近年来由温室效应导致的全球变暖问题愈发严重。为共同应对全球气候变化,中国承诺CO2排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和,即“3060”目标。
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能源活动为我国最大CO2温室气体排放源,在我国CO2总排放量中占比近90%,其CO2全部来自化石燃料燃烧,其中电力行业贡献超过40%。燃煤发电作为我国当前主导能源,其CO2排放在整个电力行业中占比超过90%。为实现我国既定的“3060”目标,燃煤发电CO2减排受到各级政府及发电集团的高度重视,迫切需要掌握现有燃煤发电机组碳排放强度影响因素,为绿色低碳燃煤发电机组设计、改造提供依据,以不断降低碳排放强度。
鉴于此,在陕北、宁东、准东及哈密4个大型煤电基地选择典型燃煤机组,依据《中国发电企业温室气体排放核算方法与报告指南(试行)》及相关方法,对其碳排放强度进行核算,并在此基础上开展碳排放强度影响因素研究。
1 机组类型
本文共选择19个电厂38台机组,机组型式见表1。
表1 研究机组型式
1.1 机组容量
机组容量表征发电机组的额定发电功率,通常情况下,同一类型机组的机组容量越高,其发电效率越高,机组单位发电量的标准煤耗越低。当前我国燃煤电厂主导单台机组容量为300 MW级、600 MW级和1 000 MW级。本文研究的38台机组中,涉及300 MW级机组8台、600 MW级机组24台、1 000 MW级机组6台。以发电CO2排放强度为例,其随机组容量变化如图1所示。
图1 发电CO2排放强度随机组容量变化
由图1可以看出,就单台机组而言,受制约于碳排放强度多重因素影响,其随机组容量并无显著变化趋势。但对所有机组统计后发现,发电CO2排放强度随机组容量增加而降低。其中:600 MW级机组相比300 MW级机组降低约4.5%;1 000 MW级机组相比600 MW级机组降低约3.8%,相比 300 MW级机组降低约8.1%。
1.2 锅炉型式
本文所指锅炉型式主要根据锅炉蒸汽参数(主蒸汽压力、温度等)分为亚临界、超临界和(高效)超超临界锅炉,涉及亚临界锅炉12台,超临界锅炉10台,(高效)超超临界锅炉16台。其中亚临界锅炉主蒸汽压力为17.5 MPa,主蒸汽/再热蒸汽温度为538 ℃/538 ℃或540 ℃/540 ℃;超临界锅炉主蒸汽压力在25.4~25.8 MPa,主蒸汽/再热蒸汽温度约为570 ℃/570 ℃或566 ℃/566 ℃;超超临界锅炉主蒸汽压力在26.25~28.35 MPa,主蒸汽/再热蒸汽温度约为605 ℃/603 ℃或605 ℃/613 ℃;在超临界蒸汽参数基础上再次提高蒸汽压力和温度,即工业上的高效超超临界机组,本研究中高效超超临界机组主蒸汽压力为29.4 MPa,主蒸汽/再热蒸汽温度达到605 ℃/(613~623 ℃)。为不断降低能耗和减少污染物排放,当前世界主要经济体正开展700 ℃等级先进超超临界技术研发。