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科学发展观引领清洁高效燃煤发电 |
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| http://cn.newmaker.com
10/9/2006 4:07:00 PM
张斌 谢进 赵勇
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在我国建设节约环保型社会、发展循环经济的进程中，研究、开发、示范、推广、应用先进的清洁高效燃煤发电技术，是发电企业落实科学发展观的重要举措，也是我国电力工业实现节约发展、清洁发展和安全发展的重大战略途径。
节能环保，发电企业责无旁贷。据国际能源署（IEA）预测[1]，2010年世界能源消费量将比2000年增加20%，2020年比2000年增加45%，其中，化石燃料将占87%左右。
我国的能源利用以煤炭为主，建国以来，煤炭在一次能源生产和消费中的比例长期占70%以上。我国的能源国情决定了燃煤发电在发电行业中的主导地位。截至2005年底[2]，我国发电装机总量达到5.08亿千瓦，其中，煤电机组占71%；全年发电量达到24560亿千瓦时，其中，燃煤发电量占79%。
改革开放以来，我国在资源节约和综合利用方面取得了巨大成就，万元GDP平均能耗由1980年的4.28吨标煤降至2004年的1.58吨标煤，发电行业的平均供电煤耗从1980年的448克/千瓦时降至2004年的379（克/千瓦时）。然而，应当看到，我国粗放型的经济增长和能源利用方式尚未得到根本改观，能源利用效率有待进一步提高，目前我国的万元GDP平均能耗仍比世界平均水平高2.4倍，比美国、欧盟、日本分别高2.5倍、4.9倍和8.7倍；发电行业的平均供电煤耗比国际先进水平高50～60克/千瓦时。
目前，我国产煤量的50%以上用于发电，今后这一比例可能还会进一步上升。因此，发电企业努力实现燃煤的清洁高效发电，既是积极参与建设节约环保型社会的重要社会责任，也是提高企业自身核心竞争力的必然选择。
1 大势所趋，清洁高效燃煤发电
从世界范围内看，煤基发电技术主要有传统的煤炭直接燃烧发电和新兴的煤炭气化发电两大技术路线。
当今得到广泛应用的煤炭直接燃烧发电技术主要有超临界、超超临界、亚临界、循环流化床燃烧发电等几种，对污染物采取的是“尾部处理”治理方式，即通过安装脱硫、除尘及脱硝等设施实现达标排放。在提高发电效率方面，采用超临界和超超临界技术是煤炭直接燃烧发电的主要选择，今后的发展方向是研发新型的耐高温材料，逐步提高主蒸汽的压力和温度等级，进而提高发电效率，降低供电煤耗。华能玉环电厂是我国第一个采用100万千瓦等级超超临界机组的示范工程，机组的设计参数为：主蒸汽压力26.25MPa，温度600℃/600℃，一次中间再热，发电煤耗约272克/千瓦时，净效率达42.4%。
煤气化发电技术采取的则是“先治理后发电”的污染物控制策略，目的在于更为有效地控制二氧化硫、氮氧化物、粉尘和汞等主要污染物的排放。煤气化发电技术原料适应性广，尤其适合利用高硫煤等资源，并可将煤炭中的硫元素回收再利用。另外，国内外的众多研究表明，煤气化发电技术在应对今后的二氧化碳减排问题时，比传统的燃烧发电技术应具有更多的技术经济优势。同时，煤气化发电利用“燃气轮机-蒸汽轮机联合循环”，以及未来的“高温燃料电池-燃气轮机混合循环”等技术，将成为提高发电效率的一条重要途径。从世界上已建成的整体煤气化联合循环（即IGCC）示范电站来看，30万千瓦等级IGCC的净效率已达到了100万千瓦级超超临界机组的水平。中国华能集团公司倡导并积极推进的绿色煤电计划就属于煤气化发电技术的范畴。
上述两种发电技术路线各有优势，互具特色，可以因地制宜、因时制宜，有针对性地开发利用。两者的目的都在于为经济社会的可持续发展提供清洁、高效的电能，但从目前看，超临界和超超临界燃煤发电技术相对成熟，已经实现了商业化利用，而煤气化发电尚处于从示范到商业化的过渡阶段。因此，超临界和超超临界机组仍将是近期我国发电技术的主要选择，而煤气化发电则主要着眼于在中长期内努力实现燃煤发电厂主要污染物和二氧化碳的近零排放。
2 清洁高效，华能集团孜孜以求
华能作为我国最大的独立发电商之一，是能源领域的重要国有骨干企业，从成立之初就一直注重采用高效、节能、环保的先进技术，多年来依靠科技进步，在一些领域始终保持着国内领先水平，并在同行业创造过多项第一，为我国电力工业的技术进步和可持续发展起到了积极的促进作用。
由于一贯重视采用先进、高效、环保的发电技术，华能所属燃煤电厂的供电煤耗（2005年，平均供电煤耗为345.8克/千瓦时，但仍比国际先进水平高出25克/千瓦时）和主要污染物的排放目前均处于全国发电行业中最低水平。
为积极响应政府建设节约环保型社会的号召，推动燃煤发电技术和电厂管理的不断进步：2004年，华能启动了绿色煤电计划。2005年8月，华能作为17家中央企业之一，积极响应“全民节约，共同行动”的号召，在人民大会堂与国资委签署了节能承诺书，力争经过3～5年的持续奋斗，使万元GDP能耗、取水量、水资源重复利用率及再生资源回收利用率达到国际同行业可比先进水平。2006年1月，华能发布了创建节约环保型企业规划，计划在年内建成4～5个节约环保型示范电厂，并在“十一五”期间投资69亿元，用于345项节能、节水和污染物减排技术改造，使2010年华能燃煤电厂单位发电量的SO2、NOX和烟尘排放率分别降到3.03克、1.9克和0.5克。
3 绿色煤电 技术进步的新篇章
绿色煤电计划拟以煤气化技术为龙头，集成空气分离、煤气净化、高温燃料电池、二氧化碳捕集和埋存等多领域、跨行业的高新技术，旨在大幅度提高能效，实现主要污染物和二氧化碳的近零排放，是以发电为主的新一代煤炭综合利用技术体系。
3.1绿色煤电计划的发起
为开发新型的高效清洁能源利用技术，中国华能集团公司于2004年提出绿色煤电计划，力图以企业自主创新方式，研发出世界上最先进水平的煤电技术。目前正与有关科研单位、高等院校合作，分系统设计集成、煤气化、煤气净化、制氢和二氧化碳分离、燃料电池、富氢气体燃烧和二氧化碳埋存等7个技术专题，筹划研究工作。
2005年，华能成立了“绿色煤电”项目工作小组和课题组，编制了“绿色煤电”第一阶段工作计划，与西北电力设计院一起完成了“绿色煤电”第一阶段IGCC技改工程的可行性研究。
2005年10月，华能加盟美国“未来电力”项目，成为美国境外第一个参加该项目的企业联盟单位。此项行动旨在及时了解世界煤电技术最新发展方向，为绿色煤电计划创造良好的国际合作平台。
2005年11月，绿色煤电计划获得了国务院领导以及发改委、科技部等部委的大力支持，得到了国内大唐、华电、国电、中电投、神华、中煤和国家开发投资公司等7家能源企业的积极响应。为促进绿色煤电计划的顺利实施，这8家公司共同发起、投资组建了“绿色煤电有限公司”。2006年1月9日，绿色煤电有限公司正式注册成立。
目前，绿色煤电相关技术的研发和示范已被列入了国家中长期科技发展规划（2006～2020）、“十一五”国家863高新技术计划和发改委国家高技术产业化专项等多项国家级的科技发展和产业发展规划。
3.2 绿色煤电计划的目标
绿色煤电计划秉持了华能一贯追求清洁高效燃煤发电技术的发展理念。概括地说，该计划的最终目标主要有两个：一是大幅度提高能效。首先以煤气替代天然气，研发整体煤气化联合循环发电技术，通过不断优化和改进，使净效率达到50%左右。在此基础上，再集成制氢、燃料电池发电等先进技术，形成新一代的燃煤发电技术体系，努力将能效提高到55～60%。二是实现污染物的近零排放。绿色煤电采取“先治理后发电”的污染物控制策略，高效脱除二氧化硫、氮氧化物、粉尘和汞等多种污染物，进一步将二氧化碳这种温室气体作为资源回收利用，从而真正实现污染物和二氧化碳的近零排放，形成燃煤发电的循环经济发展模式。
3.3 绿色煤电计划符合未来煤电技术发展的主流趋势
近年来，各国政府、发电公司和设备供应商纷纷把目光转向了清洁煤发电技术。美国、日本、欧盟等国和地区都提出了相应的煤气化发电最新发展计划。
美国在1985～2000年期间，先后部署了五轮“清洁煤技术示范项目(CCTDP)”，建成了5座IGCC示范电站。2004年美国能源部正式启动了未来电力项目，该项目由政府主导、企业等多方参与，共同投资近10亿美元，计划花10年时间，设计、建造并运营世界上第一座以煤为原料的近零排放示范电站。2005年美国能源政策法案为建设新一代大型IGCC电厂提供了诸如投资税减免、联邦政府贷款担保、现金资助等一系列优惠政策。2006年2月，美国总统又发表了《先进能源计划》[5]，再次强调了清洁煤技术的重要性，并在2007年总统预算中为未来电力项目提供5400万美元的拨款。
欧盟除了继续研发超超临界发电技术外，也把基于IGCC的燃煤发电技术列入了研发和示范的重点。在欧盟的支持下，荷兰和西班牙的两座IGCC示范电站分别于1994年和1997年建成并投入运行。2004年，欧盟在其“第六框架计划”中，启动了类似绿色煤电的计划，其目标也是建成一个以煤气化为基础、考虑二氧化碳捕集和埋存、联产电力和氢气的近零排放示范工程。
日本在1996年成功地完成一个小型IGCC电厂的试验运行后，目前正在建设一个25万千瓦级的IGCC示范电站，预计2007年投产。与此同时，日本还启动了煤气化燃料电池发电的示范项目，现正在试验运行阶段，该项目以煤气化技术为基础，进行高温燃料电池/燃气轮机联合循环发电的试验验证。
综上分析国际上有关未来煤电技术的发展计划，我们得出了一个基本结论：煤气化发电技术将是未来煤电实现高效发电、主要污染物和二氧化碳近零排放的主要技术途径之一。
因此，总体看，绿色煤电计划完全符合国际上未来煤电发展的主流趋势，计划的提出与国际同步，最终目标基本一致，技术路线也大体相似。但与国外类似项目相比，绿色煤电计划在出发点、技术基础、侧重点和组织形式等方面，更有着一些自身的特点：一是在组织形式上，绿色煤电计划是企业主导、政府支持、分阶段实施的长期发展计划，包含了多个商业化示范项目，侧重于IGCC及后续科技的研发、集成示范和推广，以促进我国电力工业的技术升级，探索燃煤发电的循环经济模式；二是在技术路线上，针对我国煤气化发电技术基础相对较差的现实，绿色煤电计划制定了“三步走”的研发路线图，即，“十一五”期间，建成10万千瓦级具有自主知识产权的IGCC示范电站；“十二五”期间，建成40万千瓦级具有自主知识产权的IGCC示范电站；在2020年前，建成40万千瓦级的“绿色煤电”示范电站，完成大规模商业化的技术储备。
4 政策扶持，促进清洁高效燃煤发电
目前，超临界和超超临界燃煤发电技术相对成熟，已经实现了商业化利用，而煤气化发电尚处于从示范到商业化的过渡阶段，其技术推广应用的最主要障碍是单位造价较高。就我国而言，当前引进国外技术建设一座40万千瓦级的IGCC电站，单位造价约为1000美元/千瓦，是我国超临界机组造价的1.6～2倍；同时，我国现有发电市场的环境和环保法规的约束还不能充分体现IGCC电站优异的环保效益和社会效益，致使IGCC电站在中国尚不具备足够的商业竞争能力。
为促进绿色煤电等清洁高效煤气化发电技术的研发、推广，一方面，我们要促进产、学、研密切合作、共同努力，加快煤气化发电关键设备的国产化进程，以大幅度降低设备造价；另一方面，需要政府从多方面提供必要的政策支持，建立完善的政策激励机制，以使煤气化发电技术的环保性能优势得到合理的回报。
4.1支持自主创新
应加快落实国务院关于《实施<国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006～2020年）>的若干配套政策》，加大政府财政资金投入和企业自主创新投入的所得税税前抵扣力度，落实设备折旧等税收激励政策，加强政策性金融的支持，切实保护知识产权，确保诸如绿色煤电这样的企业自主技术创新计划得以顺利实施。另外，在国家级科技发展规划和产业化专项中，优先考虑以绿色煤电计划作为相关技术研发和示范的平台，互相促进，共同发展。
4.2 实施市场保护
在发电市场建设等外部环境中，必须对煤气化发电等高效洁净煤电技术实施必要的孵化和保护政策，体现和保证国家利益。建议示范电站不仅不要直接参与发电市场的竞价上网，反而应在电量、电价方面给予相应的优惠，如允许示范设备按可调小时数运行，优先收购电量等，从而保证绿色煤电技术首先在政策保护下得以生存，以后随着技术的不断成熟，通过逐渐提升内在的竞争力再进入市场。
4.3 强化环保政策
IGCC和绿色煤电在污染物减排方面比超临界和超超临界机组具有明显的优势，但在目前的环保政策和市场环境下，这种环保效益和社会效益并不能够得到充分体现。根据建设节约环保型社会和发展循环经济的要求，应进一步提高环境保护标准及其执法力度，落实电力工业的环保折价政策，使得绿色煤电等先进发电技术的环境效益和社会效益得到合理的价值体现，内在的竞争力得到全面、真正的反映。
4.4 深化国际合作
当今在煤气化发电等高效洁净燃煤发电技术领域，美国、欧盟、日本等主要经济体都投入了大量的资源，技术进步的竞争显而易见。同时，这样的大背景也孕育着多层次、宽领域的国际合作机会。建议政府有关部门将这一领域的技术研发纳入国际能源合作和交流的框架，把绿色煤电示范电站列入国际合作的依托项目，多方争取国际支持，深化国际合作力度，多种形式地利用国外的资源，特别是研发资金，如中国和欧盟在二氧化碳近零排放发电技术的合作，全球环保基金等。
绿色煤电计划现正处于确定第一阶段技术路线的关键阶段。和以往我国电力行业重大技术进步采取的引进消化吸收再创新的思路不同，绿色煤电计划是以企业为主体、自发倡导的大型煤电技术自主研发和示范计划，其技术体系涉及发电、化工、制造乃至石油和煤层气的开发等多个行业和领域，跨行业的系统集成是绿色煤电计划的一大特色。绿色煤电计划的成功实施，必将对我国未来煤炭资源的利用、煤电技术的进步、材料和设备制造以及油气资源的深度开发等方面产生深远的影响。
参考文献
[1]2004年世界能源展望. OECE/IEA：巴黎
[2]王志轩. 中国电力工业面对的环境挑战和对策. 中欧电力论坛，2006年2月，上海
[3]李新民. 强化火电厂污染治理工作 削减SO2和NOX排放总量. 第二届中美氮氧化物与二氧化硫控制技术研讨会，2005年
[4]绿色煤电基本情况. 《中国华能》绿色煤电专刊，2006年
[5]National Economic Council.Advanced Energy Initiative.February 2006.
编者注：张斌，博士，就职于中国华能集团公司技术经济研究院，研究方向为绿色煤电发展战略研究。谢进为中国华能集团公司技术经济研究院院长。
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