長(cháng)期以來(lái)，燃煤發(fā)電為我國的節能減排事業(yè)做出了重大貢獻?；谖覈娏I(yè)和能源結構的發(fā)展狀況，制定燃煤發(fā)電工業(yè)節能減排的中長(cháng)期發(fā)展戰略規劃意義重大。為此，中國工程院和國家自然科學(xué)基金委員會(huì )聯(lián)合資助了“中國燃煤發(fā)電機組節能減排戰略研究”項目。該項目由清華大學(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(zhuān)家學(xué)者參加。項目通過(guò)對國內主要發(fā)電集團20余家燃煤電站的現場(chǎng)調研、40余次跨專(zhuān)業(yè)技術(shù)研討，結合文獻分析、理論研究、電話(huà)咨詢(xún)等多種方式，對中國燃煤發(fā)電所涉及的節能、減排和智能電站等三個(gè)方面開(kāi)展了深入研究和系統論證，取得一系列重要認識。在此基礎上，進(jìn)一步研討凝練，形成本建議。
（一）我國燃煤發(fā)電節能減排工作取得顯著(zhù)成效
在過(guò)去相當長(cháng)的時(shí)期內，中國燃煤發(fā)電的能耗水平一直落后于發(fā)達國家。隨著(zhù)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下降。2017年，全國火電機組的平均供電煤耗已達到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。當前，我國先進(jìn)燃煤發(fā)電機組的供電煤耗已經(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(kāi)始全面實(shí)施污染物排放控制以來(lái)，國家排放標準歷經(jīng)數次修改，排放標準越來(lái)越嚴，當前超低排放要求SO2和NOX和煙塵的排放限制分別為35、50、10mg/Nm3，為歷史排放標準最高、世界最嚴的中國標準。燃煤發(fā)電污染物排放績(jì)效持續下降，污染物排放量近幾年在裝機容量持續增長(cháng)的情況下實(shí)現大幅下降。2015年燃煤發(fā)電行業(yè)的SO2和NOX的排放量分別降低至200和180萬(wàn)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)電節能減排仍有巨大的潛力
1）節能潛力分析
通過(guò)系統分析過(guò)去近七十年來(lái)燃煤發(fā)電工業(yè)的發(fā)展歷程，得到燃煤電站節能降耗的主要原因包括發(fā)展高參數大容量先進(jìn)機組、淘汰落后產(chǎn)能、優(yōu)化電源結構、采用先進(jìn)節能技術(shù)、提升經(jīng)營(yíng)管理水平等重要結論。進(jìn)一步通過(guò)理論研究，建立了燃煤電站能源轉化的熱量/?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/節能潛力的物理分布情況。
通過(guò)對發(fā)展高參數大容量先進(jìn)燃煤機組的影響研究發(fā)現，2006-2015期間新增裝機對全國火電機組平均供電煤耗下降的貢獻累計達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，更高參數機組的發(fā)展難以推進(jìn)。
通過(guò)對淘汰落后產(chǎn)能的影響研究，得到2006-2015期間，淘汰中小高能耗機組對全國火電機組平均供電煤耗下降的影響累計達到27g/kWh，比新增裝機的影響還大。若全面關(guān)停200MW及以下等級小機組，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、數量多、分散廣、涉及行業(yè)寬，且大部分屬于自備電廠(chǎng)，關(guān)停需下大力氣才行。
通過(guò)對燃煤電站節能潛力的分析研究，發(fā)現分級預熱提高熱風(fēng)溫度、優(yōu)化汽輪機通流結構、強化空冷冷端傳熱、缸體高低位布置等節能措施，可相應降低供電煤耗5-10、4-8、2-4和2-3g/kWh。
通過(guò)對燃煤電站能量損失的系統分析，發(fā)現熱電聯(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)裝機已達到5.5億千瓦，約占火電裝機的一半，年節約標準煤約4000萬(wàn)噸，對全國火電機組平均供電煤耗下降的貢獻約9g/kWh。若采用節能型熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行改造，還可節約標煤1800萬(wàn)噸，相應降低全國火電機組平均供電煤耗4g/kWh左右。
基于以上分析，當前燃煤發(fā)電領(lǐng)域節能降耗方面至少還有25-30g/kWh的發(fā)展空間。若未來(lái)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)電機組的供電煤耗可比當前最先進(jìn)的600℃等級燃煤發(fā)電機組供電煤耗下降約15-20g/kWh。
2）減排潛力分析
根據國內不同工業(yè)排放的對比，燃煤發(fā)電曾在過(guò)去相當長(cháng)時(shí)間內是SO2和NOX的排放大戶(hù)。隨著(zhù)電力行業(yè)近年來(lái)的不懈努力以及超低排放標準的逐步實(shí)施，燃煤發(fā)電的SO2和NOX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)域因排放標準依然較低，已成為我國SO2和NOX和煙塵排放的主要源頭，應協(xié)同制定嚴格的排放標準，重點(diǎn)治理。根據估算，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)相同的超低排放標準，則每年可分別降低SO2、NOX和煙塵的排放約750、770、800萬(wàn)噸左右。
3）可再生能源電力消納潛力分析
隨著(zhù)可再生能源發(fā)電的快速增長(cháng)，以燃煤發(fā)電為基礎的電網(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峰和靈活性改造的壓力。而當前約5.5億千瓦裝機的熱電聯(lián)產(chǎn)機組主要采取以熱定電的方式運行，調峰能力受限。本項目基于系統研究，提出了熱電聯(lián)產(chǎn)機組加裝大旁路，實(shí)現熱電解耦的技術(shù)路線(xiàn)，可使熱電聯(lián)產(chǎn)機組全負荷調峰。若全面推廣，可釋放3-4億千瓦的調峰能力，大幅提高對可再生能源電量的消納能力。按年調峰500小時(shí)計，可年節約標準煤4000萬(wàn)噸以上。相當于降低供電煤耗9g/kWh，相應降低燃煤發(fā)電行業(yè)污染物排放約總量的3%左右。
4）電站運行管理潛力分析
由于燃煤電站的節能和減排受運行管理影響較大，本項目進(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（MIS）、廠(chǎng)級監控系統（SIS）等基礎上，利用燃煤電站故障監測技術(shù)、數字電站、大數據、云計算、在線(xiàn)優(yōu)化等先進(jìn)技術(shù)，提出了未來(lái)燃煤電站智能化的發(fā)展構想與實(shí)施框架，可望實(shí)現燃煤電站的實(shí)時(shí)優(yōu)化、主動(dòng)決策、自主維護與檢修，以及基于智能電站的智能化設備管理服務(wù)和多源生產(chǎn)協(xié)作。
（三）建議
1）動(dòng)態(tài)對標淘汰落后產(chǎn)能，推動(dòng)燃煤裝機產(chǎn)業(yè)升級
采用供電煤耗差額動(dòng)態(tài)對標淘汰落后產(chǎn)能。即以當前國內先進(jìn)燃煤發(fā)電機組的供電煤耗為基準，對于服役年限還剩10年以下的機組，若供電煤耗高于對標煤耗40g/kWh，則建議淘汰；對于服役6年限還剩10-20年的機組，若供電煤耗高于對標煤耗50g/kWh，則建議淘汰。深度調峰機組在常規機組的對標差額基礎上增加10g/kWh。
2）加強基礎和應用研究，推進(jìn)燃煤發(fā)電技術(shù)發(fā)展
建議重點(diǎn)研發(fā)空氣分級預熱技術(shù)，推進(jìn)熱電聯(lián)產(chǎn)，開(kāi)展大旁路供熱機組示范，深入研發(fā)燃燒、熱力系統等過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性，推動(dòng)控制、信息技術(shù)的標準化以促進(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，實(shí)現燃煤電站的深度節能減排。
3）優(yōu)化電源結構，鼓勵電量交易，促進(jìn)新能源電量消納
建議大力發(fā)展調峰機組，優(yōu)化電源結構。并建立電量自主交易平臺，建立、健全不同電源結構之間的電量代發(fā)機制，鼓勵特定區域內（如區域電網(wǎng)）不同電源結構之間的電量實(shí)時(shí)、自主交易。通過(guò)市場(chǎng)機制高效、健康地挖掘燃煤發(fā)電機組，特別是供熱機組的深度調峰能力，以解決新能源的消納問(wèn)題。
4）鼓勵排放交易，實(shí)現污染物排放的全面控制
建議參照煤電排放標準，根據熱力、鋼鐵、水泥等行業(yè)的特點(diǎn)逐步制定嚴格的污染物排放標準。利用煤電與其它行業(yè)排放標準的差異，建立污染物排放交易市場(chǎng)機制，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)現全社會(huì )的節能減排。
四川省造紙行業(yè)協(xié)會(huì )
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