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我國電力行業節能關鍵技術發展現狀

發布日期：2011-10-29 13:28:07

從全球范圍來看，電力生產占到化石燃料使用總量的32%，占到與能源相關的CO₂排放的41%。根據IEA數據，如果全球化石燃料發電都能夠達到現行最佳效率（按技術可行性估算），則每年可節能7.16億～9.89億噸標煤（501～692Mtoe），減排18億～25億噸CO₂，其中潛力最大的當屬燃煤發電（可節能5.12億～7.16億噸標煤，減排14億～20億噸CO₂）。在我國，電力工業是國民經濟的基礎產業和主要能源行業，同時也是主要的能源資源消耗和污染物排放行業之一。根據《中國環境統計年鑒2010》數據，2009年電力部門煤炭消耗量占工業部門煤炭消耗總量的一半以上，二氧化硫排放量占全國排放總量的55%。“十一五”期間，我國電力行業節能減排取得了突出成就，主要體現在以下幾個方面：

一是電力結構不斷優化。根據國家能源局《2010年能源經濟形勢及2011年展望》數據，“十一五”期間我國累計關停小火電7210萬千瓦，提前并超額完成“十一五”關停小火電機組5000萬千瓦目標。全國在役火電機組中，30萬千瓦及以上機組比重提高到70%以上，其中60萬千瓦及以上機組占33%，全國在運百萬千瓦超超臨界火電機組達到33臺，在建11臺。截至2010年底，我國非化石能源電力裝機比重合計占26.5%，比2009年提高1.1個百分點，累計發電量7862億千瓦時，按發電煤耗折算約合2.63億噸標準煤；二是節能效率不斷提升。2010年，全國60萬千瓦及以上火電機組平均供電煤耗335g/kWh，比2009年下降5g/kWh，“十一五”期間累計下降超過35g/kWh，在2008年即提前兩年實現“十一五”末供電煤耗目標（355g/kWh）。2010年，全國電網線損率為6.49%，比2009年減少0.23個百分點，優于英國、加拿大、澳大利亞等國，全國平均線損總體處于同類資源與負荷密度條件國家中的先進水平；三是污染物排放控制成效顯著。根據《2009年電力企業節能減排情況通報》統計數據，2009年，在全國火電發電量比2005年增長47.4%和電煤消耗增長41.9%的情況下，全國火電廠煙塵排放總量315萬噸，比2005年下降45萬噸。截至2009年底，安裝脫硫裝置的燃煤電廠總裝機4.7億千瓦，約占煤電機組的76%（美國2008年為41.5%）。全國電力二氧化硫排放量約為948萬噸，提前一年達到“十一五”末電力SO₂排放總量控制在1000萬噸的目標，2009年全國SO₂排放量比2005年下降334萬噸，電力SO₂排放量下降352萬噸，即電力工業不僅完成了新增機組SO₂減排任務，而且通過存量機組的減排承擔了其他行業的總量指標。

但電力行業在節能減排中還存在著以下問題，主要包括節能減排潛力有待進一步挖掘，電力企業節能減排管理水平有待進一步提高，運用經濟手段推動節能減排的作用有待進一步發揮，脫硫設施運行管理水平仍有待提高，煙氣排放連續監測系統（CEMS）作用有待進一步發揮，脫硫石膏綜合利用存在地區差異等。推進電力行業節能減排的途徑主要有三種：一是制度或管理手段；二是技術創新；三是產業結構調整。目前，電力行業節能關鍵技術手段主要有四個方面：即現有電廠技術改造、潔凈燃煤發電技術、熱電聯產和非化石能源發電技術。

一、現有電廠技術改造

通過現有電廠進行技術改造可推動我國節能減排步伐，具體來講有如下幾個發展方向：一是加快燃煤小機組退役；二是通過監控、檢修等技術設備的改進以及機、電、爐一體化控制技術和廠級自動化系統的推廣，提高電廠自動化水平；三是通過風粉監測、完善吹灰及在線分析系統等減少鍋爐漏風和凝汽器泄漏；四是對10萬～30萬千瓦汽輪機組高、中、低壓缸通流部分等進行改造，提高效率；五是采用轉動機械電機變頻改造等措施降低廠用電率；六是對火電機組利用等離子點火、少油點火、小油槍點火和低負荷穩燃等技術進行改造，減少燃油的投用；六是推廣火電節水技術，包括循環冷卻水濃縮倍率達到4.5以上的處理技術及相關防腐技術、廢水處理回用技術和城市生活污水再生水再利用的深度處理技術、更高濃度的水除灰技術、灰渣的干除（干輸、干儲）和綜合利用技術、海水及苦咸水淡化技術、大型高效空冷技術、廢水零排放技術、節水型發電系統和新型發電技術等。

二、潔凈煤發電技術

潔凈煤發電技術有利于提高發電效率、推動環保和利用多品質資源。先進的煤炭燃燒發電技術主要包括：超臨界與超超臨界燃煤發電技術，大容量、高參數循環流化床技術，整體煤氣化聯合循環及多聯產技術等。

潔凈煤發電技術分析

技術工藝	特點	國外現狀	國內現狀	未來發展
超臨界/超超臨界燃煤發電	在材料、設計、制造和商業應用上已經成熟，可用率與亞臨界機組相當，發電效率42%～-47%。	目前，全世界已投運的超臨界/超超臨界發電機組約600臺，其中美國約170臺，日本和歐洲各約60臺，俄羅斯及東歐國家約280臺。	2010年底，全國在運百萬千瓦超超臨界火電機組達到33臺，在建11臺，運行數和在建數均是世界第一。	在材料工業發展的支持下，超超臨界正朝著更大容量、更高壓力和溫度參數的技術方向發展，一些國家已經公布了發展下一代超超臨界機組的計劃，蒸汽初溫將提高到700℃，再熱蒸汽溫度達到720℃，相應的壓力將從目前的30 MPa左右提高到35-40 MPa，機組凈熱效率達到45%~50%。
大容量、高參數循環流化床（CFB）	低污染排放、燃料適應性強、燃燒效率高和負荷適應性好。	阿爾斯通成功開發300MWCFB、完成600MW超臨界CFB研發設計。福斯特惠勒能源工程公司研發了460MW超臨界CFB，2009年6月完成性能試驗，轉入商運；現已完成600MW超臨界CFB研發。	目前，我國已成為世界上CFB鍋爐臺數最多、總裝機容量最大和發展速度最快的國家，但現有CFB技術仍處于亞臨界參數水平，明顯落后于發達國家。	容量擴大、提高燃燒效率、研制新型分離器及布置方式、控制N₂O生成、向超臨界/超超臨界參數發展、應用新的防磨和耐火材料等。
整體煤氣化聯合循環（IGCC）及多聯產	將煤氣化技術、煤氣凈化技術與高效聯合循環發電技術相結合的先進動力系統。發電效率高。	國外已商業示范的250MW級煤基IGCC發電站，有美國的WabashRiver（265MW）和Tampa（250MW）、荷蘭的Buggenum（253MW）、西班牙的Puertollano（300MW）、日本的Nakoso（218.75MW）。	我國華能天津IGCC電站示范工程將建設我國第一臺250MW級IGCC發電機組，2009年正式開工，預計到2011年中期投入運行。除了燃氣輪機外，所有的設計和設備制造全部由我國自主完成。	IGCC技術將朝著大容量、高效率、低排放、低造價的方向發展；實現不同循環、不同技術、不同產品有機結合的多聯產，主要走勢是實現電-熱-液體燃料-民用煤氣-煤化工產品等的多目標、多聯產延伸和循環；在實現近零脫硫、脫硝的同時，實現CO₂的近零排放和CO₂的捕集、封存和再利用。

三、熱電聯產/熱電冷聯產

熱電聯產（CHP）具有節約能源、改善環境、提高供熱質量、增加電力供應等綜合效益。熱電聯產可充分利用電力生產過程中損失的熱量，全球火電站平均熱效率為35%～37%，而CHP一般可達75%～80%，較之高出40%以上，節能效果突出。從國外情況來看，截至2008年的統計，全球熱電聯產裝機容量約為330 GW，占到電力裝機總量的9%。歐洲的丹麥、芬蘭、荷蘭是領先國家，其中丹麥CHP裝機容量占到電力裝機容量的52%。從我國情況來看，至2007年底，我國60萬千瓦及以上CHP裝機容量9917萬千瓦，占同期全國火電機組裝機總量的17.9%。

從未來發展方向來看，一是用熱電聯產集中供熱為主的方式替代城市燃煤供熱小鍋爐，提高熱電聯產在供熱中的比例，擴大集中供熱范圍；二是燃煤熱電廠發展20萬千瓦以上的大型CHP機組，城市附近的30萬千瓦以下純凝汽發電機組改為CHP機組三是鼓勵建設熱電冷聯供機組；四是北方小城市和工業開發區工業生產用熱建設背壓式CHP機組熱電廠；五是建設分布式CHP和熱電冷聯供機組；六是因地制宜建設低熱值燃料和秸稈等綜合利用CHP熱電廠。

四、非化石能源發電技術

大力發展包括水能、核能、風能等在內的非化石能源發電技術是未來電力行業節能減排的重要措施。未來10年我國將致力于調整以煤為主的能源結構，增加清潔能源比重，使我國水電、核電、風電等非化石能源占一次能源消費總量的比重由目前的僅為8.3%，提高至2015年的11.4%，再到2020年實現我國向國際社會承諾的15%。

非化石能源發電技術發展分析

技術工藝	特點	國外現狀	國內現狀	未來發展
水電	目前發展比較成熟的可再生能源	截至2009年底，全球水電裝機達到980GW，發電量占到總電量的16%（2008年）。發達國家地區水電開發率很高，如歐洲水電開發率達到75%，北美達到69%。	截至2010年底，全國水電裝機超過2.1億千瓦，占電力總裝機的22%。但中國水電開發率偏低，僅占技術可開發總量的32%、經濟可開發總量的43%。	在做好生態保護和移民安置的前提下積極開發水電。
核電	能源密度高，發電經濟性好，無溫室氣體排放。	截至2010年底，全球30個國家共建有442座核電機組，裝機總量375GW，發電量占到總電量的13%（2008年）。美國、法國、日本是主要的核電技術出口國。	截至2010年底，核電總裝機達到1080萬千瓦，核電在建機組28臺3097萬千瓦，在建規模世界第一。但我國核電裝機比重僅為2%，遠低于世界16%的平均水平。	核電發展確保安全高效，妥善解決乏燃料后處理和核廢料安全處置問題，實現第三代核電技術全面自主化，加強第四代核能系統研究。
風電、太陽能發電等可再生能源發電	間歇式可再生能源，蘊藏量大，分布廣泛，技術相對成熟，發展速度快。	截至2010年底，全球風電裝機總量達到194.4GW，發電量占到總電量的1%（2008年）。海上風能開發成為新的熱點。單機容量不斷增大，5 MW風力渦輪機已投入使用。截至2009年底，全球太陽能并網光伏發電裝機總量達到21GW，歐洲、日本、美國居于領先地位。	2010年風電新增并網裝機1399萬千瓦，累計并網裝機3107萬千瓦，裝機規模僅次于美國，居全球第二，風機零部件質量和機組設計方面與先進國家仍存差距。截至2009年底，我國太陽能并網光伏發電裝機總量達到0.4 GW。我國硅太陽電池產量占到世界總產量的一半，但存在著“兩頭在外”、“原料波動”、“競爭無序”等問題。	有序發展可再生能源發電，解決可再生能源發電的并網以及可再生能源電源與電網之間的影響問題（如應用儲能技術），提高關鍵核心技術自主化程度。

五、智能電網技術

建設智能電網在客觀上為調整、優化電力和能源結構提供了有利條件和機遇，并且可為電力企業提高運行效率及可靠性、降低成本。通過對電力生產、輸配、用電各個環節的優化管理，可以節省電費、實現智能管理、具有更強的可靠性和使用效率、增加可再生能源的使用、支持混合動力車的接入等。

從全球范圍來看，20世紀80年代以來，屬于當前智能電網范疇的一些技術如電子控制、數字化計量和監控開始得到應用。20世紀90年代中后期，人們將適應未來需要的現代化電網作為一個整體開始進行全面系統的研究，一些電力公用事業機構在小范圍內對電網進行改造和升級，以獲取實踐經驗，提高運營績效。2008年全球經濟危機后，世界各主要國家紛紛加大了智能電網建設的力度，并投入大量公共資金予以扶持，將其提升到國家能源、環境與經濟可持續發展戰略的高度來全力推行。目前，國際電氣和電子工程師協會（IEEE）、國際電工委員會（IEC）和美國國家標準與技術研究院（NIST）等組織機構已經或正在加緊制定與智能電網相關的國際標準。

我國國家電網公司以“堅強智能電網”為目標，提出了到2020年的三階段發展規劃，提出建設以特高壓為骨干網架、各級電網協調發展的堅強智能電網。過去兩年，國家電網全面推進智能電網試點工程建設，全面啟動了21類228項試點工程，制定了15項智能變電站標準，已經建成陜西750千伏、延安、江蘇220千伏等8個智能變電站。加快技術標準制定和關鍵設備的研發應用，加強清潔能源發電并網技術研究，提高電網優化配置能力，研發重點領域集中在智能化電力電子設備、智能化傳感技術、可再生能源并網、儲能技術和分布式能源。