覃蕓，王延緯

(1. 廣東電網(wǎng)發(fā)展研究院有限責(zé)任公司，廣東 廣州 510000；2. 廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力調(diào)度控制中心，廣東 廣州 510600)

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廣東省“十三五”期間火電廠建設(shè)空間分析

覃蕓1，王延緯2

(1. 廣東電網(wǎng)發(fā)展研究院有限責(zé)任公司，廣東 廣州 510000；2. 廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力調(diào)度控制中心，廣東 廣州 510600)

在能源消費(fèi)和環(huán)保的約束下，廣東省火電建設(shè)受到制約，有必要研究電源結(jié)構(gòu)布局，特別是煤炭消費(fèi)總量控制和火電廠排放約束下的火電廠建設(shè)情況。通過能源需求預(yù)測(cè)，并利用空氣質(zhì)量模型分析污染物貢獻(xiàn)程度來對(duì)煤炭消費(fèi)量和污染物貢獻(xiàn)進(jìn)行研究，在相關(guān)政策約束下，測(cè)算了廣東省“十三五”火電廠的建設(shè)空間。經(jīng)測(cè)算得出“十三五”期間，廣東省煤炭消費(fèi)是制約火電廠發(fā)展的重要因素，在環(huán)?？臻g上還存在一定的裕度；同時(shí)給出了“十三五”期間廣東省火電廠的建設(shè)空間，以及指導(dǎo)電源規(guī)劃及電源建設(shè)的建議。

煤炭消費(fèi)；環(huán)保約束；火電廠；建設(shè)空間；能源需求；污染物貢獻(xiàn)

自2013年9月10日國務(wù)院發(fā)布《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》(下稱“《行動(dòng)計(jì)劃》”)[1]和2014年2月7日廣東省政府印發(fā)《廣東省大氣污染防治行動(dòng)方案(2014—2017年)》[2]以來，全社會(huì)越來越關(guān)注能源和環(huán)境，特別是煤炭消費(fèi)以及煤炭使用行業(yè)帶來的霧霾問題。廣東省作為經(jīng)濟(jì)發(fā)展區(qū)域，特別是珠三角地區(qū)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)如何在能源消費(fèi)控制、環(huán)保約束下發(fā)展保持高速發(fā)展成為焦點(diǎn)問題。

近年來，廣東省能源消費(fèi)增長(zhǎng)趨勢(shì)放緩，煤炭占一次能源消費(fèi)比重呈下降趨勢(shì)。隨著廣東省“十二五”節(jié)能減排等各項(xiàng)措施的進(jìn)一步落實(shí)，大氣環(huán)境污染治理逐步改善，空氣環(huán)境質(zhì)量有所提高，2014年全省21個(gè)地市主要污染物(SO2、NOx、CO)年均排放濃度均能達(dá)標(biāo)；除肇慶市外其余城市PM10年均排放濃度均能達(dá)標(biāo)；但僅6個(gè)地市PM2.5年均排放濃度達(dá)標(biāo)，其中珠三角地區(qū)僅3個(gè)地市達(dá)標(biāo)。PM2.5是眾多細(xì)顆粒物的“大雜燴”，是霧霾的罪魁禍?zhǔn)?，已成為備受廣泛關(guān)注的污染物[3]。

廣東省大部分電廠是火電廠，而火電廠是全省煤炭消費(fèi)大戶，同時(shí)也是污染排放大戶。隨著電氣化的不斷深入，社會(huì)對(duì)電力的需求還會(huì)持續(xù)上升，進(jìn)而火電項(xiàng)目對(duì)煤炭的需求仍會(huì)增加。在“十三五”各項(xiàng)能源及環(huán)保政策約束下，廣東省火電項(xiàng)目的發(fā)展將關(guān)系到全省能源資源結(jié)構(gòu)、電源結(jié)構(gòu)乃至消費(fèi)結(jié)構(gòu)的調(diào)整。

表1廣東省2007—2014年火電廠及煤炭消費(fèi)情況

年份火電裝機(jī)量/GW電力裝機(jī)量/GW火電裝機(jī)占比/%火電發(fā)電量/TWh全省總發(fā)電量/TWh火電發(fā)電量占比/%電煤消費(fèi)量/108t煤炭消費(fèi)總量/108t電煤消費(fèi)占比/%全省煤炭消費(fèi)占能源消費(fèi)比重/%200744.6458.8675.82.2852.69584.80.79861.206566.252200845.6560.0876.02.0672.68277.10.84241.257867.050.8200948.2564.0775.32.1162.66679.40.80871.250964.746.5201052.8071.1374.22.4123.14676.70.97731.448867.547.1201154.4776.2471.53.0893.69683.61.18581.710069.351.5201255.3278.1070.82.7533.64475.51.10571.630467.848.7201359.4185.9869.12.8853.76876.61.14931.696767.747.9201463.5991.6369.42.7803.80573.11.0819---

注：裝機(jī)量、發(fā)電量、電煤消費(fèi)量來源于廣東省電力統(tǒng)計(jì)年報(bào)，2014年全省煤炭消費(fèi)總量尚未有統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

1　廣東省火電廠煤炭消費(fèi)及大氣污染歷史排放情況

1.1火電廠及煤炭消費(fèi)情況

2007—2014年間，廣東省電力裝機(jī)容量從58.86 GW增長(zhǎng)至91.63 GW，其中火電裝機(jī)量從44.64 GW增長(zhǎng)至63.59 GW，火電發(fā)電量從2.285 TWh增長(zhǎng)至2.780 TWh，年均增長(zhǎng)2.8%。廣東省2007—2014年火電及煤炭消費(fèi)情況見表1。

煤炭消費(fèi)占全省能源消費(fèi)比重自“十二五”以來呈下降趨勢(shì)，至2013年，比重為47.9%。而電煤消費(fèi)量從2007年的0.798 6×108t增加至2014年的1.081 9×108t，年均增長(zhǎng)達(dá)4.4%，占全省煤炭消費(fèi)的比重逐年波動(dòng)略有增加，從2007年的66.2%增加至2013年的67.7%。

1.2火電廠大氣排放情況及污染控制情況

火電廠排放的主要污染物包括SO2、NOx、PM10、PM2.5、CO、VOCs、NH3等。通過調(diào)研，按照物料守恒、排放因子方法，選取合適的活動(dòng)水平，測(cè)算歷史年火電廠排放情況[4-6]。

在綜合考慮廣東省電廠的發(fā)電機(jī)組、裝機(jī)容量等燃燒設(shè)備技術(shù)信息的基礎(chǔ)上，選擇國內(nèi)具有代表性的排放因子，結(jié)合各種燃料消耗量、燃料含硫率、燃煤灰分、污染物控制措施及去除效率等信息進(jìn)行估算。其中，SO2排放量基于每家電廠燃煤和燃油的含硫率及去除率等信息，采用物料守恒算法估算，即

(1)

其他污染物(NOx、CO、PM10、PM2.5、VOCs和NH3)排放量則采用排放因子法自下而上估算，估算公式為

Ep=∑i,k,m[Ai,k×Fk,m×(1-η)×10-3].(2)

式中：p為污染物種類；Ep為污染物的排放總量，t；Ai,k為每家電廠的燃料消耗量，t；Fk,m為排放因子，g/kg；η為控制措施的去除效率。

2007—2014年廣東省火電廠大氣污染物排放情況見表2。

表22007—2014年火電廠大氣污染物排放情況

年份各污染物排放量/104tSO2NOxPM10PM2.5COVOCsNH3200743.4954.6614.736.8724.341.570.17200839.1249.6513.156.1122.501.420.15200933.6651.2013.336.1223.491.490.16201033.5654.8714.126.8327.621.790.19201130.8858.6715.187.2632.542.050.21201226.9853.9613.596.5130.131.880.20201320.2941.6213.936.6730.741.910.20201416.0126.9910.815.1728.941.800.19

火電廠主要污染物排放總量趨勢(shì)特征如下：

a) “十一五”以來，廣東省，特別是珠三角地區(qū)的電廠均開始執(zhí)行脫硫脫硝相應(yīng)文件和標(biāo)準(zhǔn)，SO2和NOx排放量呈下降趨勢(shì)，自“十二五”印發(fā)《行動(dòng)計(jì)劃》和GB 13223—2011《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》以來，削減程度進(jìn)一步加大。

表5煤炭消費(fèi)約束下火電廠建設(shè)空間測(cè)算

年份煤炭消費(fèi)總量/108t可新增用煤量/107t可新增發(fā)電用煤/107t發(fā)電用煤比重/%新增煤電煤耗/(g·kWh-1)煤電利用時(shí)間/h機(jī)組年耗煤量/(104t·MW-1)可支撐新增煤電規(guī)模/MW20151.3861.7401.2187027050007.986902020171.2960.8400.6057227050008.424448020201.2800.6800.51075270500010.8193780

b) PM10和PM2.5排放總量呈波動(dòng)下降趨勢(shì)，特別是2014年全面實(shí)施GB 13223—2011《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，煙塵排放濃度限值收嚴(yán)，使得2014年有較大幅度下降。

c) CO、VOCs、NH3排放總量與火電廠燃料煤消耗量變化趨勢(shì)基本一致，VOCs和NH3排放總量相對(duì)較小。

1.3火電廠對(duì)PM2.5的一次貢獻(xiàn)

2012年是《行動(dòng)計(jì)劃》各項(xiàng)目標(biāo)的考核基準(zhǔn)年，有必要分析2012年電廠源一次排放貢獻(xiàn)。2012年SO2、NOx、PM10、PM2.5、CO全省總排放量分別為：83.48×104t、167.85×104t、100.87×104t、38.78×104t、825.94×104t，則電廠排放所占比例分別為：32.3%、32.1%、13.5%、16.8%、3.6%。因?yàn)殡姀S源VOCs、NH3排放量相對(duì)較小，不作比較。

電廠是大氣污染物排放源分類體系中的一種，綜合考慮各排放源的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、排放特征、生產(chǎn)技術(shù)水平等因素，對(duì)包括電廠、工業(yè)燃燒源、道路移動(dòng)源、揚(yáng)塵源等十二個(gè)一級(jí)排放源進(jìn)行分析測(cè)算。電廠一次排放占全省一定比重，特別是SO2、NOx的排放貢獻(xiàn)已超過32%，電廠是NOx最大貢獻(xiàn)源，是僅次于工業(yè)燃燒源的SO2第二大貢獻(xiàn)源，是PM10、PM2.5的重要貢獻(xiàn)源，對(duì)PM的貢獻(xiàn)約15%。由于電廠鍋爐的燃燒效率很高，使得其對(duì)CO和VOCs等燃燒不完全產(chǎn)物的排放貢獻(xiàn)較小。

2　廣東省“十三五”煤炭消費(fèi)及大氣污染排放預(yù)測(cè)

2017年是《行動(dòng)計(jì)劃》的考核年，2020年是“十三五”的收官之年，本文將重點(diǎn)對(duì)2017年和2020年的煤炭消費(fèi)及大氣污染物排放進(jìn)行預(yù)測(cè)。

2.1廣東省煤炭消費(fèi)預(yù)測(cè)

“十二五”前三年全省能源消費(fèi)增長(zhǎng)率約3.5%。全省煤炭消費(fèi)總量按照“到2017年，煤炭占全省能源消費(fèi)比重降到36%以下”控制，在有效發(fā)展核電，大力發(fā)展可再生能源等相關(guān)政策驅(qū)使下，預(yù)計(jì)“十三五”全省能源消費(fèi)年均增長(zhǎng)不會(huì)超過4%。能源消費(fèi)預(yù)測(cè)見表3。預(yù)計(jì)廣東省煤炭消費(fèi)量在2015或2016年達(dá)到峰值，“十三五”期間呈下降趨勢(shì)，年增長(zhǎng)率預(yù)計(jì)為-1.6%，總量控制在1.8×108t左右。

表3廣東省“十三五”能源及煤炭消費(fèi)預(yù)測(cè)

年份能源消費(fèi)總量/108t煤炭消費(fèi)總量/108t煤炭消費(fèi)占比/%20133.0181.696747.920153.3001.940442.020173.6001.814436.020204.0001.792032.0

注：能源消費(fèi)總量折算為標(biāo)準(zhǔn)煤重量。

2.2廣東省大氣污染排放預(yù)測(cè)

在解讀《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》、《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃(2014—2020年)》、《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動(dòng)計(jì)劃(2014—2020年)》等國家政策文件，《廣東省大氣污染防治行動(dòng)方案(2014—2017年)》、《廣東省煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃(2015—2020年)》等省級(jí)政策文件，《廣州市燃煤電廠“超潔凈排放”改造工作方案》、地市和區(qū)縣大氣污染防治實(shí)施方案等地市級(jí)政策文件的基礎(chǔ)上，分析了文件中各項(xiàng)措施指標(biāo)。

在結(jié)合經(jīng)濟(jì)發(fā)展、能源消耗、人口變化等情況的基礎(chǔ)上，不同污染源選擇合理的估算方法，通過物料守恒、排放因子，以自下而上為主的方式來估算包括電廠、工業(yè)燃燒源、道路移動(dòng)源、揚(yáng)塵源等十二個(gè)一級(jí)排放源的未來排放量。在考慮所有相關(guān)政策文件控制措施的情況下，2017年、2020年廣東火電廠排放與全省排放情況見表4。

表42017年、2020年廣東省大氣污染物一次排放情況測(cè)算

年份項(xiàng)目SO2NOxPM10PM2.5CO2017電廠排放量/104t11.322.148.334.1239.82全省總排放量/104t50.90106.8461.4426.45831.52電廠源占比/%22.220.713.615.64.82020電廠排放量/104t9.0719.728.814.3642.51全省總排放量/104t40.0195.1958.1123.31834.38電廠源占比/%22.720.715.218.75.1

就火電廠而言，“十二五”中后期逐漸執(zhí)行GB 13223—2011《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，電廠建設(shè)高效除塵設(shè)施，珠三角燃煤機(jī)組要求達(dá)到煙塵特別排放限值(20 mg/m3，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下)；2017年廣州、佛山城市燃煤機(jī)組實(shí)施超潔凈改造“趨零排放”，2020年將執(zhí)行更為嚴(yán)格的煤電升級(jí)改造，屆時(shí)SO2、NOx排放較2012年預(yù)計(jì)下降10%左右，而PM10和PM2.5對(duì)比脫硫、脫硝設(shè)施及去除效率，廣東省電廠源高效除塵設(shè)施使用率及去除效率處于較高穩(wěn)定水平，排放量已處于較低水平，電廠源排放占比與2012年相當(dāng)。

3　煤炭消費(fèi)控制和環(huán)保約束下火電廠建設(shè)空間

3.1煤炭消費(fèi)控制下火電廠建設(shè)空間

電力作為清潔、高效能源將被推廣，電力在終端能源消費(fèi)中將占據(jù)越來越大的比重，隨著廣東省電氣化的推進(jìn)及電動(dòng)汽車技術(shù)的成熟及推廣，在“十三五”期間，發(fā)電用能源、發(fā)電用煤的比重呈現(xiàn)穩(wěn)步上升的趨勢(shì)?！笆濉逼陂g，發(fā)電用煤占煤炭消費(fèi)比重按70%～75%計(jì)算，同時(shí)，全省新增煤電機(jī)組供電煤耗按照《廣東省煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃(2015—2020年)》要求“新建純凝式燃煤發(fā)電機(jī)組原則上均采用600 MW及以上超超臨界參數(shù)，其中1 000 MW級(jí)機(jī)組設(shè)計(jì)供電煤耗不高于282 g/kWh、600 MW級(jí)機(jī)組設(shè)計(jì)供電煤耗不高于285 g/kWh”控制要求，考慮新增煤電機(jī)組發(fā)電煤耗約270 g/kWh。煤炭消費(fèi)總量控制下廣東省可新增火電情況見表5。

通過初步測(cè)算分析可知，“十三五”期間，廣東省可新增發(fā)電用煤為680×104～840×104t(標(biāo)準(zhǔn)煤)，可支撐新增煤電規(guī)模為3 780～4 480 MW。通過初步測(cè)算分析可知，“十三五”期間，廣東省可新增發(fā)電用煤為680×104t～840×104t(標(biāo)準(zhǔn)煤)，可支撐新增煤電規(guī)模為3 780～4 480 MW。

在“十三五”煤炭消費(fèi)總量的控制下，全省可新增煤電有限，由此新增煤電可支撐的裝機(jī)規(guī)模也偏小，唯有提升現(xiàn)用煤的發(fā)電比重，才能支撐更多裝機(jī)。例如改工業(yè)分散鍋爐為集中供熱，采用熱電聯(lián)產(chǎn)，以及部分可以煤改電制造業(yè)，這樣不僅可以提高煤炭利用率、減少污染排放，同時(shí)提高煤電裝機(jī)水平。

3.2環(huán)保約束下火電廠建設(shè)空間

由于電廠煙囪排放高度高，其產(chǎn)生的大量一次污染物在大氣環(huán)流作用下可長(zhǎng)距離傳輸，在污染物之間和其他污染源排放的污染物之間經(jīng)過一系列復(fù)雜物理化學(xué)反應(yīng)形成二次顆粒物，形成區(qū)域性復(fù)合型大氣污染。因此，火電廠即存在影響環(huán)境的一次排放污染物，也存在對(duì)大氣環(huán)境的二次污染。

在2012、2017、2020年的全省污染物排放情況基礎(chǔ)上，通過空氣質(zhì)量模型CAMx建立高時(shí)空分辨率污染物排放清單，利用顆粒物源追蹤技術(shù)PSAT尋求污染物PM2.5來源貢獻(xiàn)[7-11]。選取大氣污染最典型的1月、4月、8月、10月作為模擬時(shí)段，以珠三角地區(qū)為受體，模擬結(jié)果見表6。

表6　火電廠對(duì)珠三角地區(qū)PM2.5形成貢獻(xiàn)率測(cè)算　　%

由表6可知，2017和2020年火電廠對(duì)PM2.5的貢獻(xiàn)整體較2012年均有下降，這與一次排放總量趨勢(shì)相同。鑒于此，本文提出在現(xiàn)役及規(guī)劃火電廠廠址及裝機(jī)容量基礎(chǔ)上，均衡增加火電裝機(jī)和發(fā)電量，使2017、2020年電廠源對(duì)珠三角地區(qū)PM2.5貢獻(xiàn)與2012年一致，且滿足年均濃度不超過國家環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，可新增的火電裝機(jī)容量即為火電項(xiàng)目的建設(shè)空間。

2012年，珠三角地區(qū)PM2.5的年均濃度為42 μg/m3。按照《行動(dòng)計(jì)劃》提出的“2017年，珠三角地區(qū)細(xì)顆粒物濃度下降15%左右”要求，2017年P(guān)M2.5的年均濃度需降至35.7 μg/m3；2020年按GB 3095—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，PM2.5年均濃度需不超過35 μg/m3，而控制措施下的模擬結(jié)果均能滿足2017年和2020年環(huán)保要求。利用CAMx(PSAT)模型，當(dāng)2017火電項(xiàng)目裝機(jī)容量增加5.57%時(shí)，貢獻(xiàn)率達(dá)到2012年水平，年均濃度低于35.7 μg/m3；當(dāng)2020火電項(xiàng)目裝機(jī)容量增加5.68%時(shí)，貢獻(xiàn)率達(dá)到2012年水平，年均濃度低于35 μg/m3。

按全省電源規(guī)劃，考慮已核準(zhǔn)、“路條”電源及電源退役計(jì)劃，至2017、2020年全省火電裝機(jī)量達(dá)83.20 GW、92.40 GW，則按環(huán)?？臻g測(cè)算結(jié)果，至2017、2020年，全省火電裝機(jī)可增至87.80 GW、97.70 GW，較2014年分別增加19.20 GW、29.10 GW。

4　結(jié)束語

能源消費(fèi)總量控制和環(huán)保約束是制約廣東省“十三五”火電廠發(fā)展的因素：能源消費(fèi)總量控制下，全省可新增火電廠裝機(jī)僅約3.78 GW；環(huán)保約束下，全省可新增火電廠裝機(jī)約29.10 GW。

由此看來，未來制約“十三五”火電發(fā)展的主要因素是煤炭消費(fèi)總量的控制。在能源消費(fèi)控制及環(huán)保約束進(jìn)一步加嚴(yán)的情況下，為滿足未來不斷增長(zhǎng)的電力需求，有必要在“十三五”期間著力煤炭等量替代工作，積極采用集中供熱替代工業(yè)分散小鍋爐，工業(yè)鍋爐燃燒不僅效率低，而且污染。全省有分散鍋爐約2.1萬臺(tái)，額定總蒸發(fā)量約12×104t，消耗煤炭約4 000×104t，約占全省煤炭消費(fèi)總量23%，若全部用于發(fā)電，可支撐約19.00 GW裝機(jī)。對(duì)于中長(zhǎng)期火電發(fā)展而言，隨著煤炭總量約束的加嚴(yán)和發(fā)電用煤比重的提高，煤電建設(shè)總規(guī)模也將會(huì)受限。

[1] 國務(wù)院辦公廳. 大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃實(shí)施情況考核辦法[S]. 2014.

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(編輯王朋)

Analysis on Construction Space of Thermal Power Plant in the 13thFive Year Plan Period in Guangdong Province

QIN Yun1, WANG Yanwei2

(1.Guangdong Power Grid Development Research Institute Co., Ltd., Guangzhou, Guangdong 510000, China; 2.Electric Power DispatchingControl Center ofGuangdong Power Grid Co., Ltd., Guangzhou, Guangdong 510600, China)

Under constraints of energy consumption and environmental protection, thermal power construction in Guangdong province is restricted which means necessity to study structure layout of power source, especially construction of thermal power plant under constraints of total quantity control on coal consumption and thermal power plant emission. According to prediction on energy demand, this paper uses air quality model to analyze pollutants contribution degree so as to study coal consumption and pollutants contribution. It also measures and calculates construction space of thermal power plant in the 13thFive Year Plan period in Guangdong province under relevant policies constraints. Conclusion is drawn from measurement and calculation which considers that in the 13thFive Year Plan period, an important factor restricting development of the thermal power plant is coal consumption in Guangdong province and there is a certain margin in terms of environmental protection. Meanwhile, it also calculates construction space of thermal power plant in Guangdong province in the 13thFive Year Plan period and proposes suggestions for guiding power source planning and construction.

coal consumption; environmental protection constrain; thermal power plant; construction space; energy demand; pollutant contribution

2016-01-27

2016-03-31

10.3969/j.issn.1007-290X.2016.07.013

TM621

A

1007-290X(2016)07-0067-05

覃蕓(1987)，女，湖北荊門人。工程師，工學(xué)碩士，從事電源規(guī)劃、輸電網(wǎng)規(guī)劃等方面工作。

王延緯(1987)，男，遼寧丹東人。工程師，工學(xué)碩士，從事電力系統(tǒng)運(yùn)行與控制等方面工作。