□文/李耀煒 李子慕 于 銳 秦樹(shù)文

（1.河北北方學(xué)院經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院 河北·張家口；2.河北省礦產(chǎn)資源戰(zhàn)略與管理研究基地 河北·石家莊；3.重慶大學(xué)經(jīng)濟(jì)與工商管理學(xué)院 重慶）

［提要］隨著我國(guó)“雙碳”目標(biāo)的推進(jìn)，走節(jié)能減排的綠色能源發(fā)展道路是各省份的主要目標(biāo)之一。針對(duì)河北省火力發(fā)電行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及節(jié)能減排情況，提出用于火力發(fā)電行業(yè)關(guān)于CO2和SO2減排量和減排潛力的測(cè)算模型，該模型通過(guò)對(duì)新增機(jī)組技術(shù)改進(jìn)提升生產(chǎn)效率帶來(lái)的CO2減排量、新增燃煤發(fā)電裝機(jī)容量、燃煤電廠年平均運(yùn)行小時(shí)數(shù)以及燃煤電廠使用的煤炭排放系數(shù)來(lái)測(cè)算二氧化碳減排量；通過(guò)技術(shù)效應(yīng)導(dǎo)致火力發(fā)電企業(yè)發(fā)電量的變化、單位發(fā)電量的能源強(qiáng)度以及SO2排放強(qiáng)度的變化量來(lái)測(cè)算火力發(fā)電企業(yè)SO2排放潛力。研究表明：2015～2021年新增煤電碳減排量為11.3萬(wàn)噸，到2025年預(yù)計(jì)碳減排量為10.1萬(wàn)噸；同期，由于技術(shù)改進(jìn)，SO2減排共計(jì)106.9萬(wàn)噸；預(yù)計(jì)到2025年SO2排量降至14.3萬(wàn)噸。因此，通過(guò)該方法可以簡(jiǎn)便地預(yù)測(cè)河北省火力發(fā)電行業(yè)的綠色發(fā)展?fàn)顩r，從而提高預(yù)測(cè)效率。

全球變暖是當(dāng)前人類(lèi)社會(huì)面臨的最具挑戰(zhàn)性問(wèn)題之一，而二氧化碳排放被認(rèn)為是造成這一現(xiàn)象的主要原因之一。與此同時(shí)，世界上80%的能源是化石燃料，碳足跡巨大，到2022 年，世界上二氧化碳平均濃度將達(dá)到420ppm，高于過(guò)去十年的平均年值。中國(guó)提出了2030 年前實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”，2060 年前實(shí)現(xiàn)“碳中和”的目標(biāo)，并啟動(dòng)了國(guó)際減排合作行動(dòng)。近年來(lái)，中國(guó)的煤炭消費(fèi)量略有下降，但燃煤發(fā)電仍占煤炭消費(fèi)總量的50%，在發(fā)電結(jié)構(gòu)中占主導(dǎo)地位。因此，研究火力發(fā)電行業(yè)節(jié)能減排及實(shí)現(xiàn)碳排放峰值和碳中和的方法迫在眉睫。

河北省作為京津冀地區(qū)主要省份，在減少大氣污染排放和低碳化道路上不斷推動(dòng)能源生產(chǎn)領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和高質(zhì)量發(fā)展。目前，CO2為主的溫室氣體是全球升溫和全球氣候變化的主要因素，備受全球關(guān)注，也是低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展的共同意識(shí)。SO2是大氣污染的主要來(lái)源，同樣對(duì)大氣環(huán)境和氣候造成惡化，也對(duì)人類(lèi)的發(fā)展帶來(lái)危害。當(dāng)前，中國(guó)面臨溫室氣體和空氣污染雙重壓力和挑戰(zhàn)，而火力發(fā)電行業(yè)是上述二者排放的重要污染源之一。為了進(jìn)一步了解火力發(fā)電企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的CO2、SO2減排潛力，對(duì)河北省火力發(fā)電行業(yè)實(shí)現(xiàn)區(qū)域低碳發(fā)展進(jìn)行探討。

一、文獻(xiàn)綜述

中國(guó)電力行業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程過(guò)度依賴(lài)化石燃料，導(dǎo)致行業(yè)自身的資源損耗和污染物排放指標(biāo)與國(guó)際先進(jìn)水平相差較大，CO2和大氣污染物的排放不僅量大，而且相對(duì)集中。中國(guó)電力行業(yè)中因化石燃料燃燒所釋放的CO2占排放總量的40%，居所有行業(yè)之首。在數(shù)據(jù)選擇方面，部分學(xué)者是基于消費(fèi)端數(shù)據(jù)展開(kāi)的碳排放測(cè)算，較多學(xué)者選擇用碳排放系數(shù)法對(duì)電力部門(mén)的碳排放進(jìn)行測(cè)算，還有部分學(xué)者則采用自上而下的方法來(lái)測(cè)算電力行業(yè)的碳排放情況，或者與情景預(yù)測(cè)方法相結(jié)合對(duì)碳排放潛力進(jìn)行預(yù)測(cè)研究。不同的數(shù)據(jù)和方法選擇會(huì)導(dǎo)致在研究結(jié)論上的差異，且鑒于統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)獲得的限制，國(guó)內(nèi)外學(xué)者更多地是利用能源消費(fèi)的宏觀統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)展開(kāi)碳排放的測(cè)算。

目前，針對(duì)協(xié)同效應(yīng)中污染物控制、節(jié)能減排以及地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的相互關(guān)聯(lián)和相互作用引起了學(xué)者廣泛的關(guān)注和研究。相關(guān)研究主要分為以下三個(gè)方面：控制CO2排放對(duì)其他大氣污染物造成的協(xié)同效應(yīng)；控制大氣污染物排放過(guò)程中對(duì)CO2減排帶來(lái)的效應(yīng)；針對(duì)CO2和大氣污染物協(xié)同減排政策協(xié)同效應(yīng)的成效評(píng)價(jià)。當(dāng)前，中國(guó)的碳排放主要指代CO2排放量仍在上升，且以火力發(fā)電為主的電力行業(yè)是最主要的排放來(lái)源，大量的CO2排放加劇了能源節(jié)約和生態(tài)環(huán)保問(wèn)題。目前相關(guān)的減排研究主要關(guān)注于世界其他國(guó)家，中國(guó)的相關(guān)研究主要局限于對(duì)國(guó)外協(xié)同減排的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，或只針對(duì)某些產(chǎn)業(yè)（如鋼鐵、電力）技術(shù)減排的研究。另外，現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外學(xué)者圍繞CO2及大氣污染物排放特性、排放測(cè)算、協(xié)同效應(yīng)等方面開(kāi)展了一些研究。這些成果為本研究提供了良好基礎(chǔ)，但仍然存在一些不足：這些研究主要從宏觀層面進(jìn)行分析，協(xié)同減排效應(yīng)的影響研究則顯缺乏；工業(yè)低碳發(fā)展路線(xiàn)也多以定性為主，而且針對(duì)電力行業(yè)低碳約束條件的減排路徑尚未明確；大多以國(guó)家層面進(jìn)行，且為全行業(yè)，針對(duì)具有地方特點(diǎn)的電力行業(yè)減排措施的研究較少。為此，本研究以河北省火力發(fā)電行業(yè)低碳發(fā)展角度對(duì)碳排放（CO2）和大氣污染物（SO2）減排展開(kāi)研究。作為能源領(lǐng)域核心部門(mén)的電力行業(yè)，其低碳發(fā)展是我國(guó)碳排放目標(biāo)和大氣污染治理得以實(shí)現(xiàn)的重要一環(huán)。走低碳化發(fā)展與大氣污染物協(xié)同減排，可以降低電力行業(yè)減排政策實(shí)施的費(fèi)用，并盡可能降低政策實(shí)施失效的可能性。通過(guò)政策措施的有效組合，在降低碳排放與大氣污染物排放的同時(shí)，能夠產(chǎn)生緩解溫室效應(yīng)、改善大氣環(huán)境、有益身體健康、提高能源利用效率等附加收益。

二、河北省火力發(fā)電行業(yè)現(xiàn)狀

（一）河北省電力結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀。近年來(lái)，河北省發(fā)電量呈逐年增長(zhǎng)趨勢(shì)，2022 年達(dá)到3，458.3 億千瓦時(shí)，較2015 年增長(zhǎng)39%，其中火力發(fā)電量為2，705.6 億千瓦時(shí)，約占全年發(fā)電量的78.2%；風(fēng)力發(fā)電量為551.6 億千瓦時(shí)，約占16%；太陽(yáng)能發(fā)電量為176.4 億千瓦時(shí)，約占5.1%；水力發(fā)電量為24.8 億千瓦時(shí)，約占0.7%，如圖1 所示。從發(fā)電結(jié)構(gòu)來(lái)看，河北省火力發(fā)電仍然占據(jù)主導(dǎo)地位，而可再生能源的風(fēng)能、太陽(yáng)能、水能發(fā)電量約占1/3。（圖1）

圖1 2022年河北省發(fā)電量及構(gòu)成統(tǒng)計(jì)圖

河北省在“十四五”能源規(guī)劃中提出大力發(fā)展火電靈活性改造，快速提升新能源發(fā)電裝機(jī)容量。2022 年，河北省新增可再生能源裝機(jī)1，400 萬(wàn)千瓦時(shí)，實(shí)現(xiàn)可再生能源并網(wǎng)裝機(jī)達(dá)7，116.5 萬(wàn)千瓦時(shí)，其中風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)居全國(guó)前列。雖然現(xiàn)階段整體而言依舊沒(méi)有擺脫火力發(fā)電為主的情形，但是河北省在加快調(diào)整能源化結(jié)構(gòu)，提升能源保障能力，不斷淘汰一些火電落后產(chǎn)能，加速技術(shù)升級(jí)改造，提升煤炭高效利用。2022 年底完成火電機(jī)組節(jié)能改造136 臺(tái)，實(shí)現(xiàn)超低排放。另外，太陽(yáng)能和風(fēng)能發(fā)電量逐年提升，進(jìn)一步促進(jìn)河北省電力能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化，尤其是2020～2022 年水電、風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電呈快速增長(zhǎng)模式，如圖2 所示。（圖2）

圖2 2015～2022年河北省各發(fā)電類(lèi)型發(fā)電量統(tǒng)計(jì)圖

（二）河北省火力發(fā)電行業(yè)節(jié)能減排發(fā)展?fàn)顩r。電力行業(yè)綠色低碳發(fā)展是河北省“十四五”時(shí)期節(jié)能降碳減排實(shí)現(xiàn)綠色高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵所在。河北省全面推動(dòng)火力發(fā)電行業(yè)減煤減排行動(dòng)，到2024 年將全部淘汰不符合節(jié)能減排30 萬(wàn)千瓦時(shí)的火電機(jī)組，截至2020 年底共淘汰落后機(jī)組400 萬(wàn)千瓦時(shí)，并完成城市區(qū)域發(fā)電機(jī)組的清潔燃料更替或搬遷。此外，對(duì)其他煤電機(jī)組開(kāi)展超低排放改造升級(jí)，規(guī)劃和控制煤電建設(shè)規(guī)模，提升發(fā)電效率，2019～2022 年年均發(fā)電超過(guò)3，000 億千瓦時(shí)。截至2021 年底，河北省主要火力發(fā)電煤耗降為304.3 克標(biāo)準(zhǔn)煤/千瓦時(shí)，較2015 年下降5%，16.1 克標(biāo)準(zhǔn)煤，如圖3 所示。到2025 年將降至300 克標(biāo)準(zhǔn)煤/千瓦時(shí)以下，達(dá)到全國(guó)火電平均煤耗要求。目前，河北省火力發(fā)電企業(yè)基本實(shí)現(xiàn)超低排放，SO2排放濃度不高于35 毫克/立方米，排放總量大幅下降，特別是CO2排放濃度較“十三五”初下降20.5%。（圖3）

圖3 2015～2022年河北省火力發(fā)電能耗強(qiáng)度變化走勢(shì)圖

三、減排潛力核算

主要針對(duì)火力發(fā)電企業(yè)基于技術(shù)效應(yīng)的碳排放和大氣污染排放，計(jì)算其減排潛力。

（一）碳減排潛力核算?；诨鹆Πl(fā)電機(jī)組技術(shù)效率提升直接減少CO2的排放量，本文以2015～2021 年河北省新增燃煤發(fā)電機(jī)組基于技術(shù)改進(jìn)提升生產(chǎn)效率帶來(lái)的CO2減排量（ECT）為基礎(chǔ)測(cè)算2025 年的CO2減排量（ECT）。

其中，ECT是指新增機(jī)組技術(shù)改進(jìn)提升生產(chǎn)效率帶來(lái)的CO2減排量；PCT是指新增燃煤發(fā)電裝機(jī)容量；HCT為燃煤電廠年平均運(yùn)行小時(shí)數(shù)；Mm和Mn分別是指m 到n 年的單位發(fā)電量的煤耗；Cc是指燃煤電廠使用的煤炭排放系數(shù)（2.2132 噸CO2/噸標(biāo)煤）。

（二）大氣污染物減排潛力核算。大氣污染物排放量計(jì)算采用技術(shù)效應(yīng)導(dǎo)致的減排量，本文以2015～2021 年河北省改造燃煤發(fā)電機(jī)組基于技術(shù)改進(jìn)提升生產(chǎn)效率帶來(lái)的SO2減排量為基礎(chǔ)測(cè)算到2025 年SO2減排量（ETE）。

其中，ETE為技術(shù)效應(yīng)導(dǎo)致的SO2減排量；Pt為火力發(fā)電企業(yè)t 年的發(fā)電量；Tp為單位發(fā)電量的能源強(qiáng)度；△Ie為SO2排放強(qiáng)度的變化量；Iet 為火力發(fā)電企業(yè)t 年的SO2排放強(qiáng)度。

四、結(jié)果測(cè)算與討論

（一）火力發(fā)電企業(yè)碳減排潛力。河北省地處華北平原北部，近年來(lái)環(huán)境事件頻發(fā)，尤其是大氣污染和碳排放備受關(guān)注。為了滿(mǎn)足環(huán)境保護(hù)需要，實(shí)施節(jié)能減排、調(diào)節(jié)能源結(jié)構(gòu)是必然要求，尤其是高污染的火力發(fā)電行業(yè)是重點(diǎn)整改和更新行業(yè)。2015 年底，河北省火力發(fā)電裝機(jī)容量為4，115 萬(wàn)千瓦，占全部電力裝機(jī)容量的70.5%；2021 年底，河北省火力發(fā)電裝機(jī)容量為5，424 萬(wàn)千瓦，占全部電力裝機(jī)容量的49%，火力發(fā)電量為2，686.6 億千瓦時(shí)，約占全國(guó)同期的4.7%，發(fā)電平均利用小時(shí)數(shù)為4，160 小時(shí)，同期全國(guó)為4，690 小時(shí)。2025 年前后，河北省將實(shí)現(xiàn)調(diào)整電力結(jié)構(gòu)，減少火力發(fā)電新增裝機(jī)，并淘汰高污染和高耗能機(jī)組，大力發(fā)展清潔能源建設(shè)。從單位發(fā)電能耗來(lái)看，河北省2015 年火力發(fā)電單位標(biāo)準(zhǔn)煤耗為320.39 克標(biāo)準(zhǔn)煤/千瓦時(shí)，2021 年火力發(fā)電單位標(biāo)準(zhǔn)煤耗為304.3 克標(biāo)準(zhǔn)煤/千瓦時(shí)。2022 年河北火力發(fā)電量為2，705.6 億千瓦時(shí)，在2015～2022 年間，火力發(fā)電總量達(dá)2.07 萬(wàn)億千瓦時(shí)，到2025 年火力發(fā)電將達(dá)到2，800 億千瓦時(shí)。由于河北省正在進(jìn)行去產(chǎn)能和結(jié)構(gòu)調(diào)整，火力發(fā)電的新增裝機(jī)容量呈逐年遞減趨勢(shì)，同時(shí)大力革新現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，依據(jù)公式（1）可以對(duì)2015～2021 年新增火力發(fā)電行業(yè)碳減排進(jìn)行計(jì)算，碳減排量為11.3 萬(wàn)噸CO2；到2025 年，預(yù)計(jì)碳減排量為10.1 萬(wàn)噸CO2。

河北省在促進(jìn)電力行業(yè)低碳轉(zhuǎn)型，以實(shí)現(xiàn)碳中和、碳達(dá)峰的目標(biāo)，對(duì)全省煤電機(jī)組進(jìn)行升級(jí)改造，從2005 年供電標(biāo)煤能耗370 克標(biāo)準(zhǔn)煤/千瓦時(shí)，降到2015 年的320.39 克標(biāo)準(zhǔn)煤/千瓦時(shí)，再到2025 年300克標(biāo)準(zhǔn)煤/千瓦時(shí)，實(shí)現(xiàn)效率提升和超低排放的目標(biāo)。此外，不斷推進(jìn)煤電機(jī)組節(jié)煤降耗改造、供熱改造和靈活性改造的“三改聯(lián)動(dòng)”，并加快淘汰落后煤電產(chǎn)能，這也是出現(xiàn)火力發(fā)電預(yù)期碳排放降低的原因。到2025 年，河北省火力發(fā)電總規(guī)模穩(wěn)定在5，100 萬(wàn)千瓦時(shí)，增加非化石能源消費(fèi)比重將達(dá)到13%，主要實(shí)現(xiàn)火力發(fā)電跨帶升級(jí)改造，提升效率，進(jìn)一步推動(dòng)煤電清潔高效利用和能源結(jié)構(gòu)升級(jí)。

（二）火力發(fā)電企業(yè)SO2減排潛力?；鹆Πl(fā)電企業(yè)在運(yùn)行過(guò)程中不僅僅涉及碳排放，還有一些其他的污染物也是造成大氣環(huán)境污染的主要成因，尤其是SO2排放。目前，我國(guó)火力發(fā)電企業(yè)基本都有自己的脫硫、脫硝、除塵等控制措施，但是還存在SO2排放的情況。從2015 年開(kāi)始，河北省穩(wěn)步推行燃煤發(fā)電機(jī)組升級(jí)改造工程，并制定污染物排放治理方案，同年關(guān)停5 臺(tái)高污染燃煤火電機(jī)組（30 萬(wàn)千瓦）。2015 年火力發(fā)電執(zhí)行SO2排放濃度為200mg/m3，2022 年后執(zhí)行25mg/m3的排放濃度。因此，由技術(shù)效應(yīng)帶來(lái)的SO2減排量可以通過(guò)公式（2）、公式（3）對(duì)2015～2021 年火力發(fā)電行業(yè)SO2減排量進(jìn)行計(jì)算，經(jīng)過(guò)近十年的治理和技術(shù)改革，河北省火力發(fā)電企業(yè)由原來(lái)2015 年排放148.6 萬(wàn)噸，降至2021 年排放41.7 萬(wàn)噸，SO2減排量為106.9 萬(wàn)噸；預(yù)計(jì)到2025 年火力發(fā)電SO2排量為14.3 萬(wàn)噸。

近年來(lái)，河北省對(duì)工業(yè)排放的治理力度逐年增強(qiáng)，并將碳排放和大氣污染物排放防治成效納入政府工作考核中，形成政府-企業(yè)聯(lián)合機(jī)制，有力推動(dòng)超低排放時(shí)代的到來(lái)。目前，河北省各大火力發(fā)電企業(yè)在政府出臺(tái)的一系列激勵(lì)政策下不斷摸索和創(chuàng)新技術(shù)與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式，全省已有20 多家火力發(fā)電企業(yè)40 多臺(tái)機(jī)組實(shí)現(xiàn)超低排放。

五、結(jié)論

河北省火力發(fā)電企業(yè)的CO2和SO2減排以及實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展的前景和優(yōu)勢(shì)是非常明顯的。2015～2021 年，火力發(fā)電在淘汰落后產(chǎn)能和提升效率方面成效非常突出，實(shí)現(xiàn)單位標(biāo)準(zhǔn)煤耗為304.3 克標(biāo)準(zhǔn)煤/千瓦時(shí)，煤電碳減排量為11.3 萬(wàn)噸，到2025 年預(yù)計(jì)碳減排量為10.1 萬(wàn)噸。技術(shù)改進(jìn)減排SO2達(dá)106.9 萬(wàn)噸；預(yù)計(jì)到2025 年煤電SO2排量為14.3萬(wàn)噸。

河北省全面實(shí)施火力發(fā)電企業(yè)超低排放升級(jí)改造工程以來(lái)，不僅在碳排放和二氧化硫排放方面實(shí)現(xiàn)超低標(biāo)準(zhǔn)，在PM2.5、氮氧化物和煙塵方面也達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)。此外，為促進(jìn)河北省電力綠色發(fā)展，雖然火力發(fā)電目前仍占有主要地位，但在電力結(jié)構(gòu)中的比重逐漸降低，真正意義上的綠色電力（如風(fēng)電、水電、太陽(yáng)能發(fā)電和生物質(zhì)發(fā)電）的占比逐年增加，正為河北省綠色能源發(fā)展帶來(lái)強(qiáng)勁的發(fā)展動(dòng)力。