深度丨山西能源可持續(xù)發(fā)展：煤電VS氣電

2018-01-25 09:54:34 煤炭加工與綜合利用　點擊量：評論 (0)

導讀：本文介紹了山西省能源及電力能源供應格局，論述了燃煤發(fā)電和燃氣發(fā)電的特點;在燃煤發(fā)電和燃氣發(fā)電污染物排放數(shù)據(jù)分析的基礎上，并進

導讀：本文介紹了山西省能源及電力能源供應格局，論述了燃煤發(fā)電和燃氣發(fā)電的特點;在燃煤發(fā)電和燃氣發(fā)電污染物排放數(shù)據(jù)分析的基礎上，并進一步探討如何推進燃煤發(fā)電和燃氣發(fā)電可持續(xù)發(fā)展。

能源是人類社會發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，在人類終端消費中能源發(fā)揮著舉足輕重的作用。最近十幾年來，我國東北、華北地區(qū)秋冬季節(jié)持續(xù)的霧霾天氣引起了人們對環(huán)境質(zhì)量的普遍關注。我國煙塵、二氧化硫、氮氧化物、二氧化碳、一氧化碳等污染物2/3以上的排放量源于煤炭等化石能源的燃燒，煤炭的不清潔利用被認為是霧霾天氣出現(xiàn)的最重要因素之一。2010年以來，山西省加強了對全省燃煤電廠排放的控制和監(jiān)管，分階段關閉了單機30萬kW及以下的非熱電燃煤發(fā)電機組，由于山西省是電力外輸大省，導致省內(nèi)電力供需矛盾加大。

2016年6月28日，國家能源局和環(huán)保部聯(lián)合發(fā)布了《關于印發(fā)2016年各省(區(qū)、市)煤電超低排放和節(jié)能改造目標任務的通知》，山西省30萬kW及以上燃煤發(fā)電超低排放目標為1602萬kW，發(fā)展超低排放燃煤發(fā)電技術符合國家能源發(fā)展戰(zhàn)略。與此同時，山西省煤層氣、天然氣等燃氣發(fā)電產(chǎn)業(yè)得到飛速發(fā)展。《山西省“十三五”戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》確定了2020年末燃氣發(fā)電產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略目標，重點支持燃氣熱電聯(lián)產(chǎn)項目建設，把發(fā)展煤層氣產(chǎn)業(yè)擺在了突出位置。

作為煤炭生產(chǎn)和消費大省，不斷改善能源結(jié)構，合理發(fā)展燃煤發(fā)電和燃氣發(fā)電技術，對全省能源轉(zhuǎn)型跨越發(fā)展具有重要的社會意義和環(huán)境價值。本文介紹了山西省電力能源供應格局，燃煤發(fā)電和燃氣發(fā)電的特點，在污染物排放數(shù)據(jù)分析的基礎上，對如何進一步深化燃煤發(fā)電和燃氣發(fā)電可持續(xù)發(fā)展提出了相應的建議。

山西省能源及電力能源概況

1.山西省能源供應格局

作為中國重化工基地和傳統(tǒng)能源大省，山西省一度形成以煤炭加工轉(zhuǎn)換、礦產(chǎn)品初加工為主導的經(jīng)濟增長結(jié)構和高污染、高排放、高能耗的產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式。工業(yè)結(jié)構的變動和資源稟賦的特征，決定了煤炭在山西省能源供應中處于主導地位。在國內(nèi)燃氣市場高速發(fā)展的驅(qū)動下，山西省燃氣資源的利用水平得以顯著提高。除了城市燃氣置換增長之外，新興的工業(yè)用氣需求也在燃氣市場中占有很大的份額。

山西“十三五”規(guī)劃提出，未來五年將煤炭產(chǎn)量控制在10億t以內(nèi)，新能源占一次能源生產(chǎn)總量的比重由原來的5%提高至10%。通過能源供應多元化，高碳能源低碳化的途徑推進能源結(jié)構的轉(zhuǎn)變，促進能源產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，已成為山西省能源發(fā)展的新常態(tài)，并引領我國在能源領域的轉(zhuǎn)型跨越發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計，2015年山西煤炭消費約4億t，天然氣、煤層氣等燃氣利用量約33億m3。目前，山西省已初步形成了以煤炭、煤層氣、天然氣、焦爐煤氣制氣、煤制氣、氫氣、頁巖氣、液化石油氣等為基礎的多元化、規(guī)模化能源供應格局。

2.山西省燃煤發(fā)電的現(xiàn)狀與趨勢

作為煤炭資源大省，得天獨厚的資源優(yōu)勢使山西省電力結(jié)構長期以來一直以燃煤發(fā)電為主，清潔能源占比較小，造成能源結(jié)構與經(jīng)濟發(fā)展不協(xié)調(diào)。在環(huán)保與節(jié)能政策的驅(qū)動下，省內(nèi)34戶主力煤電企業(yè)已有22戶逐步形成了“煤參電、煤控電、電參煤、煤電互參、組建新公司”的煤電聯(lián)營模式，通過技術改造，完全可以實現(xiàn)現(xiàn)有燃煤發(fā)電機組的超低排放。目前超低排放主要是在原有技術基礎上進行改造與優(yōu)化，現(xiàn)有的燃煤發(fā)電機組均采取了煙塵控制措施，95%以上燃煤發(fā)電機組安裝了脫硫裝置，55%以上燃煤發(fā)電機組安裝了脫硝裝置，節(jié)能減排成果初步顯現(xiàn)。

水在燃煤發(fā)電過程中起著能量傳遞和介質(zhì)冷卻的雙重作用，節(jié)約用水對燃煤發(fā)電企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展極為重要。燃煤發(fā)電生產(chǎn)用水主要可分為熱力系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)兩大類。全膜水處理技術具有出水水質(zhì)穩(wěn)定、經(jīng)濟節(jié)能的優(yōu)點，在熱力系統(tǒng)鍋爐補給水工序中得到廣泛應用。冷卻系統(tǒng)用水在燃煤發(fā)電中占有很大比重，沿海地區(qū)利用海水冷卻，用水量僅占直流冷卻的40%，解決了我國淡水資源短缺的問題，國內(nèi)需加大冷卻材料的研發(fā)力度。空冷技術比濕冷技術節(jié)水60%~70%，是山西省解決煤電企業(yè)缺水問題的有效措施，也是未來節(jié)約用水的發(fā)展趨勢。

煤炭清潔化處理是燃煤發(fā)電的重要環(huán)節(jié)，對煤炭利用率和經(jīng)濟效益具有重要影響。隨著國家對燃煤發(fā)電環(huán)保要求的不斷提高，煤炭洗選技術也取得了較為快速的發(fā)展，重介質(zhì)分選機、跳汰機、螺旋分選機等一大批先進設備和新技術投入使用，為煤炭清潔化處理提供了重要保障。但我國在設備制造方面還不夠發(fā)達，很多大型選煤設備的耐用性和穩(wěn)定性都不達標，仍然需要進口。在煤炭清潔化處理技術方面，需要借鑒國外先進技術，淘汰關停老、小機組，保證存量機組發(fā)電量，全面對新技術、新設備進行推廣應用，實現(xiàn)山西省電力產(chǎn)業(yè)提效目標。

3.山西省燃氣發(fā)電的現(xiàn)狀與趨勢

我國埋深2000m以淺煤層氣地質(zhì)資源量約36.8萬億m3，山西省煤層氣儲量約占全國總量的1/3，為山西省燃氣發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了便利條件。現(xiàn)有保德、古交、臨縣、昔陽、壽陽、大寧、長子、沁水等8個區(qū)塊的煤層氣已實現(xiàn)并網(wǎng)，日供氣量達到180萬m3。山西省內(nèi)雖然沒有天然氣資源，但有五條國家級天然氣主干管線過境山西，為山西省燃氣發(fā)電創(chuàng)造了豐富的天然氣過境氣源條件。

自2010年7月山西省政府提出“氣化山西”戰(zhàn)略以來，能源企業(yè)已成為構建新型電力能源結(jié)構的排頭兵。山西壽陽120MW級煤層氣發(fā)電機組、山西大寧32MW級礦井煤層氣發(fā)電機組、太原東山華能860MW級天然氣發(fā)電機組、太原嘉節(jié)電廠860MW級天然氣發(fā)電機等已投產(chǎn)運行;昔陽120MW級燃氣發(fā)電機組、保德燃氣120MW級燃氣發(fā)電機組正在有條不紊推進。燃氣發(fā)電在氮氧化物排放治理方面，研發(fā)出了低氮燃燒技術，正在進一步推廣應用。隨著全省燃氣發(fā)電裝機規(guī)模的不斷擴大，山西省以煤電為主的電力能源結(jié)構正在悄然發(fā)生轉(zhuǎn)變，燃氣發(fā)電將成為電力行業(yè)發(fā)展的新經(jīng)濟增長點。

燃煤發(fā)電和燃氣發(fā)電的特點

1.燃煤發(fā)電與燃氣發(fā)電技術

燃煤發(fā)電是指將煤炭或者煤矸石等的化學能轉(zhuǎn)化為電能的工藝過程。燃煤發(fā)電能量轉(zhuǎn)換過程是煤炭燃燒產(chǎn)生熱能，在電廠鍋爐、汽輪機和發(fā)電機及其輔助裝置的作用下轉(zhuǎn)換成電能。燃煤發(fā)電機組是燃煤發(fā)電的核心設備，主要由燃燒系統(tǒng)、汽水系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成。大容量、超(超)臨界燃煤發(fā)電機組在熱效率和供電煤耗方面有著明顯優(yōu)勢，得到了業(yè)內(nèi)人士的普遍青睞。研究表明，超(超)臨界機組的熱效率達到41%~48%，比同容量亞臨界燃煤發(fā)電機組的熱效率高3%~10%，供電煤耗也明顯低于其他機組，未來發(fā)展?jié)摿薮蟆?/span>

燃氣發(fā)電技術是指利用天然氣、煤層氣等優(yōu)質(zhì)清潔能源發(fā)電的技術。燃氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術具有效率高、污染小的優(yōu)點，是應用最為廣泛的燃氣發(fā)電技術。其工作原理是燃氣進入燃氣輪機燃燒室燃燒，產(chǎn)生高溫高壓氣流推動透平轉(zhuǎn)子和壓氣機旋轉(zhuǎn)，帶動發(fā)電機做功，輸出有效功發(fā)電;燃氣輪機排出的高溫氣體進入余熱鍋爐把水加熱成高溫高壓蒸汽，推動蒸汽輪機旋轉(zhuǎn)做功發(fā)電。燃氣輪機、蒸汽輪機、發(fā)電機的轉(zhuǎn)軸相互連接，實現(xiàn)燃氣輪機、蒸汽輪機同時推動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)發(fā)電，輸出電能。燃氣發(fā)電機組運行靈活，能夠在30%~100%負荷下穩(wěn)定運行，調(diào)峰優(yōu)勢明顯。

2.燃煤發(fā)電污染排放情況

燃煤發(fā)電產(chǎn)生的粉塵、SO2和NOx等污染物嚴重污染環(huán)境，影響人們的正常生活。研究表明，在未來數(shù)十年內(nèi)這些污染物的排放總量依然較大。山西省2003年以后建設的燃煤電廠，提高了煤電企業(yè)的準入門檻，采用GB13223—2003《火電廠大氣污染物排放標準》。在新一輪的煤電整改過程中，太原二電廠、一電廠等燃煤發(fā)電企業(yè)已經(jīng)淘汰了一批落后設備，高效率、大容量、高參數(shù)的潔凈煤發(fā)電機組以及高效率的輔助設備如除塵設備、循環(huán)水泵、風機、灰漿泵等已得到應用。高新設備和技術的使用，提高了發(fā)電效率，降低了粉塵、SO2、NOx等大氣污染物的排放。經(jīng)過十余年的煤電升級改造，山西省基本達到國家環(huán)保部排放標準，但排放總量仍不容樂觀。以2015年為例，全國燃煤發(fā)電總量42102億kW•h，在排放達標的情況下，煤電排放煙塵總量為310萬t，NOx800萬t，SO2800萬t。假設山西省剛好達到國家排放的標準，2015年山西省燃煤發(fā)電主要污染排放量中煙塵為74t/億kW•h，SO2為190t/億kW•h，NOx為190t/億kW•h。

控制電力產(chǎn)業(yè)污染減排是全面建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的重要內(nèi)容，需要持續(xù)進行。近年來燃煤發(fā)電技術在污染排放方面取得了一系列進展，部分企業(yè)實現(xiàn)了污染物的超低排放，但仍亟需大范圍淘汰產(chǎn)能落后的發(fā)電機組和設備，通過引進先進的脫硫、脫硝技術、新工藝和新技術改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，促進電力產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。鼓勵保留下來的煤電企業(yè)在升級改造過程中向國際標準看齊，不局限于當?shù)卣?guī)定的節(jié)能減排任務，積極追求更高的減排目標。積極探索除塵、脫硫、脫硝減排過程中能使企業(yè)獲得利益的途徑，激發(fā)企業(yè)節(jié)能減排的積極性。

3.燃氣發(fā)電污染排放情況

以山西壽陽煤層氣熱電聯(lián)產(chǎn)項目為例，項目一期工程為120MW煤層氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組，年發(fā)電量7.23億kW•h。通過采用高空排放措施，污染物經(jīng)過遠距離輸送、稀釋、擴散，對項目附近環(huán)境影響甚微，使生態(tài)環(huán)境得到有效保護。項目能夠取代部分分散供熱小鍋爐，具有良好的環(huán)境效益，符合國家節(jié)能環(huán)保政策。每年可減排煤礦瓦斯5億m3，基本無SO、煙塵排放，NO排放濃度為50mg/m3，項目各排放指標和國家允許排放指標見表1。根據(jù)國家能源局提供的數(shù)據(jù)，煤礦瓦斯溫室效應是SO2的21倍，利用1億m3煤礦瓦斯相當于SO2減排150萬t。由此推算，項目每年可以減排二氧化碳750萬t。加快煤礦瓦斯(煤層氣)開發(fā)，提高利用率，可大幅度降低溫室氣體排放，保護生態(tài)環(huán)境。