市場的雙循環(huán)”。我們相信，只要堅定地按照黨中央和習近平總書記關于“3060”雙碳目標的戰(zhàn)略決策的一系列指示和要求，千方百計走煤電低碳發(fā)展的道路，我們的目標就一定會實現。
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