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中國(guó)工程院院士倪維斗:煤電須做到"外三"水平
2014-06-09 15:03:01   來(lái)源: 中國(guó)電力新聞網(wǎng)

倪維斗清華大學(xué)教授,博士生導(dǎo)師,中國(guó)工程院院士。長(zhǎng)期從事熱力渦輪機(jī)系統(tǒng)和熱動(dòng)力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)學(xué)方面的研究。曾獲國(guó)家教委、電力部科技進(jìn)步一、二等獎(jiǎng),國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng),國(guó)家級(jí)優(yōu)秀教學(xué)成果二等獎(jiǎng)。近十年來(lái),倪維斗院士致力于研究我國(guó)能源的可持續(xù)發(fā)展和節(jié)能問(wèn)題,承擔(dān)若干個(gè)國(guó)家級(jí)能源戰(zhàn)略研究課題。他提出了以煤氣化為核心的多聯(lián)產(chǎn)戰(zhàn)略是解決未來(lái)經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和能源可持續(xù)發(fā)展的必然出路的觀點(diǎn),并在國(guó)內(nèi)外大力倡導(dǎo)多聯(lián)產(chǎn)戰(zhàn)略的研究和實(shí)施,以及醇醚替代燃料在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用研究。

  “低碳經(jīng)濟(jì)的道路最后必須落實(shí)到煤的清潔利用上”

  中國(guó)電力報(bào):您認(rèn)為我國(guó) “能源變革”應(yīng)該包括哪些內(nèi)涵?

  倪維斗:需要做好4件事。第一,煤炭多聯(lián)產(chǎn)現(xiàn)代化協(xié)同利用。煤炭今后仍是我國(guó)能源的主力,應(yīng)一次通過(guò)方式實(shí)現(xiàn)電力、液體燃料、化工產(chǎn)品、供熱、合成氣等聯(lián)產(chǎn),以綜合解決能源總量需求、液體燃料短缺和燃煤污染等有關(guān)問(wèn)題。在技術(shù)上使其具有良好繼承性和可行性,以及經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益,這對(duì)中國(guó)乃至世界都有非常重要的戰(zhàn)略意義。第二,嚴(yán)控能源生產(chǎn)和消費(fèi)總量勢(shì)在必行。總量控制不會(huì)妨礙社會(huì)發(fā)展,反倒能真正培植和拉動(dòng)內(nèi)需。政府應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格下達(dá)總能耗指標(biāo),只有這樣才會(huì)加速自主科技創(chuàng)新、掌握關(guān)鍵技術(shù)和加強(qiáng)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力,建立節(jié)約型的、生態(tài)文明的社會(huì)。第三,合理發(fā)展與應(yīng)用可再生能源。只考慮可再生能源大基地、大容量、集中輸出的方針?biāo)朴衅H,而應(yīng)根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)約束條件,把就地消納、分散使用作為我國(guó)風(fēng)電的發(fā)展和使用方向。比較而言,農(nóng)村更適宜發(fā)展可再生能源,希望國(guó)家給予補(bǔ)貼政策貫徹效率原則。政策實(shí)施要依靠競(jìng)爭(zhēng)和比較機(jī)制。電網(wǎng)企業(yè)應(yīng)得收入需予以保障。可再生能源的利用一定要努力考慮和其它能源協(xié)同,例如風(fēng)電和網(wǎng)電、風(fēng)電和煤化工等。第四,對(duì)天然氣要更加大力的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。人們往往把天然氣單純作為一種低碳、低污染燃料,直接用   于供暖、蒸汽系統(tǒng)發(fā)電,而忽視了其具有更大能值或稱(chēng)之為更大潛力溫度燃料的特點(diǎn),即無(wú)需通過(guò)金屬管道換熱,可直接把工質(zhì)加熱到1700℃或更高,可提供更高效率的熱功轉(zhuǎn)換。

  中國(guó)電力報(bào):您很強(qiáng)調(diào)煤炭的清潔高效利用。

  倪維斗:社會(huì)節(jié)能、總量控制、發(fā)展可再生能源都是實(shí)現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)的道路,但最后必須落實(shí)到煤的清潔利用上。煤的清潔利用也屬于清潔能源。煤炭現(xiàn)在是、將來(lái)(直到2050年或更晚)依然是我國(guó)能源的主力。這是中國(guó)能源稟賦國(guó)情決定的。

  最近幾年,我國(guó)依靠提高燃煤發(fā)電效率每年都能減排二氧化碳幾千萬(wàn)噸。經(jīng)過(guò)科學(xué)研究把溫度和壓力再提高,優(yōu)化運(yùn)行,中國(guó)的燃煤發(fā)電率還有潛力可挖,所以,低碳經(jīng)濟(jì)必須落實(shí)到煤的清潔利用上。

  中國(guó)電力報(bào):不過(guò)如果中國(guó)發(fā)生和美國(guó)一樣的頁(yè)巖氣革命的話(huà),那又是一番景象。

  倪維斗:要看你到底產(chǎn)生多少頁(yè)巖氣。中石化、中石油、中海油都在做,但是目前來(lái)看,還有距離,美國(guó)也不是一年兩年來(lái)做成的,是多年來(lái)做成的。我們頁(yè)巖氣的儲(chǔ)量和美國(guó)相當(dāng),但是地質(zhì)復(fù)層的條件要比美國(guó)復(fù)雜,要更深一點(diǎn),地塊更破裂一點(diǎn),不像美國(guó)的連塊。短期內(nèi),五六年以?xún)?nèi),我國(guó)不太可能發(fā)生頁(yè)巖氣革命。

  “創(chuàng)新須像‘外三’一樣一點(diǎn)一滴地?fù)浮?/strong>

  中國(guó)電力報(bào):有人說(shuō)燃煤的效率和排放水平也能做到和天然氣一樣。

  倪維斗:比如說(shuō)上海的外高橋第三發(fā)電廠,它的排放和天然氣的標(biāo)準(zhǔn)一樣。

  中國(guó)電力報(bào):我們已經(jīng)不止聽(tīng)到一個(gè)專(zhuān)家在提外三。外三是怎么做到的?倪維斗:這個(gè)就是系統(tǒng)觀念了,無(wú)論是鍋爐還是汽機(jī)還是輔機(jī),每一地方每一點(diǎn)都把它摳出來(lái),這是個(gè)系統(tǒng)性的工作。

  它的排放也是這樣,脫硫效率比較高,氧化氮的排放也很低。氧化氮的排放是每立方米27毫克。

  中國(guó)電力報(bào):它是低氮燃燒還是燒完了之后除氮了?

  倪維斗:低氮燃燒肯定也要的,但最主要的還是脫硝裝置。脫硝裝置的催化劑很容易老化,他們的辦法是使催化劑不老化,它有這種辦法。

  中國(guó)電力報(bào):什么辦法?

  倪維斗:催化劑老化主要是尾氣溫度太低,那就抽一部分蒸汽來(lái)加熱尾氣,使經(jīng)過(guò)脫硝裝置的溫度提高,它就不老化。

  中國(guó)電力報(bào):這里會(huì)損失一點(diǎn)效率。

  倪維斗:去年環(huán)保部規(guī)定電廠脫硝的標(biāo)準(zhǔn)是100毫克/立方米,那時(shí)候,整個(gè)行業(yè)里頭一般是兩三百毫克,整個(gè)行業(yè)都在喊太嚴(yán)了。但是現(xiàn)在外三做到了,它不是100毫克/立方米,而是27毫克/立方米,如果需要,還可以再低一點(diǎn)。

  中國(guó)電力報(bào):它還有其他的創(chuàng)新吧?

  倪維斗:譬如啟動(dòng)程序中有許多鍋爐干燒的現(xiàn)象,很多氧化皮沖到汽輪機(jī)里頭去,把葉片打成麻麻點(diǎn)點(diǎn),降低了效率。它   就用了一種辦法,先用另外的東西先循環(huán),避免干燒,這樣整個(gè)效率就比較高。又譬如說(shuō)電廠用電,引風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)、水泵等等廠用電一般是占到整個(gè)發(fā)電量的5%左右。那么外三呢,它抽一股氣來(lái)帶動(dòng)小汽輪機(jī),而小汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速能和電廠負(fù)荷相應(yīng)變頻,就提高了效率。

  中國(guó)電力報(bào):這些創(chuàng)新,這個(gè)廠,是怎么會(huì)主動(dòng)去做的?做這些事情很繁雜,需要投入、精力和時(shí)間,企業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)人他怎么會(huì)有動(dòng)力去做這些?

  倪維斗:外三的總經(jīng)理馮偉忠是從學(xué)徒出身,但是對(duì)電廠的管理非常用心。一點(diǎn)點(diǎn)地在摳。

  中國(guó)電力報(bào):這么好的一些做法能不能把電廠的設(shè)計(jì)規(guī)范就改了呢?

  倪維斗:最近我一直在做外三經(jīng)驗(yàn)的推廣。兩年多以前我曾經(jīng)和幾大電力集團(tuán)的領(lǐng)導(dǎo)談過(guò)這個(gè)事。那些企業(yè)總的來(lái)說(shuō)不是太起勁,不是特別在心。他們有自己的一套設(shè)備,有自己的一套技術(shù),有自己的想法。同時(shí)呢,現(xiàn)在電力設(shè)計(jì)院都是按照規(guī)范來(lái)做,他們覺(jué)得外三的一些做法不太合乎規(guī)范。

  中國(guó)電力報(bào):擔(dān)心會(huì)有隱患嗎?

  倪維斗:會(huì)有其他的什么因素之類(lèi)的。總的來(lái)說(shuō),兩年以前這個(gè)事情推不動(dòng),大家都懷疑、觀望。后來(lái)我們和華潤(rùn)的總經(jīng)理交流,他很積極。簽訂了很大的協(xié)議,要馮偉忠?guī)退脑祀姀S,現(xiàn)在正在執(zhí)行。

  后來(lái)我又找了神華,它也有好幾千萬(wàn)裝機(jī),積極性也很高。最近,大唐也開(kāi)了專(zhuān)門(mén)的研討會(huì),董事長(zhǎng)也都出面。

  “不在煤的清潔利用上做文章,其他一切只能是空談”

  中國(guó)電力報(bào):您多次強(qiáng)調(diào)的“能源協(xié)同利用”指的是什么?

  倪維斗:協(xié)同的指導(dǎo)思想是:把合適的能源放在合適的地方,在合適的系統(tǒng)中與其他能源有合適的協(xié)同,發(fā)揮合適的作用(即5個(gè)“合適”)。協(xié)同將開(kāi)啟新的思路,在能源系統(tǒng)中開(kāi)辟基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究和工業(yè)示范的廣闊創(chuàng)新空間。建立可持續(xù)能源系統(tǒng)———各種能源協(xié)同的IDDD+N原則,轉(zhuǎn)換整合化 (I-integration)、需求精細(xì)化 (D-differentiation)、供給多樣化 (D-diversification)、布局分布化 (D-decentralization)、調(diào)度、控制、管理智能網(wǎng)絡(luò)化(N-network),這幾點(diǎn)可以簡(jiǎn)稱(chēng)為“IDDD+N”。

  由于能源多元化,轉(zhuǎn)換多元化,終端需求供應(yīng)一體化,尤其是氣候變化的嚴(yán)重性,能源技術(shù)(EnergyTechnology,ET)將有一個(gè)很大的變化,時(shí)間尺度在30~50年左右。

  且各國(guó)都不會(huì)一樣,中國(guó)更有其特殊性,因?yàn)闊o(wú)先例可循。除了能源技術(shù)進(jìn)步外,信息技術(shù)(InformationTechnology,IT)的深度介入必不可少,因?yàn)槟茉聪到y(tǒng)是一個(gè)龐大的系統(tǒng)工程。ET和IT的融合是必然趨勢(shì)。

  中國(guó)電力報(bào):如何實(shí)現(xiàn)從煤化工開(kāi)始,逐步過(guò)渡到您經(jīng)常提到的 “IGCC+多聯(lián)產(chǎn)+CCUS”(CarbonCaptureUtilizationandStorage)?

  倪維斗:中國(guó)碳減排應(yīng)從煤化工開(kāi)始,向“IGCC+多聯(lián)產(chǎn)+CCUS”逐步過(guò)渡。

  如果煤直接燃燒,因?yàn)闊煔庵卸趸紳舛鹊?(濃度約為13%~14%,其余70%~80%都是氮?dú)猓毫Φ汀⒘髁看螅杼幚淼臒煔馐占饋?lái)很困難,而且以目前技術(shù),要將發(fā)電廠煙囪里的二氧化碳分離出來(lái),處理后埋入地下,整個(gè)燃煤發(fā)電效率會(huì)降低11個(gè)百分點(diǎn)。

  實(shí)施“IGCC+多聯(lián)產(chǎn)”能源戰(zhàn)略刻不容緩。盡管目前IGCC發(fā)電電價(jià)成本較高,但是考慮到將來(lái)對(duì)污染物二氧化硫、氮氧化物、顆粒物、汞的控制要求,以及下   一步要進(jìn)行二氧化碳的捕集、利用和埋存,目前可行的是可以通過(guò)多聯(lián)產(chǎn)化工產(chǎn)品來(lái)降低成本。“IGCC+多聯(lián)產(chǎn)+CCUS(CO2的捕集、利用和埋存)”是中國(guó)二氧化碳減排的戰(zhàn)略方向。

  但是,考慮到未來(lái)的清潔煤發(fā)電,“IGCC+多聯(lián)產(chǎn)”應(yīng)盡快地示范,逐步走向大規(guī)模發(fā)展,按二氧化碳減排需要,逐步過(guò)渡到“IGCC+多聯(lián)產(chǎn)+CCUS”。在這方面需要深入研究和小規(guī)模示范,大規(guī)模的商業(yè)實(shí)施還需要觀察一段時(shí)期。

  中國(guó)電力報(bào):未來(lái),中國(guó)的低碳發(fā)展之路應(yīng)該如何走,您有哪些建議?

  倪維斗:中國(guó)工業(yè)化正處于重工業(yè)化“爬坡”階段,也是碳排放的上升期。面臨國(guó)際上對(duì)我國(guó)排放峰值出現(xiàn)時(shí)間和絕對(duì)值的要求,未來(lái)我國(guó)在碳減排上仍將處于被動(dòng)狀態(tài)。實(shí)現(xiàn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)低碳發(fā)展,能源的科學(xué)有序使用是前提,而能源的核心問(wèn)題是煤。

  中國(guó)應(yīng)當(dāng)按照國(guó)情,從現(xiàn)在開(kāi)始考慮分階段逐步推進(jìn)減排二氧化碳的問(wèn)題,我國(guó)二氧化碳的利用和埋存按從易到難,大致可以分為3個(gè)階段:第一階段先處理從天然氣井中分離出的二氧化碳并加以利用。第二階段是從我國(guó)已經(jīng)大量發(fā)展的煤化工(甲醇、二甲醚、MTO、MTP、直接煤變油、間接煤變油等)過(guò)程中排放的二氧化碳加以收集和利用。我國(guó)的二氧化碳減排從煤化工做起,國(guó)家應(yīng)予以政策支持,如碳稅、補(bǔ)貼等,在此過(guò)程中,對(duì)二氧化碳的處理(化學(xué)、物理方面的應(yīng)用)和輸運(yùn)、埋存等積累經(jīng)驗(yàn)。第三階段是從電廠煙氣中捕捉,這是很困難的,需要耗費(fèi)大量的能源和投資。減排二氧化碳需要從易到難,積累經(jīng)驗(yàn),逐步推進(jìn),而不是一蹴而就。

  總而言之,在未來(lái)二三十年內(nèi)化石能源作為我國(guó)主要能源的地位不可撼動(dòng),其中煤是主導(dǎo),所以未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)煤的低碳利用就是低碳能源的核心問(wèn)題,如果不在煤的清潔利用上做文章,其他一切只能是空談,低碳只是一句口號(hào)。

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