煤電行業(yè)清潔高效發(fā)展的路徑思考

日前，國家發(fā)展改革委、國家能源局印發(fā)《能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命戰(zhàn)略（2016~2030）》，從煤炭集中使用、推進(jìn)煤炭清潔利用、促進(jìn)煤炭綠色生產(chǎn)三個(gè)方面規(guī)劃了煤炭行業(yè)清潔高效生產(chǎn)利用。對于煤電行業(yè)來說，推進(jìn)煤炭清潔利用成為當(dāng)前和今后一段時(shí)期最重要的目標(biāo)任務(wù)。

煤電行業(yè)推進(jìn)煤炭清潔利用主要體現(xiàn)在不斷提高煤電機(jī)組效率，降低供電煤耗，全面推廣世界一流水平的能效標(biāo)準(zhǔn)；加快現(xiàn)役煤電機(jī)組升級改造，新建大型機(jī)組采用超超臨界等最先進(jìn)的發(fā)電技術(shù)，建設(shè)高效、超低排放煤電機(jī)組，推動實(shí)現(xiàn)燃煤電廠主要污染物排放基本達(dá)到燃?xì)怆姀S排放水平，建立世界最清潔的煤電體系。

眾所周知，煤炭是一種高碳能源，也是我國的基礎(chǔ)和支柱能源，目前依然占據(jù)我國能源的六成以上，以煤為主的能源結(jié)構(gòu)在較長時(shí)期內(nèi)難以改變。據(jù)統(tǒng)計(jì)，燃煤電廠耗煤量約占煤炭總耗量的一半，未來還會更高。我國CO2、SO2、NOx和煙塵排放量均居世界第一，其中由燃煤電廠排放的相應(yīng)占到總量的50%、38%、43%和17%。因此，如果不對煤炭燃燒過程進(jìn)行煙塵高效凈化，必然造成大氣污染。對于燃煤電廠來說，筆者認(rèn)為，提高鍋爐和電廠發(fā)電效率首先就要降低電廠的供電煤耗。這方面的主要措施和技術(shù)路徑有以下幾種。

（1）采用超臨界和超超臨界煤電機(jī)組。一般煤電機(jī)組發(fā)電效率約40%，超臨界機(jī)組為42%，超超臨界機(jī)組可達(dá)45%~50%，全球超臨界及以上的機(jī)組有600多臺，我國已有150多臺。比如，華能集團(tuán)在江西建成投產(chǎn)我國首座超超臨界二次再熱發(fā)電廠；華電集團(tuán)擁有世界首套百萬千瓦級超超臨界空冷機(jī)組寧夏靈武發(fā)電有限公司，華電句容發(fā)電廠一期建成2×100萬千瓦超超臨界燃煤機(jī)組，是目前國內(nèi)單機(jī)等級最高、效率最優(yōu)的發(fā)電機(jī)組；大唐集團(tuán)旗下的托克托電廠五期工程2臺國產(chǎn)66萬千瓦超超臨界機(jī)組全部投產(chǎn)，一躍成為世界在役最大火力發(fā)電廠；國電北侖電廠三期擴(kuò)建工程第2臺百萬千瓦超超臨界機(jī)組已經(jīng)正式投入商業(yè)運(yùn)行。

（2）采用整體燃?xì)饣娜細(xì)廨啓C(jī)-蒸汽輪機(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組（CombinedCyclePowerPlant，簡稱CCPP），發(fā)電效率可以達(dá)到58%~60%，一些大型機(jī)組甚至可以超過60%。因?yàn)槿細(xì)廨啓C(jī)為旋轉(zhuǎn)持續(xù)做功，可以利用熱值比較低的燃料氣體，同時(shí)，還具有開、停機(jī)快，運(yùn)行負(fù)荷調(diào)節(jié)幅度大、速度快等特點(diǎn)，提高了發(fā)電效率，又能很好地滿足煤氣動態(tài)平衡的需要，減少放散。以一個(gè)安裝有兩臺燃?xì)廨啓C(jī)的聯(lián)合循環(huán)電廠為例，假設(shè)年運(yùn)行時(shí)間4000小時(shí)，相比M701F4機(jī)組，M701F5機(jī)組年發(fā)電量將增加3.6億度、機(jī)組熱耗降低約180千焦/千瓦時(shí)、每度電的氮氧化物排放量減少約3%，M701J機(jī)組年發(fā)電量將增加13.6億度、機(jī)組熱耗降低約240千焦/千瓦時(shí)、每度電的氮氧化物排放量減少約4%，這將為用戶帶來極為可觀的經(jīng)濟(jì)效益。德國杜塞爾多夫Lausward熱電聯(lián)產(chǎn)聯(lián)合循環(huán)電廠，選用西門子SGT5-8000H重型燃機(jī)作為“引擎”，其高達(dá)61.5%的發(fā)電凈效率、603.8兆瓦的發(fā)電裝機(jī)以及300兆瓦的供熱規(guī)模均為世界同級電廠之最。

（3）大力發(fā)展煤炭多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)。煤在氣化和凈化后可用于生產(chǎn)電、油、氨肥和其他化工產(chǎn)品，可提高10%~20%的煤炭利用率。日前，歷經(jīng)20年科技攻關(guān)，西安交通大學(xué)動力工程多相流國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的“煤炭超臨界水氣化制氫發(fā)電多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)”以1.5億元完成科技成果轉(zhuǎn)化，正式邁向產(chǎn)業(yè)化。與傳統(tǒng)燃煤發(fā)電和煤氣化制氫技術(shù)相比，該項(xiàng)新技術(shù)的發(fā)電和制氫效率顯著提升，大型化后的一次投資和運(yùn)行成本則顯著降低，創(chuàng)新技術(shù)引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)變革，徹底告別“一把火燒煤”時(shí)代。

（4）推進(jìn)碳捕集與封存（CCS）技術(shù)的實(shí)施與應(yīng)用。CCS是指將大型發(fā)電廠、鋼鐵廠、化工廠等排放的CO或CO2捕獲并分離，用各種方法封存于地下深處以避免其排放到大氣中的一種技術(shù)。據(jù)了解，我國已把碳捕集與封存（CCS）技術(shù)作為前沿技術(shù)列入國家中長期科技發(fā)展規(guī)劃。目前，部分示范項(xiàng)目的二氧化碳捕集、利用與封存能力已達(dá)到百萬噸規(guī)模。具體到煤電行業(yè)，燃煤電廠排出的煙氣中含有大量的溫室氣體CO2，每燃用1kg煤將排出2.66kgCO2。當(dāng)前我國的CCS捕集和利用技術(shù)已在燃煤電廠鍋爐中試用，取得不少成果和進(jìn)展。例如，在CO2捕集技術(shù)中已研發(fā)過多種物理吸收法和化學(xué)吸收法。此外還研發(fā)過便于CO2從煙氣中分離的膜分離法和富氧燃燒法，但均尚需提高捕集率。今年3月，中國延長油田碳捕集與封存一體化項(xiàng)目已經(jīng)開工建設(shè)，這是亞洲第一個(gè)商業(yè)碳捕集和儲存項(xiàng)目。該項(xiàng)目將于2018年開始運(yùn)營，每年將從全國煤炭中心陜西省的一家煤炭天然氣廠捕集41萬噸碳。

（5）加強(qiáng)煤炭前端治理。相對于煤炭的后端治理，處于最前端的煤炭的洗選可以初步解決燃料的清潔化的問題，而且前端治理成本最低，能大幅度消減后端污染物排放的負(fù)荷，比如可以大幅度降低硫分、灰分。選煤脫硫的成本較之后端煙氣脫硫的成本要低8~10倍，通過煤炭清潔化洗選加工，對于燃煤電廠鍋爐的節(jié)能減排具有重要作用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每洗選1億噸原煤可除灰1300萬噸、硫35萬噸，減少CO2排放49萬噸，排除煤矸石1800多萬噸，可提高鍋爐燃煤效率10%~15%。

（6）著力防范化解煤電產(chǎn)能過剩風(fēng)險(xiǎn)。由國家實(shí)行“上大關(guān)小”的強(qiáng)制性退出機(jī)制，我國自實(shí)施關(guān)停10萬kW效率不高的中小型機(jī)組，發(fā)展超臨界壓力高效大型機(jī)組后，全國平均發(fā)電煤耗將從2005年370g(/kW·h)下降到2017年310g(/kW·h)，比當(dāng)前國際先進(jìn)水平煤耗更低。日前，國家能源局發(fā)布《2020年煤電規(guī)劃建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警的通知》指出，全國32個(gè)省級電網(wǎng)區(qū)域(含蒙東、蒙西)中，有25個(gè)區(qū)域的預(yù)警狀態(tài)為預(yù)警程度最嚴(yán)峻的紅色，風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警結(jié)果為紅色和橙色的省份，要暫緩核準(zhǔn)、暫緩新開工建設(shè)自用煤電項(xiàng)目，并在國家指導(dǎo)下，合理安排在建煤電項(xiàng)目的建設(shè)投產(chǎn)時(shí)序。針對煤電過剩問題，華北電力大學(xué)煤控課題組進(jìn)行了多年的深入研究。2017年5月18日，課題組發(fā)布最新研究報(bào)告《“十三五”電力行業(yè)控煤政策研究》認(rèn)為，煤電行業(yè)2016-2030年的發(fā)展空間峰值約為8.6億~9.6億千瓦。具體來看，低速發(fā)展情景下，我國煤電發(fā)展空間預(yù)計(jì)在2016年達(dá)峰，峰值約為8.6億千瓦，維持4~5年平臺期后逐步下降。高速發(fā)展情景下，我國煤電發(fā)展空間預(yù)計(jì)在2020年達(dá)峰，峰值約為9.6億千瓦，隨后進(jìn)入10年左右的平臺期。

綜上所述，筆者認(rèn)為，國家將煤炭清潔高效開發(fā)和利用作為能源轉(zhuǎn)型的立足點(diǎn)和首要任務(wù)，為我國燃煤電廠轉(zhuǎn)變發(fā)展方式、實(shí)現(xiàn)清潔高效發(fā)展提供了難得的機(jī)遇，也是大勢所趨、人心所向。當(dāng)前，煤電行業(yè)推進(jìn)清潔高效發(fā)展的技術(shù)路徑和辦法措施已經(jīng)漸趨成熟，能不能抓住機(jī)遇，順勢而為，迎難而上，考驗(yàn)著企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者智慧和魄力。相信煤電行業(yè)一定能緊緊抓住并利用好這一戰(zhàn)略機(jī)遇期，因地制宜地選擇可靠的發(fā)展路徑與方法，實(shí)現(xiàn)煤電行業(yè)綠色科學(xué)、清潔高效發(fā)展。

作者簡介：張立寬，河北大名人，畢業(yè)于北京語言大學(xué),獲雙學(xué)士學(xué)位,后獲澳門城市大學(xué)MBA。資深媒體人，能源觀察員，中國煤炭交易數(shù)據(jù)中心高級分析師、評論員。曾任北京高校講師、人民日報(bào)社京華時(shí)報(bào)國際新聞部主任、中國煤炭工業(yè)協(xié)會會刊《中國煤炭工業(yè)》雜志社編輯部主任。出版煤炭類專著5部，發(fā)表各類新聞報(bào)道百余篇。