【按】第十六届世界低碳城市联盟大会暨低碳城市发展论坛在2019年7月26日~28日在浙江丽水举办，本文为清华大学教授倪维斗院士在论坛中的主旨演讲节选，特整理成文，以飨读者。
《巴黎协定》与煤电低碳转型之路
清华大学教授，中国工程院院士倪维斗，2019年7月27日
从《巴黎协定》约定的应对气候变化2℃要求下的中国煤电，我认为应该从煤炭和生物质耦合发电，逐步转型为煤炭和生物质转换发电。
根据《巴黎协定》约定的要在本世纪末控制全球温升2℃的减排目标，提出了对全球煤电的要求，经计算，全球煤电碳排放强度的要求是低于100gCO2/kWh。现在燃煤电厂的平均二氧化碳排放强度约为1000gCO2/kWh， 为达到该全球目标，国际能源署（IEA）、世界自然基金会（WWF）等的研究结论是：煤电现有的高效率低排放技术无法在2050年前达标。
那么全球煤电如何才能达到100gCO2/kWh碳排放强度？很多学者提出碳捕获与封存（Carbon Capture Storage，简称CCS）技术，如果不采用CCS技术，必须在2013-2040期间，关停全球84%的燃煤火电厂，否则，全球燃煤电厂则必须全部采用CCS技术。但是我们却认为CCS可能不是中国煤电低碳化的方向。因为CCS技术面临高能耗、高成本和高水耗，以及技术、经济、政策和社会等方面的许多障碍。如果要采用CCS技术来将煤电的CO2排放强度降低到100gCO2/kWh以下，在2050年实现中国煤电“CCS化 ”，是非常不确定的！
根据彭博新能源财经的数据，2050年煤电应该只占总发电量的11%，然而中国煤电容量还会继续增加，按现有趋势，中国2050年煤电容量可能达到1510GW（15亿KW）。即使这些新的燃煤电厂全部采用最先进的高效率低排放技术，也无法满足为实现在2050年前将全球升温控制在2℃之内煤电须承担的碳减排任务，除非它们全部采用CCS技术！
根据IPCC2018年的研究报告，为实现1.5℃目标要求，全世界在2050年左右要实现碳的零排放。在全球温升2℃的要求下，到2050年煤炭在全球能源结构中的占比不能超过4%。如果全球温升的限制是1.5 ℃， IPCC的研究结论是：到2050年，煤炭在全球电力供应中的比例要降低至接近为零。如果要避免地球遭受气候变化带来的最坏影响，IPCC建议各国必须在2030年前完全停止燃烧化石燃料！这显然对我国来说是不现实的。
那么在日益严峻的气候变化的压力下，在2050年前全球电力部门似乎必须走“去煤化”的道路， 中国应该怎么办？
实际上， 西欧很多国家如德国、法国和英国，正在制定和走向电力“去煤化”的方向。例如英国制定了火电“碳排放强度”的限额是100gCO2/kWh, 并决定在2023年关闭所有燃煤电厂。然而现在煤炭仍然是中国的主要能源，中国火电容量已超过10亿千瓦，居世界第一，火电占比超过60%。“去煤化”现在对中国是不现实的，关闭全部燃煤电厂也是不可能的，但是中国电力必须要走从“减煤”向最终“去煤”的方向发展！
上图来自《IPCC Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation ，2015》，我们可以看到煤炭、石油和天然气的碳排放强度分别为1001、840、469gCO2/kWh，都远远超出需要控制的碳排放强度目标，而生物质发电的碳排放强度为18gCO2/kWh，属于非常低碳绿色的能源。
（一）间歇式低碳电源：如风力和太阳能发电。发展极快，但自己较难成为可靠容量与电量的灵活性、调节型的低碳电源。
（二）连续可靠的高投资大功率低碳电源：如水电、核电。因为受水力资源和核安全等因素限制，也难以完全取代火电成为可靠容量与电量的灵活性调节型低碳电源。
（三）高投资高能耗低碳火电：化石燃料电源+碳捕获（CCS），由于CCS系统的高投资和高能耗，以及CO2的埋存的诸多不确定因素，在一个相当长的时期内也难以成为可靠容量与电量的灵活性调节型低碳电源。
（四）大容量煤电厂生物质耦合与转换：火电作为提供可靠容量与电量的灵活性调节型电源，难以或缺。而逐步将火电的燃料用可再生的生物质取代、实现碳减排目标，是完全可能的。建议可分两步走，第一步，现有大容量燃煤电厂与一定比例的生物质耦合混烧发电，逐步降低煤电的碳排放，同时创造条件，积累经验，形成足够大的生物质燃料供应产业，逐步提高生物质混烧比，有条件的燃煤电厂逐步从生物质混烧过渡到生物质燃料的转换；第二步，争取一部分有条件的现有大型高效燃煤电厂，特别是CFB电厂，转换成100%生物质燃烧，成为低投资大功率高效率生物质发电，真正实现煤电的燃料转换，将火电厂建成为可靠容量与发电量的灵活性调节型的高效低碳电源。
大容量燃煤电厂中混烧和全烧生物质在国际上也取得了不少成果。
从《京都议定书》至《巴黎协定》，20多年来，在欧盟等国家燃煤耦合生物质发电已经得到很好的推广应用。无论在政策法规还是工程技术上，均取得了许多宝贵经验：在政府政策支持下， 不但经济上可获利，而且对于降低二氧化碳和其它污染物的排放，起到了非常明显的效果。
英国几乎100%的燃煤电厂均采用燃煤耦合生物质发电，包括其总容量为400万千瓦的最大Drax燃煤电厂。该电厂在2018年完成了将4台66万千瓦燃煤锅炉改造成100%燃烧生物质的火电厂。
欧盟国家参与燃煤耦合生物质发电的机组类型包括煤粉炉和循环流化床锅炉。混烧容量最大的为德国Eemshaven电厂的2×80万千瓦超超临界煤粉炉机组。目前最大容量的100%燃烧生物质的循环流化床锅炉是波兰的GDF Suez 循环流化床生物质电厂。
能参与混烧的生物质几乎包括所有的生物质燃料种类，有木本的林业抚育剩余物和木材加工废弃物，草本的农作物秸秆等，以及木本和草本的生物质成型颗粒燃料等。
欧盟国家燃煤电厂根据各自不同的具体条件，采用特定的燃煤耦合生物质发电的技术路线。煤粉炉混烧生物质主要是木本的颗粒燃料。由于循环流化床锅炉具有极好的燃料灵活性，适应燃烧草本生物质如秸秆等，因此更有利于发展用于任何比例的生物质混烧，直至燃烧100% 生物质。当前欧洲最大的100% 燃烧生物质循环流化床锅炉是在波兰的20万千瓦循环流化床锅炉。
目前，低碳排放已成为煤电发展的主要约束因素，煤电面临大幅度减排二氧化碳的压力。中国煤电发展的制约因素已经从常规污染物控制实现超低排放转变成如何实现低碳排放的转型。中国煤电必须走低碳发展的道路！煤电低碳发展实际上就是在不减少发电量的前提下大幅度减少燃煤量，直至最后完全放弃煤炭作为火电燃料。
但是煤电+CCS路径可能不是煤电低碳化的主要方向。仅靠蒸汽循环煤电本身的技术发展，如提高效率等已经无法实现大幅度降低碳排放，现在唯一在不减少燃煤量的条件下实现低碳煤电的是CCS技术。但是由于CCS技术的诸多问题和不确定性，原来寄希望于CCS+煤电的低碳化方向，现在无法确定是否可选择CCS作为煤电低碳化的主要方向。
然而，火电作为可靠容量与电量的灵活性调节型电源的地位，难以改变！
今后无论风电、太阳能和核电如何发展，都难以取代火电基础性和灵活性电源的作用，但作为高碳电源的燃煤火电是可以逐步用低碳的生物质火电取代的。
煤电和生物质耦合发电及生物质转换发电是煤电低碳化最可行、经济、快速和可靠的发展方向。煤粉炉和循环流化床锅炉电厂均可改造发展成为与生物质耦合混烧直至转换成100%燃烧生物质的火电厂。
因此，要实现我国煤电低碳化，必须发展巨大的生物质燃料产业！
煤电生物质燃料的转换，可保证的生物质颗粒燃料的供应是关键。据估计，中国可能的的生物质能源的资源量可达10亿吨标准煤以上。另，根据英国对于生物质颗粒燃料市场的评估和经验，国际市场生物质颗粒燃料的供应潜力巨大。
如果中国能够将发展生物质电力作为推进能源革命、应对气候变化挑战的重要战略，同时带动和发展生物质颗粒燃料产业的发展， 并将其作为一个与发展三农的战略相结合来对待，以形成生物质颗粒燃料的国内、国外两个可靠的供应源，则中国煤电从生物质混烧逐步过渡到生物质100%转换，从而实现高碳电力转型过渡到低碳电力就大有希望！
