充分認(rèn)識燃?xì)獍l(fā)電在“十二五”將承擔(dān)的重要角色

張珩生

(華北電力設(shè)計院工程有限公司，北京 100120)

充分認(rèn)識燃?xì)獍l(fā)電在“十二五”將承擔(dān)的重要角色

張珩生

(華北電力設(shè)計院工程有限公司，北京 100120)

風(fēng)能太陽能等可再生能源是清潔的，可再生的，各國預(yù)測也期盼其技術(shù)加快發(fā)展和完善，盼望其盡早成為占統(tǒng)治地位的能源形式并取代以往成熟發(fā)電技術(shù)。但理性告訴我們，未來始于今天，但今天還沒到達(dá)未來。必須對今天眼下的電力結(jié)構(gòu)，比如我國“十二五”的過渡方案，作出實際的思考。

燃?xì)獍l(fā)電；十二五；新能源。

最近幾年，世界各國均致力于發(fā)電結(jié)構(gòu)調(diào)整，其原因在于全球共同感到資源和環(huán)境壓力，特別是二氧化碳排放對全球溫度上升的影響，使各國格外重視可再生能源發(fā)電的開發(fā)與建設(shè)，于是風(fēng)能發(fā)電，太陽能發(fā)電等可再生能源發(fā)電上馬較快，也一時成為媒體和輿論關(guān)注的焦點。比如對今年西班牙50MW世界最大光熱式太陽能電站的投產(chǎn)，英國300MW世界最大海上風(fēng)力發(fā)電站建成的贊揚，歐盟提出的未來十年新增發(fā)電容量中可再生能源將占60%的設(shè)想對人們的震動，這些技術(shù)的發(fā)展動向信息，以及可再生能源新工程的各種統(tǒng)計數(shù)字，規(guī)劃方案，都成為輿論和新聞的熱點，人們心目中似乎形成一種概念，在眼下調(diào)整發(fā)電結(jié)構(gòu)，減少二氧化碳排放就是等同于大上快上風(fēng)能太陽能發(fā)電，二者之間可以簡單劃個等號。

風(fēng)能太陽能等可再生能源是清潔的，可再生的，各國預(yù)測也期盼其技術(shù)加快發(fā)展和完善，盼望其盡早成為占統(tǒng)治地位的能源形式并取代以往成熟發(fā)電技術(shù)。但理性告訴我們，未來始于今天，但今天還沒到達(dá)未來。必須對今天眼下的電力結(jié)構(gòu)，比如我國“十二五”的過渡方案，作出實際的思考。

分析西方工業(yè)化國家，特別是幾個主要工業(yè)化國家近年來的發(fā)電結(jié)構(gòu)調(diào)整，統(tǒng)計數(shù)字揭示了一個有趣現(xiàn)象。盡管立法機構(gòu)討論的法案，報紙刊物上發(fā)表的文章，媒體熱議的新聞，都是如何推進(jìn)風(fēng)能，太陽能，地?zé)崮?，海洋能，生物質(zhì)能，核能，但歷年新投發(fā)電機組統(tǒng)計數(shù)字卻明白顯示，燃?xì)獍l(fā)電才是實際的主角，燃?xì)獍l(fā)電是躲在閃光燈后面快速發(fā)展的明星。

以美國為例，美國從總統(tǒng)到國會，能源部，聯(lián)邦能源委員會，可靠性委員會，環(huán)保署，到媒體，宣傳的熱點大都是可再生能源的發(fā)展前景，并對世界其他國家施加很大壓力，但實際操作上，其自身從審批機構(gòu)到發(fā)電企業(yè)無不把燃?xì)獍l(fā)電放在首位，燃?xì)獍l(fā)電站的建設(shè)持續(xù)多年處在第一把交椅。從2005年至2010年美國連續(xù)6年新投發(fā)電容量中，燃?xì)獍l(fā)電每年都新投機組600萬kW～1200萬kW，超過當(dāng)年新投機組的50%，在美國各種發(fā)電形式中遙遙領(lǐng)先。達(dá)到了平均每年新投800萬kW～900萬kW，目前保持在建1300萬kW，2010年～2015年還要新開工4450萬kW的局面。這些數(shù)字都是破歷史記錄的。2010年，美國風(fēng)電建設(shè)速度已經(jīng)減緩，燃煤發(fā)電不僅沒有新增，有些電力公司還要拆除部分電廠，核電有重新嘗試的意圖，尚無實際進(jìn)展。燃?xì)獍l(fā)電形成了唯一有力增長的發(fā)電類型。美國有媒體感嘆：“that left natural gas power development as the last man standing?！睋?jù)美國有關(guān)機構(gòu)預(yù)測，雖然美國的煤電在2009年1044GW的總裝機容量中占29%，居第一位，燃?xì)獍l(fā)電占27%居第二位，但到2018年的總裝機容量達(dá)到1450GW時，煤電比例將下降到22%，占據(jù)第一位置的將是燃?xì)獍l(fā)電?？稍偕茉窗l(fā)電占據(jù)第一位何時能夠出現(xiàn)，還要看其技術(shù)若干年后的發(fā)展。

再以英國為例，英國這幾年風(fēng)力發(fā)電發(fā)展速度快，規(guī)模大，特別是海上風(fēng)電開發(fā)力度大，引來各國關(guān)注，并受到高度好評。但是在各國關(guān)注的聚光燈之外，英國發(fā)展力度更大的其實是燃?xì)獍l(fā)電，經(jīng)幾年建設(shè)開發(fā)，英國燃?xì)獍l(fā)電機組容量目前已占到全國總?cè)萘康?7%，規(guī)劃還有24個工程2900萬kW待建，燃?xì)獍l(fā)電在英國發(fā)電結(jié)構(gòu)中將占有絕對地位。

還有加拿大，為應(yīng)對溫室氣體排放，政府出臺了被稱為“cap and close”的政策，為所有的發(fā)電企業(yè)規(guī)定二氧化碳排放限額，同時規(guī)定今后凡是運行到45年的燃煤電廠均要關(guān)閉拆除，替代改建的多為燃?xì)鈾C組。

再看亞洲各國，日本和中東國家，或由于天然氣資源豐富，或由于進(jìn)口能源中天然氣比例高，燃?xì)獍l(fā)電自然是首選。即使是新加坡這樣過去以進(jìn)口油，煤為主要能源發(fā)電的國家，過去幾年也大力調(diào)整，至2009年已經(jīng)形成80%的發(fā)電容量是燃?xì)獍l(fā)電了。

這些國家如此重視燃?xì)獍l(fā)電，雖然離不開國情的原因，但其背后存在的共同原因和共同認(rèn)可的規(guī)律，是值得重視和借鑒的。

燃?xì)獍l(fā)電再次受到熱烈追逐的原因大致有以下幾條：

第一，燃?xì)獍l(fā)電屬于清潔能源范疇。燃?xì)獍l(fā)電的二氧化碳排放量僅相當(dāng)于燃煤發(fā)電的1/2左右，其發(fā)電過程完全是成熟技術(shù)，在可再生能源還存在多種需要攻關(guān)的課題，一時還取代不了化石能源角色的情況下，燃?xì)獍l(fā)電可以避開新一代技術(shù)帶來的煩惱，以成熟技術(shù)比較輕松地實現(xiàn)國際社會分配給本國的溫室氣體減排指標(biāo)。

第二，經(jīng)濟(jì)規(guī)律對燃?xì)獍l(fā)電具有強力推動力。綜合比較目前可以選擇的各種發(fā)電技術(shù) ，燃?xì)獍l(fā)電是眼下風(fēng)險最小，成本最低的選擇。風(fēng)能，太陽能，核能發(fā)電的工程造價，均在燃?xì)獍l(fā)電的2～3倍以上，而且在運行中還存在運行小時數(shù)低或核燃料后處理以及核電站退役的高費用，發(fā)電企業(yè)顧慮較多。燃煤發(fā)電本來是最經(jīng)濟(jì)的方式，但在環(huán)境問題影響下，各國立法機構(gòu)紛紛出臺或醞釀著多個法案，例如提高脫硫標(biāo)準(zhǔn)，提高NOx排放標(biāo)準(zhǔn)，對煙氣中的重金屬含量立法，對2.5μ m以下超細(xì)粉塵排放立法等將一個個相繼到來，發(fā)電企業(yè)感到有可能要進(jìn)入增加成本的無底洞。特別是若對溫室氣體排放的立法出臺，發(fā)電企業(yè)更是感到目前技術(shù)水平的CCS帶來的經(jīng)濟(jì)壓力難以承受。綜合比較之后，燃?xì)獍l(fā)電就成了發(fā)電企業(yè)心儀的建設(shè)對象。

第三，燃?xì)獍l(fā)電是可再生能源電源的好搭檔。不論風(fēng)電，太陽能，受有風(fēng)無風(fēng)，白天黑夜，晴天陰天等天氣變化影響，作為電源都屬于可間斷電源。應(yīng)對可間斷電源的方法，基本歸為提高天氣預(yù)測水平，設(shè)置蓄能裝置，增加旋轉(zhuǎn)備用三大手段。但前兩個手段當(dāng)前尚無能力滿足大規(guī)?？稍偕茉吹恼{(diào)峰需要，惟有增加旋轉(zhuǎn)備用容量是可靠手段。但在現(xiàn)有發(fā)電結(jié)構(gòu)中，核電不能調(diào)峰，燃煤發(fā)電機組雖可調(diào)峰，但深調(diào)能力差，步程慢，而燃?xì)獍l(fā)電機組具備頻繁啟停能力，啟動快，單循環(huán)機組冷啟動至滿負(fù)荷只需8min～9min，聯(lián)合循環(huán)機組啟動只需30min～40min，這一明顯優(yōu)勢使燃?xì)獍l(fā)電被政府機構(gòu)和企業(yè)視為推動大規(guī)?？稍偕茉从媱澋摹半p胞胎”。燃?xì)獍l(fā)電充當(dāng)?shù)倪@一特殊角色實際也是促進(jìn)可再生能源大規(guī)模發(fā)展的突出貢獻(xiàn)。

第四，天然氣資源的多元化，可開采量的大幅增加，促成燃?xì)獍l(fā)電的建設(shè)進(jìn)入高速通道。近年來，世界各國除努力勘探開發(fā)常規(guī)天然氣外，還大力勘探開發(fā)頁巖氣，煤層氣，煤制氣，其量之大已在一定程度上改變了燃料供應(yīng)格局，并穩(wěn)定壓低了天然氣價格。以至于“非常規(guī)天然氣(unconventional gas)”作為一種新概念已經(jīng)成為國外媒體上常見的術(shù)語。美國非常規(guī)天然氣的市場份額從2000年只占1%，到今年已占到20%，10年增加20多倍，預(yù)計2035年將占到50%。美國頁巖氣的大量發(fā)現(xiàn)引起全社會慶賀，媒體甚至對此發(fā)出“Bye Bye ，LNG！”的歡呼。產(chǎn)氣量的增加導(dǎo)致60年來最大幅度的價格平穩(wěn)下降。美國天然氣價格已持續(xù)相當(dāng)長一段時間穩(wěn)定在3～4美元/百萬Btu，有時還要更低，與在高位運行的油價脫了鉤，按同等熱值計算比較，這一價格只相當(dāng)于油價的30%，與煤炭價格大體相當(dāng)，甚至略低于煤價。再加上燃?xì)獍l(fā)電具有造價低，建設(shè)周期短的優(yōu)勢，燃?xì)獍l(fā)電的優(yōu)勢帶來的快速增長是順理成章的。因此最近有上千人參加的美國2010年電力行業(yè)年會展望今后發(fā)電前景時發(fā)出“Gas is King”(燃?xì)鉃橥?的呼聲也就不難理解了。

以上不能不帶來我們的思考：西方主要工業(yè)化國家的做法對我們有什么啟示，在“十二五”以及“十二五”以后的若干年內(nèi)，我國要不要致力發(fā)展燃?xì)獍l(fā)電，能不能發(fā)展燃?xì)獍l(fā)電，怎樣發(fā)展燃?xì)獍l(fā)電，燃?xì)獍l(fā)電在我國將承擔(dān)什么角色，都需要我們認(rèn)真研究。

第一，燃?xì)獍l(fā)電在當(dāng)前電力工業(yè)中將承擔(dān)的重要角色，是其他任何發(fā)電形式難以取代的。在溫室氣體和環(huán)境問題面前，各國面對的難題是一樣的，長期依靠的熟悉的常規(guī)燃煤發(fā)電方式被視為不適宜的，可再生能源發(fā)電在技術(shù)的成熟程度和規(guī)模上又取代不了燃煤發(fā)電的地位，兩難的處境推動各國尋找各自的適用技術(shù)或技術(shù)組合。實際上是在各種發(fā)電技術(shù)中尋找三種角色。第一種，是以低成本直接減排二氧化碳的技術(shù)，最好是成熟技術(shù)，可以直接拿來就用的技術(shù)。第二種，是可以為可再生能源的發(fā)展障礙提供突破手段的技術(shù)，至少是在代價不高的前提下，滿足類似百萬千瓦，千萬千瓦風(fēng)電場接入電力系統(tǒng)，保證電力系統(tǒng)可以安全可靠調(diào)度運行的技術(shù)。第三種，是可以起到向下一代發(fā)電技術(shù)提供過渡橋梁作用的技術(shù)，即他不一定是最先進(jìn)的低碳技術(shù)，但其先進(jìn)的低碳水平與國際社會對今后幾十年分階段的減排指標(biāo)安排相吻合，其資源可以滿足幾十年以上，運行到幾十年后可以被下一代更先進(jìn)發(fā)電技術(shù)取代。不難看出，燃?xì)獍l(fā)電技術(shù)可以集以上三種角色于一身，這對任何國家都是難于忽視的。尤其我國這樣的燃煤大國，可再生能源發(fā)電計劃龐大，需要配套的調(diào)峰能力也是可觀的。我國有關(guān)規(guī)劃部門指出，2020年我國風(fēng)電裝機容量將達(dá)到2億kW，太陽能發(fā)電2020年達(dá)到2000萬kW～5000萬kW。按有關(guān)國家研究，每7 MW～8 MW的風(fēng)電、太陽能發(fā)電就需要1 MW能快速啟停的可靠調(diào)峰容量配套才能滿足電網(wǎng)調(diào)度要求。這些調(diào)峰容量不是電網(wǎng)中原有的，而是需要伴隨風(fēng)能太陽能的開發(fā)同步建設(shè)的。我國電網(wǎng)原本普遍缺少調(diào)峰容量，對可再生能源發(fā)電配置的新調(diào)峰機組需求比其他國家比例還要高些，按上述計算僅此一項就需要4000萬kW左右的燃機配套。因此我國對燃?xì)獍l(fā)電的角色是需要的，而且是迫切的。

第二，在“十二五”及以后，我國天然氣資源的開發(fā)技術(shù)進(jìn)步和資源量的增長是可以相對樂觀預(yù)期的。天然氣發(fā)電的快速增長并作為通向下一代先進(jìn)發(fā)電技術(shù)的橋梁，關(guān)鍵是氣源。有沒有足夠的氣，是核心問題。我國當(dāng)前天然氣的供應(yīng)雖然有一定缺口，但國家正在多管齊下解決這一問題，一方面加大國內(nèi)天然氣勘探開發(fā)力度，類似普光氣田這樣100億m3/a產(chǎn)量的大氣田已經(jīng)或還要投入生產(chǎn)。另一方面加大引進(jìn)力度，中亞天然氣管道，中哈天然氣管道，中緬油氣管道正陸續(xù)建設(shè)先后投入。更重要的是國家重視頁巖氣，煤層氣，煤制天然氣等非常規(guī)天然氣資源的開發(fā)，開展國際合作，引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)和裝備，推動天然氣資源規(guī)模開發(fā)。國家發(fā)改委有關(guān)研究機構(gòu)負(fù)責(zé)人透露，國家相關(guān)部門已經(jīng)認(rèn)識到天然氣發(fā)電能夠為電力調(diào)峰起到的調(diào)節(jié)作用，因此在“十二五”期間，國家將下大決心大力發(fā)展天然氣發(fā)電，增加其比重。國內(nèi)典型能源大省山西省主要負(fù)責(zé)同志撰文表示，山西省“因煤而興，因煤而困”，要順應(yīng)時代潮流，堅定轉(zhuǎn)型發(fā)展，要建設(shè)氣化山西，利用好豐富的煤層氣，焦?fàn)t煤氣，煤制天然氣。在山西實施煤炭工業(yè)的轉(zhuǎn)型。在大型企業(yè)層面，中海油已經(jīng)與美國chesapeake公司聯(lián)合宣布，中海油將以20億美元購入其鷹灘頁巖氣項目33.3%股權(quán)，該公司是全球頁巖氣領(lǐng)域的領(lǐng)軍者，在美國有多個頁巖區(qū)塊，有豐富鉆采經(jīng)驗。中海油這樣做的原因就是看到過去10年美國非常規(guī)天然氣增加了20倍，改變了天然氣供應(yīng)格局，美國去年頁巖氣產(chǎn)量890億m3，已超過我國天然氣產(chǎn)量，而中國與美國地質(zhì)類似，前景誘人。中石油在澳大利亞也在竟購Arrow公司，該公司正是世界知名煤層氣開發(fā)商，這種并購無疑將加速中石油獲得相關(guān)技術(shù)，加速國內(nèi)煤層氣開發(fā)。據(jù)國際能源署稱，中國僅頁巖氣就擁有26萬億m3，煤層氣也超過30萬億m3，但苦于缺乏勘探和鉆進(jìn)技術(shù)無法開采。上述我國國家機構(gòu)，地方政府，大型企業(yè)已經(jīng)共同凝聚成的共識，已經(jīng)或正在轉(zhuǎn)化為天然氣資源“十二五”的戰(zhàn)略布局，相信國內(nèi)外普遍預(yù)測的2020年中國天然氣供需達(dá)2000億m3，2030年接近4000億m3是能夠?qū)崿F(xiàn)的，燃?xì)獍l(fā)電的角色也是重要的。

第三，“十二五”天然氣發(fā)電有新的技術(shù)追求，需要與時俱進(jìn)作好相關(guān)工作?！笆濉钡娜?xì)獍l(fā)電不完全是對前幾年燃?xì)獍l(fā)電工程的技術(shù)重復(fù)，時代對燃?xì)獍l(fā)電有更高的要求，燃?xì)獍l(fā)電工程應(yīng)該充分回應(yīng)這些要求。這些要求包括：①為滿足環(huán)境和排放更嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)該選擇更高技術(shù)水準(zhǔn)的燃?xì)鈾C組，近幾年燃?xì)廨啓C制造商在競爭中開發(fā)了更高效率的機組，單循環(huán)效率43%～45%，聯(lián)合循環(huán)效率58%～60%，NOx排放在15ppm，CO2排放低于燃煤發(fā)電的50%，這樣的機組無疑更適合時代的要求。②為適應(yīng)和保障風(fēng)能，太陽能發(fā)電的大規(guī)模上網(wǎng)，燃?xì)獍l(fā)電的設(shè)備和工藝系統(tǒng)設(shè)計要有更出色的啟停和調(diào)峰能力。燃?xì)廨啓C制造商已經(jīng)明確鎖定這一目標(biāo)，并取得了進(jìn)展。比如ALSTOM公司，在其代表性的GT24，GT26燃?xì)鈾C組中研究開發(fā)了雙燃燒室設(shè)計，采用雙燃燒室順序燃燒(又稱再熱燃燒)，效率更高，啟動更快，而且在關(guān)閉第二燃燒室噴嘴情況下，機組穩(wěn)燃負(fù)荷可輕松降到20%，機組排放水平還能與帶基荷時的排放水平持平而不上升。這樣的機組無疑更符合當(dāng)下的要求。再如SIMENS公司，瞄準(zhǔn)燃?xì)廨啓C將在電網(wǎng)中承擔(dān)的新角色，致力開發(fā)縮短啟動時間的FACY技術(shù)(Fast Cycling)，內(nèi)容包括機組在多次啟停工況下，各種相關(guān)裝置設(shè)備(如余熱爐，汽輪機組)如何滿足快速啟停而不拖后腿，汽輪機不必等待蒸汽參數(shù)達(dá)到某個標(biāo)準(zhǔn)再啟動，而是與燃?xì)廨啓C基本平行啟動。第一代FACY技術(shù)把啟動時間從100 min降到了55 min，第二代技術(shù)已經(jīng)成功將啟動時間縮短到40 min以下。當(dāng)然這些優(yōu)異性能的取得不能僅依靠燃?xì)廨啓C制造商就能取得，工程設(shè)計單位也必須研究優(yōu)化整套機組的啟動順序，優(yōu)化整個工藝系統(tǒng)的設(shè)計，優(yōu)化所有相關(guān)設(shè)備裝置的選擇，保障燃?xì)鈾C組以電網(wǎng)中重要角色的身份表現(xiàn)出相稱的優(yōu)異性能。③豐富燃?xì)獍l(fā)電的類型，拓寬思路以多樣化的形式實現(xiàn)燃?xì)獍l(fā)電的目標(biāo)。燃?xì)廨啓C發(fā)電，聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，煤層氣發(fā)電，城市垃圾轉(zhuǎn)化沼氣發(fā)電，焦?fàn)t煤氣發(fā)電，都屬于燃?xì)獍l(fā)電的內(nèi)容。IGCC燃?xì)獍l(fā)電把煤氣化和發(fā)電結(jié)為一體，更是適合我國這樣以煤炭為主要一次能源的國家。同時IGCC也可以多樣化，除了把煤氣化與燃?xì)獍l(fā)電結(jié)為一體的方式外，因地制宜把煤氣化和燃?xì)獍l(fā)電分設(shè)兩地兩廠，也是可行的選擇。我國已在內(nèi)蒙克什克騰旗建成了40億m3/a煤制天然氣項目，核準(zhǔn)了內(nèi)蒙匯能，遼寧阜新煤制天然氣項目，如將煤制天然氣用管道輸往燃?xì)怆姀S發(fā)電，實際也是IGCC，不同的無非是煤炭氣化與燃?xì)獍l(fā)電不在一廠而已。我國煤礦有多處煤炭自燃幾十年，數(shù)千萬噸煤炭已經(jīng)在自燃中氣化(但是非甲烷化)，若引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)和裝備，將其納入煤制天然氣(甲烷)，氣源的規(guī)模也是相當(dāng)可觀的

當(dāng)然，人類不可能長期依賴燃?xì)獍l(fā)電，因為天然氣也是不可再生的。但燃?xì)獍l(fā)電可以用相對潔凈的方式為人類爭取到至少幾十年的時間，讓人類分階段實現(xiàn)可再生能源，新一代能源的能源戰(zhàn)略的革命。待到太陽能，風(fēng)能，受控核聚變，快堆，海底天然氣水合物，二氧化碳的資源化，大型蓄能技術(shù)，大規(guī)模燃料電池，海洋能等這些處在激烈竟跑中的新能源有一項或幾項真正取得突破，人類將改變自己的能源面貌時，當(dāng)前成熟的燃?xì)獍l(fā)電技術(shù)或?qū)⑸墳槿剂想姵丶夹g(shù)，或?qū)⒃诟偁幹新湮?。不管將來如何，在未來和今天之間，天然氣發(fā)電是重要過渡橋梁。僅從這一點看，“十二五”的天然氣發(fā)電就應(yīng)該值得我們充分重視，并作出足夠的努力。

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Suff ciency Understand Burn Gas Generate Bear Importance Role in the Twelfth Fives Year Plan

ZHANG Hang-sheng
(North China Power Engineering Co., Ltd., Beijing 100120, China)

Wind energy, solar energy and regeneration energy are cleanly and reproducible, many countrys forecast and look forward the technique quicken develop and perfect, look forward it as eaas possible become account for govern positional energy form. Replace anciently mature generate power technology. But logos tell us, future begin today, but today don’t arrive at future. Face to today’s electric power structure, for instance tweth-f ves year transition blue print, mark with actual thinking.

burn gas generate; tweth-f ves year; new energy.

F406

C

1671-9913(2010)06-0001-05

2010-11-18

張珩生(1949-)，男，河北人，教授級高工。