倪维斗:煤清洁利用是中国式低碳的关键

科学时报 2010-02-08

  中国是煤炭大国——75%的发电装机是来自火力发电,80%的电量来自火电,80%以上的二氧化碳排放来自煤炭燃烧;作为一种高碳能源,煤的含碳量达到80%以上;未来二三十年之内,中国对煤的依赖度很难降到50%以下。

  在这样的一组数字之下谈中国式低碳,似乎有些沉重。

  能源专家、中国工程院院士倪维斗在接受《科学时报》记者采访时开门见山:“发展低碳经济,但我们面对的是高碳能源。”

  中国的低碳经济该走什么道路?

  倪维斗指出,在未来二三十年之内化石能源作为我国主要能源的地位不可撼动,其中煤是主导,“所以未来一段时间之内煤的低碳利用就是低碳能源的核心问题。如果不在煤的清洁利用上做文章,其他一切只能是空谈,低碳只是一句口号”。

  煤的清洁利用是一种新能源

  “社会节能、总量控制、发展可再生能源都是实现低碳经济的道路,但最后必须要落实到煤的清洁利用上。”根据倪维斗的划分,煤的清洁利用也属于清洁能源。

  他认为,新能源的概念因时因地而不同,各国国情不同,不能一概而论。比如在法国核能发展了很多年,称不上新能源。而太阳能、风能古人也在几千年前就已利用了。

  倪维斗表示,能源的来源、转化过程、输运过程、终端利用过程这4个环节都属于能源问题,清洁不清洁要看全生命周期。这4个环节中一个或几个有较大的变化,能够减少二氧化碳排放、提高效率就能称之为新能源。因此,可再生能源、煤的清洁利用、天然气的高效利用都属于新能源。

  “眼睛光看着风电不行。”倪维斗说,风能虽然来自风,但也存在转化和输运的问题,在未来一段时间内对节能减排贡献不会太大。他认为,新能源的主要力量除了发展可再生能源之外,煤的科学、合理、高效、低污染利用应作为重点,尤其对于中国这样一个煤炭大国。

  提高燃煤发电效率尚有潜力

  煤对我国的战略安全来说尤其重要,起了顶梁柱的作用。“煤保证了什么都有了,煤出了毛病问题就大了。”倪维斗说。目前我国有两大问题需要重视,一是煤的清洁利用,二是天然气的高效利用。其中煤的清洁利用尤为重要。

  目前,我国80%以上的发电量来自火电。根据国际能源组织IEA2007年的统计数据,我国燃煤排放二氧化碳51.4亿吨。在我国,每发一度电要排二氧化碳0.8~0.9公斤,如果每度电的耗煤量降低1克,全国一年就能减少二氧化碳排放750万吨。最近几年,我国依靠提高燃煤发电效率每年都能减排二氧化碳几千万吨。

  专家指出,根据我国的战略规划,到2020年,风电、光伏、光热、生物质能源等可再生能源的减排占总减排量的12%左右,而提高燃煤发电效率能实现15%的减排。

  据悉,目前提高燃煤发电率的主要方法是提高参数。如亚临界的发电效率在38%左右,而我国目前的超临界能达到44%。在欧洲,最先进的技术能把发电效率提高到50%。倪维斗表示,经过科学研究把温度和压力再提高,优化运行,中国的燃煤发电率还有潜力可挖。

  最近几年我国实行“上大压小”的政策,2009年全国平均煤耗达到342克标准煤/度电,已经低于美国350克/度电的标准。而华能、大唐等大型企业甚至已经降低到320多克/度电。

  根据有关规划,2020年我国的平均燃煤单位能耗计划降低到320克/度电。清华大学热能工程系教授姚强认为:“这是几年前的规划,现在我认为能够努力争取达到300克/度电左右。”

  多联产技术综合效率高

  整体煤气化联合循环(IGCC)加上多联产,被认为是目前最具发展前景的清洁煤技术,它在燃烧前先去除烟气中的污染物,常规污染少,效率高,有利于综合利用煤炭资源,能同时生产甲醇、尿素等化工产品等等。

  而煤作为一种多元素的能源,很多专家都认为将其一股脑烧掉相当可惜。倪维斗就提出把发电和化工结合起来,发展以气化为基础的IGCC多联产,对煤加以综合利用。

  多联产的原理很简单,将煤气化后先通过一个反应器做化工产品,剩下尾气再去燃烧发电。多联产相当于把化工和发电两个过程耦合起来,能量利用效率可以提高10%~15%,同时,化工产品增值量比较大,并且能够实现调峰。据悉,煤的气化系统很贵,如果能实现化工和发电相互调整,气化系统就能始终稳定运行,降低发电成本。

  多联产的概念被很多国内外专家所认可。而对于中国这样的煤炭大国,其意义尤为特殊。最近几年,倪维斗一直在四处呼吁发展IGCC多联产。但多联产的基础——IGCC电厂却始终没有大规模地发展起来。据记者了解,我国在上世纪70年代末和90年代末曾确定过两个IGCC示范项目,但最终都无疾而终。

  国际上,美国还只有IGCC和制氢的联产,真正用煤制化工产品,并且实现IGCC发电的,山东兖矿集团算全球第一个。据悉,该装置是一台小规模的多联产示范装置,以甲醇为主发电为辅——20万吨甲醇辅以8万千瓦的发电,已经稳定运行了3年,经济性和二氧化碳减排效果都很好,目前正在准备发展第二代装置,进一步提高效率。

  倪维斗指出,目前发展IGCC多联产的阻力主要来自两个方面,一是发电和化工行业结合思想阻力较大。他表示,实际上中国五大电力公司现在也在做化工产品,只不过是分开做,资源匹配程度低。

  另外,国家能源局对IGCC持过度谨慎态度,目前为止只批了一个示范电厂。2009年7月,我国首座自主设计、制造并建设的IGCC电站——华能天津IGCC电站示范工程在天津开工,计划建设1台25万千瓦级发电机组。

  倪维斗表示,单纯用于发电的IGCC电厂的主要问题是基础投资较贵,是一般的超临界电厂的1.5倍以上,可能要达到每千瓦上万元人民币。然而,虽然投资比较高,但是很多电力公司都有积极性,并且多联产是降低IGCC成本的方式之一。在技术层面,大部分技术都能实现自主化。“燃气轮机的核心技术我们正在攻关,总归是要国产化的。IGCC和多联产为什么不开展示范呢?”倪维斗不解。

  多联产更适合中国国情

  碳捕集与封存(CCS)中二氧化碳的捕捉是最昂贵的环节。但在我国,煤化工中已经存在大量容易收集的纯二氧化碳,如我国目前甲醇用量1200万吨,年排放二氧化碳3000万吨。甲醇是一种重要的化工中间体,将来可以用作燃料,需求量很大,所排放的二氧化碳还将增加。“这些二氧化碳是最容易收集的,基本上已经捕获,但现在都没有利用起来而放空了。”倪维斗说。

  倪维斗表示,虽然二氧化碳排放总量是几十亿吨的数量级,但在未来,如果加强二氧化碳利用系统的科研工作,发明新型的二氧化碳化工利用体系和高附加值的产品,将会增加二氧化碳减排量。

  例如,我国现在的化肥系统40年如一日没有变化,主要就是尿素加合成氨,导致田间的过度施肥成为我国一大污染源,同时耗费了大量能源。倪维斗指出,如果发展新的肥料体系,如草酸铵等都含大量的二氧化碳,可以更多地利用二氧化碳。

  这样上游发电和化工结合,下游用高附加值的产品利用二氧化碳,便能提高系统的能源利用率和减排二氧化碳。

  有人认为,到2020年,中国的工业化过程将会结束。届时,通过经济结构的调整就能自然地降低二氧化碳排放量。

  对此,倪维斗认为,不管工业化进程何时结束,人均用能量总有一个定值。他指出,目前我国人均用能为2吨多标煤/年,美国为11吨标煤/年,英法德是6吨标煤/年。到2020年,我国的居民生活水平还将大大提高,人均用能量至少会达到3吨标煤/年,按照15亿人口计算全国用能量就将达到45亿吨标煤。保守估计2050年至少也要60亿吨标煤的能量,比现在翻一番,其中煤至少占40%~50%。“这么大量的煤必须考虑如何低碳。”倪维斗说,“我们每块煤都必须在二氧化碳减排上精打细算。”(陈欢欢)

  注:倪维斗现为中国工程院院士,清华大学热能系教授。

2010年03月01日 14:14:58  清华新闻网

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