长期以来,燃煤发电为我国的节能减排事业做出了重大贡献。基于我国电力工业和能源结构的发展状况,制定燃煤发电工业节能减排的中长期发展战略规划意义重大。为此,中国工程院和国家自然科学基金委员会联合资助了“中国燃煤发电机组节能减排战略研究”项目。该项目由清华大学倪维斗院士牵头,产、学、研、用等不同领域的50多位专家学者参加。项目通过对国内主要发电集团20余家燃煤电站的现场调研、40余次跨专业技术研讨,结合?#21335;追治觥?#29702;论研究、电话咨询等多种方式,对中国燃煤发电所涉及的节能、减排和智能电站等三个方面开展了深入研究和系统论证,取得一系列重要认识。在此基础上,进一步研讨凝练,形成本建议。

 

(一)我国燃煤发电节能减排工作取得显著成效

 

  在过去相当长的时期内,中国燃煤发电的能耗水平一直落后于发达国家。随着电力工业的快速发展,中国燃煤发电的供电能耗一直?#20013;?#19979;降。2017年,全国火电机组的平均供电煤耗已达到309g/kWh,相比于1949、1978和2002年分别降?#22303;?3%、34%和19%;已经明显优于美国和世界平均水平,与?#20998;?#30456;当。当前,我国先进燃煤发电机组的供电煤耗已经低于270g/kWh,引领了世界燃煤发电的发展方向。

 

  自1996年燃煤发电行业开始全面实施污染物排放控制以来,国家排放标准历经数次修改,排放标准越来越严,当前超低排放要求SO?、NO??#33073;?#23576;的排放限制分别为35、50、10mg/Nm3,为历史排放标准最高、世界最严的中国标准。燃煤发电污染物排放绩效?#20013;?#19979;降,污染物排放量近几年在装机容量?#20013;?#22686;长的情况下实现大幅下降。2015年燃煤发电行业的SO?和NO?的排放量分别降低至200和180万吨;燃煤发电的污染物排放总量已低于美国,接近?#20998;蕖?/span>

 

(二)我国燃煤发电节能减排仍有巨大的潜力

 

1)节能潜力?#27835;?/span>

 

  通过系统?#27835;?#36807;去近七十年来燃煤发电工业的发展历程,得到燃煤电站节能降耗的主要原因包括发展高参数大容量先进机组、淘汰落后产能、优化电源结构、采用先进节能技术、提升经营管理水平等重要结论。进一步通过理论研究,建立了燃煤电站能源转化的热量/??#21592;确治?#26041;法,并绘制了不同容量?#29123;?#20856;型燃煤发电机组热量损失和?损失图谱,进而确定了燃煤电站的能量损失/节能潜力的物理分布情况。

 

  通过对发展高参数大容量先进燃煤机组的影响研究发现,2006-2015期间新增装机对全国火电机组平均供电煤?#21335;?#38477;的贡献累计达20g/kWh左右。而限于高温铁素体和镍基合金等材料研发进度的影响,更高参数机组的发展难以推进。

 

  通过对淘汰落后产能的影响研究,得到2006-2015期间,淘汰?#34892;?#39640;能耗机组对全国火电机组平均供电煤?#21335;?#38477;的影响累计达到27g/kWh,比新增装机的影响还大。若全面关停200MW及以下?#29123;?#23567;机组,至少还可降低煤耗20g/kWh以上。然而,燃煤发电的落后产能容量小、数量多、分散广、涉及行业宽,且大部?#36136;?#20110;自备电厂,关停需下大力气才行。

 

  通过对燃煤电站节能潜力的?#27835;?#30740;究,发现分?#23545;?#28909;提高热风温?#21462;?#20248;化汽轮机通流结构、强化空冷冷端传?#21462;?#32568;体高低位布置等节能措施,?#19978;?#24212;降低供电煤耗5-10、4-8、2-4和2-3g/kWh。

 

  通过对燃煤电站能量损失的系统?#27835;觶?#21457;现热电联产是蒸汽循环能量利用效?#39318;?#39640;的形式。截止2017年全国热电联产装机已达到5.5亿千瓦,约占火电装机的一半,年节约标准煤约4000万吨,对全国火电机组平均供电煤?#21335;?#38477;的贡献约9g/kWh。若采用节能型热电联产技术进行改造,还可节约标煤1800万吨,相应降低全国火电机组平均供电煤耗4g/kWh左右。

 

  基于以上?#27835;觶?#24403;前燃煤发电领域节能降耗方面至少还有25-30g/kWh的发展空间。若未来成功研发高温铁素体和镍基合金材料,兴建700℃?#29123;?#29123;煤发电机组的供电煤耗可比当前最先进的600℃?#29123;?#29123;煤发电机组供电煤?#21335;?#38477;约15-20g/kWh。

 

2)减排潜力?#27835;?/span>

 

  根据国内不同工业排放的?#21592;齲?#29123;煤发电曾在过去相当长时间内是SO?和NO?的排放大户。随着电力行业近年来的不懈努力以及超低排放标准的逐步实施,燃煤发电的SO?和NO?排放占比在2015年就已经低于10%,减排空间非常有限。而燃煤发电排放与能耗/成本的矛盾突出,应重点降低燃煤发电污染控制的成本。相比而言,热力、钢铁和水泥等工业领域因排放标准依然?#31995;停?#24050;成为我国SO?、NO??#33073;?#23576;排放的主要源头,应协同制定严格的排放标准,重点治理。根据估算,若热力、钢铁和水泥等燃煤工业采用与燃煤发电行业相同的超低排放标准,则每年可分别降低SO?、NO??#33073;?#23576;的排放约750、770、800万吨左右。

 

  3)可再生能源电力消纳潜力?#27835;?/span>

 

  随着可再生能源发电的快速增长,以燃煤发电为基础的电网难以消纳“阴晴不定”的可再生能源电量,弃风、弃光的电量逐年增加,燃煤发电面临前所未有的调峰?#22303;?#27963;性改造的压力。而当前约5.5亿千瓦装机的热电联产机组主要采取以热定电的方式运行,调峰能力受限。本项目基于系统研究,提出了热电联产机组加?#25353;?#26049;路,实现热电解耦的技术?#24223;擼?#21487;使热电联产机组全负荷调峰。若全面推广,可释放3-4亿千瓦的调峰能力,大幅提高对可再生能源电量的消纳能力。按年调峰500小时计,可年节约标准煤4000万吨以上。相当于降低供电煤耗9g/kWh,相应降低燃煤发电行业污染物排放约总量的3%左右。

 

  4)电站运行管理潜力?#27835;?/span>

 

  由于燃煤电站的节能?#22270;?#25490;受运行管理影响较大,本项目进一步研究了电站信息控制技术的发展情况。在集散控制技术(DCS)、管理信息系统(MIS)、厂级监控系统(SIS)等基础上,利用燃煤电站故障监测技术、数字电站、大数据、云计算、在线优化等先进技术,提出了未来燃煤电站智能化的发?#26500;?#24819;与实施框架,可望实现燃煤电站的实时优化、主动决策、自主维护与检修,以及基于智能电站的智能化设备管理服务和多源生产协作。

 

(三)建议

 

  1)动态对标淘汰落后产能,推动燃煤装机产业升级

 

  采用供电煤耗差额动态对标淘汰落后产能。即以当前国内先进燃煤发电机组的供电煤耗为基准,对于服役年限还剩10年以下的机组,若供电煤耗高于对标煤耗40g/kWh,则建议淘汰;对于服役6年限还剩10-20年的机组,若供电煤耗高于对标煤耗50g/kWh,则建议淘汰。深度调峰机组在常规机组的对标差额基础上增加10g/kWh。

 

  2)加强基础和应用研究,推进燃煤发电技术发展

 

建议重点研发空气分?#23545;?#28909;技术,推进热电联产,开展大旁路供热机组示范,深入研发燃烧、热力系统等过程的动态特性,推动控制、信息技术的标准化以促进智能电站发展,加快高温铁素体和镍基合金材料研发以进一步提高蒸汽参数,实现燃煤电站的深度节能减排。

 

  3)优化电源结构,鼓励电量交易,促进新能源电量消纳

 

建议大力发展调峰机组,优化电源结构。并建立电量自主交易平台,建立、健全不同电源结构之间的电量代发机制,鼓励特定区域内(如区域电网)不同电源结构之间的电量实时、自主交易。通过市场机制高效、健康地挖掘燃煤发电机组,特别是供热机组的深度调峰能力,以解决新能源的消纳问题。

 

  4)鼓励排放交易,实?#27835;?#26579;物排放的全面控制

 

建议参照煤电排放标准,根据热力、钢铁、水泥等行业的特点逐步制定严格的污染物排放标准。利用煤电与其它行业排放标准的差异,建立污染物排放交?#36164;?#22330;机制,以促进减排技术的推广和资源配置优化,从而?#32479;?#26412;大幅降低非发电工业的燃煤污染排放,实现全社会的节能减排。

 

建议人:


倪维斗 中国工程院院士,动力机械工程专家,清华大学


杜祥琬 中国工程院院士,应?#29028;宋?#29702;、强激光技术和能源战略专家,中国工程物理研究院


谢克昌 中国工程院院士,煤化学工程专家,中国科学技术协会


彭苏萍 中国工程院院士,矿山工程地质与工程物探专家,中国矿业大学


秦裕琨 中国工程院院士,热能工程、燃烧学专家,哈尔滨工业大学


翁史烈 中国工程院院士,热力?#26032;?#26426;专家,上海交通大学


黄其励 中国工程院院士,蒸汽工程专家,国家电网公司


郝吉明 中国工程院院士,大气污染防治专家,清华大学


袁亮中 国工程院院士,煤炭开采及瓦斯治理专家,?#19981;?#29702;工大学


岳光溪 中国工程院院士,洁净煤技术专家,清华大学


张玉卓 中国工程院院士,洁净煤技术专家,天津市委


李立浧 中国工程院院士,电网工程、直流输电专家,南方电网公司


陈勇 中国工程院院士,能源与环境工程技术专家,中国科学技术协会


刘吉臻 中国工程院院士,发电厂自动化技术专家,华北电力大学


闻雪友 中国工程院院士,燃气轮机学科专家,七〇三研究所


顾大钊 中国工程院院士,矿山工程与水文地?#39318;?#23478;,神华集团


吕俊复教授,洁净煤技术专家,清华大学


王卫良高工,热能动力工程专家,清华大学


王振海?#26412;?#38271;,能源与矿业专家,中国工程院


李政教授,能源战略专家,清华大学


张海教授,洁净煤技术专家,清华大学


骆仲泱教授,能源清洁利用专家,浙江大学


黄震教授,内燃机燃烧与排放控制专家,上海交通大学


王凡高工,节能减排专家,中国能源研究会

来源:循环流化床发电



2018年06月12日

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