从大能源观思考燃煤发电战略

从大能源观思考燃煤发电战略

2013-02-19 16:47 | 评论 | 分享到：作者：黄其励来源：《能源评论》

　　黄其励

　　长期以来，煤炭一直是我国最主要的一次能源，其中一半以上用于电力生产。多年来，我国清洁能源装机的比重逐步上升，电源结构不断优化，但不可否认的是，在今后相当长的一段时期内，我国以燃煤为主的发电结构不会发生根本性改变。到本世纪中叶，电力将持续发展并将维持以煤电为主的局面。

　　燃煤发电在快速发展的同时，如何把重点放在提高效率、降低排放上来，需要从战略层面全面思考。

　　充分挖掘在运燃煤发电机组

　　“存量”的节能潜力

　　在国家“上大压小” 政策的推动下，大量的超临界和超超临界燃煤机组投入使用，我国已拥有世界上台数最多、总容量最大和高参数等级最多的超临界和超超临界火电机组。但是，由于历史原因，我国尚存在大量的亚临界参数机组，其中，30万千瓦机组占比约为72%，60万千瓦以上机组占比约为30%，还有很多机组容量偏小，设计效率较低，发电煤耗较高。总的来说，我国平均发电煤耗只达到发达国家的中等水平，整体上发展水平参差不齐。

　　从长远看，我国燃煤机组的数量还将不断增加。2011年，我国燃煤发电装机容量为7.686亿千瓦，预计到2020年，燃煤发电装机容量将达到10.4亿千瓦左右；到2030年，燃煤发电装机容量将达到13.51亿千瓦。可以看到，未来每十年新增装机容量为3.3亿千瓦左右。相比而言，届时我国在运的“存量”机组容量一直占多数，而且“存量”机组容量总是大于“增量”机组容量，所以，要提高燃煤机组的整体性能，在提高“增量”机组技术水平的同时，一定要在“存量”机组上下大功夫，而且能尽快取得实效。

　　现在人们比较重视新技术的研发和应用，但对于如何挖掘现有机组的节能潜力还不够力度。事实上，现有在运燃煤机组的节能潜力非常大，即使是技术水平先进的超临界机组，依然有节能潜力。

　　以上海外高桥三厂为例，该厂2台100万千瓦机组先后于2008年3月和6月先后投产，设计供电煤耗295克（标准煤）/千瓦时，设计供电效率41.6%。单从机组设计值看，外高桥三厂的先天条件较好，其技术性能已达到世界先进水平，似乎挖潜的空间已经很小。其实不然，外高桥三厂自机组投产以来，不断进行技术改造和创新，大胆给发电机组及热力系统“动手术”，大胆创新，精心实践。从脱硫系统降耗、弹性回热技术、机组运行方式节能，到系统优化、机组启动等多方面都做了大胆的革新，机组的整体性能获得了明显提升。到2011年，在75%负荷下，供电煤耗达到276克，比设计值降低了近20克，供电效率（包括脱硫和脱硝）达到44.5%，如果折算至设计工况，则其供电效率为46.5%，比设计值提高近5个百分点。该电厂的节能创新是我国燃煤电厂节能增效的典范，充分说明了各类燃煤发电机组的节能潜力很大。

　　对其他燃煤电厂来说，外高桥三厂的模式是否可以复制？最主要取决于思想解放，技术创新。要认识到，不管是什么样的机组，不要认为提升的潜力已经挖尽了，其实总是有提升的空间。只是因为起点不同，基础条件不同，提升的空间也有不同，但是在原来基础上提高一步，是可以做到的。

　　因此，要提升燃煤机组的整体性能，一是发展高技术水平的新建煤电机组“增量”，二是提高在运煤电机组“存量”的技术水平。以增量的技术进步带动存量的技术水平，以动态存量整体水平的提高确保我国煤电技术在国际上的领先地位。坚持自主创新技术进步和成熟先进技术的推广应用是煤电发展始终必须坚持的方针。

　　着力优化电源结构：

　　还旧债，解决新问题

　　优化我国能源结构已经上升到国家战略的高度，其中，优化电源结构要引起充分的重视。一方面是煤电、核电、水电、天然气发电、可再生能源发电等的比例，或清洁发电能源的结构比例；另一方面是发电环节中的基荷、腰荷、峰荷电源，电源结构中三者的合理配合。

　　近几年我国大力发展清洁能源机组，清洁能源装机比重逐步上升，电源结构不断优化，但是，我国的调峰电源比例很小，按照国外电源结构的最优化比例，调峰机组一般在总装机容量中应该保持10%的比重，而目前我国的调峰机组比例仅仅稍大于1%，有的地区因为缺少调峰能力，出现了大容量的高效燃煤机组作为调峰机组的怪现象，被迫使用60万千瓦，甚至100万千瓦机组进行调峰。高效机组不在最优经济负荷下运行，设计煤耗虽低，但实际运行煤耗高，既不经济又不安全。

　　在电网调峰能力长期“欠债”的状况下，直接影响电网运行和最大限度发挥可再生能源作用，成为优化电源结构的瓶颈因素。在今后的十年到二十年内，应该赶紧还“调峰”旧债，并进一步解决为保证可再生能源的快速发展而面临的调峰新问题。

　　所以国家在作规划的时候，应该进行全局考虑，从规划阶段就要十分重视电源结构的合理配置，促进可再生能源、核电、供热机组与电网的协调发展，从源头抓好发电—调峰—上网—输送—消纳等科学的电力生产产业链。只有各种类型的发电机组相匹配了，才能保证机组高效率运行，这样才能实实在在的达到节能的目标。

珍惜上天的“恩赐”，

　　把煤的功能“吃干榨净”

　　煤炭是几亿年形成的化石能源，它是能源，更是一种资源。长期以来，我们对煤的使用过于简单粗放，把煤炭看做是能源，主要用于燃烧使用。其实，煤炭的资源价值还没有被充分开发利用。从能源利用的角度看，把煤当作燃料直接燃烧，煤中所含的高品质组分被当作低品质燃料烧掉，造成了资源的严重浪费；同时煤中大量的污染物被稀释排放到烟气中，造成了污染物排放控制的压力。

　　认识煤中不同成分（C、H、O、N、S）的转化规律，通过分级转化可以产生新的煤炭能源利用方式。煤经气化后合成液体燃料和化学产品是重要的煤炭作为资源利用的途径。煤炭燃烧后，灰中含有铝、钒等贵金属，可以提取再利用，理论上煤炭的价值完全可以做到“吃干榨净”。

　　以前，煤化工和电力是两个不同的行业，在大学则是两个不同的院系和专业。煤化工注重的是煤炭的资源利用，而电力是将煤炭作为能源使用。今后，煤化工和电力两个行业应该进行深度融合。以煤为原料，气化后生成粗合成气，经净化后生产的合成气以及半焦用来实现电力、化工、热能、煤气和贵金属的多联产。

　　以煤气化为龙头的多联产是将煤炭既作为能源，又作为资源利用的纽带，是跨专业领域的高效率、高效益并举的发电技术。煤气化多联产是高效、清洁、低碳利用的最好形式之一，应加大技术研发和示范工程的力度；需要加大包括燃气轮机、高效燃烧室等关键设备的攻关，尽快形成实际的生产力。在政策上，需要在其发展的初期给予扶植和倾斜。

　　未来，从事能源行业的工作者应该熟练运用能源、资源在数量和质量上“梯级利用、多元发展”的原则，成为一个真正的能源、资源综合利用工作者。

　“和则利、不和则废”：

　　多种能源互补发电

　　我国西部、西北部地区风能资源和太阳能资源十分丰富，近几年风电和太阳能发电的装机快速增长，“风电三峡”、“百万光伏”建设如火如荼。但是西部地区的用电负荷较小，需要建设远距离输电线路实施电力外送。而风电、光伏发电随气候而变化的不稳定性和随机性，为安全、经济外送电力，带来困难。同时我们注意到，我国“十四大煤炭基地”，多分布在西部和西北部地区。

　　如何将风电、太阳能发电机组与能够稳定运行的燃煤机组携起手来，实现“可再生能源帮助化石能源，化石能源带动可再生能源”的双赢发展，使可再生能源得到充分利用，又保证燃煤机组在高效状态下运行，这是本世纪需要解决的技术和管理课题。

　　如太阳热能可进入燃煤发电厂的回热系统，利用太阳能集热器收集的太阳能热量部分或全部代替加热给水的回热抽汽，由于太阳能热量的引入，使得燃煤机组在燃用相同煤炭的情况下，发出更多的电力，实现降低发电煤耗、提高经济效益的目的。另外，也可将风电因地制宜地进入厂用电系统，部分替代原来的厂用电，从而降低供电煤耗。大容量燃煤机组庞大的回热系统和厂用电系统，可以容纳随机波动的风电和光伏电力，化石能源和可再生能源组成综合能源发电系统是可行的。风电、太阳能与燃煤电厂的深度结合，可扩大可再生能源的使用范围，降低机组发电或供电煤耗，可提高燃煤机组的环保、节能、经济性，这是未来新能源与传统燃煤发电携手的一个方向。

　　在综合规划中要充分利用地缘优势，为火电机组的节能减排和太阳能、风能大规模利用提供新途径。我国西部地区两种能源都丰富，应将电源、电网统一规划。也就是说，国家在核准火电项目的同时，也同时要考虑配套相应的可再生能源、水电、核电机组，各种类型的机组应相互结合。顶层设计很重要，煤炭是能源大家庭的“长子”，如何合理扩大可再生能源的使用范围，将煤炭尽可能多的留给子孙后代，这非常重要而迫切。

转变环保思路：

　　“一切废物都是宝”

　　不断提高的环保标准，使得一个燃煤发电厂的环保装置越来越多，既要除尘、脱硫、脱硝，将来还要除二氧化碳、脱汞。而且，每种装置只处理单一的污染物，这样一来，本就庞大的燃煤电厂的生产系统变得更加复杂。一切“废物”都是我们还没有认识的“宝贝”，以这样的认识来思考，就会产生我们意想不到的效果。

　　比如现在火电厂所采取的脱硫方法大多是湿法脱硫，国外也基本如此。但湿法脱硫所使用的脱硫原料是石灰石，需要通过开山采石获取，对环境和生态会造成破坏和污染。而湿法脱硫所产生的副产物石膏也容易造成二次白色污染。可以推想，只依靠湿法脱硫解决未来燃煤电厂发展的脱硫问题，用不了几十年，“青山何处去，遥指白色园”的局面就会出现。

　　如果用新型的干法脱硫——活性焦脱硫，在脱硫的同时可以有效脱除NOx 、重金属以及二噁英等有害物质, 同时，生产的副产品硫磺或硫酸可以出售, 有效地实现了硫的资源化, 并产生一定的经济效益, 对贫硫国家和农业大国的中国, 在治理污染的同时充分回收利用硫资源有着重要的意义。

　　我们在考虑环保的时候要考虑两个原则，一是变废为宝、资源化利用原则，二是要综合治理、一体化处理原则。另外，治理污染源要尽量前处理，如对煤要进行洗选和筛选，按照用户需求进行初加工的“源头处理”，以及开发推广清洁燃烧技术，如流化床燃烧或综合低氮燃烧技术等的燃烧中处理技术。

　　现在对于燃煤电厂的环保只是从系统尾部考虑，对已经产生的污染，一种污染物一种污染物的处理，极不经济，也不科学。燃煤电厂的污染处理要尽量“源头处理、一体化处理、资源化处理”。

　　未来五十年煤电发展战略思考

　　根据能源局规划，在2010年到2050年期间内，我国累计煤炭消费量可达1500亿吨，其中燃煤发电预计消耗990亿吨煤炭。到2050年，全国电力装机总容量将达29亿千瓦，其中燃煤火电的总容量可达14亿千瓦以上。因此本世纪燃煤发电应综合考虑技术、经济、环保、管理等多方面因素。首先要确立煤电是煤炭高效、清洁、低碳利用的主力军的战略地位；在研发新建煤电技术（如二次再热、“700℃计划”等）的同时，也要十分注意提高在运煤电机组的技术水平；落实抓好电源总量及结构合理化，抓好动力源的发展和污染源的控制。综合利用多种能源互补发电，支持发展以煤气化为龙头的多联产技术和示范工程。在环境保护上，发展符合国情的先进的向资源化环保技术，科学制定环保排放标准。

　　（作者系中国工程院院士）