1、1中 国 电 力 行 业 低 碳 技 术 中 长 期 发 展 战 略 规 划分报告二低 碳 电 力 技 术 及 其 国 内 外 发 展 现 状 分 析华 北 电 力 大 学I目 录第一章 发电环节低碳技术及其国外发展现状分析 .11.1 洁净煤低碳发电技术及其国外发展现状分析 11.1.1 超 临 界 和 超 超 临 界 发 电 技 术 .11.1.2 循 环 流 化 床 技 术 31.1.3 增 压 流 化 床 燃 烧 联 合 循 环 技 术 .71.1.4 整 体 煤 气 化 联 合 循 环 发 电 技 术 .91.1.5 燃 煤 电 厂 碳 捕 集 和 封 存 技 术 .121.2 常规
2、低碳发电技术及其国外发展现状分析 151.2.1 核 电 技 术 .151.2.2 水 电 技 术 .181.3 新兴低碳发电技术及其国外发展现状分析 201.3.1 风 力 发 电 技 术 201.3.2 太 阳 能 发 电 技 术 221.3.3 生 物 质 能 发 电 技 术 251.4 国外低碳发电技术政策保障分析 271.4.1 加 强 低 碳 技 术 创 新 方 面 271.4.2 积 极 发 展 低 碳 能 源 方 面 28第二章 电网环节低碳技术及其国外发展现状分析 .312.1 低碳输电技术及其国外发展现状分析 312.1.1 柔 性 交 流 输 电 技 术 312.1.2
3、超 导 输 电 技 术 342.1.3 特 高 压 输 电 技 术 372.2 低碳配电技术及其国外发展现状分析 392.2.1 配 电 自 动 化 技 术 392.2.2 柔 性 配 电 技 术 412.3 低碳调度技术及其国外发展现状分析 432.4 低碳储能技术及其国外发展现状分析 442.4.1 飞 轮 储 能 技 术 462.4.2 压 缩 空 气 储 能 技 术 472.4.3 超 导 储 能 技 术 492.4.4 超 级 电 容 器 储 能 技 术 502.5 国外低碳电网技术政策保障分析 52第三章 电能消费终端低碳技术及其国外发展概况 .553.1 智能用电技术及其国外发展
4、现状分析 553.2 电动汽车技术及其国外发展现状分析 583.2.1 纯 电 动 汽 车 .593.2.2 混 合 动 力 电 动 汽 车 613.2.3 燃 料 电 池 电 动 汽 车 633.3 国外低碳用电技术政策保障分析 65I第四章 国外发展低碳电力技术的经验总结分析 .684.1 技术发展内容总结 684.2 技术发展阶段总结 704.3 相关政策保障总结 72第五章 中国低碳发电技术的发展现状分析 .765.1 洁净煤低碳发电技术的发展现状分析 765.1.1 超 临 界 和 超 超 临 界 发 电 技 术 .765.1.2 循 环 流 化 床 技 术 785.1.3 增 压
5、流 化 床 燃 烧 联 合 循 环 技 术 .815.1.4 整 体 煤 气 化 联 合 循 环 发 电 技 术 .825.1.5 燃 煤 电 厂 碳 捕 集 与 封 存 845.2 常规低碳发电技术的发展现状分析 855.2.1 核 能 发 电 .855.2.2 水 力 发 电 .875.3 新兴低碳发电技术的发展概况 895.3.1 风 力 发 电 .895.3.2 太 阳 能 发 电 .915.3.3 生 物 质 能 发 电 925.4 中国低碳发电技术发展的障碍分析 935.4.1 政 策 障 碍 .935.4.2 技 术 障 碍 .945.4.3 市 场 障 碍 .96第六章 中国电
6、网环节低碳技术的发展现状分析 .976.1 低碳输电技术的发展现状分析 976.1.1 柔 性 交 流 输 电 技 术 976.1.2 超 导 输 电 技 术 996.1.3 特 高 压 输 电 技 术 1016.2 低碳配电技术的发展现状分析 1036.2.1 配 电 自 动 化 技 术 1036.2.2 柔 性 配 电 技 术 1056.3 低碳调度技术的发展现状分析 1066.4 低碳储能技术的发展现状分析 1076.5 电网环节低碳技术发展的障碍分析 1086.5.1 政 策 障 碍 .1086.5.2 技 术 障 碍 .1096.5.3 管 理 障 碍 .110第七章 中国电能消费终
7、端低碳技术的发展现状分析 1127.1 中国电能消费现状及趋势 1127.1.1 电 能 消 费 现 状 1127.1.2 电 能 消 费 趋 势 1157.2 智能用电技术的发展现状分析 1167.3 电动汽车技术的发展现状分析 118I7.4 电能消费终端低碳技术发展的障碍分析 1227.4.1 政 策 障 碍 .1227.4.2 技 术 障 碍 .1247.4.3 管 理 障 碍 .1261第一章 发电环节低碳技术及其国外发展现状分析1.1 洁 净 煤 低 碳 发 电 技 术 及 其 国 外 发 展 现 状 分 析1.1.1 超 临 界 和 超 超 临 界 发 电 技 术(1） 技 术
8、发 展 背 景 。 随 着 燃 煤 装 机 总 量 的 增 加 ， 全 球 将 面 临 严 峻 的 经 济 与 资 源 、 环 境 与 发 展 的 挑 战 。 提 高 燃 煤 机 组 的 效 率 、 减 少 总 用 煤 量 、 降 低 污 染 物 排 放 一 直 是 调 整 火 电 结 构 ， 实 现 可 持 续 发 展 的 重 要 任 务 。 而 随 着 电 力 工 业 装 机 中 高 效 、 清 洁 的 火 电 机 组 比 例 偏 低 ， 结 构 性 矛 盾 突 出 ， 供 电 煤 耗 偏 高 等 问 题 的 突 出 ， 迫 切 需 要 研 制 出 新 一 代 发电设备来装备电力工业 。
9、新一代发电设备应具备可靠 、 大型 、 高效、 清洁、投资低等性能；能够替代现有的 300MW 和 600MW 亚 临 界 机 组 ， 成 为 装 备 电 力 工 业 的 主 流 机 型 ； 同 时 设 备 制 造 企 业 经 过 努 力 后 能 够具备生产能力 ， 能够形成规模生产和市场竞争局面 。 通过分析发现， 在多种技术路线中，通过提高常规发电机组的蒸汽参数来提高效率、 降 低 排 放 的 超 临 界 和 超 超 临 界 发 电 技 术 ， 由 于 可 实 现 维 护 能 源 安 全 及 CO2 减排的目的且投资额相对不高受到各国青睐。(2） 特 点 及 减 排 作 用 。 根 据 进
10、 入 汽 轮 机 高 压 缸 的 主 蒸 汽 的 热 力 状 态 不 同 ， 锅 炉 包 括 “亚 临 界 ”和 “超 临 界 ”两 种 。 亚 临 界 机 组 的 典 型 参 数为 16.7MPa/538C/538C，其发电效率约为 38%。超临界机组的典 型参数为 24.1MPa/538C/538C，对应的发电效率约为 41%。超临界 机组的热效率比亚临界机组的高 2%3%左右，而超超临界机组的热 2效率比超临界机组的高 4%左右。目前全球运行的发电厂，平均发电3效 率 在 35%以下， 平 均 单 位 电 能 (kWh)煤 耗 约 320 克 标 准 煤 ； 亚 临 界机组的发电效率在
11、38%左右，平均单位电能煤耗约 310 克 标 准 煤 ； 超临界机组的发电效率在 41%左右，平均单位电能煤耗约 300 克标 准 煤 ； 以 三 菱 、 日 立 为 代 表 的 日 本 超 超 临 界 机 组 发 电 效 率 在 48%左 右 ， 单 位 电 能 煤 耗 约 265 克 标 准 煤 。 如 果 采 用 超 超 临 界 技 术 发 电 ， 和 现 在 运 行 的 机 组 效 率 相 比 ， 单 位 电 能 至 少 可 以 节 煤 50 克 。 由 此 可 见 ， 超 临 界 和 超 超 临 界 发 电 技 术 对 于 节 约 资 源 消 耗 、 减 少 CO2 排 放 、 实
12、 现 煤电产业的低碳化可持续发展具有重要意义。(3） 国 外 发 展 现 状 分 析 。自 20 世纪 50 年代在美国和德国开 始投入商业运行以来 ， 至今超临界机组已大量投运 ， 并取得了良好的 运行业绩 ， 拥有较多的商业运行经验 。 从发展历程看 ， 美国和前苏联 是超临界机组最多的国家 ， 而发展超超临界技术较为领先的主要是日 本 、 德 国 和 丹 麦 ， 超 超 临 界 机 组 的 热 效 率 可 达 45% 47%， 最 大 单 机 容 量 1050MW。 表 1-1 介 绍 了 国 外 超 临 界 和 超 超 临 界 发 电 技 术 的 发 展 概 况 。 由 表 可 知 ，
13、 目 前 国 外 机 组 的 特 点 是 ： 在 保 证 高 可 靠 性 、 高 可 用 率的前提下采用更高的蒸汽参数 ； 采用变压运行方式 ， 提高机组的灵 活性 ； 配置先进的烟气净化装置 ， 实现清洁发电 。 为进一步降低能耗 和 污 染 物 排 放 ， 在 材 料 工 业 发 展 的 支 持 下 ， 超 (超 ） 临 界 机 组 正 朝 着 更高参数的技术方向发展 ， 在保持其可用率 、 可靠性 、 运行灵活性和 机组寿命等的同时 ， 进一步提高蒸汽参数 ， 以获得更高的效率和环保 性 能 。4表 1-1 国外超临界和超超临界发电技术发展概况5国家 发展现状 未来研发计划机 组 数 量
14、 较 多 ， 容 量 最 大 ， 普美国Ji采用二次中间再热研究机组的高温高强度合金材料俄罗斯是 世 界 超 临 界 机 组 数 目 最 多 的国家 (占总发电量的 40%）研 发 高 参 数 超 临 界 机 组 (预 计 电 站 效 率可以达到 44%46% ）采 用 变 压 运 行 机 组 获 得 最 快 的日本 启 动 速 度 ， 可 靠 性 高 ， 经 济 性 好研 究 采 用 奥 氏 体 钢 和 镍 基 合 金 将 蒸 汽 初压 提 高 到 34.5MPa，初温提高到 625 640C以 机 组 的 高 效 率 为 主 要 目 的 ，欧盟大多采用一次再热目标使下一代机组效率达到 52
15、%55%，使 CO2 的 排 放 降 低 15%， 并 降 低 燃 煤 电厂的投资1.1.2 循 环 流 化 床 技 术(1） 技 术 发 展 背 景 。 随 着 采 煤 总 量 不 断 的 增 加 ， 煤 质 不 断 变 差 ， 普 通 锅 炉 一 方 面 很 难 适 应 劣 质 煤 的 燃 烧 ， 普 Ji存 在 出 力 不 足 、 热 效 率 低 等 问 题 ； 另 一 方 面 燃 烧 排 放 的 烟 气 有 害 物 质 也 大 幅 度 增 加 ， 难 以 将 其控制在合理范围内。随着能源供应形势的紧张和煤价的一路上扬， 如何解决煤民燃烧设备降低 NOx、 SO2 等 大 气 污 染 物
16、 排 放 、 缓 解 温 室 气 体 效 应 、 降 低 设 备 投 资 、 提 高 劣 煤 利 用 效 率 与 处 理 固 体 垃 圾 燃 料 之 间 所 存 在 的 矛 盾 ， 成 为 煤 民 燃 烧 和 综 合 利 用 设 备 发 展 和 应 用 的 关 键 所 在。循环流化床(circulating fluid bed, CFB）是高速度、高浓度的循 环 流 态 化 技 术 ， 既 可 满 足 劣 质 煤 燃 烧 的 要 求 ， 提 高 燃 烧 效 率 ， 又 能 有6效控制大气污染物的排放 。 在这样的客观背景下 ， CFB 锅炉就成为多数发电企业为解决以上矛盾的首选燃烧设备。(2）
17、 特 点 及 减 排 作 用 。 CFB 锅 炉 的 很 多 独 特 优 点 ， 是 传 统 锅 炉 技 术 所 无 法 实 现 的 。 正 是 由 于 这 些 技 术 优 点 ， 使 其 得 以 快 速 发 展 和 广泛应用。首先， CFB 锅炉独特的燃烧方式可以实现炉内脱硫脱硝， 无 需 另 行 安 装 烟 气 脱 硫 脱 硝 装 置 ， 烟 气 污 染 物 排 放 大 大 低 于 现 行 排 放 标准 ， 并能满足更严格的环保要求 。 其次 ， CFB 锅炉的燃料适应性广， 不仅可以高效燃用烟煤、揭煤、贫煤、无烟煤等适于常规锅炉的煤， 还 可 以 燃 用 常 规 锅 炉 不 能 适 应
18、的 煤 矸 石 、 泥 煤 、 石 油 焦 、 油 页 岩 、 废 旧轮胎、垃圾等劣质燃料。第三， CFB 锅炉燃烧稳定，调峰性能好。 由于 CFB 锅炉内大量的厌与燃料、石厌石粉混合呈循环流动状态燃 烧 ， 热容量大 ， 因此 ， CFB 锅炉不会在运行中突然熄火 ， 不投油最低 稳燃负荷大大低于常规燃煤锅炉 ， 可以达到 30%， 调峰性能好 。 第四， CFB 锅炉不需脱硫脱硝工艺用水 ， 大大节约水资源 。 第五 ， 根据国外 大型 CFB 锅炉电站的运营经验看，CFB 锅 炉 投 资 与 运 作 成 本 均 低 于 具 有 脱 硫 脱 硝 功 能 的 常 规 燃 煤 机 组 。 总
19、之 ， 作 为 一 项 高 能 效 、 低 成 本 的清洁燃烧技术 ， CFB 具有燃烧效率高 、 燃料适应性广 、 负荷变化适 应性强、低污染排放等优点，体现出良好的经济、社会和环保效益。(3） 国 外 发 展 现 状 分 析 。由于 CFB 锅 炉 电 站 与 相 同 规 模 与 功 能的常规燃煤电站相比有诸多优越性，所以 CFB 技 术 发 展 迅 速 ， 表 71-2 为国外 37 台容量大于 150MW 的典型 CFB 锅 炉 一 览 表 ， 其 中250MW CFB 锅炉已具有稳定运行 12 年的业绩。国外 CFB 锅 炉 炉 型8及容量发展历程见图 1-1，根据各国经验，循环流化
20、床未来将朝着大型 化 、 超 临 界 方 向 方 展 ， 开 发 600MW 级以上大型电站循环流化床锅 炉 。 此外也有研究人员认为深度脱硫是循环流化床锅炉技术今后发展 中需要解决的一个重要问题 。 能源综合利用是循环流化床锅炉今后发 展 的 另 一 个 重 要 方 向 。 能 源 综 合 利 用 包 含 有 三 方 面 内 容 ： 其 一 是 以 CFB 锅 炉 为 平 台 对 一 些 低 级 能 源 资 源 综 合 优 化 利 用 ； 其 二 是 循 环 流 化 床锅炉与其它能源或原材料加工系统整合从事能源高效利用 ； 其三是 CFB 锅 炉 燃 烧 后 产 生 的 厌 渣 综 合 利
21、用 。表 1-2 国外典型大型 CFB 锅炉电厂 发电功率/MW 台数 燃料投运时间美国 Texas-New Mexico165 2 揭煤 1990电力公司加拿大 Nova Scotia 电力180 1 石油焦/煤 1993公司法国 Gardanne 电站 250 1 次烟煤 1996波兰 Zeran 电厂 150 2 烟煤 1996/2001泰国国家电力公司(NSP) 150 2 (无)烟煤 1998韩国东海 Tonghae 电厂 220 2 无烟煤 1998/1999美国 AES Warrior Run 208 1 烟煤 1999波兰 Turow 电站 235 3 揭煤 1998/2000
22、美国 Warrior Run 208 1 烟煤 20009发电功率（MW)美国 Bay Shore 电力公司 180 1 石油焦 2000匈牙利 AES Borsodi 150 1 揭煤/烟煤 2001波兰 Turow 电站 262 3 揭煤 2002美国 JEA 电站 300 2 石油焦/煤 2002波多黎各 Guayama 电厂 255 2 烟煤 2002美国 Red Hills 电厂 250 2 揭煤 2002土耳其 Can 电厂 167 2 揭煤 2004美国 Seward 电厂 290 2 废煤 2004美国 Gilbert 电厂 268 1 烟煤 2004美国 Spurlock 电
23、厂 290 1 烟煤 2008美国 Sandow 电厂 315 2 揭煤 2009美国 CLECO 电厂 330 2 石油焦/煤 2009波兰 Lagisza 电厂 460 1 烟煤 2009600550500450400350300250200150100 德国杜伊斯堡95.8MW（ 270t/h,美国 TNP电厂165MW（500t/h,540/540 ,13.7MPa)法国 Gardanne电厂250MW（ 700t/h,567/566 ,16.9MPa)美国 JEA电厂300MW（904t/h,540/540 ,18.9MPa)波 兰 Lagisza电 厂 460MW（ 1300t/h
24、,563/582,28.56MPa)50 535/535 ,14.5MPa)1980 1985 1990 1995 2000 2005投运时间（年) 2010图 1-1 国外大型 CFB 锅炉的发展历程101.1.3 增 压 流 化 床 燃 烧 联 合 循 环 技 术(1） 技 术 发 展 背 景 。 如 何 在 整 体 上 提 高 电 站 效 率 和 大 幅 度 减 少 燃 煤 发 电 造 成 的 污 染 排 放 物 ， 科 研 人 员 不 断 开 拓 新 思 路 新 方 法 。 考 虑 到 流 化 床 燃 烧 既 可 以 在 常 压 下 工 作 ， 也 可 以 在 增 压 下 工 作 ，
25、后 者 称 为 增 压 流 化 床 燃 烧 (PFBC） 技 术 。 采 用 增 压 (620 个 大 气 压 ） 燃 烧 后 ， 燃 烧 效 率 和 脱 硫 效 率 较 常 压 流 化 床 燃 烧 得 到 进 一 步 提 高 。 同 时 ， 燃 煤 联合循环发电技术也被公认为在 19 世纪末至 20 世 纪 初 最 具 吸 引 力 的 燃 煤 电 站 技 术 。 因 此 ， 既 满 足 增 压 又 满 足 联 合 循 环 条 件 的 增 压 流 化 床 燃烧联合循环(Pressurized Fluidized Bed Combustion-Combined Cycle, PFBC-CC)技
26、术 ， 由 于 具 有 高 效 、 洁 净 的 特 点 ， 到 世 界 各 国 的 广 泛 重 视。(2） 特 点 及 减 排 作 用 。 PFBC-CC 发电技术具有以下特点： 1） 燃烧效率高，在商业机组上测得的燃烧效率在 99%以上。2）发电效 率 高 ， 商 业 机 组 的 运 行 实 践 证 明 其 发 电 效 率 比 常 压 燃 煤 热 力 发 电 机 的 效率高出 8%10%， 可 达 40%42%。 3） 低 污 染 。 在 商 业 机 组 的 测 定 结果表明 PFBC-CC 的氮氧化物、硫化物及颗粒排放浓度可以满足严 格的环保控制要求。由于发电效率提高，CO 2 的 排 放
27、 量 也 大 大 减 少 。 4） 增 压 锅 炉 结 构 紧 凑 ， 占 地 面 积 小 ， 现 场 施 工 费 用 低 ， 可 降 低 投 资 。5） 运 行 条 件 好 。 由 于 增 压 运 行 ， 炉 内 高 空 气 压 力 和 密 度 使 床 的 表 观 流速大大降低 ， 减轻了床内磨损 。 低流速和高床深使气体在床内的停 留时间大大延长 ， 从而提高了燃烧效率和脱硫剂的利用率 。 正因为具 11有 以 上 特 点 ， PFBC-CC 成 为 21 世 纪 主 要 的 洁 净 煤 发 电 技 术 之 一 。 目12TOMAT OSA KARI VART TID WAKA ESCAT
28、R COTTBON KI TA AN D M ON US前 国 外 正 在 推 广 应 用 的 增 压 流 化 床 技 术 ， 即 使 在 蒸 汽 循 环 采 用 超 临 界参 数 的 情 况 下 ， 联 合 循 环 效 率 仅 能 达 到 45%， 而 采 用 增 压 流 化 床 燃 烧 联 合 循 环 技 术 ， 通 过 燃 气 /蒸 汽 联 合 循 环 发 电 ， 其 循 环 效 率 在 采 用 超 临 界 蒸 汽 参 数 的 条 件 下 可 望 达 到 50%， 发 电 效 率 明 显 提 高 ， 并 可 大 幅 减 少 燃 煤 对 环 境 的 污 染 。(3） 国 外 发 展 现 状
29、 分 析 。 自 20 世纪 80 年代末 PFBC-CC 建 成 商 业 电 站 以 来 ， 发 展 迅 速 。 目 前 德 国 、 芬 兰 、 美 国 、 西 班 牙 和 日 本 等 国 也 正 积 极 推 进 PFBC-CC 技 术 的 中 试 研 究 (表 1-3） ， 瑞 典 长 期 致 力 于发展 PFBC-CC 技 术 ， 目 前 在 这 一 技 术 领 域 居 世 界 领 先 地 位 ， 世 界 上已投运瑞典的 VARTAN 电站、西班牙的 ESCATRON 电 站 和 美 国 的 TIDD 电站等三座 PFBC-CC 电 站 都 是 瑞 典 的 产 品 。 由 表 可 知 ，
30、 与 相 同 参 数 的 常 规 煤 粉 凝 汽 式 电 站 相 比 ， PFBC-CC 电 站 的 发 电 效 率 可 高出 24 个百分点。同时，PFBC-CC 电站既适用于新建电站，也适 用 于 改 造 已 有 的 旧 电 站 ， 可 增 加 20%的 电 站 输 出 功 率 ， 投 资 比 新 建 电 站可减少 20%40% 。表 1-3 国外 PFBC-CC 机组发展概况国日本 瑞士 美国 西班牙 德国家项目总85 250 360 135 70 71 79 6213发14电量/M W效40.1 42 42.5率/%89(供 36.4 37.5 35 热）目前已进入商业应用的第一代 P
31、FBC-CC 电 站 采 用 的 是 增 压 鼓 泡流化床技术，其最大弱点是流化床内燃烧温度在 900C左 右 ， 过 高 的 温 度 使 煤 的 燃 烧 过 程 易 引 起 结 渣 ， 也 可 使 流 化 床 内 脱 硫 过 程 的 效 率 下 降 ， 从 根 本 上 限 制 了 燃 气 透 平 的 进 口 温 度 ， 使 燃 气 循 环 效 率 不 能 进 一 步 提 高 ， 以 至 发 电 效 率 难 以 超 过 42% 。 而 由 美 国 提 出 的 第 二 代 PFBC-CC(advanced PFBC, APFBC） ， 可 将 部 分 煤 在 气 化 炉 气 化 后 送 入辅助燃
32、烧室燃烧，产生的高温燃气再与 PFBC 的 850C左右燃气混 合 ， 送 入 燃 气 轮 机 ， 把 燃 机 进 气 温 度 提 高 到 期 1150C1200C， 使 热 效 率 从 现 有 PFBC 的 42%提 高 到 45%48%。 体 积 更 小 ， 排 放 更 清 洁 ， 其发电成本比常规的燃粉煤电厂加脱硫装置低 20%，可以说 APFBC 是 PFBC-CC 技术未来的发展趋势。1.1.4 整 体 煤 气 化 联 合 循 环 发 电 技 术(1） 技 术 发 展 背 景 。 煤 民 在 一 次 能 源 中 的 特 殊 地 位 ， 使 得 人 们 投入大量精力研究 ， 以提高其利
33、用效率 。 从系统构成及设备制造的角 度 来 看 ， 整 体 煤 气 化 联 合 循 环 (Integrated Coal Gasification Combined Cycle, IGCC） 技 术 与 传 统 的 燃 煤 机 组 不 同 ， 多 装 燃 气 轮 发 电 机 组 、15气 化 系 统 、 废 热 锅 炉 、 气 体 净 化 装 置 、 脱 硫 和 CO2 等 装 置 ， 其 全 厂 控制系统更为复杂。 IGCC 发电技术是将煤气化技术和高效的联合循环 相 结 合 的 先 进 动 力 系 统 。 正 是 由 于 IGCC 继 承 和 发 展 了 当 前 热 力 发 电 系统几乎
34、所有技术 ， 将空气分离技术 、 煤的气化技术 、 煤气净化技术、 燃 气 轮 机 联 合 循 环 技 术 以 及 系 统 的 整 体 化 技 术 有 机 集 成 ， 才 使 得 在 当 时 的 背 景 下 在 众 多 洁 净 煤 技 术 中 脱 颖 而 出 ， 被 公 认 为 是 世 界 上 最 清 洁 的燃煤发电技术。(2） 特 点 及 减 排 作 用 。 IGCC 发电技术把煤民气化和煤气净化 与联合循环发电技术结合在一起 ， 具有明显特点 ： 1） 发电热效率高。 目 前 国 际 上 IGCC 电 厂 的 净 效 率 已 达 到 43%以 上 ， 比 常 规 亚 临 界 燃 煤 电厂效
35、率高 57 个百分点，随着燃气初温的进一步提高，IGCC 的净 效率能达到 50%或更高。 2）优越的环保特性。在气化过程中脱硫率98%， 脱 氮 率 可 达 90%， 粉 尘 几 乎 为 蓉 ， CO2 达 到 蓉 排 放 。 3） 耗 水 量少。比常规汽轮机电站少 30%50%，这使它更有利于在水资源紧 缺 的 地 区 发 挥 优 势 ， 也 适 于 矿 区 建 设 坑 口 电 站 。 4） 易 大 型 化 ， 单 机 功率可达到 300600MW 以上。5）能综合利用煤民资源，组成多联 产 系 统 ， 能 同 时 生 产 电 、 热 、 燃 料 气 和 化 工 产 品 。 从 IGCC
36、的 减 排 效 果 看 ， 由 于 可 以 实 现 在 燃 料 燃 烧 前 CO2 的 分 离 和 捕 集 ， 切 煤 气 压 力 及 CO2 浓 度 较 高 (达 35% 45%， 普 通 燃 煤 机 组 排 烟 浓 度 一 般 为 14% 16%） ， 因 而 脱 除 CO2 比 烟 气 中 更 容 易 。 燃 煤 电 站 锅 炉 排 烟 中 CO2 浓 度一般为 14%16%，不利于回收利用。 IGCC 电 站 可 以 实 现 在 燃 料 16燃烧前 CO2 的分离和捕集，因而脱除 CO2 比 烟 气 中 更 容 易 ， 另 外 煤17气净化脱硫工艺中也可以同时分离和除去 CO2。IGC
37、C 比同容量常规电站每单位电力所排放的 CO2 量减少 10%15%。IGCC 电站的热效 率高(大型 IGCC 电 站 效 率 已 达 42% 46%） ， 有 利 于 减 少 CO2 和 其 他 污 染 物 的 排 放 (通常电 站 效 率 每 提 高 1%， CO2 的 排 放 将 减 少 2%） 。未 来 的 IGCC 电 站 将 朝 着 实 现 CO2 的 微 排 放 或 蓉 排 放 方 向 发 展 ， 从 根 本上解决现有燃煤电站效率低下和污染严重的主要问题。(3） 国 外 发 展 现 状 分 析 。 由 于 IGCC 发 电 系 统 把 环 境 友 好 的 煤 气 化 技 术 和
38、 高 效 的 燃 气 蒸 汽 联 合 循 环 发 电 技 术 相 结 合 ， 实 现 了 煤 民 资 源 的 高 效 、 洁 净 利 用 ， 具 有 高 效 、 洁 净 、 节 水 、 燃 料 适 应 性 广 、 易 于 实 现 多 联 产 等 优 点 ， 并 且 与 未 来 CO2 近 蓉 排 放 、 氢 能 经 济 长 远 可 持 续 发 展 目 标 相 容 ， 是 当 今 国 际 上 最 引 人 注 目 的 新 型 、 高 效 的 洁 净 煤 发 电 技术之一。自 20 世纪 70 年代开始研发，进入二十世纪 90 年 代 ， 美 国、日本、欧盟等国家和地区都提出了相应的 IGCC 发电
39、发展计划， IGCC 开始进入商业示范阶段，纯粹以发电为目的的 200300MW 等 级 燃 煤 IGCC 示 范 电 站 有 4 座 ， 即 美 国 的 Tampa、 Wabash River 电 站 、 荷兰 Buggenum 电站和西班牙 Puertollano 电站，见表 1-4。这些电站 在调试过程中都遇到许多技术问题，经不断改进取得以下主要进展： 供电效率达到 42%43%(设计效率为 43%45%)；比投资费用降低 到 15002200$/kW； 污 染 物 排 放 远 远 低 于 NSPS 标 准 ， 完 全 能 够 满 足 21 世纪初、中期的需要；可大幅度减少 CO2 排
40、放 ， 满 足 新 标 准 的 要 求 。 通 过 多 年 的 持 续 研 究 和 发 展 ， 国 外 IGCC 发 电 技 术 已 经 取 得 了 初 18步 的 成 效 ， 基 本 走 过 了 商 业 示 范 阶 段 ， 技 术 成 熟 ， 具 备 了 大 规 模 商 业19化开发的条件 。 随着对发电效率及环保要求的不断提高 ， 人们在 IGCC系统热力循环研究思路上有了很大突破，采用不同循环、不同技术、 不 同 产 品 有 机 结 合 ， 产 生 出 新 的 复 合 IGCC 发 电 技 术 。 如 ： 日 本 整 体 煤 气 化 燃 料 电 池 联 合 循 环 (IGFC)计 划 。
41、 该 计 划 通 过 煤 气 化 ， 利 用 燃 料 电池 、 燃汽轮机和蒸汽轮机技术 ， 提高资源利用效率 ， 降低排放浓度， 全厂发电效率将达到 60%。表 1-4 国外典型的 4 座 IGCC 电站国家 荷兰 美国 美国 西班牙电厂 Buggenum Wab Rivasher TampaPuerrollano气化炉类型 Shell Destec Texaco Prenflo投运时间/年 1994 1995 1996 1997净功率/MW 253 265 250 300净效率/% 43 40 42 45燃机初温 /C 1105 1260 1288 1250汽机功率/MW 128 104 1
42、21 145总投资/亿美元 4.62 3.58 5.06 6.911.1.5 燃 煤 电 厂 碳 捕 集 和 封 存 技 术(1） 技 术 发 展 背 景 。 目 前 ， 在 全 球 范 围 内 ， 化 石 燃 料 、 土 地 使 用 等 人 类 活 动 每 年 会 导 致 300 亿 吨 CO2 气 体 排 放 到 大 气 层 中 ， 其 中 化 石 燃 料 的 排 放 占 到 60%， 直 接 造 成 全 球 气 温 逐 步 明 显 上 升 。 控 制 气 候 变化最根本的方法是提高能源利用效率 ， 优化能源消费结构等 ， 但化20石 燃 料 在 未 来 较 长 的 一 段 时 期 内 仍
43、 将 是 主 要 的 能 源 供 给 。 因 此 在 减 排形势日益严峻的情况下，碳捕集与封存(Carbon Capture and Storage, CCS）技术无疑是直接减少 CO2 排放的最直接方法。IEA 研 究 表 明 ， 到 2050 年 将 温 室 气 体 浓 度 限 制 在 450ppm 的 所 有 减 排 技 术 中 ， 仅 CCS 技术就需贡献 20%。当前，包括 IEA 在内的全球主要能源研究机构 和主要碳减排积极倡导组织和国家已经一致将 CCS 技术作为未来应 对 全 球 气 候 变 化 的 技 术 途 径 之 一 。(2） 特 点 及 减 排 作 用 。 CCS 技
44、术 应 用 于 燃 煤 电 厂 ， 意 昧 着 在 煤 燃 烧 后 进 行 净 化 处 理 ， 其 效 果 与 其 他 洁 净 煤 技 术 一 同 构 成 减 少 CO2 排 放 、 控 制 全 球 温 室 效 应 的 重 要 手 段 。 CCS 的 技 术 优 势 是 在 减 排 过 程 中不用对现行的能源结构做出显著调整 ， 从而减小了经济波动 。 根据 IPCC 的 调 查 ， CCS 技术的应用，可使化石燃料电站的 CO2 排 放 量 降 低 85%95%， 从 而 减 少 20%40%的 全 球 CO2 排 放 量 ， 这 将 对 气 候 变 化产生积极的影响 。 要实现从现在高碳的
45、发电方式转变为未来蓉排放 发电的低碳目标，CCS 潜力巨大。相关研究预计，全球从 2010 年 到 2050 年 CO2 的实际潜在储存能力至少将达到 16800 亿吨，2050 年 的储 存 量 为 1447 亿 吨 ， 其 中 中 国 和 美 国 分 别 为 259.44 亿 吨 和 261.14 亿 吨 ， 占 全 部 储 存 量 的 36%。 到 2020 年 、 2030 年 、 2050 年 ， 发 电 厂 的 捕获量将分别占所有 CO2 捕获量的 53%、 70%、 80%， 其 余 的 捕 获 量 来 自 燃 料 加 工 处 理 和 制 造 业 (如合成氨 、 钢 铁 、 水
46、泥 的 生 产 ） 。(3） 国 外 发 展 现 状 分 析 。 CCS 自 2000 21年 起 迅 速 发 展 到 现 在 ， 已成为广受重视的解决气候变化的重要技术。IEA 在 2008 年 世 界 能22源 展 望 中 提 出 的 蓝 色 情 景 分 析 中 预 测 ， 到 2050 年 CCS 将 对 燃 煤 和 燃气发电厂有重大贡献 。 各国政府也对此做出响应 ， 纷纷设立专项资金， 以 供 发 展 CCS 技 术 之 用 。 其 中 包 括 欧 盟 提 供 的 80 亿 美 元 ， 澳 大 利 亚 CCS 旗 舰 计 划 的 20 亿 美 元 ， 以 及 奥 巴 马 政 府 剌
47、激 计 划 中 用 于 CCS 的 24 亿 美 元 。 在 最 近 刚 刚 通 过 的 美 国 清 洁 能 源 与 安 全 法 案 中 ， 也 特 意 将 分 派 给 各 公 司 用 于 温 室 气 体 减 排 补 助 中 的 26%专 门 用 于 资 助 CCS 等公共项目。按照澳大利亚全球 CCS 研 究 所 的 统 计 ， 目 前 世 界 上约有 270 个 CCS 项目，其中 70 个达到每年封存超过 100 万 t CO2 的商业级规模，图 1-2 列举了截至目前全球分地区的 CCS 项 目(数 据 来 源 于 美 国 电 力 研 究 院 ） 。6%9%10%4% 3% 2% 2%
48、 1%1%1%24%37%美 国 西 欧澳 大 利 亚 加 拿 大 中 国日 本 东 欧 东 亚 印 度 中 东 非 南 美 图 1-2 全球分地区 CCS 项目统计美 国 、 欧 盟 、 澳 大 利 亚 、 加 拿 大 、 挪 威 等 国 家 或 政 府 间 组 织 都 制 订了相应的研究规划，开展 CCS 技 术 的 理 论 、 试 验 、 示 范 和 应 用 研 究 ， 并 且 已 经 有 了 成 功 的 实 例 。 其 中 ， 由 图 2-2 可 以 看 出 美 国 走 在 世 界 最 前 列 ， 针 对 CCS 技 术 的 科 研 规 划 和 项 目 组 织 实 施 较 为 周 密
49、完 善 ， 其未来发展重点之一是降低 CCS 系 统 因 地 区 差 异 带 来的高成本( 捕 获 所 占 比 例 最 大 ） 。 从 发 展 趋 势 看 来 ， 欧 盟 预 计 在 2015 年 前 建 成 1223个 CCS 示 范 项 目 ， 而 G8 集 团 则 预 计 在 2020 年 建 成 20 个 商 业 化 项 目 。除 此 之 外 的 许 多 国 家 ， 如 澳 大 利 亚 、 印 尼 、 墨 西 哥 、 沙 特 阿 拉 伯 ， 都 制定了相应的技术研究规划，拟开展 CCS 技 术 的 理 论 、 试 验 、 示 范 及 应 用 研 究 。1.2 常 规 低 碳 发 电 技 术 及 其 国 外 发 展 现 状 分 析1.2.1 核 电 技 术(1） 技 术 发 展 背 景 。 随 着 国 际 原 油 价 格 的 不 断 攀 升 和 全 球 变 暖 影 响 的 不 断 扩 大 ， 核 电 正 在 受 到 国 际 社 会 越 来 越 多 的 关 注 。 近 年 来 举 办 的 各 类 国 际 峰 会 都 将 应 对 气 候 变 化 提 上 日 程 ， 随 之 各 国 相 继 制 定 了 相应的温室气体
