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我國電力行業(yè)節(jié)能關鍵技術發(fā)展現(xiàn)狀

發(fā)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(jù)IEA數(shù)據(jù)，如果全球化石燃料發(fā)電都能夠達到現(xiàn)行最佳效率（按技術可行性估算），則每年可節(jié)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(fā)電（可節(jié)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(yè)是國民經濟的基礎產業(yè)和主要能源行業(yè)，同時也是主要的能源資源消耗和污染物排放行業(yè)之一。根據(jù)《中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒2010》數(shù)據(jù)，2009年電力部門煤炭消耗量占工業(yè)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(yè)節(jié)能減排取得了突出成就，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

一是電力結構不斷優(yōu)化。根據(jù)國家能源局《2010年能源經濟形勢及2011年展望》數(shù)據(jù)，“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(fā)電量7862億千瓦時，按發(fā)電煤耗折算約合2.63億噸標準煤；二是節(jié)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(xiàn)“十一五”末供電煤耗目標（355g/kWh）。2010年，全國電網(wǎng)線損率為6.49%，比2009年減少0.23個百分點，優(yōu)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(jù)《2009年電力企業(yè)節(jié)能減排情況通報》統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2009年，在全國火電發(fā)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(yè)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(yè)的總量指標。

但電力行業(yè)在節(jié)能減排中還存在著以下問題，主要包括節(jié)能減排潛力有待進一步挖掘，電力企業(yè)節(jié)能減排管理水平有待進一步提高，運用經濟手段推動節(jié)能減排的作用有待進一步發(fā)揮，脫硫設施運行管理水平仍有待提高，煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)（CEMS）作用有待進一步發(fā)揮，脫硫石膏綜合利用存在地區(qū)差異等。推進電力行業(yè)節(jié)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(chuàng)新；三是產業(yè)結構調整。目前，電力行業(yè)節(jié)能關鍵技術手段主要有四個方面：即現(xiàn)有電廠技術改造、潔凈燃煤發(fā)電技術、熱電聯(lián)產和非化石能源發(fā)電技術。

一、現(xiàn)有電廠技術改造

通過現(xiàn)有電廠進行技術改造可推動我國節(jié)能減排步伐，具體來講有如下幾個發(fā)展方向：一是加快燃煤小機組退役；二是通過監(jiān)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(tǒng)的推廣，提高電廠自動化水平；三是通過風粉監(jiān)測、完善吹灰及在線分析系統(tǒng)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(wěn)燃等技術進行改造，減少燃油的投用；六是推廣火電節(jié)水技術，包括循環(huán)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(jié)水型發(fā)電系統(tǒng)和新型發(fā)電技術等。

二、潔凈煤發(fā)電技術

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

潔凈煤發(fā)電技術分析

技術工藝	特點	國外現(xiàn)狀	國內現(xiàn)狀	未來發(fā)展
超臨界/超超臨界燃煤發(fā)電	在材料、設計、制造和商業(yè)應用上已經成熟，可用率與亞臨界機組相當，發(fā)電效率42%～-47%。	目前，全世界已投運的超臨界/超超臨界發(fā)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(shù)和在建數(shù)均是世界第一。	在材料工業(yè)發(fā)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(shù)的技術方向發(fā)展，一些國家已經公布了發(fā)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(shù)循環(huán)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(fā)300MWCFB、完成600MW超臨界CFB研發(fā)設計。福斯特惠勒能源工程公司研發(fā)了460MW超臨界CFB，2009年6月完成性能試驗，轉入商運；現(xiàn)已完成600MW超臨界CFB研發(fā)。	目前，我國已成為世界上CFB鍋爐臺數(shù)最多、總裝機容量最大和發(fā)展速度最快的國家，但現(xiàn)有CFB技術仍處于亞臨界參數(shù)水平，明顯落后于發(fā)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(shù)發(fā)展、應用新的防磨和耐火材料等。
整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC）及多聯(lián)產	將煤氣化技術、煤氣凈化技術與高效聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術相結合的先進動力系統(tǒng)。發(fā)電效率高。	國外已商業(yè)示范的250MW級煤基IGCC發(fā)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(fā)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(fā)展；實現(xiàn)不同循環(huán)、不同技術、不同產品有機結合的多聯(lián)產，主要走勢是實現(xiàn)電-熱-液體燃料-民用煤氣-煤化工產品等的多目標、多聯(lián)產延伸和循環(huán)；在實現(xiàn)近零脫硫、脫硝的同時，實現(xiàn)CO₂的近零排放和CO₂的捕集、封存和再利用。

三、熱電聯(lián)產/熱電冷聯(lián)產

熱電聯(lián)產（CHP）具有節(jié)約能源、改善環(huán)境、提高供熱質量、增加電力供應等綜合效益。熱電聯(lián)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(jié)能效果突出。從國外情況來看，截至2008年的統(tǒng)計，全球熱電聯(lián)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(fā)展方向來看，一是用熱電聯(lián)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(lián)產在供熱中的比例，擴大集中供熱范圍；二是燃煤熱電廠發(fā)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(fā)電機組改為CHP機組三是鼓勵建設熱電冷聯(lián)供機組；四是北方小城市和工業(yè)開發(fā)區(qū)工業(yè)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(lián)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(fā)電技術

大力發(fā)展包括水能、核能、風能等在內的非化石能源發(fā)電技術是未來電力行業(yè)節(jié)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(xiàn)我國向國際社會承諾的15%。

非化石能源發(fā)電技術發(fā)展分析

技術工藝	特點	國外現(xiàn)狀	國內現(xiàn)狀	未來發(fā)展
水電	目前發(fā)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(fā)電量占到總電量的16%（2008年）。發(fā)達國家地區(qū)水電開發(fā)率很高，如歐洲水電開發(fā)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(fā)率偏低，僅占技術可開發(fā)總量的32%、經濟可開發(fā)總量的43%。	在做好生態(tài)保護和移民安置的前提下積極開發(fā)水電。
核電	能源密度高，發(fā)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(fā)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(guī)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(fā)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(xiàn)第三代核電技術全面自主化，加強第四代核能系統(tǒng)研究。
風電、太陽能發(fā)電等可再生能源發(fā)電	間歇式可再生能源，蘊藏量大，分布廣泛，技術相對成熟，發(fā)展速度快。	截至2010年底，全球風電裝機總量達到194.4GW，發(fā)電量占到總電量的1%（2008年）。海上風能開發(fā)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(wǎng)光伏發(fā)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(wǎng)裝機1399萬千瓦，累計并網(wǎng)裝機3107萬千瓦，裝機規(guī)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(wǎng)光伏發(fā)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(fā)展可再生能源發(fā)電，解決可再生能源發(fā)電的并網(wǎng)以及可再生能源電源與電網(wǎng)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(wǎng)技術

建設智能電網(wǎng)在客觀上為調整、優(yōu)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(yè)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(huán)節(jié)的優(yōu)化管理，可以節(jié)省電費、實現(xiàn)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(wǎng)范疇的一些技術如電子控制、數(shù)字化計量和監(jiān)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(xiàn)代化電網(wǎng)作為一個整體開始進行全面系統(tǒng)的研究，一些電力公用事業(yè)機構在小范圍內對電網(wǎng)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(wǎng)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(huán)境與經濟可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的高度來全力推行。目前，國際電氣和電子工程師協(xié)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(wǎng)相關的國際標準。

我國國家電網(wǎng)公司以“堅強智能電網(wǎng)”為目標，提出了到2020年的三階段發(fā)展規(guī)劃，提出建設以特高壓為骨干網(wǎng)架、各級電網(wǎng)協(xié)調發(fā)展的堅強智能電網(wǎng)。過去兩年，國家電網(wǎng)全面推進智能電網(wǎng)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(fā)應用，加強清潔能源發(fā)電并網(wǎng)技術研究，提高電網(wǎng)優(yōu)化配置能力，研發(fā)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(wǎng)、儲能技術和分布式能源。

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