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煤炭清潔利用是根治霧霾基礎
作者:    發布于:2015-08-26 14:52:07   瀏覽:1391次   文字:【】【】【
  中國霧霾形成的根本原因:能源供給與消費以煤炭為主
  隨著中國經濟的快速發展,我國能源消費也在快速增長,近十年能源消費需求年均增長7.4%,在2014年中國能源總消耗了42.6億噸標準煤,這其中煤炭占66%,石油占16.96%,天然氣占5.77%,水電、風電、核電等清潔能源占比11.19%,光伏發電及生物質能僅占0.14%。中國能源消費以煤炭為主、石油天然氣為輔的主要原因是我國“富煤、缺油、少氣”的資源稟賦特點,但究其核心是煤炭作為一次能源成本最低,這也支撐了中國作為世界加工廠的堅實基礎。可是,眾所周知,煤炭是這些能源中污染最大的,據調查全國煙粉塵排放的70%、二氧化硫排放的85%、氮氧化物排放的67%,都源于以煤炭為主的化石能源。
  《中國能源發展戰略行動計劃(2014-2020年)》中提出到2020年,中國一次能源消費總量控制在48億噸標煤,能源自給率達85%,煤炭占比要控制在62%左右,非化石能源占比提高到15%,天然氣占比提高到10%以上。
  那么問題來了?如何實現國家能源清潔戰略行動計劃?如何真正有效改善空氣質量?
  我們知道中國能源消費全面依靠油氣資源還不現實,這主要受制于全球資源量的供給量、供給成本及對外依存度。另一方面,非化石能源尤其生物質能、風能和太陽能發電受到自然條件、市場環境和技術工藝限制供應總量還不能支撐中國的能源消費,同時還因線長面廣分布零散無法借用傳統能源輸配系統,導致成本居高不下,簡單依靠政府巨額財政補貼不為長計,未來依靠能源互聯網及碳排放稅的調劑后仍是中國能源供給的重要補充部分。
  煤炭清潔利用是根治基礎:從簡單燃燒到氣化多聯產
  在我國傳統原煤的使用中,燃煤發電占51%,工業用煤占30%左右,煉焦用煤占14.9%,其他零散用煤占1%。燃煤發電和工業用煤是主要治理領域。煤炭清潔利用首先是一個資源循環利用的產業鏈概念。它涵蓋了煤炭產業上游的煤炭(及煤層氣)開采、洗選,煤炭產業中游的運輸、發電、冶金、化工生產,以及煤炭產業下游“三廢”的處理回收、二氧化碳的捕集和封存。其二,能源供給基地化、大型化和集約化是煤炭清潔利用的主要方向。國家提出推動能源生產和消費革命,徹底改變能源利用效率低,污染物排放大的模式,就必須實現煤炭利用方式的根本變革,由目前單純提供煤炭向提供清潔燃料和原料轉變。
  在大型煤炭生產基地,采用先進技術,實現煤炭清潔轉化與深加工。將煤炭轉化成清潔油品、合成天然氣、化工原料、電力、建材等多產品能源梯級利用綜合能效高,同時實現SO2 、NOx 、CO2等多種污染物的協同統一一次減排。第三,就是大規模基地化啟動煤油氣電化熱多聯產項目建設。其中,整體煤氣化聯合循環發電IGCC(Intergrated Gasification Combined Cycle)就是一種環保高效的煤基多聯產的能源轉換與供給方式(即將煤經過氣化產生合成煤氣,經除塵、水洗、脫硫等凈化處理后,潔凈煤氣到燃氣輪機燃燒驅動燃氣輪機發電,燃機的高溫排氣在余熱鍋爐中產生蒸汽,驅動汽輪機發電,同時余氣可生產甲醇等化工原料)。
  通俗的講以IGCC為案例的新型煤化工是從源頭防治污染,而傳統火電廠的脫硫脫硝等環保裝置是末端防治,前者“治本”,后者“治標”。IGCC的排放與燃氣發電相當。從2014年華能天津IGCC運行數據來看,粉塵小于0.6mg/m3,二氧化硫小于0.9mg/m3,氮氧化物小于50mg/m3,好于或接近燃氣發電國家排放標準,而且氮氧化物仍有進一步降低的空間。其次,IGCC首先是供電效率高,與超超臨界電廠供電效率相當。現已運行的IGCC電廠的供電效率最高已達43%,并有可能達到52%,這是超超臨界電廠無法超越的。
  第二是環保排放與天然氣發電相當。從2014年華能天津IGCC運行數據來看,粉塵小于0.6mg/m3,二氧化硫小于0.9mg/m3,氮氧化物小于50mg/m3,好于或接近燃氣發電國家排放標準,而且氮氧化物仍有進一步降低的空間。而目前國家重點地區煤電標準為粉塵小于20mg/m3,二氧化硫小于50毫克/m3,氮氧化物小于100mg/m3;天然氣發電標準為粉塵小于5mg/m3,二氧化硫小于35mg/m3,氮氧化物小于50mg/m3

 
 
美國某600MW常規超臨界機組與等容量IGCC機組的環境指標對比
  第三是IGCC機組中蒸汽循環部分占總發電量約1/3,使IGCC機組比常規火力發電機組的發電水耗大大降低,約為同容量常規燃煤機組的1/2—2/3左右。
  多能源綜合循環利用是發展必然趨勢:從單一工廠到多聯產能源供應中心
  但經過30多年的創建發展,IGCC技術由于發電總成本原因雖然沒能立即構成對超臨界參數粉煤電站的威脅,但作為一種污染排放特性極優的潔凈煤發電技術和多聯產優勢,已被人們深入地進行了研究和試驗,并為它開拓了頗有競爭力的新型戰略性應用市場。據統計,在華能IGCC電廠建設以前,全球建成的IGCC裝置有26座,但總裝機容量不過區區450多萬千瓦,如今尚在運行的IGCC大多數都位于大型石化企業之中,這些石化或化工企業更為迫切需要使用煤基多聯產技術。
  如美國的Eastman Chemical、意大利的ISAB Energy 等工程中IGCC發電容量比純發電的IGCC示范電站的都要大,同時這種結合為這些化工企業提供了低成本的氫能資源和其它基礎化工品。同時,在工業生產和運行中氣化爐、制氧設備以及合成器凈化處理設備本來就是石化企業中生產過程的必備裝置,在沒有增加投資成本的前提下,由于多聯產整體提升了裝置的利用效率,由此大幅提升了煤炭資源的綜合利用率及降低排放,并能利用規模經濟的效應使制造成本大幅降低。
  我國目前已經建成并正運行的IGCC 多聯產項目有3個:2005年,兗礦集團建成的國內首個IGCC多聯產項目;2009年3月建成的福建聯合石化大型氣、電、化工多聯產項目;2012年12月建成的華能天津IGCC示范電站。從運行效益來看,兗礦和福建聯合石化的多聯產系統要遠優于純發電的華能IGCC電站。例如,兗礦集團IGCC多聯產項目與傳統純發電的IGCC電站不同,它選擇推出“煤氣化發電與甲醇聯產系統”,可年產甲醇24萬噸,發電6萬千瓦。煤炭氣化、凈化后產生的合成煤氣,一路被輸送到煤制甲醇轉化裝置,未反應的氣體和另一路煤氣則被輸送到燃氣輪機裝置,這一系統可以保證煤炭有效成分的高效利用。運行財務數據顯示,這個不斷擴產改造的項目是兗礦集團所有煤化工項目之中盈利能力最好的,過去三年新增利稅9.46億元。在福建聯合石化項目中IGCC多聯產是成為乙烯項目中一套公用工程裝置,為整個大型石化項目提供氫氣、氮氣和氧氣和大部分超高壓蒸汽及部分電力。
  治理霧霾從央企整合開始:中國石化、電力、煤炭企業間的鏈式整合
  基于我們對中國及全球能源市場變局的認識,我們意識到中國在相當長的一個時期內基礎能源仍將以煤炭為主,但在新技術及生存環境等多重影響因素下,中國迎來煤基多聯產產業的戰略性發展時代,國家應當鼓勵多能源、多資源的融合與協同,盡快促進中國能源消費由一次能源向二次清潔能源升級,利用環境稅、碳排稅等財經手段和杠桿大幅調劑多能源的供需關系,并在體制放開的能源互聯網下,使中國能源消費實現真正的清潔化。
  這其中,面對新技術新產業的投資取舍及資源協同利用的背景下,建議與鼓勵多聯產能源系統企業(煤、油、氣、電、化、熱、材)實現鏈式重組整合,以小代價換時間、少博弈換藍天。由此,我們希望并建議國家鼓勵央企中石油石化企業合并重組電力企業及煤炭企業,盡快形成基地化、大型化、集約化的能源基地,全面升級建立以“煤氣化為核心”的多聯產能源系統,置換現有供電供熱供氣模式,實現中國能源消費由一次能源向二次清潔能源轉化。
  如此之好處是(1)兼顧環保及經濟效益。從國外及國內的經驗看,煤基多聯產與石化、電力系統相結合,有利于克服該技術在單一行業中使用的局限性,能夠大幅提高能源利用效率(單位GDP能耗),大幅減少污染排放。(2)回歸市場化競爭。石化+電力+煤炭的央企整合并非是合并同類項的同行業寡頭壟斷整個行業,而是在中國形成多家超級能源集團,相互間有序合理競爭,解決現在出現的跨行業投資巨虧與各行惡意競爭現象,實現能源與資源利用的最大化,最終造福于國民,并能在市場化的競爭下繼續降低能源供給成本,為國民經濟持續提供有國際競爭力的能源價格。(3)有利于新型能源系統裝備與技術的發展。隨著近些年煤化工項目的發展,世界上各種先進的氣化技術在我國遍地開花,經過各種實踐,我國已基本掌握各類先進氣化爐的制造、運行、維護技術。多聯產能源系統的建設發展,必將推動中國各類能源裝備與技術的戰略性升級,使我國成為新型能源系統技術領先國家。成為繼高鐵、核電之后又一現代化技術王牌,可向“一帶一路”國家輸出能源技術,開發當地能源,保障我國能源安全。
  基于多方面考慮,我們認為當前國家推動央企整合路線中,可關注與研究:中國石油、中國華能、中煤能源三家央企進行合并重組,中石化、大唐發電、中國神華進行合并重組,同時也鼓勵和推動地方電力企業煤炭企業石化企業進行聯合重組真正實現跨地域、跨行業、跨所有制的能源企業大重組,形成真正具有國際化市場公平競爭效率的世界能源巨頭,在能源互聯網的推動下真正實現中國能源清潔化戰略,實現全疆域的“中國藍”。

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