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清洁煤电技术面临何种选择?
 
添加时间:2017-08-22 15:51:09 阅读:194 来源:

     煤炭清洁高效利用有两个途径:一是利用先进的燃煤发电技术发展电力,电力是最好的二次能源,用起来最方便,效率最高;第二是利用煤基多联产能源系统技术,建立煤基多联产能源利用系统

  根据我国的能源禀赋国情,近几十年以煤炭为主的能源结构不会改变,在国内已成定论。近期国务院办公厅正式印发了《能源发展战略行动计划(2014~2020年)》,把“推进煤炭清洁高效开发利用”作为能源发展的主要任务。在近日召开的中央工作会议上,“大力推进煤炭清洁高效利用”被再次明确。

  近期,热闹的火电近零排放在末端治理上下功夫,但业内人士指出,发电技术的革新才是根本。煤电作为煤炭清洁利用的“主力军”,目前技术发展情况如何?有什么途径和方案,各自的优势与不足是什么?记者就此采访了中国工程院院士、清华大学教授倪维斗。

  超超临界仍有较大发展空间

  节能、环保效果显著,成本不算高,但在碳捕捉上有缺陷

  记者:当前,我国煤炭清洁高效利用应采取哪些途径?

  倪维斗:我认为主要有两条,一是利用先进的燃煤发电技术发展电力。电力是最好的二次能源,用起来最方便,效率最高,第二是利用煤基多联产能源系统技术,建立煤基多联产能源利用系统。

  其中在煤电技术方面,超超临界燃煤发电技术是一种先进、高效的发电技术,节能、环保效果显著,与常规燃煤发电机组相比优势明显。

  记者:据了解,上海外高桥第三发电厂(以下称“上海外三”)2008年建了两台超超临界燃煤机组,据你了解节能、环保效果如何?

  倪维斗:上海外高桥第三发电厂两台100万千瓦超超临界机组供电煤耗达到276克/千瓦时左右(折合净效率44.5%)。

  今年年初,中电联发布的年度行业报告中称“2013年,全国火电机组供电煤耗321克/千瓦时,居世界先进水平。” 这就是说,“上海外三”供电煤耗水平比居世界先进水平的全国水平足足低了45克/千瓦时。

  再看看“上海外三”的厂用电率,厂用电率指发电厂在生产过程中自身所使用的电能,它一般占电厂发电量5%以上。目前“上海外三”的综合厂用电率是2.5%左右。据电厂工作人员介绍,有时比这个数字还要低,为2%。

  另外,“上海外三”粉尘、二氧化硫和氮氧化物排放浓度分别为:11.63mg/m3、17.71mg/m3和27.25mg/m3,达到气电的排放水平。

  超超临界机组节能、环保,成本也不算高。我认为,在目前国家对二氧化碳没有强制约束的情况下,应该是煤炭清洁高效利用的一个方向,会走相当一段时间。

  记者:据悉,超超临界技术有一个缺陷是不能有效捕捉二氧化碳,有什么解决方案?

  倪维斗:超超临界技术的问题是二氧化碳捕捉和处理问题。

  中国的二氧化碳排放是个尖锐问题,到2020年单位GDP的二氧化碳排放量要比1990年减少40%~45%。在中国,如果不解决煤的清洁利用问题,所谓低碳发展都是不可能的,中国将来二氧化碳的减排主要落在煤上。

  我算了笔账,如果从超超临界燃煤电厂捕捉和埋存CO2,,整个燃煤发电效率将降低11个百分点,投资将增加1倍。燃煤超超临界蒸汽发电在CO2减排上具有先天性的缺陷。而整体煤气化联合循环发电(IGCC)技术则可以解决这个问题。

  IGCC减碳效果好但造价高

  比较容易进行二氧化碳分离,单位造价为1.2万元/千瓦,只用于纯粹发电在经济上有较大问题,在我国暂不适合推广

  记者:煤气化联合循环发电(IGCC)技术在减碳上有什么优势?

  倪维斗:煤气化联合循环发电(IGCC)技术有一个最大的优点是,比较容易地把二氧化碳分离、取出来,使用这种技术产生的二氧化碳浓度较高,达到40%左右,压力比较大,体积比较小,容易取出。

  IGCC源自于西方国家20世纪70年代开始研究和发展的一种技术,通过将煤转化为粗煤气,然后经过除尘、脱硫等净化工艺成为洁净煤气,再供给燃气轮机做功发电,燃气轮机排气给余热锅炉,产生的蒸汽驱动汽轮机做功发电,从而实现联合循环发电。

  记者:IGCC在常规指标上的节能、环保效果如何?何时走向商业化?现在技术发展的状况如何?

  倪维斗:由于其特殊的处理过程, IGCC具有很多优点,排放低,脱硫效率达到98%,脱氮效率达到90%,粉尘排放接近于零,碳排放可减少1/4;效率高,其示范电站效率42%~46%;耗水量比常规蒸汽循环电站节水30%~50%;燃煤后废物处理量少,脱硫后还可副产元素硫或硫酸;可进行煤炭资源综合利用,并能够捕获碳,实现近零排放等。

  上世纪70年代~90年代经过不断的试验调试,技术攻关,IGCC开始从商业示范走向商业应用阶段。

  第三代IGCC技术将采用先进干粉煤气化技术(输运床,流化床)和高级别燃气轮机技术,其性能和经济指标都大大提高。采用GE公司9H型燃气轮机和经过优化设计的IGCC方案,其净效率预期可以达到51%。

  记者:据了解,IGCC造价成本比较高,与常规技术的燃煤机组造价相比,成本怎样?具备推广行性吗?

  倪维斗:由于IGCC电站造价高昂,如华能公司在天津建成一套26.6万千瓦的IGCC电站,首套单位造价为1.2万元/千瓦,而常规超超临界机组的造价仅为0.4万元/千瓦左右。

  以煤气化为基础的IGCC节能、环保,能有效捕捉二氧化碳,可是只用于纯粹发电在经济上有较大问题,在我国暂不适合推广,但是可以考虑煤气化多联产方案。

  煤气化多联产方案最佳?

  技术上有良好继承性和可行性,既可以发电又能生产煤化工,具有捕碳的天然优势,是煤炭清洁高效利用的重要发展方向

  记者:以煤气化技术为核心的煤气化多联产同时发电和生产煤化工,实现煤炭物质和能量的充分利用,克服了IGCC纯粹发电成本较高的不足。煤气化多联产使用的技术是否难以攻关?捕捉二氧化碳效果、系统效率怎样?

  倪维斗:煤气化多联产以煤气化技术为核心,在煤气化以后,既可以发电又能生产煤化工,实现煤炭物质和能量梯级转化与利用多联产。

  煤气化多联产一方面在技术上有良好继承性和可行性,有良好经济效益和环保性能,另一方面,其具有捕碳的天性,是实现未来碳捕捉和埋存的途径。

  采用煤气化多联产方案,无需特殊的技术突破,易与天然气化工过程衔接,富集的二氧化碳容易捕捉和分离,这是中国碳减排的战略方向。

  煤气化多联产过程相互耦合,实现能量流、物质流等总体优化,电力与化工在运行中可起到相互调峰的作用。

  如采用化工生产与动力过程的串联耦合无水煤气变换的方式,再配以1700摄氏度燃气轮机等技术,可以将系统效率提高到57.3%。

  记者:煤气化多联产技术有很多优点,节能、环保,还能解决污染、小城镇能源供给等问题,具体情况怎样?你对发展煤气化多联产有什么建议?

  倪维斗:煤气化多联产技术具有诸多优点,可生产多种产品;能源利用效率提高有助于缓解能源总量要求;可采用高硫煤,拓展煤炭资源利用;还可以大规模地生产甲醇、二甲醚、F-T合成油和氢等替代燃料,缓解石油进口压力。

  煤气化多联产技术还可极大解决燃煤污染问题,消除常规燃煤污染物排放,重金属脱除更经济;有助于解决快速城市化引起的小城镇和农村洁净能源问题;满足未来碳减排的需要,成本较低。

  煤气化多联产技术在煤炭清洁高效利用方面有很大潜力,应该作为煤炭的重要发展方向。

  记者:目前是电厂改造和建设的高峰期,前面提到的3种技术应该怎样配合使用?

  倪维斗:从当前国情看,我国实施煤炭现代化战略刻不容缓,建设一个电厂可以使用40年~50年,目前正值新一轮电力建设高潮,如果错过这一时期,继续按照传统模式发展,将导致环境、能源安全、温室气体排放等一系列问题。

  以上3种煤碳高效清洁利用的技术途径各有千秋,建议国家层面应该通过顶层计和总体规划,因时、因地制宜,选择利用先进的煤炭发展技术,真正实现煤炭清洁高效利用。

 
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