胡剛剛

(華北電力大學(xué)能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院，北京 102206)

中國(guó)電網(wǎng)線損率降低引起的CO2、SO2、NOx減排量計(jì)算

胡剛剛

(華北電力大學(xué)能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院，北京 102206)

在1953年-2013年全國(guó)供電量、火電份額、電網(wǎng)線損率、火電發(fā)電量、供電煤耗以及國(guó)內(nèi)158種動(dòng)力煤元素分析和收到基低位發(fā)熱量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，計(jì)算了CO2、SO2、NOx排放系數(shù)平均值和全國(guó)電網(wǎng)線損率下降引起的CO2、SO2、NOx的減排量。計(jì)算結(jié)果表明:對(duì)于國(guó)內(nèi)動(dòng)力煤，1.0kg標(biāo)準(zhǔn)煤的CO2、SO2、NOx的平均排放系數(shù)分別是2.934kg/kg，28171mg/kg，4420mg/kg;1953年-2013年全國(guó)電網(wǎng)線損率降低減少CO2排放量為3530萬(wàn)t，減少SO2排放量為33.9萬(wàn)t，減少NOx排放量為5.32萬(wàn)t。1996年后的CO2，SO2，NOx減排量超過總減排量的91%。

電網(wǎng);線損率降低;CO2;SO2;NOx;減排量

0 引言

線損率為線損電量占供電量的百分率［1］。我國(guó)的電網(wǎng)容量龐大，每年的供電量在線路中的損失量數(shù)量可觀。隨著電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和電網(wǎng)新技術(shù)的發(fā)展，比如1000kV特高壓輸電技術(shù)［2］和500kV超高壓輸電技術(shù)［3］，全國(guó)電網(wǎng)的線損率逐步降低。我國(guó)的電力生產(chǎn)主要依靠火電，2011年燃煤電廠發(fā)電量占全國(guó)發(fā)電量的82.4%［4］。

電網(wǎng)線損率的降低節(jié)約了大量煤炭［5］，同時(shí)減少了動(dòng)力煤燃燒過程中產(chǎn)生的CO2、SO2、NOx等氣體污染物的排放量。目前關(guān)于中國(guó)電網(wǎng)線損率降低減排的CO2、SO2、NOx等氣體方面的文獻(xiàn)較少。本文計(jì)算了1953年-2013年全國(guó)電網(wǎng)線損率降低減排的CO2、SO2、NOx等氣體的量，分析了CO2、SO2、 NOx等氣體減排量隨著年份的變化規(guī)律。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源與計(jì)算方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

年度供電量、線損率和供電煤耗數(shù)據(jù)來(lái)自1993年-2012年《中國(guó)電力年鑒》［6-9］，2013年數(shù)據(jù)來(lái)自中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)網(wǎng)站《2013年全國(guó)電力工業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)一覽表》［10］。因?yàn)閿?shù)據(jù)較多，本文省略數(shù)據(jù)表。其中，某些年份的數(shù)據(jù)不全，這些年份的數(shù)據(jù)根據(jù)相鄰年份數(shù)據(jù)線性插值估算。線性插值的年份包括:1953年-1956年數(shù)據(jù);1971年-1974年的數(shù)據(jù);2005年數(shù)據(jù)根據(jù)2004年和2006年數(shù)據(jù)線性插值得到。1953年-2013年的供電量(Ei)、線損率(ηi)、供電煤耗(bi)、火電量份額(ri)等數(shù)據(jù)見圖1，圖2。

158種國(guó)內(nèi)動(dòng)力煤數(shù)據(jù)來(lái)自101篇文獻(xiàn)，［11-14］只是其中一少部分。由于數(shù)據(jù)較多，本文略去動(dòng)力煤參數(shù)數(shù)據(jù)表。

圖1 1952年-2013年全國(guó)供電量和電網(wǎng)線損率變化

圖2 1952年-2013年全國(guó)供電煤耗和火電量份額變化

從圖2可知，全國(guó)供電量的82%左右來(lái)自火電，火力發(fā)電廠的供電煤耗總體上持續(xù)降低。

1.2 計(jì)算方法

假設(shè)i表示年份，i=1953～2013，某一年全國(guó)的供電量為 Ei，108(kW·h)，全國(guó)線損率為ηi，%;當(dāng)年的供電煤耗為bi，g/(kW·h);火電份額為ri。電源分為火電側(cè)、水電側(cè)、核電側(cè)、風(fēng)電側(cè)等。由于線損率的降低火電側(cè)每年節(jié)約的標(biāo)煤:

從1953年起，由于線損率的降低火電側(cè)累計(jì)節(jié)約的標(biāo)準(zhǔn)煤為ΣBsi(104t)為(i=1953，1954，……，2013):

假設(shè)Qnet，ar(kJ/kg)表示煤的收到基低位發(fā)熱量kJ/kg;Car、Sar分別表示動(dòng)力煤的收到基碳和硫的含量，%;Vy(m3/kg)表示1.0kg動(dòng)力煤的實(shí)際煙氣量(煙氣氧量O2=6%)。假設(shè)煤粉鍋爐采用低NOx燃燒技術(shù)之后的煙氣 NOx平均排放濃度為400mg/m3。1.0kg標(biāo)準(zhǔn)煤的CO2、SO2、NOx排放系數(shù)，見公式(3)～(5):

按照公式分別計(jì)算國(guó)內(nèi)158種動(dòng)力煤的CO2、SO2、NOx排放系數(shù)，得到 EFCO2=2.934kg/kg，EFSO2=28171mg/kg，EFNOx=4420mg/kg。

CO2的年度減排量按照公式(6)計(jì)算，1953年起的累計(jì)排放量按照公式(7)計(jì)算。其中 k= 1953，1954，……，2013。類似地可以計(jì)算出SO2和NOx的年度減排量、1953年起的累計(jì)排放量。

2 計(jì)算結(jié)果與討論

把全國(guó)年度供電量、線損率、供電煤耗以及CO2，SO2，NOx的排放系數(shù)等已知數(shù)據(jù)已知數(shù)據(jù)帶入公式(1)、(2)、(6)、(7)以及與SO2，NOx相關(guān)的計(jì)算公式，得到計(jì)算結(jié)果見圖3、圖4、圖5。

從圖3可知，由于全國(guó)電網(wǎng)線損率的降低，1953年-2013年的CO2減排量逐步提高。對(duì)照?qǐng)D1可知:1996年以后，全國(guó)電網(wǎng)的供電量提高幅度較大和線損率降低幅度較大，以上因素導(dǎo)致了CO2累計(jì)減排量大幅度提高。1953年-2013年的CO2累計(jì)減排量達(dá)到3530萬(wàn)t。其中1996年以后的累積減排量超過總減排量的91%。

對(duì)比圖4和圖3可知，全國(guó)電網(wǎng)的線損率降低引起的年度和累積SO2減排量變化規(guī)律類似于CO2年度和累計(jì)減排規(guī)律。1953年-2013年的SO2累計(jì)減排量達(dá)到33.9萬(wàn)t。

對(duì)比圖5和圖3可知，全國(guó)電網(wǎng)的線損率降低引起的年度和累積NOx減排量變化規(guī)律類似于CO2年度和累計(jì)減排規(guī)律。1953年-2013年的NOx累計(jì)減排量達(dá)到5.32萬(wàn)t。

全國(guó)年度供電量的上升是由于全國(guó)GDP的上升，雖然供電量隨著GDP的上升而增加的趨勢(shì)有所放緩，但仍然正相關(guān)。全國(guó)電網(wǎng)線損率的降低是由于農(nóng)網(wǎng)改造［15］、超高壓輸電技術(shù)、特高壓輸電技術(shù)改造升級(jí)以及低壓電網(wǎng)布局的優(yōu)化［16-17］產(chǎn)生的。隨著電網(wǎng)新技術(shù)的升級(jí)換代，線損率會(huì)進(jìn)一步降低。

圖3 1952年-2013年全國(guó)電網(wǎng)線損率降低引起的CO2年度減排量和累計(jì)減排量變化

圖4 1952年-2013年全國(guó)電網(wǎng)線損率降低引起的SO2年度減排量和累計(jì)減排量變化

圖5 1952年-2013年全國(guó)電網(wǎng)線損率降低引起的NOx年度減排量和累計(jì)減排量變化

3 結(jié)語(yǔ)

(1)對(duì)應(yīng)于1.0kg標(biāo)準(zhǔn)煤，中國(guó)158種動(dòng)力煤CO2、SO2、NOx平均排放系數(shù)分別是2.934kg/kg，28171mg/kg和4420mg/kg。

(2)全國(guó)電網(wǎng)線損率的降低和供電量的提高節(jié)約了火電電源側(cè)的標(biāo)準(zhǔn)煤消耗量，進(jìn)而減排了火電廠產(chǎn)生的CO2、SO2、NOx等氣體污染物。

(3)1953年-2013年，全國(guó)電網(wǎng)線損率的累計(jì)降低減排了CO23530萬(wàn)t，SO233.9萬(wàn)t，NOx5.32萬(wàn)t。隨著電網(wǎng)新技術(shù)的逐步推廣和升級(jí)換代，全國(guó)電網(wǎng)線損率會(huì)繼續(xù)降低，由此引起的火電電源側(cè)污染物CO2、SO2、NOx的排放量會(huì)進(jìn)一步降低。

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Calculation of reduction of CO2，SO2，NOxemission by reducing line loss rate of grid across China

On the data base of the Ultimate Analysis and LHV(as received base)of the 158 Chinese power coals and the power supply，the proportion of the coal fired power，line loss rate and power supply coal consumption from 1953 to 2013，calculation of the CO2，SO2，NOxemission factors and emission reduction of the CO2，SO2，NOxis discussed.The calculation reduction revealed that，for 1.0kg standard coal，the average emission factors of the CO2，SO2and NOxfor Chinese power coal are 2.934kg/kg，28171mg/kg，4420mg/kg，the total emission reduction of the CO2，SO2and NOxesulting from the line loss rate from 1953 to 2013 are 353× 105t，339×103t and 53.2×103t respectively.Besides，the emission reduction the CO2，SO2and NOxfrom 1996 accounted for more than 91%of the total emission reduction.

grid;reduction of the line loss rate;CO2;SO2;NOx;emission reduction

X701

:B

:1674-8069(2016)01-006-03

2016-09-29;

:2016-10-16

胡剛剛(1981-)，男，陜西西安人，工程師，研究方向?yàn)榛鹆Πl(fā)電節(jié)能及環(huán)境技術(shù)研究。E-mail:huganggangc@ncepu.edu.cn

中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金