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清潔煤電技術面臨何種選擇?
 
添加時間:2021-02-22 17:51:09 閱讀:844 來源:

     煤炭清潔高效利用有兩個途徑:一是利用先進的燃煤發電技術發展電力,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產能源系統技術,建立煤基多聯產能源利用系統

根據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了《能源發展戰略行動計劃(2014~2020年)》,把“推進煤炭清潔高效開發利用”作為能源發展的主要任務。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,但業內人士指出,發電技術的革新才是根本。煤電作為煤炭清潔利用的“主力軍”,目前技術發展情況如何?有什么途徑和方案,各自的優勢與不足是什么?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展空間

節能、環保效果顯著,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電技術發展電力。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產能源系統技術,建立煤基多聯產能源利用系統。

其中在煤電技術方面,超超臨界燃煤發電技術是一種先進、高效的發電技術,節能、環保效果顯著,與常規燃煤發電機組相比優勢明顯。

記者:據了解,上海外高橋第三發電廠(以下稱“上海外三”)2008年建了兩臺超超臨界燃煤機組,據你了解節能、環保效果如何?

倪維斗:上海外高橋第三發電廠兩臺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,中電聯發布的年度行業報告中稱“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,廠用電率指發電廠在生產過程中自身所使用的電能,它一般占電廠發電量5%以上。目前“上海外三”的綜合廠用電率是2.5%左右。據電廠工作人員介紹,有時比這個數字還要低,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。

超超臨界機組節能、環保,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電在CO2減排上具有先天性的缺陷。而整體煤氣化聯合循環發電(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,只用于純粹發電在經濟上有較大問題,在我國暫不適合推廣

記者:煤氣化聯合循環發電(IGCC)技術在減碳上有什么優勢?

倪維斗:煤氣化聯合循環發電(IGCC)技術有一個最大的優點是,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年代開始研究和發展的一種技術,通過將煤轉化為粗煤氣,然后經過除塵、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電,從而實現聯合循環發電。

記者:IGCC在常規指標上的節能、環保效果如何?何時走向商業化?現在技術發展的狀況如何?

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%;耗水量比常規蒸汽循環電站節水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,實現近零排放等。

上世紀70年代~90年代經過不斷的試驗調試,技術攻關,IGCC開始從商業示范走向商業應用階段。

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,其性能和經濟指標都大大提高。采用GE公司9H型燃氣輪機和經過優化設計的IGCC方案,其凈效率預期可以達到51%。

記者:據了解,IGCC造價成本比較高,與常規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節能、環保,能有效捕捉二氧化碳,可是只用于純粹發電在經濟上有較大問題,在我國暫不適合推廣,但是可以考慮煤氣化多聯產方案。

煤氣化多聯產方案最佳?

技術上有良好繼承性和可行性,既可以發電又能生產煤化工,具有捕碳的天然優勢,是煤炭清潔高效利用的重要發展方向

記者:以煤氣化技術為核心的煤氣化多聯產同時發電和生產煤化工,實現煤炭物質和能量的充分利用,克服了IGCC純粹發電成本較高的不足。煤氣化多聯產使用的技術是否難以攻關?捕捉二氧化碳效果、系統效率怎樣?

倪維斗:煤氣化多聯產以煤氣化技術為核心,在煤氣化以后,既可以發電又能生產煤化工,實現煤炭物質和能量梯級轉化與利用多聯產。

煤氣化多聯產一方面在技術上有良好繼承性和可行性,有良好經濟效益和環保性能,另一方面,其具有捕碳的天性,是實現未來碳捕捉和埋存的途徑。

采用煤氣化多聯產方案,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略方向。

煤氣化多聯產過程相互耦合,實現能量流、物質流等總體優化,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,可以將系統效率提高到57.3%。

記者:煤氣化多聯產技術有很多優點,節能、環保,還能解決污染、小城鎮能源供給等問題,具體情況怎樣?你對發展煤氣化多聯產有什么建議?

倪維斗:煤氣化多聯產技術具有諸多優點,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。

煤氣化多聯產技術還可極大解決燃煤污染問題,消除常規燃煤污染物排放,重金屬脫除更經濟;有助于解決快速城市化引起的小城鎮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,我國實施煤炭現代化戰略刻不容緩,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,繼續按照傳統模式發展,將導致環境、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劃,因時、因地制宜,選擇利用先進的煤炭發展技術,真正實現煤炭清潔高效利用。


 
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