倪维斗院士:做好煤炭清洁化利用才是我国能源发展正解

2018-10-24 09:03来源:电力那些事

    从能源禀赋及能源战略角度来看,把煤炭利用好,做好煤炭的清洁化利用,是现阶段我国能源发展的核心方向。”近日,中国工程院院士倪维斗再次强调了煤炭在我国能源结构中的地位,进一步分析了煤炭清洁化利用的方向及前景。

    2030年中国火电发电量或达5万亿度,中国用电量或达10万亿度, 一半依然来自火力发电。

倪维斗院士:做好煤炭的清洁化利用,是现阶段我国能源发展的核心

 

 

煤炭的贡献不可忽视

    以煤为主是符合我国资源禀赋的不可变化的事实,其他替代能源只能是辅助能源,而不能成为主力。

    中国的发展,尤其是改革开放以来巨大的进步,煤起了巨大的作用。而今,由于环境的影响,尤其是PM2.5雾霾的污染,人们把罪魁祸首指向煤的利用,当年的功臣被妖魔化,变成老鼠过街人人喊打,变成飞鸟尽,良弓藏,狡兔死,走狗烹。把屁股板全打在煤身上,实际上这是很冤枉的,不能真正解决问题。

    我国这么多的人口,都希望过现代化的生活,社会要不断发展,技术在不断进步,能源需求越来越大,2016年我国能源消耗总量已达43.6亿吨标准煤,在我国缺油、少气的资源条件下,靠什么能源来满足?

倪维斗院士:做好煤炭的清洁化利用,是现阶段我国能源发展的核心

 

除煤炭外,其他能源潜力不大

倪维斗院士:做好煤炭的清洁化利用,是现阶段我国能源发展的核心

 

天然气

    现在很多人把希望寄托在天然气身上,中俄燃气(中国和俄罗斯的天然气合作供应协议)380亿立方米,相当于2700万吨标准煤;我国的天然气储量为3600亿立方米,相当于2.6亿吨标准煤,已是极限。目前天然气的用量是煤的1/20,远期来看,天然气的用量仍将只是煤的1/15。

倪维斗院士:做好煤炭的清洁化利用,是现阶段我国能源发展的核心

 

核电

    2016年的装机量是3364万千瓦,年发电量为2133亿千瓦时,占全部发电总量的3.5%。规划2020年装机5800万千瓦,到2030年装机1.2亿千瓦,发电8000亿千瓦时,折合来看是1亿标准煤。铀资源的贫乏,100万千瓦机组建堆时首次要339吨铀,每年还要补充15吨铀235和铀238,铀进口依存度已超过90%。核电不能成为我国能源发展主要方式,只能是补充方式。

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水电

    来看水电,7亿千瓦的理论蕴藏量装机,技术可开发不到5.5亿千瓦,而经济可开发4亿千瓦。2016年发电量1.19万亿千瓦时,相当于约2.15亿吨标准煤。水电装机容量已达3.32亿千瓦,开发度已达到了75%,剩下的1亿千瓦中包含有雅鲁藏布江的蕴藏量,实际开发方面存在国际问题。水能只占全世界按人口平均的25%,风电、太阳能只占能源消费总量的几个百点。

    天然气、核电、水电、风电、太阳能等发电量加起来≈7.0亿吨标准煤,这相比2016年我国40多亿煤的能源消耗,是个小数。山西内蒙一带的几千亿吨煤才是我国能源的根本保障。

倪维斗院士:做好煤炭的清洁化利用,是现阶段我国能源发展的核心

 

能源和环境形势严峻

    中国能源系统根本特点:以煤为主,人口多。2010–2050年预测累计煤炭消费≈1000*108 tce,煤仍是主力能源。2014年我国人均能源消费量约为3.1 tce/a,远低于美、德、法、日等国,预计2030年我国人均能源消费量4 tce/a(预计人口14亿)。(tce/a:每年标准当量煤)

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倪维斗院士:做好煤炭的清洁化利用,是现阶段我国能源发展的核心

 

    我国在2030年后大幅度减排CO2主要还是靠煤的清洁低碳利用!

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倪维斗院士:做好煤炭的清洁化利用,是现阶段我国能源发展的核心

 

    我国一次能源消费占全球能源消费的22.9%。2015年,全球能耗是1990年的1.6倍,而中国已经是1990年的4.4倍。2015年一次能源对外依存度15.8%,其中原油61.7%,天然气30.1%,煤炭4.9%。

倪维斗院士:做好煤炭的清洁化利用,是现阶段我国能源发展的核心

 

    中国能源生产和消费结构:以煤为主!

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倪维斗院士:做好煤炭的清洁化利用,是现阶段我国能源发展的核心

 

我国能源系统亟待解决两大问题

1

传统发展方式难以为继

以高耗能、尤其耗煤为主换取发展,造成严重的生态环境影响;由于技术路径锁定效应(行为习惯、思想意识、体制机制、基础设施、既有产能),这种方式仍有较大的惯性。

2

新的发展方式尚未形成

油气的发展面临国内资源不足和国际价格波动等问题,受到一定限制;核和可再生能源发展困难重重,供应过剩(弃风弃光等)、电网接纳、经济性等;节能面临缺乏投资、环保意识不强、基础设施和产能锁定等一系列挑战。

能源系统将较长时间处于新旧发展方式并行的发展状态,推进能源系统的革命对整个社会的创新(体制、意识、技术、基础设施等)提出了巨大挑战。

单一技术和技术组合难以解决能源困局,如何通过权衡取舍,精心组合和安排这些手段,以求系统性、最佳地解决问题——系统整合和战略规划。在煤的利用上做文章,走煤的清洁、高效、低碳利用之路。

倪维斗院士:做好煤炭的清洁化利用,是现阶段我国能源发展的核心

 

煤炭清洁高效转化如何实现?

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先进的燃煤发电技术

    一是采用先进的燃煤发电技术,进一步提高能效,减少排放。如:上海外高桥第三发电厂。

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    该厂当前的实际运行性能,在全年平均负荷率为75%~81%的条件下,其实际全年平均供电煤耗(包括脱硫和脱硝)276gce/kWh,折算到额定负荷下的供电煤耗为264gce/kWh,全年平均实际供电效率(包括脱硫和脱硝)为44.5%,折算至额定负荷工况,则供电效率应为46.5%。而2015年全国发电平均煤耗 318gce/kWh。排放浓度:粉尘排放7.55mg/m3;二氧化硫17.7mg/m3;氮氧化物15.19mg/m3,已经达到了气体燃料的排放指标。

    对比原世界运行效率最高的丹麦Nordjylland电厂3号411MW两次再热、低温海水冷却机组,2009年供电煤耗(不含供热)286.08gce/kWh(净效率42.93%),平均发电负荷率89%。折合75%负荷率下的供电煤耗288.48gce/kWh。应该说,我国的燃煤发电技术是走在世界前列的。

    但减排的根本问题是CO2的捕捉与处理,这是上海外高桥第三发电厂模式所不能处理的问题。

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整体煤气化联合循环 IGCC

    IGCC即整体煤气化联合循环(Integrated Gasification Combined Cycle),是将煤气化技术和联合循环相结合的动力系统。华能公司在天津建成了一套200MW级的IGCC电站。

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华能天津IGCC电站示范项目(已投运)鸟瞰图

    IGCC技术把洁净的煤气化技术与高效的燃气──蒸汽联合循环发电系统结合起来,既有高发电效率,又有极好的环保性能,是一种有发展前景的洁净煤发电技术。IGCC系统的供电效率为41%,捕捉CO2较容易,但由于单位装机投资较大,所以,以气化为基础的IGCC只用于发电在经济上有较大问题,暂不适合推广。

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IGCC发电技术流程示意图

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煤基多联产能源系统技术

    煤基多联产是指利用从单一的设备(气化炉)中产生的"合成气"(主要成分为CO+H2),来进行跨行业、跨部门的生产,以得到多种具有高附加值的化工产品、液体燃料(甲醇、F-T合成燃料、二甲醇、城市煤气、氢气)、以及用于工艺过程的热和进行发电等。

倪维斗院士:做好煤炭的清洁化利用,是现阶段我国能源发展的核心

 

    多联产可以实现煤炭的多维度梯级利用,其应用过程相互耦合,实现能量流、物质流等总体优化。做到了氢碳比合理优化利用,尽量减少“无谓”的化学放热过程,并实现热量的梯级利用、压力潜力和物质的充分利用。

倪维斗院士:做好煤炭的清洁化利用,是现阶段我国能源发展的核心

 

    另外,电力与化工在运行中可起相互调峰的作用。通过过程集成,联产系统可以在能量利用上获得收益。与单产系统相比,并联系统中获得的节煤收益甚微;而串联系统的节煤效果显著,特别是串联无变换系统,节煤率能够达到8%。

    此外,伴随单元技术进步,如高温合成气净化、离子膜分离制氧、1700摄氏度燃气轮机及水煤浆预热等技术,多联产能效可以进一步地提升。

倪维斗院士:做好煤炭的清洁化利用,是现阶段我国能源发展的核心

 

多联产是综合解决我国能源问题的重要方案。

1

    有助于缓解能源总量要求

    联合生产多种产品,效率提高可以减少总量需求;采用高硫煤拓展了煤炭资源的利用。

2

    有助于缓解液体燃料短缺

    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。

3

    彻底解决燃煤污染问题

   完全消除常规燃煤污染物排放,重金属等痕量污染物脱除更经济。用甲醇来采暖、小锅炉、窑炉,可大幅度减少散煤燃烧。

4

    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

    为具有天然气管道的城镇提供城市煤气,煤制DME可以作为LPG的补充或替代物,很可能是小城镇尤其是住宅高度分散的农村地区的重要解决方案。

5

    满足未来减排CO2的需要

    煤气化系统可以以较小的成本捕捉CO2。在煤的清洁高效利用方面电化共轨有很大潜力,是煤炭发展的重要方向。

倪维斗院士:做好煤炭的清洁化利用,是现阶段我国能源发展的核心

 

    总之,依托最先进的节能和环保技术,煤炭完全可以更清洁,与环境更友好,更符合科学可持续发展的理念,我们应重新审视对煤电的认识,放心地在城市建设真正的绿色煤电。

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