電氣工程期刊網(wǎng)淺析山東電力產(chǎn)業(yè)低碳化技術(shù)路線

　　因化石燃料大量燃燒引起的能源短缺與環(huán)境污染已經(jīng)成為全世界關(guān)注的焦點問題，由此而產(chǎn)生的全球氣候變暖業(yè)已是一個不爭的事實。巨量排放的CO2是造成溫室效應(yīng)的罪魁禍?zhǔn)?，因此發(fā)展“低碳經(jīng)濟”自英國于 2003 年首次提出以來，已得到世界各國的廣泛認(rèn)可。“低碳經(jīng)濟”以減少溫室氣體排放為目標(biāo)，旨在改變傳統(tǒng)的高耗能、高排污的經(jīng)濟增長模式，構(gòu)筑低耗能、低污染的可持續(xù)發(fā)展經(jīng)濟體系。

　　電力行業(yè)已然成為我國最大的 CO2排放部門，其排放的 CO2占我國排放總量的 38. 76%[1]，電力行業(yè)走低碳化道路對我國減排 CO2具有重大意義。

　　山東電力行業(yè)以火電為主，未來相當(dāng)長一段時間內(nèi)，這種格局難以改變[2]，碳減排任重而道遠(yuǎn)，電力產(chǎn)業(yè)低碳化對山東省發(fā)展低碳經(jīng)濟起著至關(guān)重要的作用。因此，有必要對山東電力產(chǎn)業(yè)進(jìn)行深入調(diào)研，考察電力產(chǎn)業(yè) CO2排放現(xiàn)狀及減排潛力，提出適合山東省社會經(jīng)濟發(fā)展的電力產(chǎn)業(yè)低碳化路線。

　　1 山東省 CO

　　2排放現(xiàn)狀及電網(wǎng)機組構(gòu)成近年，山東經(jīng)濟一直保持迅猛的發(fā)展勢頭，經(jīng)濟總量一直位居全國前三位，但其產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中，第二產(chǎn)業(yè)比重過大，尤其是重工業(yè)和傳統(tǒng)高耗能產(chǎn)業(yè)所占比重偏高，這導(dǎo)致了能源消費總量巨大、環(huán)保壓力大、節(jié)能減排任務(wù)繁重[3]。

　　從 2000 年以來山東省一次能源消費量和一次能源結(jié)構(gòu)統(tǒng)計可以看出，山東一次能源消費量持續(xù)增長，2009 年達(dá)到34536 萬 t 標(biāo)準(zhǔn)煤，且煤炭在一次能源中所占比例過大，一直維持在 80% 左右，雖然近兩年比重有下降趨勢，但煤炭消費的主導(dǎo)地位在短期內(nèi)不會改變。山東電網(wǎng)基本上就是一個火電系統(tǒng)，火電發(fā)電量占據(jù)總發(fā)電量的 97% 以上，雖然近幾年風(fēng)電、生物質(zhì)發(fā)電有較大發(fā)展，但在未來相當(dāng)長時間內(nèi)火電的主導(dǎo)地位仍不可撼動。據(jù)統(tǒng)計，山東省每年 CO2排放總量超過10 億 t[4]，其中電力行業(yè)的排放量高達(dá) 40%，燃煤電廠已經(jīng)成為山東省 CO2排放的主要源頭，電力產(chǎn)業(yè)低碳化是發(fā)展低碳經(jīng)濟首要解決的問題。

　　2 山東電力產(chǎn)業(yè)低碳化現(xiàn)狀

　　2. 1 山東清潔能源及其發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀2. 1. 1 風(fēng)能資源與風(fēng)力發(fā)電進(jìn)入 21 世紀(jì)以來，風(fēng)電是全球范圍內(nèi)發(fā)展最快的能源形式，11 年里其裝機容量增長了 10 倍，達(dá)到19 440 萬 kW[5]。我國是風(fēng)能資源大國，近幾年風(fēng)電發(fā)展迅速，《2010 年中國風(fēng)電裝機容量統(tǒng)計》顯示，我國累計風(fēng)電裝機容量已經(jīng)達(dá)到 4473 萬 kW，躍居世界第一位。山東省擁有漫長的海岸線，半島沿海地區(qū)及近岸海域風(fēng)能資源豐富，開發(fā)建設(shè)條件優(yōu)良。

　　截止 2011 年 2 月，山東省已經(jīng)有并網(wǎng)風(fēng)電場 35 座，總裝機容量 182. 94 萬 kW，裝機規(guī)模位列全國第七位[6]。今后，在“山東海上風(fēng)電規(guī)劃”的指向下，山東省將重點在威海、煙臺、濱州、東營、濰坊、青島等地近海海域建設(shè)大型風(fēng)電場，到 2020 年，海上風(fēng)電裝機容量達(dá)到 1000 萬 kW[7]。發(fā)展風(fēng)力發(fā)電不僅具有經(jīng)濟效益，其環(huán)境效益也是不可估量的。

　　風(fēng)電產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展的同時也暴露出許多亟待解決的問題。就山東省而言，風(fēng)電裝備企業(yè)規(guī)模相對較小，風(fēng)電裝備市場基本由省外和國外企業(yè)占有; 風(fēng)電裝備企業(yè)的技術(shù)水平相對較低，關(guān)鍵部件的生產(chǎn)受制于國外先進(jìn)技術(shù); 山東電網(wǎng)基本上是一個火電系統(tǒng)，按照山東電網(wǎng)目前的負(fù)荷特性和調(diào)峰能力計算，到 2015 年可消納的最大風(fēng)電裝機容量僅為 400萬 kW 左右，不能滿足山東省風(fēng)電裝機發(fā)展目標(biāo)。

　　山東省風(fēng)電場情況與英國類似，都是海上風(fēng)電資源豐富。目前英國海上風(fēng)電裝機容量占世界海上風(fēng)電總裝機容量的 44. 5%[5]，居世界第一位，其成功得益于 ROC( Renewables Obligation Certificates，可再生能源義務(wù)證書) 對風(fēng)電市場的助推作用[8]，它將供電商當(dāng)年度須完成的可再生能源電力份額與市場行為緊密聯(lián)系起來，保障風(fēng)電行業(yè)的發(fā)展。山東省可以此為藍(lán)本，開辟適合本省省情的“政策 + 市場 + 金融”模式，破解困擾山東發(fā)展風(fēng)電的瓶頸，推進(jìn)風(fēng)電飛速發(fā)展。

　　2. 1. 2 太陽能資源與太陽能發(fā)電太陽能作為清潔無污染的可再生能源，已經(jīng)成為解決能源短缺、環(huán)境污染和氣候變化等問題的有效途徑。山東省擁有十分豐富的太陽能資源，全省年日照時數(shù)平均為 2488 h，年太陽輻射總量大于500 萬 kJ，相當(dāng)于 731 億 t 標(biāo)準(zhǔn)煤，且山東省平原和低矮丘陵面積廣闊，適宜太陽能的開發(fā)利用[9 -10]。

　　山東太陽能熱水器產(chǎn)業(yè)化和應(yīng)用居于世界領(lǐng)先水平[11 -12]。相較于太陽能熱水器行業(yè)，山東省在太陽能光伏發(fā)電領(lǐng)域起步較晚，尚不具備與江蘇、河北、江西等光伏發(fā)電大省相抗衡的實力[13]。據(jù)統(tǒng)計，2008 年全國太陽能光伏電池產(chǎn)量達(dá)到 178 萬kW，比 2007 年增長 63. 6%[14]，太陽能光伏產(chǎn)業(yè)正在急劇膨脹[15]。太陽能替代傳統(tǒng)能源，為山東省電力產(chǎn)業(yè)低碳化建設(shè)提供了新思路，具有巨大的經(jīng)濟和環(huán)境雙重效益。

　　2. 1. 3 生物質(zhì)能資源與生物質(zhì)能發(fā)電生物質(zhì)能資源具有種類多、分布范圍廣、碳近零排放等優(yōu)點，可轉(zhuǎn)化為電力、燃?xì)夂鸵后w燃料等多種高品位能源，是僅次于煤炭、石油、天然氣的第四大能源形式，并且是綠色、可再生能源。山東是農(nóng)業(yè)大省，中西部地區(qū)是廣袤的平原和低矮丘陵，可發(fā)展生物質(zhì)發(fā)電。2006 年全國首個生物質(zhì)秸稈發(fā)電項目在山東單縣建成投產(chǎn)，裝機容量 2. 5 萬 kW[16]。根據(jù)山東省“十二五”規(guī)劃，到 2015 年山東省將建成27 個生物質(zhì)電廠，總裝機容量達(dá)到 141. 3 萬 kW。

　　生物質(zhì)電廠投資高、成本高、效率低[17]，這限制了其大規(guī)模發(fā)展，但在碳減排大環(huán)境下，政府應(yīng)在技術(shù)層面，支持相關(guān)部門在生物質(zhì)直燃發(fā)電、生物質(zhì)混煤燃燒、生物質(zhì)作為再燃燃料等方面的探索; 在政策層面，給予生物質(zhì)電廠在上網(wǎng)電價和“碳交易”方面更大的優(yōu)惠。

　　2. 1. 4 核能發(fā)電

　　核能是一種安全、清潔、高效、可靠的能源，是煤炭、石油等傳統(tǒng)化石能源的理想替代者。生產(chǎn)相同2能，核電成本為火電的 80%，所需燃料僅為火電的 20 萬分之一，所需淡水僅為火電的 12 分之一，且核電能實現(xiàn) CO2近零排放，其放射性對環(huán)境影響微乎其微[18 -19]。

　　山東具有發(fā)展核電的條件，2003 年開工建設(shè)第一座核電站———海陽核電站[18]。據(jù)《山東半島藍(lán)色經(jīng)濟區(qū)發(fā)展規(guī)劃》，山東將規(guī)劃建設(shè)海陽、榮成兩個核電項目和煙臺核電研發(fā)中心，力爭在 2020 年初步形成兩個核電基地。

　　2. 2 高效發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用現(xiàn)狀

　　山東電力產(chǎn)業(yè)低碳化，除了大力發(fā)展低碳發(fā)電技術(shù)外，還必須同時推廣高效的潔凈煤發(fā)電技術(shù)。

　　整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)( IGCC) 和超臨界/超超臨界發(fā)電技術(shù)，能大幅提高能源轉(zhuǎn)換效率，從而減少單位能耗溫室氣體排放。

　　2. 2. 1 整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)( IGCC) 發(fā)電技術(shù)整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)( IGCC) 是把煤氣化潔凈技術(shù)和高效聯(lián)合循環(huán)相結(jié)合的先進(jìn)動力系統(tǒng)[20]，機組發(fā)電熱效率達(dá)到 43%，且有望突破 50%，相比同等裝機容量的常規(guī)火電機組，其發(fā)電熱效率高 5 ～7個百分點，供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗降低 25. 06%，CO2排放量降低 13. 73%[21]，通過變換模塊更容易實現(xiàn) CO2的富集，若與碳捕捉和封存技術(shù)( CCS) 聯(lián)用，碳捕捉成本更為低廉[22]，因而碳近零排放的代價更低。

　　IGCC 系統(tǒng)復(fù)雜，前期投資大，這是限制其大規(guī)模推廣應(yīng)用的一個重要因素。但以火電為主導(dǎo)的山東電網(wǎng)，面臨能源緊缺和碳減排的雙重壓力，不得不提高能源利用效率來實現(xiàn)電力產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

　　目前，山東僅在滕州成功運行了一座 IGCC 多聯(lián)產(chǎn)示范電站，裝機容量 8 萬 kW[22]，今后應(yīng)持續(xù)加大對IGCC 發(fā)電技術(shù)的探索和實踐，以優(yōu)化山東電力產(chǎn)業(yè)的低碳化路線。

　　2.

　　2. 2 超臨界 / 超超臨界發(fā)電技術(shù)超臨界/超超臨界高效發(fā)電技術(shù)是當(dāng)前火電行業(yè)實現(xiàn) CO2減排最現(xiàn)實、有效和成熟的技術(shù)。從我國國產(chǎn)各類火電機組設(shè)計性能比較可知，超超臨界機組的供電效率比亞臨界機組提高了 3. 04 個百分點，供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗降低了 120. 3 gce/kW·h。統(tǒng)計表明，單位發(fā)電量 CO2排放量與火電機組容量呈明顯負(fù)相關(guān)關(guān)系[23]。

　　在“節(jié)能減排”壓力下，提高火電機組效率成為電力行業(yè)的當(dāng)務(wù)之急，發(fā)展超臨界/超超臨界機組不失為電力行業(yè)的良好選擇。截止 2010 年，山東省投運超臨界機組11 臺，裝機容量732 萬 kW; 投運超超臨界機組 2 臺，裝機容量 200 萬 kW，在建超超臨界機組 4 臺，裝機容量 400 萬 kW，規(guī)劃超超臨界機組10 臺，裝機容量 1 000 萬 kW。2006 年 “上大壓小”政策開始施行，“十一五”期間，山東省共關(guān)停小火電機組 310 臺，總裝機容量 512 萬 kW，實現(xiàn)年減原煤消耗 800 萬 t，減排 CO21890 萬 t; 2011 年，山東省計劃繼續(xù)關(guān)停 28 臺小火電機組，總裝機容量 58. 4萬 kW，取而代之的是高效率低排放的超臨界/超超臨界機組，從而持續(xù)優(yōu)化火電機組結(jié)構(gòu)，這對山東電力產(chǎn)業(yè)低碳化具有重大意義。

　　3 CDM 在山東電力產(chǎn)業(yè)的實施現(xiàn)狀CDM 是《京都議定書》第十二條確定的一個基于市場的靈活機制，通過參與 CDM 項目，發(fā)達(dá)國家可以獲得項目經(jīng)核準(zhǔn)的全部或部分減排量( CertifiedEmissions Reductions，簡稱 CERs) ，發(fā)展中國家可以獲得發(fā)達(dá)國家提供的資金或者環(huán)境友好的先進(jìn)技術(shù)，CDM 項目合作，不但可以幫助不同國家、不同行業(yè)履行各自的減排義務(wù)，還能降低全球減排溫室氣體的總體經(jīng)濟成本[24 -27]。

　　電力行業(yè)是我國國民經(jīng)濟中最大的 CO2排放部門，具有巨大的碳減排空間，通過 CDM 項目合作能夠獲得較大的資金、技術(shù)和環(huán)保收益。截止 2010年底，我國已有 2847 個項目獲得國家主管機構(gòu)批準(zhǔn)，預(yù)期年減排 CO24. 90 億 t CERs[31]，涉及電力行業(yè)的項目主要集中在高效潔凈的發(fā)電技術(shù)、熱電聯(lián)產(chǎn)、潔凈煤技術(shù)、新能源發(fā)電技術(shù)及電網(wǎng)輸配電管理等方面，其中新能源發(fā)電技術(shù)所占比重最大，超過70%[29 -31]。河北、遼寧、內(nèi)蒙古[32 -33]等重工業(yè)省份積極開發(fā)了風(fēng)力發(fā)電、太陽能光伏發(fā)電等 CDM 項目。山東也是我國 CDM 開發(fā)的重點省份之一，CDM 項目已經(jīng)初步為山東電力產(chǎn)業(yè)利用國外資金和先進(jìn)技術(shù)發(fā)展低碳模式進(jìn)行了有益探索。

　　4 結(jié)語

　　電力行業(yè)是山東省最大的 CO2排放部門，碳減排空間巨大，電力產(chǎn)業(yè)低碳化對山東省發(fā)展低碳經(jīng)濟具有重要作用。山東省清潔能源資源豐富，但針對不同地區(qū)，應(yīng)積極發(fā)展各具特色的清潔能源發(fā)電項目，在沿海地區(qū)及近岸海域，風(fēng)能資源豐富，應(yīng)著32012 年 郭東旭等: 山東電力產(chǎn)業(yè)低碳化技術(shù)路線研究 第 3 期行風(fēng)電基地建設(shè)，中西部平原區(qū)發(fā)展生物質(zhì)發(fā)電，加大光伏發(fā)電的研究。IGCC 耗資巨大、科技含量高，與 CCS 聯(lián)用可實現(xiàn)碳近零排放，在資金雄厚、技術(shù)發(fā)達(dá)地區(qū)，可以加大對 IGCC 發(fā)電技術(shù)的深入研究，使其機組容量大型化、系統(tǒng)簡單化，更具推廣價值。超臨界/超超臨界高效發(fā)電技術(shù)是當(dāng)前火電行業(yè)實現(xiàn) CO2減排最現(xiàn)實、有效和成熟的技術(shù)，在“上大壓小”政策指向下，今后火電行業(yè)要積極關(guān)停小火電機組，建設(shè)超臨界/超超臨界機組，提高機組效率，降低單位能耗 CO2排放量。在大力發(fā)展清潔能源發(fā)電和高效清潔發(fā)電技術(shù)的同時，電力產(chǎn)業(yè)還應(yīng)積極申報 CDM 項目，降低 CO2排放水平，完善山東電力產(chǎn)業(yè)低碳化路線

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