煤清潔利用：中國(guó)式低碳的關(guān)鍵
中國(guó)是煤炭大國(guó)——75%的發(fā)電裝機(jī)是來(lái)自火力發(fā)電，80%的電量來(lái)自火電，80%以上的二氧化碳排放來(lái)自煤炭燃燒；作為一種高碳能源，煤的含碳量達(dá)到80%以上；未來(lái)二三十年之內(nèi)，中國(guó)對(duì)煤的依賴度很難降到50%以下。
在這樣的一組數(shù)字之下談中國(guó)式低碳，似乎有些沉重。
能源專家、中國(guó)工程院院士倪維斗在接受《科學(xué)時(shí)報(bào)》記者采訪時(shí)開(kāi)門(mén)見(jiàn)山：“發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)，但我們面對(duì)的是高碳能源。”
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中國(guó)的低碳經(jīng)濟(jì)該走什么道路？
倪維斗指出，在未來(lái)二三十年之內(nèi)化石能源作為我國(guó)主要能源的地位不可撼動(dòng)，其中煤是主導(dǎo)，“所以未來(lái)一段時(shí)間之內(nèi)煤的低碳利用就是低碳能源的核心問(wèn)題。如果不在煤的清潔利用上做文章，其他一切只能是空談，低碳只是一句口號(hào)”。
煤的清潔利用是一種新能源
“社會(huì)節(jié)能、總量控制、發(fā)展可再生能源都是實(shí)現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)的道路，但最后必須要落實(shí)到煤的清潔利用上。”根據(jù)倪維斗的劃分，煤的清潔利用也屬于清潔能源。
他認(rèn)為，新能源的概念因時(shí)因地而不同，各國(guó)國(guó)情不同，不能一概而論。比如在法國(guó)核能發(fā)展了很多年，稱不上新能源。而太陽(yáng)能、風(fēng)能古人也在幾千年前就已利用了。
倪維斗表示，能源的來(lái)源、轉(zhuǎn)化過(guò)程、輸運(yùn)過(guò)程、終端利用過(guò)程這4個(gè)環(huán)節(jié)都屬于能源問(wèn)題，清潔不清潔要看全生命周期。這4個(gè)環(huán)節(jié)中一個(gè)或幾個(gè)有較大的變化，能夠減少二氧化碳排放、提高效率就能稱之為新能源。因此，可再生能源、煤的清潔利用、天然氣的高效利用都屬于新能源。
“眼睛光看著風(fēng)電不行。”倪維斗說(shuō)，風(fēng)能雖然來(lái)自風(fēng)，但也存在轉(zhuǎn)化和輸運(yùn)的問(wèn)題，在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)對(duì)節(jié)能減排貢獻(xiàn)不會(huì)太大。他認(rèn)為，新能源的主要力量除了發(fā)展可再生能源之外，煤的科學(xué)、合理、高效、低污染利用應(yīng)作為重點(diǎn)，尤其對(duì)于中國(guó)這樣一個(gè)煤炭大國(guó)。
提高燃煤發(fā)電效率尚有潛力
煤對(duì)我國(guó)的戰(zhàn)略安全來(lái)說(shuō)尤其重要，起了頂梁柱的作用。“煤保證了什么都有了，煤出了毛病問(wèn)題就大了。”倪維斗說(shuō)。目前我國(guó)有兩大問(wèn)題需要重視，一是煤的清潔利用，二是天然氣的高效利用。其中煤的清潔利用尤為重要。
目前，我國(guó)80%以上的發(fā)電量來(lái)自火電。根據(jù)國(guó)際能源組織IEA2007年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，我國(guó)燃煤排放二氧化碳51.4億噸。在我國(guó)，每發(fā)一度電要排二氧化碳0.8~0.9公斤，如果每度電的耗煤量降低1克，全國(guó)一年就能減少二氧化碳排放750萬(wàn)噸。最近幾年，我國(guó)依靠提高燃煤發(fā)電效率每年都能減排二氧化碳幾千萬(wàn)噸。
專家指出，根據(jù)我國(guó)的戰(zhàn)略規(guī)劃，到2020年，風(fēng)電、光伏、光熱、生物質(zhì)能源等可再生能源的減排占總減排量的12%左右，而提高燃煤發(fā)電效率能實(shí)現(xiàn)15%的減排。
據(jù)悉，目前提高燃煤發(fā)電率的主要方法是提高參數(shù)。如亞臨界的發(fā)電效率在38%左右，而我國(guó)目前的超臨界能達(dá)到44%。在歐洲，最先進(jìn)的技術(shù)能把發(fā)電效率提高到50%。倪維斗表示，經(jīng)過(guò)科學(xué)研究把溫度和壓力再提高，優(yōu)化運(yùn)行，中國(guó)的燃煤發(fā)電率還有潛力可挖。
最近幾年我國(guó)實(shí)行“上大壓小”的政策，2009年全國(guó)平均煤耗達(dá)到342克標(biāo)準(zhǔn)煤/度電，已經(jīng)低于美國(guó)350克/度電的標(biāo)準(zhǔn)。而華能、大唐等大型企業(yè)甚至已經(jīng)降低到320多克/度電。
根據(jù)有關(guān)規(guī)劃，2020年我國(guó)的平均燃煤?jiǎn)挝荒芎挠?jì)劃降低到320克/度電。清華大學(xué)熱能工程系教授姚強(qiáng)認(rèn)為：“這是幾年前的規(guī)劃，現(xiàn)在我認(rèn)為能夠努力爭(zhēng)取達(dá)到300克/度電左右。”
多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)綜合效率高
整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC）加上多聯(lián)產(chǎn)，被認(rèn)為是目前最具發(fā)展前景的清潔煤技術(shù)，它在燃燒前先去除煙氣中的污染物，常規(guī)污染少，效率高，有利于綜合利用煤炭資源，能同時(shí)生產(chǎn)甲醇、尿素等化工產(chǎn)品等等。
而煤作為一種多元素的能源，很多專家都認(rèn)為將其一股腦燒掉相當(dāng)可惜。倪維斗就提出把發(fā)電和化工結(jié)合起來(lái)，發(fā)展以氣化為基礎(chǔ)的IGCC多聯(lián)產(chǎn)，對(duì)煤加以綜合利用。
多聯(lián)產(chǎn)的原理很簡(jiǎn)單，將煤氣化后先通過(guò)一個(gè)反應(yīng)器做化工產(chǎn)品，剩下尾氣再去燃燒發(fā)電。多聯(lián)產(chǎn)相當(dāng)于把化工和發(fā)電兩個(gè)過(guò)程耦合起來(lái)，能量利用效率可以提高10%~15%，同時(shí)，化工產(chǎn)品增值量比較大，并且能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)峰。據(jù)悉，煤的氣化系統(tǒng)很貴，如果能實(shí)現(xiàn)化工和發(fā)電相互調(diào)整，氣化系統(tǒng)就能始終穩(wěn)定運(yùn)行，降低發(fā)電成本。
多聯(lián)產(chǎn)的概念被很多國(guó)內(nèi)外專家所認(rèn)可。而對(duì)于中國(guó)這樣的煤炭大國(guó)，其意義尤為特殊。最近幾年，倪維斗一直在四處呼吁發(fā)展IGCC多聯(lián)產(chǎn)。但多聯(lián)產(chǎn)的基礎(chǔ)——IGCC電廠卻始終沒(méi)有大規(guī)模地發(fā)展起來(lái)。據(jù)記者了解，我國(guó)在上世紀(jì)70年代末和90年代末曾確定過(guò)兩個(gè)IGCC示范項(xiàng)目，但最終都無(wú)疾而終。
國(guó)際上，美國(guó)還只有IGCC和制氫的聯(lián)產(chǎn)，真正用煤制化工產(chǎn)品，并且實(shí)現(xiàn)IGCC發(fā)電的，山東兗礦集團(tuán)算全球第一個(gè)。據(jù)悉，該裝置是一臺(tái)小規(guī)模的多聯(lián)產(chǎn)示范裝置，以甲醇為主發(fā)電為輔——20萬(wàn)噸甲醇輔以8萬(wàn)千瓦的發(fā)電，已經(jīng)穩(wěn)定運(yùn)行了3年，經(jīng)濟(jì)性和二氧化碳減排效果都很好，目前正在準(zhǔn)備發(fā)展第二代裝置，進(jìn)一步提高效率。
倪維斗指出，目前發(fā)展IGCC多聯(lián)產(chǎn)的阻力主要來(lái)自兩個(gè)方面，一是發(fā)電和化工行業(yè)結(jié)合思想阻力較大。他表示，實(shí)際上中國(guó)五大電力公司現(xiàn)在也在做化工產(chǎn)品，只不過(guò)是分開(kāi)做，資源匹配程度低。
另外，國(guó)家能源局對(duì)IGCC持過(guò)度謹(jǐn)慎態(tài)度，目前為止只批了一個(gè)示范電廠。2009年7月，我國(guó)首座自主設(shè)計(jì)、制造并建設(shè)的IGCC電站——華能天津IGCC電站示范工程在天津開(kāi)工，計(jì)劃建設(shè)1臺(tái)25萬(wàn)千瓦級(jí)發(fā)電機(jī)組。
倪維斗表示，單純用于發(fā)電的IGCC電廠的主要問(wèn)題是基礎(chǔ)投資較貴，是一般的超臨界電廠的1.5倍以上，可能要達(dá)到每千瓦上萬(wàn)元人民幣。然而，雖然投資比較高，但是很多電力公司都有積極性，并且多聯(lián)產(chǎn)是降低IGCC成本的方式之一。在技術(shù)層面，大部分技術(shù)都能實(shí)現(xiàn)自主化。“燃?xì)廨啓C(jī)的核心技術(shù)我們正在攻關(guān)，總歸是要國(guó)產(chǎn)化的。IGCC和多聯(lián)產(chǎn)為什么不開(kāi)展示范呢？”倪維斗不解。
多聯(lián)產(chǎn)更適合中國(guó)國(guó)情
碳捕集與封存（CCS）中二氧化碳的捕捉是最昂貴的環(huán)節(jié)。但在我國(guó)，煤化工中已經(jīng)存在大量容易收集的純二氧化碳，如我國(guó)目前甲醇用量1200萬(wàn)噸，年排放二氧化碳3000萬(wàn)噸。甲醇是一種重要的化工中間體，將來(lái)可以用作燃料，需求量很大，所排放的二氧化碳還將增加。“這些二氧化碳是最容易收集的，基本上已經(jīng)捕獲，但現(xiàn)在都沒(méi)有利用起來(lái)而放空了。”倪維斗說(shuō)。
倪維斗表示，雖然二氧化碳排放總量是幾十億噸的數(shù)量級(jí)，但在未來(lái)，如果加強(qiáng)二氧化碳利用系統(tǒng)的科研工作，發(fā)明新型的二氧化碳化工利用體系和高附加值的產(chǎn)品，將會(huì)增加二氧化碳減排量。
例如，我國(guó)現(xiàn)在的化肥系統(tǒng)40年如一日沒(méi)有變化，主要就是尿素加合成氨，導(dǎo)致田間的過(guò)度施肥成為我國(guó)一大污染源，同時(shí)耗費(fèi)了大量能源。倪維斗指出，如果發(fā)展新的肥料體系，如草酸銨等都含大量的二氧化碳，可以更多地利用二氧化碳。
這樣上游發(fā)電和化工結(jié)合，下游用高附加值的產(chǎn)品利用二氧化碳，便能提高系統(tǒng)的能源利用率和減排二氧化碳。
有人認(rèn)為，到2020年，中國(guó)的工業(yè)化過(guò)程將會(huì)結(jié)束。屆時(shí)，通過(guò)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的調(diào)整就能自然地降低二氧化碳排放量。
對(duì)此，倪維斗認(rèn)為，不管工業(yè)化進(jìn)程何時(shí)結(jié)束，人均用能量總有一個(gè)定值。他指出，目前我國(guó)人均用能為2噸多標(biāo)煤/年，美國(guó)為11噸標(biāo)煤/年，英法德是6噸標(biāo)煤/年。到2020年，我國(guó)的居民生活水平還將大大提高，人均用能量至少會(huì)達(dá)到3噸標(biāo)煤/年，按照15億人口計(jì)算全國(guó)用能量就將達(dá)到45億噸標(biāo)煤。保守估計(jì)2050年至少也要60億噸標(biāo)煤的能量，比現(xiàn)在翻一番，其中煤至少占40%~50%。“這么大量的煤必須考慮如何低碳。”倪維斗說(shuō)，“我們每塊煤都必須在二氧化碳減排上精打細(xì)算。”
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