实施非水可再生能源配额情景下的发电行业CO2排放预测

发电行业是落实中国碳减排目标的重点领域。为实现中国到2020年单位国内生产总值CO₂排放比2005年下降40%~45%和非化石能源占一次能源消费比重达到15%左右的碳减排目标,国家能源局拟实行可再生能源配额制,要求2020年各煤电企业承担的非水可再生能源发电量配额与煤电发电量的比重达到15%以上。分别基于国家《能源发展战略行动计划（2014-2020年）》和征求意见的15%非水可再生能源发电量配额政策,对发电行业到2020年的CO₂排放情况进行了预测,并基于2020年全国的碳减排目标对发电行业的碳减排任务进行了计算。预测结果表明,实施15%的非水可再生能源配额之后,2020年非水可再生能源发电量将在行动计划预计值的基础上进一步提高,达到7514亿kW·h,在总发电量中占比9.94%,相应地,单位发电量CO₂排放量为580.5 kg/（MW·h）,比2005年下降27.4%。     

电-碳-配额制耦合交易综述与展望

近年来，面对全球气候问题及传统化石能源匮乏带来的挑战，各国陆续提出节能减排和鼓励可再生能源发展的战略目标。碳市场、可再生能源配额制是实现碳减排和促进可再生能源消纳的重要市场手段。作为CO₂排放主要责任主体，电力系统低碳绿色转型是助力“碳达峰、碳中和”目标的关键环节，电-碳-配额制耦合将有利于更大程度上促进CO₂减排与可再生能源消纳。首先，分析了电力市场与碳市场、电力市场与可再生能源配额制之间的交互机理；其次，从交易机制设计、交易优化、市场交易技术等角度归纳电-碳-配额制耦合交易的研究现状；再次，阐述了碳市场及配额制的国内外实施现状与机制，反映各国减排政策环境；最后，梳理了当前国内电-碳-配额制耦合机制建设面临的挑战和堵点，对电力市场、碳市场与配额制协同发展提出展望，以期为我国耦合交易机制建设提供参考，助力“双碳”目标的实现。     

特约主编寄语

气候变化是当今世界面临的最严峻挑战之一。我国作为全球CO₂排放第一大国,目前每年排放总量达100多亿吨,控制CO₂为主的温室气体排放已迫在眉睫。2020年9月22日,习近平主席在联合国大会向世界庄严承诺:“中国将提高国家自主贡献力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。”我国CO₂排放总量的80%来自电力和工业部门,推进电力与工业部门低碳排放是实现碳中和目标的关键。     

基于CO2减排效益的风力发电经济性评价

环境的恶化迫使政策制定者们寻求可再生能源发电替代传统能源发电的新途径,但是高额的发电成本限制了可再生能源发电行业的发展。在考虑CO₂减排效益的情况下,利用2012年中国部分火力发电厂和风力发电场发电情况的有关数据,基于全生命周期法和年限平均法计算了火力发电和风力发电的综合成本。计算结果表明,在考虑CO₂减排效益的情况下,2012年风力发电的综合成本只比火力发电的综合成本高出0.027元/（kW·h）。当风力发电年度利用小时数达到并维持在2 200 h及以上时,风力发电的综合成本将低于火力发电的综合成本。     

碳中和引领光伏行业发展

<正>2020年9月22日，习近平主席在第七十五届联合国大会一般性辩论上郑重宣布，中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，CO₂排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。此后习近平主席又先后多次在重要场合提及碳达峰、碳中和的目标。2020年12月，习近平主席在气候雄心峰会上宣布，到2030年中国风电、太阳能发电总装机容量将达到12亿kW以上。2021年3月15日，中央财经委员会第九次会议提出构建，以新能源为主体的新型电力系统。     

基于储热的燃煤机组深度调峰规模化消纳可再生能源发电研究

随着可再生能源装机容量的不断增加,为减少可再生能源发电与燃煤机组发电间上网电量不匹配产生的“弃风弃光”现象,燃煤机组需实现深度调峰为可再生上网源提供空间,同时还应进一步提高消纳可再生能源的能力。利用再热蒸汽抽汽储热深度调峰系统将可再生能源发电、熔盐储热与燃煤机组降负荷调峰时的蒸汽抽汽储热耦合,研究基于储热的燃煤机组深度调峰规模化消纳可再生能源发电系统的可行性及可再生能源发电储热对深度调峰性能的影响,并分析系统的综合发电煤耗和碳排放的变化规律。研究结果表明:当再热蒸汽抽汽流量为270.70 t/h时,燃煤机组发电功率由300.03 MW降至210.07 MW,储热系统可消纳可再生能源发电的最大功率为187.26 MW;存热量释放时,燃煤机组发电功率由300.03 MW增加至348.68 MW;单位时间消纳可再生能源发电量为187.26 MWh时,综合发电煤耗降低了8.49 g/k Wh,减少的CO₂排放量为28.23 t。该研究为高比例可再生能源发电的消纳提供了指导思路。     

CO2地质利用与封存环境下钢材腐蚀行为与腐蚀控制措施研究进展

CO₂地质利用与封存(CO₂ geological utilization and storage,CGUS)是实现“碳中和”目标的重要技术手段,解决CGUS过程中的钢材腐蚀问题对于降低CGUS技术风险、实现CGUS技术规模化推广应用至关重要。综述了目前已经提出的CO₂腐蚀钢材反应机制,总结了CO₂腐蚀钢材的主要影响因素,阐明了CO₂分压、温度、矿化度及p H值、CO₂封存环境中含有杂质、流体流动等因素对钢材腐蚀行为的影响,归纳了适用于CO₂腐蚀钢材防护的主要措施。基于此,提出了CGUS环境下钢材遭受CO₂腐蚀问题的重点研究方向。主要包括：CO₂腐蚀钢材反应机制的进一步探究;各项环境因素耦合作用影响CO₂腐蚀规律和腐蚀程度的量化研究;高浓度CO₂条件下腐蚀防护技术的开发与应用。     

特约主编寄语

习近平主席在第七十五届联合国大会一般性辩论上发表重要讲话时承诺:中国力争于2030年前碳达峰,努力争取2060年前实现碳中和.国家生态环境部提出,要以2030年前二氧化碳排放达峰倒逼能源结构绿色低碳转型和生态环境质量协同改善.碳达峰、碳中和目标实现,关键是要加快能源转型,用清洁能源推动经济发展,用可再生能源代替具污染性的煤炭,以及天然气和燃油发电,大力减少碳排放.电能具有清洁、安全、便捷等优势,实施电能替代对于推动能源消费革命、落实国家能源战略、促进能源清洁化发展意义重大.电能替代的电量主要来自可再生能源发电,以及部分超低排放煤电机组,无论是可再生能源对煤炭的替代,还是超低排放煤电机组集中燃煤对分散燃煤的替代,都将对提高清洁能源消费比重、减少大气污染物排放做出重要贡献.目前,全国能源消费产生的二氧化碳排放占二氧化碳总排放量的85％,其中电力行业又约占全部能源消费产生二氧化碳排放量的40％,可见,能源系统对实现碳排放目标起决定性作用,而要实现能源低碳转型,电力清洁化、绿色化是关键.     

可再生能源驱动的直接空气碳捕集利用系统配置优化研究

直接空气碳捕集是实现碳中和目标过程中不可或缺的负碳排放技术，但其具有吸附剂再生能耗大、投资成本高的缺点。利用可再生能源驱动直接空气碳捕集系统，并对捕捉的CO₂进行合理利用，将成为直接空气碳捕集技术应用的重要形式。为此，针对整体系统设备种类多、特性差异大、电-热-碳多能紧密耦合以及可再生出力间歇波动的特点，提出耦合直接空气碳捕集技术的综合能源系统配置-运行联合优化方法，从而实现系统负碳、经济与稳定运行的目标。基于上海冬季、过渡季以及夏季三种季节典型日下的气象条件以及用户电、热负荷需求进行仿真，验证所提系统及配置优化策略的有效性。     

电力生产CO2排放变化影响因素分解

利用对数平均权重分解法（LMDI）构建了电力生产CO₂排放变化影响因素的分解模型,并利用1985—2009年中国能源平衡表中的数据测算出电力生产CO₂排放量。在此基础上,将该CO₂排放量变化分解为收入效应、电力生产强度效应、电力生产结构效应、人口效应和发电煤耗效应。以1985年为基期并以我国国民经济和社会发展的五年规划为分解区间对这些影响因素进行分解分析.考察各种影响因素变动的背后原因。结合实证分析,给出相应的政策建议。     

“双碳”目标下先进煤炭清洁利用发电技术研究综述

在“双碳”目标下,煤炭发电逐渐由主体能源向托底能源转变,燃煤发电技术在煤炭清洁处理、高效率发电及排放物低碳处理等各方面不断发展,同时也向深度调峰辅助服务、“燃煤+”耦合发电等方向转型,探索高效清洁的先进煤炭发电技术意义重大。分析超临界煤气化、超临界煤液化以及超临界水煤氧化等煤炭清洁利用技术的研究现状,讨论超临界水煤氧化热力发电技术、超临界CO₂动力循环技术、整体煤气化联合循环技术、超超临界循环流化床技术等先进燃煤低碳发电方式的技术特点,论述碳捕集利用与封存技术的发展趋势,同时展望煤炭清洁利用发电技术的转型方向,为碳达峰碳中和目标的实现提供发展思路。     

计及P2G和CCS的园区级电-热-气综合能源系统多目标优化

碳捕集和可再生能源利用已经成为减少碳排放的重要措施。但捕集到的二氧化碳利用方式不明确,弃风弃光现象频发,限制了上述2种措施的减排效果。文章通过耦合电转气(power to gas, P2G)技术和碳捕集系统(carbon capture system,CCS),将其扩展到园区级电-热-气综合能源系统中,建立了一种高比例可再生能源渗透水平下的经济低碳多目标优化模型,在多情景下模拟分析了该综合能源系统在某工业园区的运行效果。结果表明,该耦合能源系统排放的大部分CO₂可以被有效捕获并送往P2G装置用于合成燃气,为利用CO₂提供了新的思路,同时显著提高了系统对可再生能源的消纳能力。对P2G设备容量的敏感性分析表明,单纯增加P2G容量虽然能减少弃能率,但会增加碳排放,因此对P2G的容量规划应当综合考虑可再生能源可用量与碳排放之间的关系。     

“双碳”目标下先进煤炭清洁利用发电技术研究综述

在“双碳”目标下,煤炭发电逐渐由主体能源向托底能源转变,燃煤发电技术在煤炭清洁处理、高效率发电及排放物低碳处理等各方面不断发展,同时也向深度调峰辅助服务、“燃煤+”耦合发电等方向转型,探索高效清洁的先进煤炭发电技术意义重大。分析超临界煤气化、超临界煤液化以及超临界水煤氧化等煤炭清洁利用技术的研究现状,讨论超临界水煤氧化热力发电技术、超临界CO₂动力循环技术、整体煤气化联合循环技术、超超临界循环流化床技术等先进燃煤低碳发电方式的技术特点,论述碳捕集利用与封存技术的发展趋势,同时展望煤炭清洁利用发电技术的转型方向,为碳达峰碳中和目标的实现提供发展思路。     

飞轮储能辅助火电机组自动发电控制策略研究

为应对可再生能源快速发展对电网稳定性带来的挑战,遵循节能减排的倡导,对飞轮储能辅助火电机组自动发电控制(AGC)控制策略进行研究。首先,结合火电厂电碳模型,建立了综合考虑AGC响应效果、碳排放量和飞轮寿命损耗的多目标优化的策略。然后,根据某电厂的数据,将无储能、全功率补偿策略和文中控制策略下调频指标、调节深度、调频收益和CO₂减排效果进行仿真分析对比,结果证明了所提方法可改善机组调频性能,使机组捕捉到更多的调节深度,让机组获得更多的补偿收益,减少机组CO₂排放量。     

CO2/H2O吸附分离特性研究

CO₂捕集是实现碳中和的重要技术路径。该文实验研究了298、348K的单组分CO₂和298、313K的CO₂/H₂O双组分气体,在活性炭、活性氧化铝、3A、13X中的等温吸附和动态吸附特性。基于Langmuir、LRC、Toth、DA、Freundlich吸附模型,对单组分CO₂吸附预测与实验结果进行了对比分析。研究了CO₂/H₂O吸附过程进气水蒸气含量、流量、温度对4种吸附剂的穿透曲线和吸附量的影响规律。结果表明,单组分CO₂吸附量：13X>活性炭>活性氧化铝>3A,CO₂/H₂O穿透时间随流量增大和温度升高而缩短;沸石类穿透时间随水蒸气含量增多而缩短,其他吸附剂表现相反;水蒸气含量增加会抑制CO₂吸附;3A具有较好的CO₂/H₂O吸附选择性。     

氢能证书交易体系及其对制氢优化的影响

为应对当前全球能源危机,提出一种氢能证书交易体系架构以期鼓励对新型清洁能源氢能的应用。该氢证体系建立在碳权交易体系上,将氢能在制备与储运过程中减少1 t CO₂排放量的凭证记为1本氢证,氢证价值等价于在碳交易市场中1 t CO₂排放额的价值,同时该氢证还体现对氢能源生产、储存、运输和应用等领域氢能源技术和应用的专业能力认证。氢证的交易是一次性的,可以直接在氢证市场以拍卖形式或在交易所对氢证进行出售;或是可流入碳交易市场进行交易,氢证与碳交易市场的CO₂排放配额具有相同效力,购得1本氢证可获得1 t CO₂排放配额。在氢证交易体系下优化风电辅以电网功率制氢加氢一体站运行,达到系统收益最大化。算例结果表明在氢能生命周期评估中考虑碳排放,通过使用氢能证书可以为氢能源在碳交易市场中的参与提供支持和便利。该氢证交易体系具有可行性,通过对氢能产业的经济激励,促进氢能生态链发展以及可再生能源消纳,缓解未来碳市场所面临的由配额紧缩带来的清缴碳排放额压力,为其在电制氢领域的应用提供理论参考。     

考虑碳中和目标与成本优化的可再生能源大规模发展规划

提出一种碳中和目标下我国可再生能源大规模发展规划的两阶段多目标优化框架。考虑最大碳减排量与最小发电成本构建可再生能源大规模发展的多目标优化模型，设置碳中和目标达成时间与可再生能源投资总额变化的仿真情景，以考察中国可再生能源的发展趋势，分别利用多目标粒子群算法、多属性决策方法求出非支配解集，选取最优方案。结果显示，按时实现碳中和目标需主要可再生能源累计装机总量达到约8 435 GW,光伏、风电、生物质能发电、水电分别约3 863 GW、3 882 GW、163 GW、527 GW,碳减排贡献分别占37%、53%、5%和5%;应持续大力发展占据主导地位的光伏和风电，但在投资增长情景下生物质能发电、光伏的装机量和碳减排量增长幅度更大，可考虑给予适当政策和投资倾斜。     

欧洲CCUS技术发展现状及对我国的启示

在欧盟提出2050年实现碳中和愿景的大背景下，碳捕集、利用与封存(CCUS)技术作为实现碳减排目标的关键技术手段，在欧洲迎来了重大发展机遇。汇总并讨论了欧洲的CCUS技术发展现状，包括资金激励政策、碳税政策、法律法规和技术创新政策；总结了欧洲发展CCUS技术主要面临的挑战，包括公共资金的落实、CCUS政策体系的发展以及CCUS项目责任的界定等。研究指出：欧洲的CCUS技术发展较成熟，相关法律法规、资金激励、税收扶持政策和技术创新政策等比较完善；生物质能结合碳捕集与封存(BECCS)和直接空气碳捕集与封存(DACCS)是欧洲未来实现CO₂负排放的重要手段，CO₂工业集群和运输网络的开发可以大幅减小CO₂的运输费用，形成规模化效应，从而增大CCUS的适用范围。我国于2020年提出2030年实现碳达峰、2060年前实现碳中和的“双碳”战略目标，借鉴欧洲CCUS的发展现状和相关政策，结合我国的基本国情，提出了我国目前发展CCUS技术亟需解决的若干问题，并给出相应建议。     

焦载体下CH4及CO2气氛对低阶煤流化床热解特性的影响

以新疆润北煤为研究对象,在小型鼓泡流化床上开展了热解实验,结合气相色谱、SEM等表征手段对热解产物及其特性进行了分析,考察了以半焦为热载体不同热解温度条件下CH₄和CO₂气氛对煤炭流化床热解特性的影响。结果表明:由于煤半焦促进了CH₄和CO₂的重整反应,CH₄/CO₂混合气氛下热解产气率与单一气氛相比有所减少,减少幅度随温度和CO₂体积分数提高而增加;同时,热解温度为600 ℃以上时,CO和H₂产率随着CO₂体积分数的提高和温度的升高而明显增加,相应的热解水产率也明显增加;随着温度升高,受CH₄裂解、CH₄与CO₂重整及CO₂与碳的气化等反应的影响,CH₄/CO₂混合气氛下焦油产率有所增加,在热解温度600 ℃左右时焦油产率最高的同时增加幅度也较大;受CH₄裂解反应积碳以及CO₂和半焦的气化反应等过程的影响,CH₄气氛下半焦产率增加,CO₂气氛下半焦产率降低;CH₄/CO₂混合气氛下半焦产率及特性同样有明显的变化,且随热解温度升高变化更大;较低体积分数CO₂（6%）时,CO₂促进CH₄裂解积碳,其影响大于CO₂与碳的气化反应,半焦产率提高且半焦孔隙变小,表面变粗糙;而随着CO₂体积分数提高时（增加到15%）,CO₂与碳的气化作用增强,使得半焦产率反而明显减少且孔隙变大。     

可再生能源发电系统中的柔性储能技术

本文简要介绍了可再生能源分布式发电的现状,分析了储能在可再生能源发电系统中的作用。着重介绍了以超级电容器储能技术和飞轮储能技术为基础的柔性储能技术,分析了它们的特点,并与其他超导储能和蓄电池储能进行了比较,最后进行实验研究。研究表明,柔性储能技术在改善可再生能源发电系统的运行稳定性和供电可靠性方面起着非常重要的作用。