□文/李耀煒 李子慕 于 銳 秦樹文

（1.河北北方學院經(jīng)濟管理學院 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.重慶大學經(jīng)濟與工商管理學院 重慶）

［提要］隨著我國“雙碳”目標的推進，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之一。針對河北省火力發(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)關于CO2和SO2減排量和減排潛力的測算模型，該模型通過對新增機組技術改進提升生產(chǎn)效率帶來的CO2減排量、新增燃煤發(fā)電裝機容量、燃煤電廠年平均運行小時數(shù)以及燃煤電廠使用的煤炭排放系數(shù)來測算二氧化碳減排量；通過技術效應導致火力發(fā)電企業(yè)發(fā)電量的變化、單位發(fā)電量的能源強度以及SO2排放強度的變化量來測算火力發(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11.3萬噸，到2025年預計碳減排量為10.1萬噸；同期，由于技術改進，SO2減排共計106.9萬噸；預計到2025年SO2排量降至14.3萬噸。因此，通過該方法可以簡便地預測河北省火力發(fā)電行業(yè)的綠色發(fā)展狀況，從而提高預測效率。

全球變暖是當前人類社會面臨的最具挑戰(zhàn)性問題之一，而二氧化碳排放被認為是造成這一現(xiàn)象的主要原因之一。與此同時，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到420ppm，高于過去十年的平均年值。中國提出了2030 年前實現(xiàn)“碳達峰”，2060 年前實現(xiàn)“碳中和”的目標，并啟動了國際減排合作行動。近年來，中國的煤炭消費量略有下降，但燃煤發(fā)電仍占煤炭消費總量的50%，在發(fā)電結(jié)構(gòu)中占主導地位。因此，研究火力發(fā)電行業(yè)節(jié)能減排及實現(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能源生產(chǎn)領域的結(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，備受全球關注，也是低碳經(jīng)濟發(fā)展的共同意識。SO2是大氣污染的主要來源，同樣對大氣環(huán)境和氣候造成惡化，也對人類的發(fā)展帶來危害。當前，中國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。為了進一步了解火力發(fā)電企業(yè)生產(chǎn)過程中的CO2、SO2減排潛力，對河北省火力發(fā)電行業(yè)實現(xiàn)區(qū)域低碳發(fā)展進行探討。

一、文獻綜述

中國電力行業(yè)的生產(chǎn)過程過度依賴化石燃料，導致行業(yè)自身的資源損耗和污染物排放指標與國際先進水平相差較大，CO2和大氣污染物的排放不僅量大，而且相對集中。中國電力行業(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，部分學者是基于消費端數(shù)據(jù)展開的碳排放測算，較多學者選擇用碳排放系數(shù)法對電力部門的碳排放進行測算，還有部分學者則采用自上而下的方法來測算電力行業(yè)的碳排放情況，或者與情景預測方法相結(jié)合對碳排放潛力進行預測研究。不同的數(shù)據(jù)和方法選擇會導致在研究結(jié)論上的差異，且鑒于統(tǒng)計數(shù)據(jù)獲得的限制，國內(nèi)外學者更多地是利用能源消費的宏觀統(tǒng)計數(shù)據(jù)展開碳排放的測算。

目前，針對協(xié)同效應中污染物控制、節(jié)能減排以及地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展之間的相互關聯(lián)和相互作用引起了學者廣泛的關注和研究。相關研究主要分為以下三個方面：控制CO2排放對其他大氣污染物造成的協(xié)同效應；控制大氣污染物排放過程中對CO2減排帶來的效應；針對CO2和大氣污染物協(xié)同減排政策協(xié)同效應的成效評價。當前，中國的碳排放主要指代CO2排放量仍在上升，且以火力發(fā)電為主的電力行業(yè)是最主要的排放來源，大量的CO2排放加劇了能源節(jié)約和生態(tài)環(huán)保問題。目前相關的減排研究主要關注于世界其他國家，中國的相關研究主要局限于對國外協(xié)同減排的經(jīng)驗總結(jié)，或只針對某些產(chǎn)業(yè)（如鋼鐵、電力）技術減排的研究。另外，現(xiàn)階段國內(nèi)外學者圍繞CO2及大氣污染物排放特性、排放測算、協(xié)同效應等方面開展了一些研究。這些成果為本研究提供了良好基礎，但仍然存在一些不足：這些研究主要從宏觀層面進行分析，協(xié)同減排效應的影響研究則顯缺乏；工業(yè)低碳發(fā)展路線也多以定性為主，而且針對電力行業(yè)低碳約束條件的減排路徑尚未明確；大多以國家層面進行，且為全行業(yè)，針對具有地方特點的電力行業(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)展角度對碳排放（CO2）和大氣污染物（SO2）減排展開研究。作為能源領域核心部門的電力行業(yè)，其低碳發(fā)展是我國碳排放目標和大氣污染治理得以實現(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)減排政策實施的費用，并盡可能降低政策實施失效的可能性。通過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，能夠產(chǎn)生緩解溫室效應、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，河北省發(fā)電量呈逐年增長趨勢，2022 年達到3，458.3 億千瓦時，較2015 年增長39%，其中火力發(fā)電量為2，705.6 億千瓦時，約占全年發(fā)電量的78.2%；風力發(fā)電量為551.6 億千瓦時，約占16%；太陽能發(fā)電量為176.4 億千瓦時，約占5.1%；水力發(fā)電量為24.8 億千瓦時，約占0.7%，如圖1 所示。從發(fā)電結(jié)構(gòu)來看，河北省火力發(fā)電仍然占據(jù)主導地位，而可再生能源的風能、太陽能、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)電裝機容量。2022 年，河北省新增可再生能源裝機1，400 萬千瓦時，實現(xiàn)可再生能源并網(wǎng)裝機達7，116.5 萬千瓦時，其中風電、太陽能發(fā)電裝機居全國前列。雖然現(xiàn)階段整體而言依舊沒有擺脫火力發(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，加速技術升級改造，提升煤炭高效利用。2022 年底完成火電機組節(jié)能改造136 臺，實現(xiàn)超低排放。另外，太陽能和風能發(fā)電量逐年提升，進一步促進河北省電力能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化，尤其是2020～2022 年水電、風電、太陽能發(fā)電呈快速增長模式，如圖2 所示。（圖2）

圖2 2015～2022年河北省各發(fā)電類型發(fā)電量統(tǒng)計圖

（二）河北省火力發(fā)電行業(yè)節(jié)能減排發(fā)展狀況。電力行業(yè)綠色低碳發(fā)展是河北省“十四五”時期節(jié)能降碳減排實現(xiàn)綠色高質(zhì)量發(fā)展的關鍵所在。河北省全面推動火力發(fā)電行業(yè)減煤減排行動，到2024 年將全部淘汰不符合節(jié)能減排30 萬千瓦時的火電機組，截至2020 年底共淘汰落后機組400 萬千瓦時，并完成城市區(qū)域發(fā)電機組的清潔燃料更替或搬遷。此外，對其他煤電機組開展超低排放改造升級，規(guī)劃和控制煤電建設規(guī)模，提升發(fā)電效率，2019～2022 年年均發(fā)電超過3，000 億千瓦時。截至2021 年底，河北省主要火力發(fā)電煤耗降為304.3 克標準煤/千瓦時，較2015 年下降5%，16.1 克標準煤，如圖3 所示。到2025 年將降至300 克標準煤/千瓦時以下，達到全國火電平均煤耗要求。目前，河北省火力發(fā)電企業(yè)基本實現(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)電能耗強度變化走勢圖

三、減排潛力核算

主要針對火力發(fā)電企業(yè)基于技術效應的碳排放和大氣污染排放，計算其減排潛力。

（一）碳減排潛力核算。基于火力發(fā)電機組技術效率提升直接減少CO2的排放量，本文以2015～2021 年河北省新增燃煤發(fā)電機組基于技術改進提升生產(chǎn)效率帶來的CO2減排量（ECT）為基礎測算2025 年的CO2減排量（ECT）。

其中，ECT是指新增機組技術改進提升生產(chǎn)效率帶來的CO2減排量；PCT是指新增燃煤發(fā)電裝機容量；HCT為燃煤電廠年平均運行小時數(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/噸標煤）。

（二）大氣污染物減排潛力核算。大氣污染物排放量計算采用技術效應導致的減排量，本文以2015～2021 年河北省改造燃煤發(fā)電機組基于技術改進提升生產(chǎn)效率帶來的SO2減排量為基礎測算到2025 年SO2減排量（ETE）。

其中，ETE為技術效應導致的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)電量的能源強度；△Ie為SO2排放強度的變化量；Iet 為火力發(fā)電企業(yè)t 年的SO2排放強度。

四、結(jié)果測算與討論

（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，近年來環(huán)境事件頻發(fā)，尤其是大氣污染和碳排放備受關注。為了滿足環(huán)境保護需要，實施節(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)是重點整改和更新行業(yè)。2015 年底，河北省火力發(fā)電裝機容量為4，115 萬千瓦，占全部電力裝機容量的70.5%；2021 年底，河北省火力發(fā)電裝機容量為5，424 萬千瓦，占全部電力裝機容量的49%，火力發(fā)電量為2，686.6 億千瓦時，約占全國同期的4.7%，發(fā)電平均利用小時數(shù)為4，160 小時，同期全國為4，690 小時。2025 年前后，河北省將實現(xiàn)調(diào)整電力結(jié)構(gòu)，減少火力發(fā)電新增裝機，并淘汰高污染和高耗能機組，大力發(fā)展清潔能源建設。從單位發(fā)電能耗來看，河北省2015 年火力發(fā)電單位標準煤耗為320.39 克標準煤/千瓦時，2021 年火力發(fā)電單位標準煤耗為304.3 克標準煤/千瓦時。2022 年河北火力發(fā)電量為2，705.6 億千瓦時，在2015～2022 年間，火力發(fā)電總量達2.07 萬億千瓦時，到2025 年火力發(fā)電將達到2，800 億千瓦時。由于河北省正在進行去產(chǎn)能和結(jié)構(gòu)調(diào)整，火力發(fā)電的新增裝機容量呈逐年遞減趨勢，同時大力革新現(xiàn)有技術實現(xiàn)節(jié)能減排，依據(jù)公式（1）可以對2015～2021 年新增火力發(fā)電行業(yè)碳減排進行計算，碳減排量為11.3 萬噸CO2；到2025 年，預計碳減排量為10.1 萬噸CO2。

河北省在促進電力行業(yè)低碳轉(zhuǎn)型，以實現(xiàn)碳中和、碳達峰的目標，對全省煤電機組進行升級改造，從2005 年供電標煤能耗370 克標準煤/千瓦時，降到2015 年的320.39 克標準煤/千瓦時，再到2025 年300克標準煤/千瓦時，實現(xiàn)效率提升和超低排放的目標。此外，不斷推進煤電機組節(jié)煤降耗改造、供熱改造和靈活性改造的“三改聯(lián)動”，并加快淘汰落后煤電產(chǎn)能，這也是出現(xiàn)火力發(fā)電預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 萬千瓦時，增加非化石能源消費比重將達到13%，主要實現(xiàn)火力發(fā)電跨帶升級改造，提升效率，進一步推動煤電清潔高效利用和能源結(jié)構(gòu)升級。

（二）火力發(fā)電企業(yè)SO2減排潛力?；鹆Πl(fā)電企業(yè)在運行過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 年開始，河北省穩(wěn)步推行燃煤發(fā)電機組升級改造工程，并制定污染物排放治理方案，同年關停5 臺高污染燃煤火電機組（30 萬千瓦）。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，由技術效應帶來的SO2減排量可以通過公式（2）、公式（3）對2015～2021 年火力發(fā)電行業(yè)SO2減排量進行計算，經(jīng)過近十年的治理和技術改革，河北省火力發(fā)電企業(yè)由原來2015 年排放148.6 萬噸，降至2021 年排放41.7 萬噸，SO2減排量為106.9 萬噸；預計到2025 年火力發(fā)電SO2排量為14.3 萬噸。

近年來，河北省對工業(yè)排放的治理力度逐年增強，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)合機制，有力推動超低排放時代的到來。目前，河北省各大火力發(fā)電企業(yè)在政府出臺的一系列激勵政策下不斷摸索和創(chuàng)新技術與經(jīng)濟運行方式，全省已有20 多家火力發(fā)電企業(yè)40 多臺機組實現(xiàn)超低排放。

五、結(jié)論

河北省火力發(fā)電企業(yè)的CO2和SO2減排以及實現(xiàn)綠色發(fā)展的前景和優(yōu)勢是非常明顯的。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，實現(xiàn)單位標準煤耗為304.3 克標準煤/千瓦時，煤電碳減排量為11.3 萬噸，到2025 年預計碳減排量為10.1 萬噸。技術改進減排SO2達106.9 萬噸；預計到2025 年煤電SO2排量為14.3萬噸。

河北省全面實施火力發(fā)電企業(yè)超低排放升級改造工程以來，不僅在碳排放和二氧化硫排放方面實現(xiàn)超低標準，在PM2.5、氮氧化物和煙塵方面也達到超低排放標準。此外，為促進河北省電力綠色發(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（如風電、水電、太陽能發(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)展帶來強勁的發(fā)展動力。