清潔煤電技術面臨何種選擇？

　　●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

　　◆中國環境報見習記者 張杰

　　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？有什麼途徑和方案，各自的優勢與不足是什麼？記者就此採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採取哪些途徑？

　　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年建了兩台超超臨界燃煤機組，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台100萬千瓦超超臨界機組供電煤耗達到276克/千瓦時左右（折合淨效率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，它一般佔電廠發電量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，有什麼解決方案？

　　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，隻用於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）技術在減碳上有什麼優勢？

　　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源自於西方國家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、脫硫等淨化工藝成為潔淨煤氣，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：由於其特殊的處理過程， IGCC具有很多優點，排放低，脫硫效率達到98%，脫氮效率達到90%，粉塵排放接近於零，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，並能夠捕獲碳，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技術將採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。採用GE公司9H型燃氣輪機和經過優化設計的IGCC方案，其淨效率預期可以達到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：由於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，可是隻用於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。

　　採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。

　　如採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麼建議？

　　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於緩解能源總量要求﹔可採用高硫煤，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﹔有助於解決快速城市化引起的小城鎮和農村潔淨能源問題﹔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。