中國工程院院士建議
關(guān)于推動燃煤發(fā)電產(chǎn)業(yè)升級，強(qiáng)化機(jī)組深度調(diào)峰能力，提高可再生能源消納水平，以推進(jìn)節(jié)能減排的建議
倪維斗 杜祥琬 謝克昌 彭蘇萍 秦裕琨 翁史烈 黃其勵郝吉明 袁亮 岳光溪 張玉卓 李立浧 陳勇 劉吉臻 聞雪友 顧大釗呂俊復(fù) 王衛(wèi)良 王振海 李政 張海 駱仲泱 黃震 王凡
長期以來，燃煤發(fā)電為我國的節(jié)能減排事業(yè)做出了重大貢獻(xiàn)?；谖覈娏I(yè)和能源結(jié)構(gòu)的發(fā)展?fàn)顩r，制定燃煤發(fā)電工業(yè)節(jié)能減排的中長期發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃意義重大。為此，中國工程院和國家自然科學(xué)基金委員會聯(lián)合資助了“中國燃煤發(fā)電機(jī)組節(jié)能減排戰(zhàn)略研究”項(xiàng)目。該項(xiàng)目由清華大學(xué)倪維斗院士牽頭，產(chǎn)、學(xué)、研、用等不同領(lǐng)域的 50 多位專家學(xué)者參加。項(xiàng)目通過對國內(nèi)主要發(fā)電集團(tuán) 20 余家燃煤電站的現(xiàn)場調(diào)研、40 余次跨專業(yè)技術(shù)研討，結(jié)合文獻(xiàn)分析、理論研究、電話咨詢等多種方式，對中國燃煤發(fā)電所涉及的節(jié)能、減排和智能電站等三個(gè)方面開展了深入研究和系統(tǒng)論證，取得一系列重要認(rèn)識。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研討凝練，形成本建議。
（一） 我國燃煤發(fā)電節(jié)能減排工作取得顯著成效
在過去相當(dāng)長的時(shí)期內(nèi)，中國燃煤發(fā)電的能耗水平一直落后于發(fā)達(dá)國家。隨著電力工業(yè)的快速發(fā)展，中國燃煤發(fā)電的供電能耗一直持續(xù)下降。2017 年，全國火電機(jī)組的平均供電煤耗已達(dá)到
309g/kWh，相比于 1949、1978 和 2002 年分別降低了 73%、34% 和 19%；已經(jīng)明顯優(yōu)于美國和世界平均水平，與歐洲相當(dāng)。當(dāng)前，我國先進(jìn)燃煤發(fā)電機(jī)組的供電煤耗已經(jīng)低于 270g/kWh，引領(lǐng)了世界燃煤發(fā)電的發(fā)展方向。
自 1996 年燃煤發(fā)電行業(yè)開始全面實(shí)施污染物排放控制以來，國家排放標(biāo)準(zhǔn)歷經(jīng)數(shù)次修改，排放標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)，當(dāng)前超低排放要求 SO?、NO?和煙塵的排放限制分別為 50、35、10mg/Nm3，為歷史排放標(biāo)準(zhǔn)最高、世界最嚴(yán)的中國標(biāo)準(zhǔn)。燃煤發(fā)電污染物排放績效持續(xù)下降，污染物排放量近幾年在裝機(jī)容量持續(xù)增長的情況下實(shí)現(xiàn)大幅下降。2015 年燃煤發(fā)電行業(yè)的 SO?和 NO?的排放量分別降低至 200 和 180 萬噸；燃煤發(fā)電的污染物排放總量已低于美國，接近歐洲。
（二） 我國燃煤發(fā)電節(jié)能減排仍有巨大的潛力
1）節(jié)能潛力分析通過系統(tǒng)分析過去近七十年來燃煤發(fā)電工業(yè)的發(fā)展歷程，得到燃煤電站節(jié)能降耗的主要原因包括發(fā)展高參數(shù)大容量先進(jìn)機(jī)組、淘汰落后產(chǎn)能、優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)、采用先進(jìn)節(jié)能技術(shù)、提升經(jīng)營管理水平等重要結(jié)論。進(jìn)一步通過理論研究，建立了燃煤電站能源轉(zhuǎn)化的熱量/?對比分析方法，并繪制了不同容量等級典型燃煤發(fā)電機(jī)組熱量損失和?損失圖譜，進(jìn)而確定了燃煤電站的能量損失/節(jié)能潛力的物理分布情況。
通過對發(fā)展高參數(shù)大容量先進(jìn)燃煤機(jī)組的影響研究發(fā)現(xiàn)，20062015 期間新增裝機(jī)對全國火電機(jī)組平均供電煤耗下降的貢獻(xiàn)累計(jì)達(dá) 20g/kWh 左右。而限于高溫鐵素體和鎳基合金等材料研發(fā)進(jìn)度的影響，更高參數(shù)機(jī)組的發(fā)展難以推進(jìn)。
通過對淘汰落后產(chǎn)能的影響研究，得到 2006-2015 期間，淘汰中小高能耗機(jī)組對全國火電機(jī)組平均供電煤耗下降的影響累計(jì)達(dá)到 27g/kWh，比新增裝機(jī)的影響還大。若全面關(guān)停 200MW 及以下等級小機(jī)組，至少還可降低煤耗 20g/kWh 以上。然而，燃煤發(fā)電的落后產(chǎn)能容量小、數(shù)量多、分散廣、涉及行業(yè)寬，且大部分屬于自備電廠，關(guān)停需下大力氣才行。
通過對燃煤電站節(jié)能潛力的分析研究，發(fā)現(xiàn)分級預(yù)熱提高熱風(fēng)溫度、優(yōu)化汽輪機(jī)通流結(jié)構(gòu)、強(qiáng)化空冷冷端傳熱、缸體高低位布置等節(jié)能措施，可相應(yīng)降低供電煤耗 5-10、4-8、2-4 和 2-3g/kWh。
通過對燃煤電站能量損失的系統(tǒng)分析，發(fā)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)是蒸汽循環(huán)能量利用效率最高的形式。截止 2017 年全國熱電聯(lián)產(chǎn)裝機(jī)已達(dá)到 5.5 億千瓦，約占火電裝機(jī)的一半，年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約 4000 萬噸，對全國火電機(jī)組平均供電煤耗下降的貢獻(xiàn)約 9g/kWh。若采用節(jié)能型熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行改造，還可節(jié)約標(biāo)煤 1800 萬噸，相應(yīng)降低全國火電機(jī)組平均供電煤耗 4g/kWh 左右。
基于以上分析，當(dāng)前燃煤發(fā)電領(lǐng)域節(jié)能降耗方面至少還有 2530g/kWh 的發(fā)展空間。若未來成功研發(fā)高溫鐵素體和鎳基合金材料，興建 700℃等級燃煤發(fā)電機(jī)組的供電煤耗可比當(dāng)前最先進(jìn)的
600℃等級燃煤發(fā)電機(jī)組供電煤耗下降約 15-20g/kWh。
2）減排潛力分析
根據(jù)國內(nèi)不同工業(yè)排放的對比，燃煤發(fā)電曾在過去相當(dāng)長時(shí)間內(nèi)是 SO?和 NO?的排放大戶。隨著電力行業(yè)近年來的不懈努力以及超低排放標(biāo)準(zhǔn)的逐步實(shí)施，燃煤發(fā)電的 SO?和 NO?排放占比在
2015 年就已經(jīng)低于 10%，減排空間非常有限。而燃煤發(fā)電排放與能耗/成本的矛盾突出，應(yīng)重點(diǎn)降低燃煤發(fā)電污染控制的成本。相比而言，熱力、鋼鐵和水泥等工業(yè)領(lǐng)域因排放標(biāo)準(zhǔn)依然較低，已成為我國 SO?、NO?和煙塵排放的主要源頭，應(yīng)協(xié)同制定嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，重點(diǎn)治理。根據(jù)估算，若熱力、鋼鐵和水泥等燃煤工業(yè)采用與燃煤發(fā)電行業(yè)相同的超低排放標(biāo)準(zhǔn)，則每年可分別降低 SO、NO?和煙塵的排放約 750、770、800 萬噸左右。
3） 可再生能源電力消納潛力分析
隨著可再生能源發(fā)電的快速增長，以燃煤發(fā)電為基礎(chǔ)的電網(wǎng)難
以消納“陰晴不定”的可再生能源電量，棄風(fēng)、棄光的電量逐年增加，燃煤發(fā)電面臨前所未有的調(diào)峰和靈活性改造的壓力。而當(dāng)前約 5.5 億千瓦裝機(jī)的熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組主要采取以熱定電的方式運(yùn)行，調(diào)峰能力受限。本項(xiàng)目基于系統(tǒng)研究，提出了熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組加裝大旁路，實(shí)現(xiàn)熱電解耦的技術(shù)路線，可使熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組全負(fù)荷調(diào)峰。若全面推廣，可釋放 3-4 億千瓦的調(diào)峰能力，大幅提高對可再生能源電量的消納能力。按年調(diào)峰 500 小時(shí)計(jì)，可年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤 4000 萬噸以上。相當(dāng)于降低供電煤耗 9g/kWh，相應(yīng)降低燃煤發(fā)電行業(yè)污染物排放約總量的 3%左右。
4） 電站運(yùn)行管理潛力分析
由于燃煤電站的節(jié)能和減排受運(yùn)行管理影響較大，本項(xiàng)目進(jìn)一
步研究了電站信息控制技術(shù)的發(fā)展情況。在集散控制技術(shù)（DCS）、管理信息系統(tǒng)（MIS）、廠級監(jiān)控系統(tǒng)（SIS）等基礎(chǔ)上，利用燃煤電站故障監(jiān)測技術(shù)、數(shù)字電站、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、在線優(yōu)化等先進(jìn)技術(shù)，提出了未來燃煤電站智能化的發(fā)展構(gòu)想與實(shí)施框架，可望實(shí)現(xiàn)燃煤電站的實(shí)時(shí)優(yōu)化、主動決策、自主維護(hù)與檢修，以及基于智能電站的智能化設(shè)備管理服務(wù)和多源生產(chǎn)協(xié)作。
（三）建議
1） 動態(tài)對標(biāo)淘汰落后產(chǎn)能，推動燃煤裝機(jī)產(chǎn)業(yè)升級
采用供電煤耗差額動態(tài)對標(biāo)淘汰落后產(chǎn)能。即以當(dāng)前國內(nèi)先進(jìn)燃煤發(fā)電機(jī)組的供電煤耗為基準(zhǔn)，對于服役年限還剩 10 年以下的機(jī)組，若供電煤耗高于對標(biāo)煤耗 40g/kWh，則建議淘汰；對于服役年限還剩 10-20 年的機(jī)組，若供電煤耗高于對標(biāo)煤耗 50g/kWh，則建議淘汰。深度調(diào)峰機(jī)組在常規(guī)機(jī)組的對標(biāo)差額基礎(chǔ)上增加10g/kWh。
2） 加強(qiáng)基礎(chǔ)和應(yīng)用研究，推進(jìn)燃煤發(fā)電技術(shù)發(fā)展
建議重點(diǎn)研發(fā)空氣分級預(yù)熱技術(shù)，推進(jìn)熱電聯(lián)產(chǎn)，開展大旁
路供熱機(jī)組示范，深入研發(fā)燃燒、熱力系統(tǒng)等過程的動態(tài)特性，推動控制、信息技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化以促進(jìn)智能電站發(fā)展，加快高溫鐵素體和鎳基合金材料研發(fā)以進(jìn)一步提高蒸汽參數(shù)，實(shí)現(xiàn)燃煤電站的深度節(jié)能減排。
3） 優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)，鼓勵電量交易，促進(jìn)新能源電量消納
建議大力發(fā)展調(diào)峰機(jī)組，優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)。并建立電量自主交易平臺，建立、健全不同電源結(jié)構(gòu)之間的電量代發(fā)機(jī)制，鼓勵特定區(qū)域內(nèi)（如區(qū)域電網(wǎng)）不同電源結(jié)構(gòu)之間的電量實(shí)時(shí)、自主交易。通過市場機(jī)制高效、健康地挖掘燃煤發(fā)電機(jī)組，特別是供熱機(jī)組的深度調(diào)峰能力，以解決新能源的消納問題。
4） 鼓勵排放交易，實(shí)現(xiàn)污染物排放的全面控制
建議參照煤電排放標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)熱力、鋼鐵、水泥等行業(yè)的特點(diǎn)逐步制定嚴(yán)格的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。利用煤電與其它行業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)的差異，建立污染物排放交易市場機(jī)制，以促進(jìn)減排技術(shù)的推廣和資源配置優(yōu)化，從而低成本大幅降低非發(fā)電工業(yè)的燃煤污染排放，實(shí)現(xiàn)全社會的節(jié)能減排。
建議人：
倪維斗 中國工程院院士，動力機(jī)械工程專家，清華大學(xué)
杜祥琬 中國工程院院士，應(yīng)用核物理、強(qiáng)激光技術(shù)和能源戰(zhàn)略專家，中國
工程物理研究院
謝克昌 中國工程院院士，煤化學(xué)工程專家，中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會
彭蘇萍 中國工程院院士，礦山工程地質(zhì)與工程物探專家，中國礦業(yè)大學(xué)秦裕琨 中國工程院院士，熱能工程、燃燒學(xué)專家，哈爾濱工業(yè)大學(xué)
翁史烈 中國工程院院士，熱力渦輪機(jī)專家，上海交通大學(xué)
黃其勵 中國工程院院士，蒸汽工程專家，國家電網(wǎng)公司
郝吉明 中國工程院院士，大氣污染防治專家，清華大學(xué)
袁 亮 中國工程院院士，煤炭開采及瓦斯治理專家，安徽理工大學(xué)
岳光溪 中國工程院院士，潔凈煤技術(shù)專家，清華大學(xué)
張玉卓 中國工程院院士，潔凈煤技術(shù)專家，天津市委
李立浧 中國工程院院士，電網(wǎng)工程、直流輸電專家，南方電網(wǎng)公司
陳 勇 中國工程院院士，能源與環(huán)境工程技術(shù)專家，中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會劉吉臻 中國工程院院士，發(fā)電廠自動化技術(shù)專家，華北電力大學(xué)
聞雪友 中國工程院院士，燃?xì)廨啓C(jī)學(xué)科專家，七〇三研究所
顧大釗 中國工程院院士，礦山工程與水文地質(zhì)專家，神華集團(tuán)
呂俊復(fù) 教授，潔凈煤技術(shù)專家，清華大學(xué)
王衛(wèi)良 高工，熱能動力工程專家，清華大學(xué)
王振海 副局長，能源與礦業(yè)專家，中國工程院
李 政 教授，能源戰(zhàn)略專家，清華大學(xué)
張 海 教授，潔凈煤技術(shù)專家，清華大學(xué)
駱仲泱 教授，能源清潔利用專家，浙江大學(xué)
黃 震 教授，內(nèi)燃機(jī)燃燒與排放控制專家，上海交通大學(xué)王 凡 高工，節(jié)能減排專家，中國能源研究會
