清洁煤电技术面临何种选择？

　　●煤炭清洁高效利用有两个途径：一是利用先进的燃煤发电技术发展电力，电力是最好的二次能源，用起来最方便，效率最高；第二是利用煤基多联产能源系统技术，建立煤基多联产能源利用系统

　　◆中国环境报见习记者 张杰

　　根据我国的能源禀赋国情，近几十年以煤炭为主的能源结构不会改变，在国内已成定论。近期国务院办公厅正式印发了《能源发展战略行动计划（2014~2020年）》，把“推进煤炭清洁高效开发利用”作为能源发展的主要任务。在近日召开的中央工作会议上，“大力推进煤炭清洁高效利用”被再次明确。

　　近期，热闹的火电近零排放在末端治理上下功夫，但业内人士指出，发电技术的革新才是根本。煤电作为煤炭清洁利用的“主力军”，目前技术发展情况如何？有什么途径和方案，各自的优势与不足是什么？记者就此采访了中国工程院院士、清华大学教授倪维斗。

　　超超临界仍有较大发展空间

　　节能、环保效果显著，成本不算高，但在碳捕捉上有缺陷

　　记者：当前，我国煤炭清洁高效利用应采取哪些途径？

　　倪维斗：我认为主要有两条，一是利用先进的燃煤发电技术发展电力。电力是最好的二次能源，用起来最方便，效率最高，第二是利用煤基多联产能源系统技术，建立煤基多联产能源利用系统。

　　其中在煤电技术方面，超超临界燃煤发电技术是一种先进、高效的发电技术，节能、环保效果显著，与常规燃煤发电机组相比优势明显。

　　记者：据了解，上海外高桥第三发电厂（以下称“上海外三”）2008年建了两台超超临界燃煤机组，据你了解节能、环保效果如何？

　　倪维斗：上海外高桥第三发电厂两台100万千瓦超超临界机组供电煤耗达到276克/千瓦时左右（折合净效率44.5%）。

　　今年年初，中电联发布的年度行业报告中称“2013年，全国火电机组供电煤耗321克/千瓦时,居世界先进水平。” 这就是说，“上海外三”供电煤耗水平比居世界先进水平的全国水平足足低了45克/千瓦时。

　　再看看“上海外三”的厂用电率，厂用电率指发电厂在生产过程中自身所使用的电能，它一般占电厂发电量5%以上。目前“上海外三”的综合厂用电率是2.5%左右。据电厂工作人员介绍，有时比这个数字还要低，为2%。

　　另外，“上海外三”粉尘、二氧化硫和氮氧化物排放浓度分别为：11.63mg/m3、17.71mg/m3和27.25mg/m3，达到气电的排放水平。

　　超超临界机组节能、环保，成本也不算高。我认为，在目前国家对二氧化碳没有强制约束的情况下，应该是煤炭清洁高效利用的一个方向，会走相当一段时间。

　　记者：据悉，超超临界技术有一个缺陷是不能有效捕捉二氧化碳，有什么解决方案？

　　倪维斗：超超临界技术的问题是二氧化碳捕捉和处理问题。

　　中国的二氧化碳排放是个尖锐问题，到2020年单位GDP的二氧化碳排放量要比1990年减少40%~45%。在中国，如果不解决煤的清洁利用问题，所谓低碳发展都是不可能的，中国将来二氧化碳的减排主要落在煤上。

　　我算了笔账，如果从超超临界燃煤电厂捕捉和埋存CO2，，整个燃煤发电效率将降低11个百分点，投资将增加1倍。燃煤超超临界蒸汽发电在CO2减排上具有先天性的缺陷。而整体煤气化联合循环发电（IGCC）技术则可以解决这个问题。

　　IGCC减碳效果好但造价高

　　比较容易进行二氧化碳分离，单位造价为1.2万元/千瓦，只用于纯粹发电在经济上有较大问题，在我国暂不适合推广

　　记者：煤气化联合循环发电（IGCC）技术在减碳上有什么优势？

　　倪维斗：煤气化联合循环发电（IGCC）技术有一个最大的优点是，比较容易地把二氧化碳分离、取出来，使用这种技术产生的二氧化碳浓度较高，达到40%左右，压力比较大，体积比较小，容易取出。

　　IGCC源自于西方国家20世纪70年代开始研究和发展的一种技术，通过将煤转化为粗煤气，然后经过除尘、脱硫等净化工艺成为洁净煤气，再供给燃气轮机做功发电，燃气轮机排气给余热锅炉，产生的蒸汽驱动汽轮机做功发电，从而实现联合循环发电。

　　记者：IGCC在常规指标上的节能、环保效果如何？何时走向商业化？现在技术发展的状况如何？

　　倪维斗：由于其特殊的处理过程， IGCC具有很多优点，排放低，脱硫效率达到98%，脱氮效率达到90%，粉尘排放接近于零，碳排放可减少1/4；效率高，其示范电站效率42%~46%；耗水量比常规蒸汽循环电站节水30%~50%；燃煤后废物处理量少，脱硫后还可副产元素硫或硫酸；可进行煤炭资源综合利用，并能够捕获碳，实现近零排放等。

　　上世纪70年代~90年代经过不断的试验调试，技术攻关，IGCC开始从商业示范走向商业应用阶段。

　　第三代IGCC技术将采用先进干粉煤气化技术（输运床，流化床）和高级别燃气轮机技术，其性能和经济指标都大大提高。采用GE公司9H型燃气轮机和经过优化设计的IGCC方案，其净效率预期可以达到51%。

　　记者：据了解，IGCC造价成本比较高，与常规技术的燃煤机组造价相比，成本怎样？具备推广行性吗？

　　倪维斗：由于IGCC电站造价高昂，如华能公司在天津建成一套26.6万千瓦的IGCC电站，首套单位造价为1.2万元/千瓦，而常规超超临界机组的造价仅为0.4万元/千瓦左右。

　　以煤气化为基础的IGCC节能、环保，能有效捕捉二氧化碳，可是只用于纯粹发电在经济上有较大问题，在我国暂不适合推广，但是可以考虑煤气化多联产方案。

　　煤气化多联产方案最佳？

　　技术上有良好继承性和可行性，既可以发电又能生产煤化工，具有捕碳的天然优势，是煤炭清洁高效利用的重要发展方向

　　记者：以煤气化技术为核心的煤气化多联产同时发电和生产煤化工，实现煤炭物质和能量的充分利用，克服了IGCC纯粹发电成本较高的不足。煤气化多联产使用的技术是否难以攻关？捕捉二氧化碳效果、系统效率怎样？

　　倪维斗：煤气化多联产以煤气化技术为核心，在煤气化以后，既可以发电又能生产煤化工，实现煤炭物质和能量梯级转化与利用多联产。

　　煤气化多联产一方面在技术上有良好继承性和可行性，有良好经济效益和环保性能，另一方面，其具有捕碳的天性，是实现未来碳捕捉和埋存的途径。

　　采用煤气化多联产方案，无需特殊的技术突破，易与天然气化工过程衔接，富集的二氧化碳容易捕捉和分离，这是中国碳减排的战略方向。

　　煤气化多联产过程相互耦合，实现能量流、物质流等总体优化，电力与化工在运行中可起到相互调峰的作用。

　　如采用化工生产与动力过程的串联耦合无水煤气变换的方式，再配以1700摄氏度燃气轮机等技术，可以将系统效率提高到57.3%。

　　记者：煤气化多联产技术有很多优点，节能、环保，还能解决污染、小城镇能源供给等问题，具体情况怎样？你对发展煤气化多联产有什么建议？

　　倪维斗：煤气化多联产技术具有诸多优点，可生产多种产品；能源利用效率提高有助于缓解能源总量要求；可采用高硫煤，拓展煤炭资源利用；还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。

　　煤气化多联产技术还可极大解决燃煤污染问题，消除常规燃煤污染物排放，重金属脱除更经济；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；满足未来碳减排的需要，成本较低。

　　煤气化多联产技术在煤炭清洁高效利用方面有很大潜力，应该作为煤炭的重要发展方向。

　　记者：目前是电厂改造和建设的高峰期，前面提到的3种技术应该怎样配合使用？

　　倪维斗：从当前国情看，我国实施煤炭现代化战略刻不容缓，建设一个电厂可以使用40年~50年，目前正值新一轮电力建设高潮，如果错过这一时期，继续按照传统模式发展，将导致环境、能源安全、温室气体排放等一系列问题。

　　以上3种煤碳高效清洁利用的技术途径各有千秋，建议国家层面应该通过顶层计和总体规划，因时、因地制宜，选择利用先进的煤炭发展技术，真正实现煤炭清洁高效利用。