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电力是现代社会赖以生存和运转的动力。随着经济快速发展和人民生活水平的提高，对电力的需求一直在刚性增长。然而当前我国的电力约70%要依靠化石能源特别是煤炭，造成大量的二氧化碳等温室气体的排放。仅煤电一项，就占到全国二氧化碳年排放量的一半。显然，要实现2030年碳达峰和2060年碳中和，打赢煤电高效、低碳的攻坚战势在必行。虽难度极大，但要求首战必胜。

一、煤电排放占我国碳排放的最大份额

化石能源消费是碳排放总量的最大来源。以碳排放强度计，煤、石油和天然气分别为2.66、2.02和1.47吨CO2/吨标煤。煤电产生的碳排放又是能源消费碳排放最大来源。表1为联合国气候变化专门委员会发布的各种电源的平均碳排放强度（克CO2/千瓦时），从表1可见，如果将生物质能用于发电，其碳排放强度仅为18克CO2/千瓦时。

实现“3060”的“双碳”目标，面临着空前巨大的挑战，中国现在是全球最大的碳排放国，碳排放总量大、排放强度高，减排时间紧。我国年碳排放量占全球的 30%左右，超过美国、欧盟和日本的总和，碳排放强度是世界平均水平的 2.2 倍；现在美、欧、日等主要发达国家碳排放已经达峰，从碳达峰到碳中和有超过 40-50年的过渡期，而我国仅有30年时间。同时，我国的能源结构现在还仍然是以煤为主，煤炭占一次能源消费比重达 57%，能源利用效率偏低，单位 GDP 能耗是世界平均水平的1.7倍。我国现在仍处于快速工业化、城镇化进程中，电力需求还将刚性增长。

国际能源署在其《2050年能源零排放路线图报告》中指出，CO2排放的重点能源行业是电力、工业、交通和建筑这四大领域，并且强调，电力领域应是全球最先实现零碳化的重点排放领域。报告提出了到2040年，全球煤电从能效最低的亚临界机组开始，燃煤电厂将逐步被完全淘汰的路线图。我国的燃煤发电的总装机容量到2021年已达11亿千瓦，虽然其占比已经降低至50%以下，但煤电的发电量占比仍然超过60%。2020 年我国碳排放总量113亿吨，其中能源领域碳排放99亿吨，占比88%；全国火电发电量为53300亿度，碳排放实际统计数据为51.2亿吨，占当年我国CO2总排放量比重的51.76%。况且，随着工业化、城镇化深入推进，我国能源消费总量将在 2030 年前后达峰后，电力需求仍将持续增长。严峻的现实是，要实现碳达峰和碳中和，能源是主战场，煤电减碳是主力军。不首先实现煤电大幅度减碳，“双碳”目标是不可能达到的。

二、火电的保底和支持风、光电的作用

无可替代

对我国电力行业如何落实全国“双碳”目标，特别是对煤电机组今后在我国电力生产供应侧的位置的认识，虽然大部分观点认为煤电仍将起“压舱石”和“兜底”的作用，但是也存在较强的“去煤化”或“弃煤化”议论，或者把煤电仅看作将是风电和光伏电源的配角、协助者的角色，即认为“煤电机组将更多地承担系统调峰、调频、调压和备用功能”；而在发展可再生能源电力方面，几乎一致的认识是把焦点放在发展风电和光伏电源上，鲜有提及利用现有的煤电机组产能进行现实可行、潜力巨大的生物质能发电。我们认为，这些认识存在很大的误区，大有商榷的必要。实际上，我国现有的大型煤电机组在我国电力生产中的基础支撑作用将难以替代。

根据我国电力发展规划，到2030年，可再生的风电和太阳能发电的总装机容量将达到12亿千瓦以上，但在“双碳目标”和建立以新能源为主体的新型电力系统的推动下，预计到2030年，新能源装机将大大超过原规划而会达到17亿千瓦以上。但是必须看到，风电和太阳能发电有着不可忽视的短板，那就是“不可控”， 是一个不稳定的间歇电源。其装机的发电能力严重受限于昼夜日照、季节变化、天气阴晴、风力大小等自然气象条件的限制。据报道，2019年在全国非化石能源发电量占比仅为32.6%情况下，风电和光电就已经普遍面临并网难、消纳难、调度难等问题。2021年2月，美国德克萨斯州因严寒天气，全州电网在4分钟内完全崩溃。450万户家庭和大量企业失去电力；长达数天的断电造成近百人死亡。其中一个主要原因，是已占相当产能比的风电和光伏电源，因风叶冻结和连续阴霾天气而无法出力。我国去冬今春南方数省频繁拉闸限电，则是因降雨少影响水力发电，以及风、光条件差影响到风电和光伏电的正常运行。

电力系统是一个超大规模的非线性变能量的平衡系统，必须要随时保持供需平衡，其运行模式是“源随荷动”。发电侧作为主动调节端，负荷侧则为被动不可调节端，由发电端主动调节，跟踪负荷的变化运行。这是用一个精准可控的发电系统，去匹配一个基本可测的用电系统，通过实际运行过程中的滚动调节，实现电力系统安全可靠的运行。但是因风电和光伏电固有的不可控和间歇性，不能“源随荷动”，或只能单边“源随荷动”（即弃风弃光，减少出力）。与此同时，在用电侧，大量分布式风、光电接入后，用电负荷预测准确性也大幅下降。由此，这些新能源大规模接入，对传统电网带来巨大影响。在风、光电电源侧的大规模储能系统未发展起来以前，风、光发电系统均不具备调峰调频、无功补偿的能力。随机的气象条件，使得机组出力时刻变化，对电网形成较大冲击，使得电网需要为风、光发电系统建设相应的调峰调频及对电压进行有效的控制和调整，需要相应增加常规的火电电源提供补偿调节力。从某种意义上说，风、光发电的存在，相当于在电网中增加了一个“不确定性负荷”。 因此， 如果要确保电网能够消纳大容量的风、光电的发电量，庞大的煤电必须转型成为调节型的电源，同时继续承担起供电安全“压舱石”的功能。而且在此情况下，煤电还将会面临总体装机容量不能低，而又须长时期在低负荷下运行，因而导致运行效率和利用小时数降低的局面；再加上煤电高碳排放的特点，在高煤价和碳交易政策下，煤电有可能会发生在经济上无法可持续维持的尴尬局面。

实际上，我国现有的大型煤电机组在我国电力生产中的基础支撑作用将难以替代。首先，我国煤电为主的电源结构是我国缺油少气、煤炭丰富的资源禀赋特点决定的，是建国以来70多年，尤其是近30多年来全国电力战线广大干部职工和技术人员，经过自力更生艰苦奋斗、引进消化吸收国外先进技术、大胆积极创新建立起来的，形成了一个世界最大和领先、布局合理、稳定可靠的煤电生产和电力输送配置的巨大系统，强有力保障和支撑了国家的能源安全、生产和社会发展、人民生活水平不断提高的需要。我国已经成为世界煤电生产最强国，这个历史过程和结果具有巨大的惯性，改变起来绝非短期，更非一朝一夕之功。

据最新出版的《电力强国崛起——中国电力技术创新与发展》和其它可靠统计数据：2020年年底，我国火电装机容量12.45亿千瓦,其中煤电装机10.8亿千瓦；已投产的国产35万千瓦、60万千瓦、66万千瓦、100万千瓦等级的超（超）临界参数机组共826台，装机容量达5.23亿千瓦，占国内在役煤电机组总容量的48%，这些机组已成为火电的主力机组；同时还有约983台、装机容量达3.5亿千瓦的30万千瓦和60万千瓦等级的亚临界参数机组。具有我国独创技术的超（超）临界参数和改造的亚临界参数煤电机组的供电效率和超低排放水平均处于世界领先地位。

随着我国产业结构的调整和城市化进程，电力需求侧的结构性变化明显，负荷不稳定和变化幅度增加剧烈，要求发电侧具有深度随动的主动性，电网的调度调节高度灵活。如上所述，风电和光伏发电在目前大规模储能技术未获突破的情况下，完全不能满足这些要求，而我国大型煤电系统则能适应需求侧的变化。

风电和光伏发电装机容量和实际发电量之间存在巨大的不相称差距。据全国新能源消纳监测预警中心提供的数据，在近几年高速发展的态势下，2020年底，全国风电和光伏发电装机容量分别达到了2.81亿千瓦和2.53亿千瓦，共5.34亿千瓦，是煤电装机容量的49.44%，而全年发电量却只有7270亿千瓦时，仅是火电发电量的14.06%。由此可见，要达到某些研究描述的“电源结构呈现'风光领跑、多源协调'态势，风电和光伏发电将逐步成为电源主体”的状态，前路是何等漫长！

如前所述，我国已建成的大容量超（超）临界参数和亚临界参数机组的总容量有8.73亿千瓦，这些机组及其配套设施、输配电系统的资产总量高达数以10万亿人民币。这笔庞大的资产是国家和人民长期奋斗积累起来的财富。这些机组服役时间大都不长，正当“青春”和“年富力强”的好年华，决不能轻易地让它们以“低碳转型”的名义提前退役，造成不可挽回的巨大损失。如果以全新的生产、储能（目前还没有成熟的技术）和不稳定的风光发电系统来替换上述煤电系统的电量生产能力，其投资和运行成本的高企将可想而知。

因此，如何使煤电更高效、更清洁、更低碳，更灵活地发展，已成为中国实现“碳中和”战略目标需要研究和着手解决的迫切课题。出路何在？

三、生物质与煤耦合发电是煤电

实现低碳、零碳的唯一途径

生物质发电和风力发电、太阳能发电等可再生能源电力一样，都是（近）零碳排放的电力生产方式，而且还具有风力发电和太阳能发电所没有的优势：即在自然界，年度再生的农、林剩余物资源量比较稳定；燃料可以运输、储存以便常年均衡使用。利用大型高效燃煤机组混烧生物质燃料发电，是国际上实现生物质发电的一种先进技术。不仅比现有的生物质直燃发电(一般为中、小发电厂)的发电效率高，而且可以明显降低煤电机组的碳排放量，提高煤—生物质耦合发电的灵活性，加强煤电生产的可持续性，是煤电走向低碳化一条现实可行、也是唯一的路径。

需要强调指出的是，生物质燃料在大型高效的煤电机组中与煤混烧，并不是煤电低碳发展的权宜之计或过渡技术。因为生物质是可再生能源，生物质混烧发电是高效率低排放并具有灵活性的火力发电，其本质是生物质发电的一种先进形式。和不可控的风力发电和太阳能发电不同，对于电网安全和可靠的电力供应，支持和消纳风、光电起着调节和保障作用。

国际上在大型燃煤发电厂中采用生物质混烧技术，源于1997年12月在日本京都通过的《联合国气候变化框架公约的京都议定书》。该议定书的目的，是限制发达国家二氧化碳的排放量以抑制全球气候变化。自那时以来，发达国家尤其是欧盟国家，就开始在法规政策和技术上采取各种措施以降低煤电的碳排放。其中最主要的技术，就是采用燃煤与生物质耦合混烧发电。生物质混烧技术逐步成熟起来后，得到了很好的推广和应用。

由于生物质能是全生命周期零碳甚至可以是碳负排放的，因此掺混比只要达到一定的比例，即能产生十分显著的碳减排效应。据清华大学环境学院、美国哈佛大学及伯克利能源实验室等科学家组成的联合团队，2019年发表的对中国碳排放和大气污染的影响及其经济效益的研究报告(“对中国电力环境友好和碳负净排放的煤-生物质耦合气化发电技术”, 美国科学院院刊PANS, March 7, 2019)。表明当往煤中掺混35%生物质量时，生物质耦合煤发电加碳捕获封存(CBECCS)系统，即可实现电力生产全生命周期的零碳排放，并将成本控制在0.62元/千瓦时以下。如果全面推行该系统，用全国25%的农作物秸秆，可替代18.1%的总发电量, 年减少8.8亿吨CO2排放。

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