山东电力产业低碳能源体系建设研究

资源描述：

2018．NO．3． ISSN1672-9064 CN35-1272/TK 作者简介刘洪涛（1985～），男，高级工程师，主要从事电力工程技术管理工作。山东电力产业低碳能源体系建设研究刘洪涛 1 胥登峰 1 许晓华 1 薛利 1 韩奎华 2 （1 山东电力基本建设总公司山东济南 250102 2 山东大学能源与动力工程学院山东济南 250061）摘要为促进山东省经济的可持续发展，必须着力发展低碳经济。电力行业是山东省碳减排的首要领域，构建电力产业低碳能源体系对发展低碳经济具有重要影响。简述山东省能源使用现状、二氧化碳排放状况、清洁能源发展以及低碳循环实施状况与碳税对经济方面的影响，提出发展对策及建议，为山东省低碳经济的研究与发展提供参考。关键词电力产业二氧化碳低碳经济清洁能源 CDM 中图分类号 F407.6 文献标识码 A 文章编号 1672-9064201803－090－04 近些年来，能源短缺与环境污染问题成为世界关注的焦点问题，全球气候变暖也已经是一个不争的事实。中国在享受经济迅猛发展带来诸多好处的同时也面临着由于能源消费的过度增长带来的各种能源与环境的问题。能源和气候问题密切相关，所以解决气候变化的实质是解决能源问题。发展低碳经济是解决能源问题的有效途径。山东省是全国经济发展的佼佼者，2016 年山东省实现生产总值 67008.19 亿元，按环比价格计算，增长 7.6。经济成就的背后，依赖的是大量的能源消耗与不合理能源结构。优化能源结构对实现低碳山东具有重要的理论与实际意义。 1 二氧化碳排放现状山东省 GDP 的迅猛发展依赖着对能源消费特别是一次能源消费的高度需求。山东省统计局统计数据显示（图 1），近几年一次能源消费量虽略有降低，但在 2015 年时仍高达 14632.77 万 t 标准煤。一次能源结构及各类机组发电量统计情况显示（图 2、图 3），山东省能源消费具有一次能源以煤为主、发电方式以火电为主的特点，火力发电占据了总发电量的 99以上，处于绝对优势。据相关公式计算，山东省每年二氧化碳排放总量为 33804.08 万 t，电力行业占了二氧化碳总排放量的 38.97，并且有继续增长的趋势。这表明火电是山东省二氧化碳排放的主要源头之一，是发展低碳经济首要解决的问题。 2 清洁发展机制实施现状清洁发展机制简称 CDM，是京都议定书第十二条确定的一个基于市场的灵活机制，其核心内容是允许发达国家与发展中国家进行项目级的减排量抵消额的转让与获得，在发展中国家实施温室气体减排项目。截至 2016 年 5 月 16 日，我国已获得 CERs （核证减排量）签发的 CDM 项目有 1481 个；截至 2016 年 8 月 23 日，我国共有 5074 个 CDM 项目注册成功，预计二氧化碳年减排量共计 782 百万 t，我国在 CDM 市场上的地位举足轻重［1］。 2015 年 12 月 12 日，历经两周谈判，联合国气候变化大会最终形成了具有里程碑意义的巴黎协定。在气候变化新框架下，巴黎协定承继了共同但有区别的责任原则，确定了自主贡献承诺的减排模式，这为清洁发展机制的发展提供了一个新的契机。发达国家在自主减排过程中需要明确向发展中国家提供资金、技术、能力建设的支持。在自主减排的大环境下，我国抓住国际减排成果转让的机遇，推进国内 CDM 项目图 1 山东省一次能源消费量单位万 t 标准煤（数据来源山东省统计局）图 2 山东省一次能源结构单位万 kW （数据来源山东省统计局）图 3 山东省各类机组发电量单位万 kWh （数据来源山东省统计局）节能减排 90 2018．NO．3. ISSN1672-9064 CN35-1272/TK 转型，积极促成更多类型的自主减排模式和交易模式，在完成我国自主减排目标的基础上，提升我国在国际市场中碳排放交易的地位。山东省一直是国内 CDM 开发的重点省份之一。中国环境报资料显示，山东省积极实施 CDM 项目，已初步建立了 “政府引导、部门推动、市场运作、企业为主、社会参与、国际合作 ”的长效工作机制。截至 2012 年 4 月 4 日，山东省已有 198 个项目获得国家发改委批准，占全国已批准项目总数的 5，在全国排名第三；有 80 个项目获得成功注册，占全国已注册项目总数的 4.26，在全国排名第七；有 30 个项目获得签发［2］。目前，山东省已有 104 个 CDM 项目获得发改委批准，预计年减排二氧化碳 3040 万 t。尽管很多处于筹建阶段，若到 2020 年能完成一半以上的 CDM 项目投入运转，那么年减排二氧化碳也将达到 1520 万 t。 3 清洁能源及发电技术现状（1）风能资源与风力发电。 21 世纪以来，风电是全球范围内发展最快的能源形式。截至 2017 年 8 月，我国风电并网容量达到 1.6 亿 kW，位居世界第一［3］。山东省拥有漫长的海岸线，半岛沿海地区及近岸海域风能资源丰富，开发建设条件优良。山东电力集团公司资料显示，山东省可开发的风能资源总量达 170000 万 kW，居全国第三位。 2016 年山东风电产业累计并网装机容量达到 839 万 kW，风电发电量 147 亿 kWh。国家能源局下达山东省 2016 年风电开发建设规模为 330 万 kW，山东省 2016 年风电开发建设方案中规划 59 个风电项目共计 354.79 万 kWh，含备选计划五个项目共计 24.8 万 kW。在山东海上风电规划的指导下，山东省将重点在威海、烟台、滨州、东营、潍坊、青岛等地近海海域建设大型风电场，到 2020 年，海上风电装机容量达到 1000 万 kW。届时，可实现年发电量 387.88 亿 kWh，按等价计算可节约标准煤 1559.107 万 t，减排二氧化碳 3897.738 万 t。（2）太阳能资源与太阳能发电。山东省太阳能资源非常丰富，全省年日照时数 2281～2715h 之间，平均 2488h，年太阳辐射总量超过 500 万 kJ，相当于 731 亿 t 标准煤。此外，山东省平原和低矮丘陵面积广阔，适宜太阳能资源开发利用，便于开发利用的太阳能约合 7310 万 t 标准煤。山东省作为太阳能生产和使用大省，太阳能产业主要集中在太阳能热水器方面。 2011-2015 年，全省太阳能热水器年产能从 1700 万 m 2 增加到 4600 万 m 2 ，位居全国首位，太阳能热水器产业化和应用居于世界领先水平。山东省在太阳能光伏发电领域起步较晚，发电规模相比江苏、河北、江西等光伏发电大省较小。截至 2016 年 6 月底，山东电网光伏发电容量为 282 万 kW，其中集中式光伏电站 87 座，容量 209.5 万 kW，同比增长 4.2；分布式光伏发电项目 3895 个，容量 72.5 万 kW，同比增长 161 ［4］。随着国家能源局日前发布 2016 年光伏建设实施方案，山东成为全国瞩目焦点，按照国家计划，山东省 2016 年新增光伏建设规模为 200 万 kW，相比 2014 年 80 万 kW 增长了 150。有业内人士分析，建设 120 万 kW 规模的光伏电站所需投资接近 100 亿。此外，2016 年山东省新增建设指标全部转为光伏扶贫项目，这在全国尚属首例。（3）生物质能资源与生物质能发电。山东是农业大省，年生产各类农作物秸秆 7000 万 t，相当于 180 万 t 标准煤，如果其中 5000 万 t 秸秆用于发电，则可发电 326 亿 kWh，相当于全省年用电量的 18，这将大大优化山东省的电源结构。 2006 年全国首个生物质秸秆发电项目在山东单县建成投产，装机容量 2.5 万 kW。截止 2016 年底，全省生物质发电项目装机总量已达 179.4 万 kW，年发电量 918827 万 kWh，同比增长 1.70 ［5］。按等价计算每年节约标准煤 163.9 万 t，减排二氧化碳 407.76 万 t。（4）核能发电。山东省发展核电的地址条件良好，受国家调控和省内能源形势影响，直到 2003 年省内首座核电站海阳核电站才正式开工建设。据山东半岛蓝色经济区发展规划，山东规划建设海阳、荣成 2 个核电项目和烟台核电研发中心，力争在 2020 年初步形成两个核电基地。海阳核电采用目前世界最先进的 AP1000 核电技术，运行更安全，预计 2020 年 8 台机组全部投运，年发电量与三峡工程 2008 年全年发电量相当，相比同等规模燃煤电站每年减排二氧化碳 5000 多万 t。 4 节能高效发电技术及现状改革开放二十多年来，我国的发电装机容量快速增长。 2015 年底，山东省发电装机容量达到 9715.7 万 kW，其中煤电装机 8289.9 万 kW；人均装机 0.98kW，较 2010 年提高 0.4kW。用电量 5117 亿 kWh，发电量 4619.4 亿 kWh；接纳省外电量 497.6 亿 kWh，占全省用电量的 9.7。省内火力发电占据了总发电量的 99以上，并且这种格局在很长时间内不会改变。采用高效的洁净煤发电技术、提高能源转换效率和减少温室气体排放污染，是实现山东省电力产业低碳可持续发展的有效措施。 4.1 整体煤气化联合循环整体煤气化联合循环（IGCC）是把煤气化洁净技术和高效联合循环相结合的先进动力系统，具有发电效率高、环保特性突出、耗水量少以及多联产的优点。虽然该技术系统复杂，需要大量的初始资金投入，但从电力产业低碳可持续发展的角度考虑，山东省应当着眼发展 IGCC 电站。 2005 年兖矿集团在山东滕州建成 IGCC 多联产工业示范电站，项目总投资约 15.8 亿人民币，使用两台日处理 1150t 煤的多喷嘴对置式水煤浆气化炉（4.0MPa），配套 80MW 发电机组，年生产甲醇 24 万 t、醋酸 20 万 t。 4.2 超临界机组与超超临界机组提高火电机组发电效率，尽可能采用超临界 /超超临界的煤粉炉和循环流化床锅炉技术，是实现二氧化碳减排的有效途径之一。 2015 年装机容量达到 9716 万 kW，其中煤电装机 8290 万 kW，其中低于 30 万 kW 的小型火电机组仍占 4 成，超临界与超超临界机组共有 18 个其中有 6 处于筹建阶段。在火力为主的发电格局短期难以扭转的现状下，想要实现电力产业低碳能源改革，必须大幅度提高全省火电平均热效率，在发展高效环保的超临界与超超临界机组的同时关闭节能减排 91 2018．NO．3． ISSN1672-9064 CN35-1272/TK 低效率高排放的小型机组。若在 2020 年之前将山东省低于 30 万 kW 的小型火电机组全部关闭，以超临界与超超临界的机组取而代之，那么估测山东省每年将减排二氧化碳 5160 万 t，二氧化硫 51.5 万 t，节约 2580 万 t 煤，这能够极大的促进山东省低碳经济的发展。 4.3 增压流化床联合循环增压流化床联合循环（PFBC-CC）是一种集节能、高效、洁净等特点为一身的新型燃煤发电方式，主要是由增压流化床锅炉燃气轮机和蒸汽轮机组成。 PFBC-CC 具有发电效率高，环境性能好，煤种适应性广，灰渣可综合利用等突出优点，因而是很有发展前途的新型发电技术。预期未来的能源系统可以实现污染物的准零排放，燃煤发电系统的效率可达 60，天然气发电的效率可达 75。 4.4 热电联产与热电冷分布式能源系统 “十二五 ”时期，山东省热电有了长足的发展。 2016 年，山东省热电装机量达到 5605 万 kW，居全国第一，相比 2010 年增长了 100.1，占全省电力装机比重 51.23，占全省火电装机比重 62.17。热电供热量达 77004 万 GJ，占全国的 21。目前山东省公用热电企业有 269 家，占比 46，自备热电企业 316 家，占比 54 ［6］。在 “十三五 ”时期，要更好的发展山东省的热电行业，积极推进集中供热、热电冷联产，积极推进机组改造，实现纵深和长远发展的节能减排。 4.5 电站锅炉排烟余热利用山东省火电机组装机容量全国第一，排烟余热利用也是节能减排首选技术之一。省内锅炉低压省煤器烟气余热利用等方面拥有较好的研发和应用基础，众多机组已实施余热利用。该技术将锅炉烟气余热回收与汽轮机回热系统结合起来，在理论上己发展到结构系统最优化的阶段。目前已实施这一技术的电站锅炉容量 400～1000t/h，可以降低排烟温度 20～40℃，平均发电煤耗降低 2.5～3.0g 标煤 /kWh。建议营造相关政策环境和市场环境，引导火电和热电企业对机组实施余热利用改造，间接实现碳减排。 5 碳税对电力产业碳排放的影响 5.1 碳交易机制和碳排放监测核查体系碳交易的核心思想是建立一个碳排放总量控制下的交易市场，使市场机制在碳排放权配置上发挥决定性作用，进而以较低的社会成本实现温室气体排放控制目标。2016 年 1 月 11 日，国家发展改革委办公厅下发关于切实做好全国碳排放权交易市场启动重点工作的通知（发改办气候［2016］ 57 号），对全国碳排放权交易市场建设工作进行了具体部署。将能源使用产权化和商品化，与碳排放权和排污权一并投入市场交易和管理。目前，中国已经向外界宣布，2017 年启动全国碳交易市场体系，将覆盖钢铁、电力、化工、建材、造纸和有色金属等重点工业部门。今后 5 年，用能权和排污权交易市场也将相应地建立。碳交易是利用市场机制引领低碳经济发展的可行之路。碳排放监测核查体系（MRV 体系）是针对温室气体排放可监测、可报告、可核查的体系。可监测性要求明确测量的对象、方式以及认知测量的局限性，监测主要包括对温室气体排放的监测计划、涉及到监测方法、监测设备、检测周期等。 MRV 体系是建立碳排放权交易机制的技术基础，也是应对气候变化国际合作机制之一。通过建立 MRV 体系，能够为碳排放权交易和企业减排行动提供碳排放数据审定、核查、认证等服务，保证相关过程的公平、透明和结果的真实、可信，有助于实现减排义务和权益的对等发挥市场机制作用实现减排目标。 MRV 体系的建设，不仅对碳市场有着至关重要的支撑和推动作用，同时可以充实完善应对气候变化相关统计数据，为政府决策提供必要的支撑。 5.2 电力工业碳减排策略综合国际经验和国内己有的节能政策与实践，可以从政策手段、技术手段、市场手段 3 个层面对电力减缓碳排放的主要策略进行划分［7］，这些手段有所交叉但侧重点各有不同，具体见图 4。 5.3 碳税与碳排放与电网调度的相互影响碳税对电网调度的影响表现为，由于碳税对以煤电为代表的高排放电力产品的调节作用，征收碳税将直接影响整体电价，同时也会直接影响电力一次能源消费和电源结构。除直接影响外，征收碳税也会间接影响发电商和投资商行为。因此，碳税对电力碳排放的影响体现在，征收碳税会引导电力市场提高低排放电力比例，从而降低整体排放强度，在需求不变的情况下，碳排放总量将会减少。电网调度方式是传统的经济调度，是电力碳排放的直接决定因素。节能调度以及市场下的独立调度都将影响碳排放总量。电力碳排放、碳税和电网调度的关系见图 5 ［7］。山东省在新能源及节能减排领域一直走在国家政策的前列。山东省物价局关于电价调整有关事项的通知（鲁价格一发［2014］122 号），为进一步疏导燃煤发电企业脱硝、除尘等环保电价矛盾，根据国家发展改革委关于进一步疏导环保电价矛盾的通知（发改价格［2014］1908 号）规定，调整了相关上网电价及电网销售电价。山东省碳排放基数较大，碳排放交易与碳税会对省内发展低碳经济产生重要影响，涉及诸多行业的稳定与发展，建图 4 电力工业主要碳减排策略节能减排 92 2018．NO．3. ISSN1672-9064 CN35-1272/TK 烯线性回归方程为 Y2.0863X0.146，相关系数 r0.9993。在上述仪器工作条件下进行对浓度为 2.00mg/L 氯乙烯和二氯乙烯标准溶液平行分析 7 次，计算其标准编差 S。方法检出限按公式 MDLS·t （n-1，0.99）计算［6］，其中 t （n-1，0.99）为置信度为 99、自由度为 n-1 时 t 值，n 为重复次数，当 n7 时，t 值取 3.143，计算出氯乙烯检出限为 0.15mg/L，二氯乙烯检出限为 0.14mg/L。当采样体积为 30L，解吸液为 1mL 时，本方法测定环境空气中氯乙烯和二氯乙烯的最低检出浓度均为 0.005mg/m 3 。 2.3 方法精密度在上述气相色谱工作条件下对浓度为 4.00mg/L 和 10.00mg/L 氯乙烯和二氯乙烯的标准溶液平行测定 7 次，做重复性试验，计算其结果相对标准偏差均小于 2.5，因此该方法重复性较好，精密度符合分析测试质量控制要求，见表 1。 2.4 样品加标回收率试验采用本方法对某企业厂界四周环境进行采样分析，实验结果表明该企业厂界周围环境空气中均未检出氯乙烯和二氯乙烯。在 3 个空白活性炭管中分别加入 3、5、8μL 氯乙烯和二氯乙烯标准溶液，用 1.0mL 二硫化碳解吸后进行气相色谱分析，进行加标回收率实验。由表 2 可见，氯乙烯加标回收率为 93.7～104.4 ，二氯乙烯加标回收率为 93.0～ 103.8，本方法准确度符合分析测试质量控制要求。 3 结论本文建立了活怀炭采集空气样品，气相色谱法测定空气中氯乙烯和二氯乙烯的方法。实验结果表明，应用活性炭采集空气中氯乙烯和二氯乙烯，用二硫化碳解吸，采用毛细管色谱柱分离，氢火焰离子化检测器测定其质量浓度。本方法操作简单方便，线性范围比较宽，准确度和精密度高，检出限低，经实际操作证明该方法能满足环境空气中氯乙烯和二氯乙烯的监测要求。参考文献 1 国家环境保护局有毒化学品管理办公室 . 化学品毒性法规环境数据手册［M］.中国环境科学出版社，1992；389-399. 2 李艳。气相色谱法测定工业废气中的氯乙烯［J］.环境与发展，2013 （7）153-154. 3 植深晓，张晓淳，潘锦 .气相色谱法测定空气中丙烯腈的方法比对［J］.东莞理工学院学报，2017，24（3）87-90. 4 国家环保总局 .空气和废气监测分析方法指南［M］.第四版 .北京中国环境科学出版社 .2004. 5 夏荣波 .气相色谱法测定大气中乙酸乙酯和甲基丙烯酸甲酯［J］.环境科学导刊，2013，2122-124. 6 中国人民共和国环境保护部 .HJ168-2010 环境监测分析方法标准制修订技术导则［S］. 书书书表２摇加标回收率试验表样品成份本底值／（ｍｇ／Ｌ）加入量／（ｍｇ／Ｌ）测定值／（ｍｇ／Ｌ）回收率／％０．００３．００２．８１９３．７１氯乙烯０．００５．００４．８３９６．６０．００８．００８．３５１０４．４０．００３．００２．７９９３．０２二氯乙烯０．００５．００４．８６９７．２０．００８．００８．３０１０３．８书书书表１摇精密度试验表化合物名称标准值／（ｍｇ／Ｌ）测定值／（ｍｇ／Ｌ）平均值／（ｍｇ／Ｌ）ＲＳＤ／％氯乙烯４．００３．７０，３．６３，３．７５，３．８３，３．７２，３．７９，３．８６３．７５２．１１１０．０９．５２、９．６３、９．４０、９．３８、９．５８、９．４５、９．６５９．５２１．１５二氯乙烯４．００３．８０，３．７１，３．６３，３．７４，３．６８，３．８０，３．７５３．７３１．６７１０．０９．３８、９．５１、９．４５、９．６２、９．５５、９．６８、９．７０９．５６１．２４（上接第 89 页）议根据省内具体情况，对碳税等相关政策进行系统和缜密的提前论证，做好准备工作，减小碳排放交易和碳税对省内相关产业的影响。 6 结语山东省是全国经济发展的佼佼者，经济成就的背后，依赖的是大量的能源消耗与不合理能源结构。电力行业是山东碳减排的首要领域，构建电力产业低碳能源体系对发展低碳经济具有重要影响。山东省发展低碳经济拥有良好的技术条件与政策环境，通过山东省政府政策的支持，联合山东省各地高等院校和科研研究机构的技术帮助，山东省低碳经济的可持续发展势在必行。参考文献 1 宋诗歌 .气候变化新框架下情节发展机制研究［J］.知与行，2016，12 （7）89-93. 2 张永宁，辛翠平 .山东省情节发展机制项目实施存在的问题与对策［J］.中国石油大学学报，2013，29（5）43-48. 3 北极星风力发电网 . 数说中国风力发展这 8 个月［EB/OL］.http// news.bjx.com.cn/html/20170919/850947.shtml，2017-09-19. 4 中国电力 . 山东省用电负荷与并网光伏发电双创新高［EB/OL］. http//www.chinapower.com.cn/gfbwfd/20160816/47231.html，2016 - 8-16. 5 国际新能源网 .国家能源发布 2016 年度生物质能源发电监测评价通报［EB/OL］.http//newenergy.in-en.com/html/newenergy-2297527. shtml，2017-07-10. 6 北极星电力网 . 山东省热电行业调研报告［EB/OL］.http//news.bjx. com.cn/html/20170601/828434.shtml，2017-06-01. 7 胡正海 .我国电力工业碳排放分析与基于碳税的电网调度研究［D］. 北京北京交通大学电气工程学院，2010. 图 5 碳税、碳排放与电网调度的关系节能减排 93