在能源變革的浪潮中，火電機(jī)組在新型電力系統(tǒng)的舞臺(tái)上，被賦予了新的使命。2024年7月15日，國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局印發(fā)《煤電低碳化改造建設(shè)行動(dòng)方案(2024—2027年)》，提出了生物質(zhì)摻燒、綠氨摻燒、CCUS三條重點(diǎn)低碳轉(zhuǎn)型路徑，煤電低碳化轉(zhuǎn)型正式進(jìn)入深水區(qū)。
作為集團(tuán)公司核心電力上市公司和常規(guī)能源發(fā)電業(yè)務(wù)整合平臺(tái)、火電行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)，實(shí)施煤電低碳化改造，讓煤電機(jī)組更好地適應(yīng)新型電力系統(tǒng)的需求，推動(dòng)煤電行業(yè)的技術(shù)升級(jí)和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型是必經(jīng)之路。國(guó)電電力聚焦主責(zé)主業(yè)，以科技創(chuàng)新引領(lǐng)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(wàn)戶(hù)送去光明與溫暖，用實(shí)際行動(dòng)詮釋著能源行業(yè)的責(zé)任擔(dān)當(dāng)和時(shí)代使命，為實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)注入強(qiáng)勁動(dòng)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(qiáng)度低，僅為燃煤的1.8%左右，可以間接實(shí)現(xiàn)零碳排放，是“雙碳”目標(biāo)下降低煤電機(jī)組碳排放量的有效手段之一。
國(guó)電電力充分考慮不同地區(qū)的資源稟賦和環(huán)境特點(diǎn)，因地制宜實(shí)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(jìn)當(dāng)?shù)厣镔|(zhì)資源綜合利用的同時(shí)，帶動(dòng)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展。
在內(nèi)蒙古錫林郭勒大草原，牛糞是很常見(jiàn)的廢棄物，看似不起眼，但作為摻燒的原料具有更高的價(jià)值。2024年8月14日，全國(guó)首例“牛糞摻燒”在勝利電廠(chǎng)試驗(yàn)成功，一臺(tái)660兆瓦機(jī)組按照10%的摻燒比例估算，每年能摻燒牛糞大約20萬(wàn)噸，節(jié)省標(biāo)煤7.14萬(wàn)噸，減少二氧化碳排放19萬(wàn)噸，碳減排增收1710萬(wàn)元，降低供電煤耗約13.35克/千瓦時(shí)，在草原變“糞”為“能”，開(kāi)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(hù)林”和陜北地區(qū)防風(fēng)固沙造林面積最大的喬灌木植物，具有“平茬復(fù)壯”的生物習(xí)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(chǎng)沙柳生物質(zhì)顆粒生產(chǎn)線(xiàn)開(kāi)工，錦界公司沙柳生物質(zhì)破碎磨粉耦合燃煤機(jī)組降碳發(fā)電技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用項(xiàng)目投入運(yùn)行，為沙柳生物質(zhì)耦合燃煤機(jī)組降碳發(fā)電技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用提供了有力支撐，更為電廠(chǎng)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(jī)組每年可摻燒沙柳生物質(zhì)10至20萬(wàn)噸，代替標(biāo)煤5.7至11.4萬(wàn)噸，減少二氧化碳排放14.8至29.6萬(wàn)噸。
在推動(dòng)“煤電+生物質(zhì)”模式過(guò)程中，國(guó)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(chǔ)備，上海廟公司在全國(guó)單體最大采煤沉陷區(qū)光伏基地的光伏板下開(kāi)展“萬(wàn)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(fēng)固沙，又源源不斷地為生物質(zhì)能源“糧倉(cāng)”輸送“糧食”，實(shí)現(xiàn)了生態(tài)治理和降碳減污的協(xié)同推進(jìn)。
“煤電+氨” 源頭減碳
清潔能源的本質(zhì)在于不含“碳”，燃燒過(guò)程不會(huì)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(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，大規(guī)模儲(chǔ)存和運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施與技術(shù)成熟完善?；谶@些優(yōu)勢(shì)，國(guó)電電力開(kāi)始積極探索“氨煤混燃”技術(shù)，推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級(jí)。
但混氨燃燒并不是件易事，雖然氨中無(wú)碳，卻含有氮，燃燒中如果控制不當(dāng)很容易生成大量的氮氧化物，也會(huì)造成污染。而且氨的燃點(diǎn)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(guó)電電力依托國(guó)家能源集團(tuán)“燃煤鍋爐混氨燃燒技術(shù)開(kāi)發(fā)與工程示范”項(xiàng)目，聯(lián)合集團(tuán)內(nèi)部煙臺(tái)龍?jiān)垂?，踏上了混氨技術(shù)的攻關(guān)之路。分析國(guó)內(nèi)外氨燃料研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，研究氨燃燒特性、燃燒機(jī)理，牽頭前往三河公司和寧煤煤制油公司進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，聯(lián)合天津大學(xué)按現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求開(kāi)展機(jī)理實(shí)驗(yàn)研究。
想要精準(zhǔn)控制氮氧化物的生成量、掌握氨燃料的燃盡程度，離不開(kāi)一套精細(xì)的計(jì)算流程與模型。開(kāi)發(fā)了適用于工程應(yīng)用的混氨燃燒簡(jiǎn)化反應(yīng)機(jī)理及混氨燃燒的三維CFD數(shù)值計(jì)算模型，來(lái)評(píng)估不同混氨方式和混氨比例條件下，鍋爐混氨燃燒對(duì)鍋爐傳熱分布與氮氧化物排放的影響。應(yīng)用這一計(jì)算模型后，氮氧化物排放的計(jì)算偏差可縮小到4.25%，這樣一來(lái)就能更好地指導(dǎo)優(yōu)化鍋爐在不同負(fù)荷下混氨燃燒的運(yùn)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(jì)算數(shù)據(jù)的支撐后，又把步子邁到了實(shí)踐上。設(shè)計(jì)搭建了混氨燃燒機(jī)理小尺度實(shí)驗(yàn)臺(tái)，進(jìn)行了不同混氨位置與比例、不同混合燃料、不同燃盡風(fēng)位置與比例、不同爐膛溫度等條件下的混氨燃燒機(jī)理實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了燃煤機(jī)組混氨燃燒對(duì)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(kāi)辟出了降碳減污的新路子。
2022年1月20日，這一技術(shù)路線(xiàn)成功落地，世界首個(gè)燃煤鍋爐混氨燃燒技術(shù)工業(yè)應(yīng)用項(xiàng)目在山東煙臺(tái)成功投運(yùn)，國(guó)際上首次在40兆瓦燃煤鍋爐實(shí)現(xiàn)混氨燃燒熱量比例達(dá)35%的中試驗(yàn)證，氨燃盡率達(dá)到99.99%，達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。與純煤燃料相比，氨煤混燃碳減排幅度超過(guò)35%，為我國(guó)燃煤機(jī)組提供了一條從源頭實(shí)現(xiàn)大幅度碳減排的技術(shù)路徑。
“煤電+CCUS”末端降碳
火電廠(chǎng)作為碳排放“大戶(hù)”，排放的二氧化碳主要源自煤炭燃燒，而CCUS技術(shù)能夠精準(zhǔn)捕獲這些二氧化碳，大幅降低火電廠(chǎng)的碳排放量，不僅為實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)提供了切實(shí)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(qiáng)勁動(dòng)力。
早在2015年，國(guó)電電力就將目光聚焦于此，依托國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和企業(yè)級(jí)系列重點(diǎn)科技項(xiàng)目，開(kāi)展CCUS技術(shù)研發(fā)，確定核心工藝包、技術(shù)路線(xiàn)和工程設(shè)計(jì)。2019年，在錦界公司開(kāi)工建設(shè)了當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)最大規(guī)模的15萬(wàn)噸/年燃煤電廠(chǎng)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(guò)168小時(shí)試運(yùn)行。
在國(guó)際上首次實(shí)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(jì)指標(biāo)國(guó)際領(lǐng)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(wàn)噸級(jí)、十萬(wàn)噸級(jí)CCUS示范項(xiàng)目中得到應(yīng)用。
除了傳統(tǒng)的吸收捕集技術(shù)，國(guó)電電力還在化學(xué)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(shè)了國(guó)內(nèi)首套化學(xué)鏈礦化CCUS項(xiàng)目，每年可將1000噸二氧化碳?xì)怏w轉(zhuǎn)化為微米級(jí)碳酸鈣產(chǎn)品，煙氣中二氧化碳的回收利用率大于80%，實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)期穩(wěn)定固碳，進(jìn)一步降低了碳排放量。
圖為CCUS項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)
2023年4月，國(guó)電電力牽頭組建的“煤基能源CCUS研發(fā)中心”入選國(guó)家能源局創(chuàng)新平臺(tái)名單，成為集團(tuán)公司首個(gè)且唯一的CCUS國(guó)家級(jí)研發(fā)平臺(tái)，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(gè)方向布局了多項(xiàng)重大技術(shù)裝備攻關(guān)和工程示范類(lèi)研究項(xiàng)目，取得了系列成果，累計(jì)獲得集團(tuán)和電力、能源、環(huán)保、煤炭等領(lǐng)域8項(xiàng)重量級(jí)科技大獎(jiǎng)，“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(guó)”綠色低碳領(lǐng)域先導(dǎo)技術(shù)榜。
“要利用好CCUS國(guó)家級(jí)研發(fā)平臺(tái)，爭(zhēng)創(chuàng)更多國(guó)際領(lǐng)先，增強(qiáng)中國(guó)在國(guó)際氣候談判中的話(huà)語(yǔ)權(quán)。”2023年7月，原中國(guó)氣候變化事務(wù)特使解振華一行到國(guó)電電力調(diào)研，對(duì)CCUS創(chuàng)新實(shí)踐給予了積極評(píng)價(jià)，更激活了國(guó)電電力向新向綠的內(nèi)生動(dòng)力。
2024年，國(guó)電電力以大項(xiàng)目建設(shè)帶動(dòng)科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)裝備升級(jí)，積極響應(yīng)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(jí)煤電400萬(wàn)噸級(jí)全煙氣CCUS關(guān)鍵技術(shù)研究與工程示范”項(xiàng)目獲批，是全國(guó)最早一批具備落地實(shí)施條件的全流量低能耗CO2捕集技術(shù)示范項(xiàng)目，被列入國(guó)務(wù)院國(guó)資委中央企業(yè)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)“百大工程”專(zhuān)項(xiàng)行動(dòng)項(xiàng)目清單，將作為國(guó)家樣板推動(dòng)中國(guó)CCUS全鏈條產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，進(jìn)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(shí)現(xiàn)從技術(shù)突破到產(chǎn)業(yè)化的跨越。
近十年里，國(guó)電電力持續(xù)創(chuàng)新和應(yīng)用CCUS技術(shù)，從無(wú)到有，從小到大，由“新”向“更新”，推動(dòng)煤電行業(yè)向更清潔、更低碳的方向發(fā)展。
當(dāng)前，新型電力系統(tǒng)建設(shè)進(jìn)入加速期，“應(yīng)用零碳或低碳技術(shù)，促進(jìn)煤電碳排放水平大幅下降”是煤電轉(zhuǎn)型的長(zhǎng)期目標(biāo)。在多元協(xié)同降碳路徑的引領(lǐng)下，國(guó)電電力正將一座座傳統(tǒng)火電廠(chǎng)，打造成低碳、環(huán)保的綠色能源基地，用實(shí)際行動(dòng)深耕低碳技術(shù)，拓展降碳邊界，以更加昂揚(yáng)的姿態(tài)，向著“雙碳”目標(biāo)奮勇前行，為我國(guó)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型貢獻(xiàn)更大的力量。(文字：張旖晴)
評(píng)論