清潔煤電技術面臨何種選擇？
2014-12-27 13:42:06
煤炭清潔高效利用有兩個途徑:一是利用先進的燃煤發(fā)電技術發(fā)展電力，電力是最好的二次能源，用起來最方便，效率最高;第二是利用煤基多聯(lián)產能源系統(tǒng)技術，建立煤基多聯(lián)產能源利用系統(tǒng)
根據(jù)我國的能源稟賦國情，近幾十年以煤炭為主的能源結構不會改變，在國內已成定論。近期國務院辦公廳正式印發(fā)了《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動計劃(2014~2020年)》，把“推進煤炭清潔高效開發(fā)利用”作為能源發(fā)展的主要任務。在近日召開的中央工作會議上，“大力推進煤炭清潔高效利用”被再次明確。
近期，熱鬧的火電近零排放在末端治理上下功夫，但業(yè)內人士指出，發(fā)電技術的革新才是根本。煤電作為煤炭清潔利用的“主力軍”，目前技術發(fā)展情況如何?有什么途徑和方案，各自的優(yōu)勢與不足是什么?記者就此采訪了中國工程院院士、清華大學教授倪維斗。
超超臨界仍有較大發(fā)展空間
節(jié)能、環(huán)保效果顯著，成本不算高，但在碳捕捉上有缺陷
記者:當前，我國煤炭清潔高效利用應采取哪些途徑?
倪維斗:我認為主要有兩條，一是利用先進的燃煤發(fā)電技術發(fā)展電力。電力是最好的二次能源，用起來最方便，效率最高，第二是利用煤基多聯(lián)產能源系統(tǒng)技術，建立煤基多聯(lián)產能源利用系統(tǒng)。
其中在煤電技術方面，超超臨界燃煤發(fā)電技術是一種先進、高效的發(fā)電技術，節(jié)能、環(huán)保效果顯著，與常規(guī)燃煤發(fā)電機組相比優(yōu)勢明顯。
記者:據(jù)了解，上海外高橋第三發(fā)電廠(以下稱“上海外三”)2008年建了兩臺超超臨界燃煤機組，據(jù)你了解節(jié)能、環(huán)保效果如何?
倪維斗:上海外高橋第三發(fā)電廠兩臺100萬千瓦超超臨界機組供電煤耗達到276克/千瓦時左右(折合凈效率44.5%)。
今年年初，中電聯(lián)發(fā)布的年度行業(yè)報告中稱“2013年，全國火電機組供電煤耗321克/千瓦時,居世界先進水平?！?這就是說，“上海外三”供電煤耗水平比居世界先進水平的全國水平足足低了45克/千瓦時。
再看看“上海外三”的廠用電率，廠用電率指發(fā)電廠在生產過程中自身所使用的電能，它一般占電廠發(fā)電量5%以上。目前“上海外三”的綜合廠用電率是2.5%左右。據(jù)電廠工作人員介紹，有時比這個數(shù)字還要低，為2%。
另外，“上海外三”粉塵、二氧化硫和氮氧化物排放濃度分別為:11.63mg/m3、17.71mg/m3和27.25mg/m3，達到氣電的排放水平。
超超臨界機組節(jié)能、環(huán)保，成本也不算高。我認為，在目前國家對二氧化碳沒有強制約束的情況下，應該是煤炭清潔高效利用的一個方向，會走相當一段時間。
記者:據(jù)悉，超超臨界技術有一個缺陷是不能有效捕捉二氧化碳，有什么解決方案?
倪維斗:超超臨界技術的問題是二氧化碳捕捉和處理問題。
中國的二氧化碳排放是個尖銳問題，到2020年單位GDP的二氧化碳排放量要比1990年減少40%~45%。在中國，如果不解決煤的清潔利用問題，所謂低碳發(fā)展都是不可能的，中國將來二氧化碳的減排主要落在煤上。
我算了筆賬，如果從超超臨界燃煤電廠捕捉和埋存CO2，，整個燃煤發(fā)電效率將降低11個百分點，投資將增加1倍。燃煤超超臨界蒸汽發(fā)電在CO2減排上具有先天性的缺陷。而整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電(IGCC)技術則可以解決這個問題。
IGCC減碳效果好但造價高
比較容易進行二氧化碳分離，單位造價為1.2萬元/千瓦，只用于純粹發(fā)電在經(jīng)濟上有較大問題，在我國暫不適合推廣
記者:煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電(IGCC)技術在減碳上有什么優(yōu)勢?
倪維斗:煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電(IGCC)技術有一個最大的優(yōu)點是，比較容易地把二氧化碳分離、取出來，使用這種技術產生的二氧化碳濃度較高，達到40%左右，壓力比較大，體積比較小，容易取出。
IGCC源自于西方國家20世紀70年代開始研究和發(fā)展的一種技術，通過將煤轉化為粗煤氣，然后經(jīng)過除塵、脫硫等凈化工藝成為潔凈煤氣，再供給燃氣輪機做功發(fā)電，燃氣輪機排氣給余熱鍋爐，產生的蒸汽驅動汽輪機做功發(fā)電，從而實現(xiàn)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電。
記者:IGCC在常規(guī)指標上的節(jié)能、環(huán)保效果如何?何時走向商業(yè)化?現(xiàn)在技術發(fā)展的狀況如何?
倪維斗:由于其特殊的處理過程， IGCC具有很多優(yōu)點，排放低，脫硫效率達到98%，脫氮效率達到90%，粉塵排放接近于零，碳排放可減少1/4;效率高，其示范電站效率42%~46%;耗水量比常規(guī)蒸汽循環(huán)電站節(jié)水30%~50%;燃煤后廢物處理量少，脫硫后還可副產元素硫或硫酸;可進行煤炭資源綜合利用，并能夠捕獲碳，實現(xiàn)近零排放等。
上世紀70年代~90年代經(jīng)過不斷的試驗調試，技術攻關，IGCC開始從商業(yè)示范走向商業(yè)應用階段。
第三代IGCC技術將采用先進干粉煤氣化技術(輸運床，流化床)和高級別燃氣輪機技術，其性能和經(jīng)濟指標都大大提高。采用GE公司9H型燃氣輪機和經(jīng)過優(yōu)化設計的IGCC方案，其凈效率預期可以達到51%。
記者:據(jù)了解，IGCC造價成本比較高，與常規(guī)技術的燃煤機組造價相比，成本怎樣?具備推廣行性嗎?
倪維斗:由于IGCC電站造價高昂，如華能公司在天津建成一套26.6萬千瓦的IGCC電站，首套單位造價為1.2萬元/千瓦，而常規(guī)超超臨界機組的造價僅為0.4萬元/千瓦左右。
以煤氣化為基礎的IGCC節(jié)能、環(huán)保，能有效捕捉二氧化碳，可是只用于純粹發(fā)電在經(jīng)濟上有較大問題，在我國暫不適合推廣，但是可以考慮煤氣化多聯(lián)產方案。
煤氣化多聯(lián)產方案最佳?
技術上有良好繼承性和可行性，既可以發(fā)電又能生產煤化工，具有捕碳的天然優(yōu)勢，是煤炭清潔高效利用的重要發(fā)展方向
記者:以煤氣化技術為核心的煤氣化多聯(lián)產同時發(fā)電和生產煤化工，實現(xiàn)煤炭物質和能量的充分利用，克服了IGCC純粹發(fā)電成本較高的不足。煤氣化多聯(lián)產使用的技術是否難以攻關?捕捉二氧化碳效果、系統(tǒng)效率怎樣?
倪維斗:煤氣化多聯(lián)產以煤氣化技術為核心，在煤氣化以后，既可以發(fā)電又能生產煤化工，實現(xiàn)煤炭物質和能量梯級轉化與利用多聯(lián)產。
煤氣化多聯(lián)產一方面在技術上有良好繼承性和可行性，有良好經(jīng)濟效益和環(huán)保性能，另一方面，其具有捕碳的天性，是實現(xiàn)未來碳捕捉和埋存的途徑。
采用煤氣化多聯(lián)產方案，無需特殊的技術突破，易與天然氣化工過程銜接，富集的二氧化碳容易捕捉和分離，這是中國碳減排的戰(zhàn)略方向。
煤氣化多聯(lián)產過程相互耦合，實現(xiàn)能量流、物質流等總體優(yōu)化，電力與化工在運行中可起到相互調峰的作用。
如采用化工生產與動力過程的串聯(lián)耦合無水煤氣變換的方式，再配以1700攝氏度燃氣輪機等技術，可以將系統(tǒng)效率提高到57.3%。
記者:煤氣化多聯(lián)產技術有很多優(yōu)點，節(jié)能、環(huán)保，還能解決污染、小城鎮(zhèn)能源供給等問題，具體情況怎樣?你對發(fā)展煤氣化多聯(lián)產有什么建議?
倪維斗:煤氣化多聯(lián)產技術具有諸多優(yōu)點，可生產多種產品;能源利用效率提高有助于緩解能源總量要求;可采用高硫煤，拓展煤炭資源利用;還可以大規(guī)模地生產甲醇、二甲醚、F-T合成油和氫等替代燃料，緩解石油進口壓力。
煤氣化多聯(lián)產技術還可極大解決燃煤污染問題，消除常規(guī)燃煤污染物排放，重金屬脫除更經(jīng)濟;有助于解決快速城市化引起的小城鎮(zhèn)和農村潔凈能源問題;滿足未來碳減排的需要，成本較低。
煤氣化多聯(lián)產技術在煤炭清潔高效利用方面有很大潛力，應該作為煤炭的重要發(fā)展方向。
記者:目前是電廠改造和建設的高峰期，前面提到的3種技術應該怎樣配合使用?
倪維斗:從當前國情看，我國實施煤炭現(xiàn)代化戰(zhàn)略刻不容緩，建設一個電廠可以使用40年~50年，目前正值新一輪電力建設高潮，如果錯過這一時期，繼續(xù)按照傳統(tǒng)模式發(fā)展，將導致環(huán)境、能源安全、溫室氣體排放等一系列問題。
以上3種煤碳高效清潔利用的技術途徑各有千秋，建議國家層面應該通過頂層計和總體規(guī)劃，因時、因地制宜，選擇利用先進的煤炭發(fā)展技術，真正實現(xiàn)煤炭清潔高效利用。
轉自中國電力新聞網(wǎng)