从8家国内外电力头部企业ESG报告看实用化脱碳转型技术路径（一）

介绍

  电力行业是碳减排的关键。目前世界能源发展的趋势为：化石能源清洁化、清洁能源规模化、多种能源综合化。根据BP预测，2050年化石能源消费占比下降到20%，非水可再次生产的能源占比上升到60%，电力在终端能源消费中占比增至50%以上[1]。

  目前，发电行业低碳转型主要有以下几个问题：煤炭仍占主导地位，二氧化碳排放强度高，用能效率比较低，新能源技术创造新兴事物的能力不足。针对这一些问题，进行发电行业低碳转型主要有以下几个战略思路：煤炭利用清洁化——发展煤炭清洁高效发电技术；清洁能源规模化——发展可再次生产的能源和先进核能技术，大幅度提高非化石能源占比；多种能源综合化——突破储能、氢能及综合能源技术；电力系统数字化——打通发-输-变-配-用”各孤立节点，彼此协同。根据这一思路，目前国内外火电行业头部企业的低碳转型技术路径围绕煤炭清洁高效发电，可再次生产的能源发电，核能，先进储能，氢能，碳捕捉、利用和封存技术（CCUS），5G、AI、大数据、IoT等数字化技术与电力行业日常生产、经营、管理等各环节融合这几个重点方向进行。下面将结合国内外现有低碳转型技术进行介绍。

  CCUS大致上可以分为碳捕集、碳运输、碳利用、碳封存等环节。其中，碳捕集主要方式包括燃烧前捕集、燃烧后捕集和富氧燃烧等；碳运输是将捕集的CO2通过管道、船舶等方式运输到指定地点；碳利用是指通过工程技术方法将捕集的CO2实现资源化利用的过程，利用方式包括矿物碳化、物理利用、化学利用和生物利用等；碳封存是通过一定技术方法将捕集的CO2注入深部地质储层，使其与大气长期隔绝，封存方式最重要的包含地质封存和海洋封存。

  火力发电厂主要涉及碳捕集环节。下图是火电厂烟道气二氧化碳捕获的几种主要方式，即燃烧前捕获、富氧燃烧技术及燃烧后捕获。

  燃烧前捕获技术是在燃烧前先将碳分离开来。目前，燃烧前捕获CO2最典型的便是整体煤气化联合循环发电系统（Integrated Gasification Combined, IGCC）。IGCC技术工艺过程为：煤经气化成为中低热值煤气，经过净化，除去煤气中的硫化物、氮化物、粉尘等污染物，将煤气整合变换为CO2和H2，再对煤气中的CO2和H2进行分离，将燃料的化学能转移至H2，此时便燃烧氢气以达到该燃料燃烧的目的[2]。

  燃烧中碳捕集技术即富氧燃烧技术，是指用高浓度的O2与CO2的混合气体代替空气在锅炉内与煤粉进行燃烧反应。其中，O2 是利用工业级的空分装置获得，CO2 是通过烟气循环的方式从锅炉排放的烟气中获得，通过不断的CO2循环和富集使得烟气中CO2浓度不断升高，理论上干烟气下CO2 的浓度可高达80%以上，便于进行CO2 的压缩与分离[3]。

  燃烧后捕获通常用化学吸收法，其原理是利用碱性吸收剂与烟气接触并与CO2发生化学反应，形成不稳定的盐类，而盐类在加热或减压的条件下会逆向分解释放CO2而再生吸收剂，从而将CO2从烟气中分离[4]。

  目前一些国内外火力发电公司的ESG/可持续发展报告都有提到使用CCUS技术，但对具体项目披露的并不完善。电能实业（股票代码：00006）的可持续发展报告[5]中就披露了其使用燃烧后捕获CO2的项目。在循环经济方面，荷兰Enviro能源控股有限公司（AVR）从焚化设施中采集和回收的二氧化碳供应给附近的温室作种植用途。AVR每年为这些种植场提供用于种植作物的二氧化碳，让花农不再需要用燃气装置自制二氧化碳。因此在Rozenburg建造类似的二氧化碳采集设施是AVR另一个重点计划。在消费的人家中或废物分类设施中选出没办法回收的垃圾，交予转废为能设施作能源之用。焚烧过程中产生的洁净烟气经过冷却，然后流经一种特殊的溶剂，回收烟气中高达85%的二氧化碳。剩余的烟气（其中大部份二氧化碳已被提取）会经烟囱排放出去。加热含有大量二氧化碳的溶剂，以提取气态的二氧化碳。二氧化碳气体可直接流入管道，或进一步冷却至摄氏负20度，以液态储存在容器中，再由货车运往目的地。

  同时，AVR使用其智慧焚烧技术将残留物及不可回收的废品转化为电力、热能、蒸气，以及新的加工原材料。由AVR设施生产的能源取代原本以化石燃料生产的能源。AVR更进一步回收炉底灰中的金属和矿物、造纸污泥工艺流程中的TopCrete、分隔设施中的包装材料等原材料，避免排放二氧化碳。AVR位于Duiven的转废为能电厂亦设有一项独特的二氧化碳采集设施，在焚烧残余废物的过程中，回收所产生烟气中的二氧化碳，用作制造可持续混凝土的原材料或灭火器中的冷却剂。目前，AVR将采集到的二氧化碳供应给当地的温室园艺公司。

  在华润电力（股票代码：00836）的可持续发展报告中[6]提到华润电力（股票代码：00836）实施了微藻固碳及微藻氧吧项目。微藻固碳技术是CCUS技术中实现CO2生物利用的重要方法，该技术利用微藻将大量CO2转化为生物质。微藻作为固碳生物，具有光合速率高、繁殖快、适应环境性强等优点，相当于森林固碳能力的10-50倍。华润电力（股票代码：00836）与浙江大学组建联合研发中心，投资500万元建立300平方米微藻固碳项目，是国内首个立柱式微藻光合反应器转化燃煤电厂烟气CO2示范工程。同时，与浙江大学合作开发的深圳国际低碳城微藻氧吧项目，是国内首创微藻固碳生态氧吧项目。同时，华润电力（股票代码：00836）打造了干冰转化项目。干冰转化是对碳捕集平台捕集的二氧化碳进行相对有效利用的一种方式。华润电力（股票代码：00836）建设了一套1吨/小时的干冰转化系统，于8月12日成功调试产出首块干冰，成功打通碳捕集到碳利用全产业链条。

  目前，CCUS的发展的新趋势是重点研发燃煤电厂燃烧后CO2低成本捕集关键技术（如减少吸收剂消耗）；掌握陆上、海上咸水层、枯竭油气田封存CO2关键技术；研发CO2化工利用、矿化利用、生物利用等途径。

  可再次生产的能源发电主要是指水力发电、风力发电、太阳能发电这三种，其他可再生能源发电包含水热型地热发电，干热岩型地热发电，海洋能发电。他们属于非化石能源发电，是清洁能源。

  水力发电的基础原理是利用水位落差，配合水轮发电机产生电力，也是利用水的位能转为水轮的机械能，再以机械能推动发电机，而得到电力。通过水位落差的天然条件，有效的利用流力工程及机械物理等，精心搭配以达到最高的发电量，供人们使用廉价又无污染的电力。

  英国的SSE（股票代码：SSEZF）公司和法国的EDF公司（股票代码：EDF）都有在各自的可持续发展报告[7],[8]中提到会通过水力发电计划提供清洁、灵活的电力，但对具体项目披露的并不完善。对于火力发电公司，水力发电不是他们的低碳技术首选这一点能够理解，因为水力发电需要寻找合适的具有水位落差的地点，这本身就需要仔细考虑地理因素，且一次性投资大，即兴建水电站土石方和混凝土工程巨大。

  目前，水力发电的发展的新趋势有以下几条：常规水电技术：加大在高水头大容量冲击式机组和超低水头水力发电技术的公关；水电站安全运行技术：矩型机组刚强度及稳定性研究，压力脉冲危害机理及传播规律研究等；智能水电技术：开发智能水电站信息共享技术、设备数字化技术、智能一体化平台、数据应用智能化技术等。

  风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据风车技术，大约是每秒三公尺的微风速度（微风的程度），便能开始发电[9]。

  在电能实业（股票代码：00006）的可持续发展报告中提到其计划在南丫岛西南面水域兴建一个装机容量不少于150兆瓦的海上风电场，预计于2027年投产，届时有机会每年生产约4亿千瓦时零碳电力。

  中电控股（股票代码：00002）的可持续报告[10]中也提到公司就香港东南水域兴建离岸风场进行可行性研究。根据初步研究结果，由于风力发电机技术以至成本效益改善，在中期而言提升了离岸风场项目的可行性。截至2021年底，中电的「可再次生产的能源上网电价」计划，获审批或接驳至电网的发电容量达265兆瓦，对上一年为175兆瓦。

  除了国内公司，美国的Duke Energy公司（股票代码：DUK）在可持续报告[11]中披露其最近成为位于北卡罗莱纳州威尔明顿以东的卡罗莱纳长湾地区的两家海上风电承租人之一，租赁能支持高达160万千瓦的海上风能的开发。根据卡罗来纳碳计划提交的四个投资组合中，有三个包括海上风能。

  风力发电的发展的新趋势有以下几点：推广风电大规模高比例先进并网技术，研究风电场与储能协同运行技术；推动基于柔性直流输电技术、漂浮式技术的海上风电示范建设，为开发远海风电提供技术储备；推动人工智能、云计算、大数据等新一代信息技术用于风机人机一体化智能系统等等。

  对于太阳能发电而言，具有两种不同的形式:①为光能→电能的直接转换，②光能→热能→电能的转换。

  对于太阳能光热发电，其原理是首先应当实现光能向热能的转换，随后再将热能转换成电能。这一过程和一般火力发电相同，而通过太阳能热量发电，实际效率并不高且成本昂贵。所以，实际的资产金额的投入要比一般火电站的发电成本高出5-10倍。在一些较大型的火力发电厂可持续发展报告中并没有披露过相关案例。

  对于太阳能光伏发电的原理为：利用光生伏打效应原理制成的太阳能电池将太阳辐射能直接转换成电能的发电系统。系统主要由以下几部分所组成：光伏电池组件、蓄电池组、太阳能控制器、逆变器和DC-DC变换装置组成。光伏电池组件最大的作用是当太阳光照在上面时，电池吸收光能并将太阳能转化成电能，一般为硅电池，可分为三种类型：单晶硅、多晶硅及非晶硅。蓄电池组最大的作用是存贮产生的电能，当光线不足或者晚上时，将电能释放供负载使用，是一种储能部件，在选择存储容量时，要与光伏电池组件的容量保持一致。太阳能控制器：最大的作用是规定和控制蓄电池的充、放电条件，对负载的电能输出，保证任何条件都可输出上限功率。逆变器最大的作用是将储存的电能由直流变成交流。DC—DC变换装置最大的作用是经过控制功率元件的通断，将输出的低压变为高压，保证能输出稳定的高压直流电[12]。

  电能实业（股票代码：00006）的可持续报告提到其一直推行「强化电压管理」计划，现已完成138个大型变电站的电压管理系统升级工程，涵盖南澳洲省8成约79万名电力客户供电。由于南澳洲省有超过30万名客户拥有发电容量约达1,800兆瓦的太阳能系统，因此新的电压调控措施有助调节每日及全年的电压水平，使配电网络可输送更多太阳能电力。例如，在中午日照最猛烈的时候，电压管理系统能降低电压，确保客户能继续将剩余电力输入电网。其将继续制订及推行一系列缓解和调适措施，令电力网络可接收更多可再次生产的能源，减少因配电缆电力损耗而产生的温室气体排放。这些措施帮助公司在2025年增加其电网中的太阳能发电量一倍，并于2035年达至净零排放。

  Duke Energy（股票代码：DUK）在可持续报告提到在卡罗来纳州，超过4500兆瓦的太阳能容量连接到我们的电网——包括企业具有的和独立的项目。此外，EDF（股票代码：EDF）在可持续报告中提出其全资子公司可再次生产的能源技术公司也在上游领域。该公司使用晶体硅技术设计和制造光伏组件，应用场景范围从住宅设备到陆上太阳能农场。EDF集团（股票代码：EDF）的研发部门和太阳能研究中心与福托瓦特实验室合作。其正在推出一种注重低碳生产高科技硅晶片和硅锭的工业模型。

  生物质成型燃料BMF（Biomass Moulding Fuel），是以农业废弃物、林业三剩物为原材料，经过粉碎、烘干、成型等工艺，制成粒状、块状、柱状等具有一定规格和密度的成型环保燃料，即可在生物质能锅炉直接燃烧的新型清洁燃料。而生物质锅炉锅炉的燃料就是BMF燃料，它利用生物质新能源，其燃烧二氧化碳等温室气体的排放，与生物质原料生长进行的二氧化碳的吸收，整体构成了自然碳循环，在理论上实现了二氧化碳的零排放，可以大大降低温室气体对环境的污染，且利用生物质燃料与煤炭等传统燃料结合的使用方法，可以大大降低二氧化硫等有害化学气体的排放，对生态环境保护有着重要作用。

  EDF Energy（股票代码：EDF）的可持续报告就披露其安装了30兆瓦的生物质锅炉，取代天然气，为300人的工厂使用，避免每年400吨二氧化碳。

  [2]周响球.燃煤电厂烟气二氧化碳捕获系统的仿真研究[D].重庆大学,2008.

  [4]张苗苗.燃煤电厂烟气CO2化学吸收模拟与分析[D].山东科技大学,2011.

  [12]丁宜.浅析太阳能光伏发电系统原理及设计应用[J]. 城市建设理论研究（电子版）,2013(13).

  感谢北京市企业家环保基金会“卫蓝侠”项目，“蓝天力”项目提供的资助，文章的主要内容由上海青悦环保承担全部责任，与资助方政策及立场无关。

  原标题：《从8家国内外电力头部企业ESG报告看实用化脱碳转型技术路径-第一篇》