在能源變革的浪潮中，火電機組在新型電力系統(tǒng)的舞臺上，被賦予了新的使命。2024年7月15日，國家發(fā)改委、國家能源局印發(fā)《煤電低碳化改造建設行動方案(2024—2027年)》，提出了生物質(zhì)摻燒、綠氨摻燒、CCUS三條重點低碳轉(zhuǎn)型路徑，煤電低碳化轉(zhuǎn)型正式進入深水區(qū)。
作為集團公司核心電力上市公司和常規(guī)能源發(fā)電業(yè)務整合平臺、火電行業(yè)的領軍企業(yè)，實施煤電低碳化改造，讓煤電機組更好地適應新型電力系統(tǒng)的需求，推動煤電行業(yè)的技術(shù)升級和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型是必經(jīng)之路。國電電力聚焦主責主業(yè)，以科技創(chuàng)新引領產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新，正破浪前行于綠色轉(zhuǎn)型的航道，以更加低碳、環(huán)保的姿態(tài)，為千家萬戶送去光明與溫暖，用實際行動詮釋著能源行業(yè)的責任擔當和時代使命，為實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標注入強勁動力。
“煤電+生物質(zhì)”助力“雙碳”
相較燃煤發(fā)電，生物質(zhì)發(fā)電碳排放強度低，僅為燃煤的1.8%左右，可以間接實現(xiàn)零碳排放，是“雙碳”目標下降低煤電機組碳排放量的有效手段之一。
國電電力充分考慮不同地區(qū)的資源稟賦和環(huán)境特點，因地制宜實施生物質(zhì)摻燒，如農(nóng)林廢棄物、沙生植物、能源植物等，在促進當?shù)厣镔|(zhì)資源綜合利用的同時，帶動地方經(jīng)濟發(fā)展。
在內(nèi)蒙古錫林郭勒大草原，牛糞是很常見的廢棄物，看似不起眼，但作為摻燒的原料具有更高的價值。2024年8月14日，全國首例“牛糞摻燒”在勝利電廠試驗成功，一臺660兆瓦機組按照10%的摻燒比例估算，每年能摻燒牛糞大約20萬噸，節(jié)省標煤7.14萬噸，減少二氧化碳排放19萬噸，碳減排增收1710萬元，降低供電煤耗約13.35克/千瓦時，在草原變“糞”為“能”，開辟了低碳發(fā)展的“新賽道”。
除了牛糞，沙柳作為沙漠植物，是“三北防護林”和陜北地區(qū)防風固沙造林面積最大的喬灌木植物，具有“平茬復壯”的生物習性，也是一種高熱值植物，是發(fā)展生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)的優(yōu)質(zhì)原料。
2024年11月，內(nèi)蒙古能源公司布連電廠沙柳生物質(zhì)顆粒生產(chǎn)線開工，錦界公司沙柳生物質(zhì)破碎磨粉耦合燃煤機組降碳發(fā)電技術(shù)研發(fā)與應用項目投入運行，為沙柳生物質(zhì)耦合燃煤機組降碳發(fā)電技術(shù)的研發(fā)與應用提供了有力支撐，更為電廠周邊100公里范圍內(nèi)的生物質(zhì)資源找到了一條高效的利用途徑。改造后的燃煤機組每年可摻燒沙柳生物質(zhì)10至20萬噸，代替標煤5.7至11.4萬噸，減少二氧化碳排放14.8至29.6萬噸。
在推動“煤電+生物質(zhì)”模式過程中，國電電力不僅注重生物質(zhì)摻燒，還精心布局生物質(zhì)能源的儲備，上海廟公司在全國單體最大采煤沉陷區(qū)光伏基地的光伏板下開展“萬畝檸條”種植，內(nèi)蒙古能源公司在治沙站作業(yè)區(qū)、周邊村莊種植沙柳12500畝，既為沙漠披上綠裝，防風固沙，又源源不斷地為生物質(zhì)能源“糧倉”輸送“糧食”，實現(xiàn)了生態(tài)治理和降碳減污的協(xié)同推進。
“煤電+氨” 源頭減碳
清潔能源的本質(zhì)在于不含“碳”，燃燒過程不會產(chǎn)生二氧化碳。氨作為一種清潔能源載體，熱值與原煤接近，能夠在源頭上減少煤炭的使用，減少二氧化碳排放，而且在化工、農(nóng)業(yè)、制冷等領域被廣泛應用，大規(guī)模儲存和運輸基礎設施與技術(shù)成熟完善。基于這些優(yōu)勢，國電電力開始積極探索“氨煤混燃”技術(shù)，推動能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級。
但混氨燃燒并不是件易事，雖然氨中無碳，卻含有氮，燃燒中如果控制不當很容易生成大量的氮氧化物，也會造成污染。而且氨的燃點高，可燃極限范圍窄，燃燒的穩(wěn)定性和燃盡率也是需要研究的。
2021年7月，為了破解這些關(guān)鍵難題，國電電力依托國家能源集團“燃煤鍋爐混氨燃燒技術(shù)開發(fā)與工程示范”項目，聯(lián)合集團內(nèi)部煙臺龍源公司，踏上了混氨技術(shù)的攻關(guān)之路。分析國內(nèi)外氨燃料研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，研究氨燃燒特性、燃燒機理，牽頭前往三河公司和寧煤煤制油公司進行現(xiàn)場調(diào)研，聯(lián)合天津大學按現(xiàn)場實際需求開展機理實驗研究。
想要精準控制氮氧化物的生成量、掌握氨燃料的燃盡程度，離不開一套精細的計算流程與模型。開發(fā)了適用于工程應用的混氨燃燒簡化反應機理及混氨燃燒的三維CFD數(shù)值計算模型，來評估不同混氨方式和混氨比例條件下，鍋爐混氨燃燒對鍋爐傳熱分布與氮氧化物排放的影響。應用這一計算模型后，氮氧化物排放的計算偏差可縮小到4.25%，這樣一來就能更好地指導優(yōu)化鍋爐在不同負荷下混氨燃燒的運行模式，確保氮氧化物的排放在可控范圍，減少大氣污染。
有了理論和計算數(shù)據(jù)的支撐后，又把步子邁到了實踐上。設計搭建了混氨燃燒機理小尺度實驗臺，進行了不同混氨位置與比例、不同混合燃料、不同燃盡風位置與比例、不同爐膛溫度等條件下的混氨燃燒機理實驗，驗證了燃煤機組混氨燃燒對燃料燃盡影響很小，氮氧化物的排放雖有升高，但仍在可控范圍，而且有很大的優(yōu)化潛力，開辟出了降碳減污的新路子。
2022年1月20日，這一技術(shù)路線成功落地，世界首個燃煤鍋爐混氨燃燒技術(shù)工業(yè)應用項目在山東煙臺成功投運，國際上首次在40兆瓦燃煤鍋爐實現(xiàn)混氨燃燒熱量比例達35%的中試驗證，氨燃盡率達到99.99%，達到國際領先水平。與純煤燃料相比，氨煤混燃碳減排幅度超過35%，為我國燃煤機組提供了一條從源頭實現(xiàn)大幅度碳減排的技術(shù)路徑。
“煤電+CCUS”末端降碳
火電廠作為碳排放“大戶”，排放的二氧化碳主要源自煤炭燃燒，而CCUS技術(shù)能夠精準捕獲這些二氧化碳，大幅降低火電廠的碳排放量，不僅為實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標提供了切實可行的技術(shù)路徑，還為火電行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展注入了強勁動力。
早在2015年，國電電力就將目光聚焦于此，依托國家重點研發(fā)計劃和企業(yè)級系列重點科技項目，開展CCUS技術(shù)研發(fā)，確定核心工藝包、技術(shù)路線和工程設計。2019年，在錦界公司開工建設了當時國內(nèi)最大規(guī)模的15萬噸/年燃煤電廠燃燒后二氧化碳捕集-驅(qū)油/封存全流程示范工程，2021年6月25日一次通過168小時試運行。
在國際上首次實現(xiàn)CO2捕集率大于90%、CO2濃度大于99.95%、再生能耗小于2.35吉焦/噸CO2的重大突破，綜合捕集成本低于185元/噸，整體性能和經(jīng)濟指標國際領先，探索出了一條末端減碳的新路子。主要技術(shù)成果在煤電、鋼鐵等行業(yè)萬噸級、十萬噸級CCUS示范項目中得到應用。
除了傳統(tǒng)的吸收捕集技術(shù)，國電電力還在化學鏈礦化技術(shù)方面取得了創(chuàng)新突破。2022年12月，在大同公司建設了國內(nèi)首套化學鏈礦化CCUS項目，每年可將1000噸二氧化碳氣體轉(zhuǎn)化為微米級碳酸鈣產(chǎn)品，煙氣中二氧化碳的回收利用率大于80%，實現(xiàn)了長期穩(wěn)定固碳，進一步降低了碳排放量。
圖為CCUS項目現(xiàn)場
2023年4月，國電電力牽頭組建的“煤基能源CCUS研發(fā)中心”入選國家能源局創(chuàng)新平臺名單，成為集團公司首個且唯一的CCUS國家級研發(fā)平臺，在“高效低能耗CO2捕集、多途徑CO2資源化利用、規(guī)模化CO2地質(zhì)封存和CCUS發(fā)展戰(zhàn)略及政策”四個方向布局了多項重大技術(shù)裝備攻關(guān)和工程示范類研究項目，取得了系列成果，累計獲得集團和電力、能源、環(huán)保、煤炭等領域8項重量級科技大獎，“煤基能源二氧化碳捕集利用與封存技術(shù)”入選2023年“科創(chuàng)中國”綠色低碳領域先導技術(shù)榜。
“要利用好CCUS國家級研發(fā)平臺，爭創(chuàng)更多國際領先，增強中國在國際氣候談判中的話語權(quán)。”2023年7月，原中國氣候變化事務特使解振華一行到國電電力調(diào)研，對CCUS創(chuàng)新實踐給予了積極評價，更激活了國電電力向新向綠的內(nèi)生動力。
2024年，國電電力以大項目建設帶動科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)裝備升級，積極響應煤電低碳化改造CCUS工程示范，謀劃“能源金三角地區(qū)600兆瓦等級煤電400萬噸級全煙氣CCUS關(guān)鍵技術(shù)研究與工程示范”項目獲批，是全國最早一批具備落地實施條件的全流量低能耗CO2捕集技術(shù)示范項目，被列入國務院國資委中央企業(yè)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)“百大工程”專項行動項目清單，將作為國家樣板推動中國CCUS全鏈條產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，進一步提升捕集效率、降低能耗和成本，拓展二氧化碳資源化利用的途徑，實現(xiàn)從技術(shù)突破到產(chǎn)業(yè)化的跨越。
近十年里，國電電力持續(xù)創(chuàng)新和應用CCUS技術(shù)，從無到有，從小到大，由“新”向“更新”，推動煤電行業(yè)向更清潔、更低碳的方向發(fā)展。
當前，新型電力系統(tǒng)建設進入加速期，“應用零碳或低碳技術(shù)，促進煤電碳排放水平大幅下降”是煤電轉(zhuǎn)型的長期目標。在多元協(xié)同降碳路徑的引領下，國電電力正將一座座傳統(tǒng)火電廠，打造成低碳、環(huán)保的綠色能源基地，用實際行動深耕低碳技術(shù)，拓展降碳邊界，以更加昂揚的姿態(tài)，向著“雙碳”目標奮勇前行，為我國能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型貢獻更大的力量。(文字：張旖晴)
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