中国能源研究会王凡：植物能源完全可以实现燃煤替代

能源消费是社会消费中最重要的一项消费，能源消费直接影响到碳达峰碳中和目标的实现。追求可再生能源消费是我们坚定不移的目标，但目前我们能源消费的现状还是以化石能源为主，以煤炭为主。下面我就双碳目标下煤电的使命和转型作一发言。

推动能源革命，要立足我国能源资源禀赋，坚持先立后破、通盘谋划，传统能源逐步退出必须建立在新能源安全可靠的替代基础上。要坚决控制化石能源消费，尤其是严格合理控制煤炭消费增长，有序减量替代。要把促进新能源和清洁能源发展放在更加突出的位置。中央为碳达峰碳中和指明了方向。为此，煤电责无旁贷的应该有所担当，并为实现“双碳”目标主动完成自我转型。

基于我国资源禀赋条件，煤炭一直是能源安全的圧舱石。虽然我国光伏发电和风电装机以经超过10亿千瓦，但光伏年发电不到2000小时，风电年发电也只有2000小时左右，一年有8760小时，光电和风电不能作为独立电源来支撑电网运行，况且大容量储能目前也难以实现，所以，在当前的电力系统中，煤电还是电源供应和电网安全的压舱石。在能源转型过程中，煤电仍然要发挥对电网安全的“兜底”和对供热供暖的保障，起着压舱石的作用，并提高灵活性和可靠性护航风光新能源的发展。

随着经济的发展，我们还要新建发电机组，新建机组必须高效低碳和有较强的负荷调节能力。新建煤电机组原则上应采用超超临界，其供电煤耗须低于270克标准煤/千瓦时。由中国能源研究会节能减排中心全力推进的、目前最具代表性的国家煤电示范项目——申能淮北平山二期 1350MW 高低位双轴二次再热机组，突破性地采用了高低位双轴布置汽轮机独创技术，使得机组在容量、热力循环参数和缸效等方面均获得了最优化，并且大幅缩短了价格昂贵的主再热蒸汽管道，在结合广义回热、烟气余热梯级综合利用、固体颗粒侵蚀综合防治、FCB 技术、广义变频技术等一系列成功有效的专项节能技术后，机组额定工况下供电煤耗设计值251克标准煤/千瓦时，并成功实现20%深度调峰。

该机组还在建设期间，就获得全球燃煤电厂领袖奖。目前，该机组已建成投入商运，运行数据显示机组效率优于设计值，和国内其它投产的二次再热超超临界机组相比，煤耗降低10克标准煤以上，低负荷运行时的煤耗降低更多。中国能源研究会节能减排中心正在积极推动66万千瓦单轴全高位发电技术工程化示范，每千瓦时供电煤耗245克标准煤，纯凝发电净效率将可以达到50.14%，并具有深度调峰能力。

在役机组改造是煤电节能减碳的重中之重，改造要兼顾节能降碳、灵活性、供热“三改联动”。我国在役煤电机组超过11亿千瓦，仅需要改造的亚临界机组就有800多台、容量约3.5亿千瓦。在“双碳”目标下，我们对现有煤电机组节能降碳改造，需要考虑全负荷高效、兼具深度调峰能力、长期保效和合理的性价比。

随着风光新能源的快速崛起，煤电机组面临低负荷运行乃至深度调峰，机组改造应该兼顾额定工况能耗和部分低负荷下的能耗，做到全负荷高效。关键是汽轮机的设计选型要兼顾全负荷效率，包括挖掘热力系统在低负荷下的节能潜力。华润江苏徐州电厂32万千瓦亚临界机组升级综合改造，通过创新的汽轮机和锅炉改造技术，把机组主蒸汽和再热蒸汽温度均提高到600℃，在此基础上，全面优化热力系统并加载“广义回热技术”、“烟气余热回收利用技术”、“弹性回热技术”和“固体颗粒侵蚀综合防治技术”等一系列专项节能减排和保效技术，并同步加载深度调峰技术，机组实现大幅提效，供电煤耗降低35g/kWh（100%负荷供电煤耗降低33.3g/kWh 、75%负荷供电煤耗降低36.72g/kWh、 50%负荷供电煤耗降低32.72g/kWh），机组可以实现20%的深度调峰。华润江苏徐州电厂为亚临界机组综合升级改造提供了优选方案。

我国燃煤机组即使效率全部接近50%的极限目标，每年碳排放也要超过50亿吨，单靠CCUS（碳捕集、封存和利用）技术基本不可能实现，所以，为了实现“双碳”目标，煤电转型势在必行。

煤电要主动实现自我转型。发电燃煤不减下来，碳中和目标就很难实现。实际上煤炭用作燃料很可惜，论资源的合理利用，煤炭应该当作化工原料才对。在新型电力系统中，离不开担当基本负荷、具有调节能力的火电机组。利用植物能源发电，并不新增加环境中的二氧化碳，被国际上公认为零碳发电。所以用植物能源替代燃煤是火电减碳的必由之路，也是最佳选择。

要着手推动在役煤电机组采用植物燃料与煤混烧，直至植物燃料全部替换。和化石燃料相比，生物质的硫、氮和粉尘含量低，利用过程中污染物排放少，其每千瓦时电的排放强度仅18克二氧化碳，比光伏和光热发电还低，为煤电碳排放强度的1.8%，可实现近零碳排放。建立以新能源为主体的新型电力系统，其主体电源除了风光电之外，还应该包括生物质能发电，生物质火力发电、风电和太阳能(000591)发电三种可再生能源发电，构成为新型电力系统的主体电源，从而可确保我国的电网安全、电力安全，以及风光电的发展和消纳。

欧盟国家研发和实践火电厂燃用生物质发电，已积累了20多年的经验。全球已有150多座大容量燃煤电厂燃用生物质发电的实例。位于英格兰约克郡的英国Drax电厂，6台66万千瓦机组，从2020年3月起，已经彻底告别煤电，100%改为植物燃料替代。我国也有大型电厂在研究用植物能源替代燃煤。华能日照电厂燃煤机组也已经完成生物质能掺烧的改造，将于近期投入使用。

煤电机组掺烧植物能源，通常需要对锅炉上料系统作适当改造。掺烧20%植物能源，改造费用约为机组投资的10%；若改为100%使用植物能源，改造费用约为机组投资的20%。煤电机组改用植物燃料，既可以减碳，又能充分利用原有设备，不至于造成大量煤电设备的报废和浪费。完成向植物燃料转型将成为“双碳”目标下煤电伟大的历史使命。

过去，我们从不敢想像有足够的植物能源替代煤炭。如今，武汉兰多生物科技公司已经培养出可以替代燃煤的超级芦竹。超级芦竹是以我国本土野生芦竹为母体，采用现代生物育种技术进行科学诱导驯化、组培繁育出的新型高产能源作物。可在荒地、滩涂地、沼泽地、盐碱地等 PH3.5-PH9 的土壤环境生长。一次种植可连续收割15-20年，干生物量达5-10 吨/亩/年，约为玉米秸杆的7倍、水稻秸杆的15倍以上。超级芦竹还具有超强的碳汇能力，是森林的25-40倍。目前，已经基本形成了从野生芦竹迁地保护、品种选育、组培快繁、GAP驯化、标准化栽培，能源植物种植，到深加工及资源化利用全产业链。

超级芦竹的热值为4000-4500大卡，完全可以用于替代燃煤电厂的燃煤。我国国土辽阔，有边际土地25亿亩、盐碱地15亿亩，利用长江、黄河流域拥有的湿地、滩涂，沿海滩涂、盐碱地，废弃矿区、重金属污染地等边际土地，种植超级芦竹，可以获得足够的植物能源资源。只需要种植4亿亩超级芦竹，就可替代我国目前20亿吨发电用煤。

超级芦竹通过绝氧热解还可以生产氢气和天然气。1吨超级芦竹可生产1180立方米氢气，每立方米成本0.8元，还不到电解水制氢成本的三分之一。1亿亩超级芦竹产氢，便可满足我国2.4亿辆机动车全年的用氢量。1吨超级芦竹可生产336立方米天然气，2亿亩超级芦竹生产天然气，即可满足我国每年3200亿立方米天然气的用量。热解工艺中，大部分的碳存留在副产品生物炭中，生物炭是最好的土地修复材料，如果我们将其用于修复土地，就彻底颠覆了能源生产的概念，能源可以是负碳产业，这将是真正意义上的能源革命。

“双碳”目标下，煤电既要为能源安全保驾护航，更要主动实现自我转型。减碳的方法有千千万，种植和开发利用超级芦竹植物能源，是投资少、易推行、改善生态的最佳减碳路线，完全可以实现燃煤发电机组煤炭的替代。煤电主动转型，为植物能源提供应用场景，将成为实现碳中和的关键，意义极其深远。如果我们用超级芦竹热解生产氢和甲烷，发展绿色氢能，既是能源生产革命，也会带动能源消费革命。

以前，出于对资源的考虑和环境保护，消费能源时总是强调节约能源，被迫要控制消费。随着我们能源结构发生重大变化，消费能源就变成了低碳甚至是负碳方式。当我们通过种植一定规模超级芦竹，从太阳获得取之不竭能量时（太阳每秒钟向地球辐射500万吨标准煤的能量），为了增加生产和更加便捷生活，客观上就会鼓励和促进能源消费，鼓励人们多用能源。我们减少和摆脱对传统煤炭、石油、天然气等化石能源的依赖，还会颠覆中东、俄罗斯、甚至美国等石油天然气输出国的供应地位，改变世界地缘政治和地缘经济的格局。通过能源换道超车，我们可以走出符合国情的生态优先、绿色低碳发展道路，助力经济高速发展，实现民族复兴大业。（王凡，中国能源研究会副秘书长、节能减排中心主任，中国农业风险管理研究会碳中和与农业生态安全工作委员会主任）