【正文】 國外在發(fā)展超臨界和超超臨界發(fā)電技術(shù)方面已經(jīng)走過了近半個世紀(jì)的歷程，積累了很多成功和失敗的經(jīng)驗。 14 二、 我國發(fā)展超超臨界發(fā)電技術(shù)的必要性 1. 我國電力工業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r 1) 電力工業(yè)的整體現(xiàn)狀 電力工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，電氣化程度是衡量一個國家現(xiàn)代化水平的一個重要標(biāo)志。 在“九五”期間，我國的電力工業(yè)取得了顯著的成就，發(fā)電裝機(jī)容量年均增長 8%，到 2020 年底，全國發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到 31932萬千瓦，全年發(fā)電量達(dá)到 13685 億千瓦時，其中火力發(fā)電占總發(fā)電量的 80%左右。 2020年全國裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)到 億千瓦，全年發(fā)電量達(dá)到 19052 億千瓦時，其中火電占 %，核電占 %，水電占 %。據(jù)預(yù)測，在“十一五”期間，全國用電需求量的年平均增長速度在 6%以上，電力建設(shè)和電力生產(chǎn)形勢依然嚴(yán)峻，電力工業(yè)所面臨的任務(wù)十分艱巨?！熬盼濉逼陂g，全國火電廠基本實(shí)現(xiàn)了煙塵和廢水達(dá)標(biāo)排放。但隨著國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，裝機(jī)容量不斷增長，以及國家新環(huán)保法規(guī)的頒布，我國電力工業(yè)，尤其是燃煤機(jī)組的環(huán)境保護(hù)現(xiàn)狀不容樂觀，并已成為制約電力工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一項主要因素。我國在火電技術(shù)方面，通過多年的技術(shù)創(chuàng)新和優(yōu)化，已經(jīng)全面掌握了 300MW、 600MW 亞臨界機(jī)組的設(shè)計和制造技術(shù)，技術(shù)水平和制造質(zhì)量已經(jīng)接近或達(dá)到發(fā)達(dá)國家水平。 通過多年的努力，我國燃煤發(fā)電機(jī)組在污染控制方面也 有了長足的進(jìn)步，但是還未從根本上得到有效控制。 SO2的排放主要依靠高煙囪排放、限制燃煤含硫量、關(guān)停老機(jī)組和小機(jī)組，以及采用煙氣脫硫技術(shù)等措施加以控制。對電廠排放的灰渣進(jìn)行綜合利用也已經(jīng) 取得了明顯的成績。 我國的能源結(jié)構(gòu)決定了我國以煤為主的能源格局，而提高燃煤機(jī)組的效率、降低污染物排放是燃煤發(fā)電技術(shù)的長期任務(wù)，更是當(dāng)前我國火電機(jī)組升級換代的重要目標(biāo)。新一代的發(fā)電設(shè)備應(yīng)該具有可靠、大型、高效、清潔、投資低等特點(diǎn)，能夠代替現(xiàn)有的 300MW、 600MW 亞臨界機(jī)組，成為裝備電力工業(yè)的主流機(jī)型。 目前國際上發(fā)達(dá)國家火電機(jī)組的參數(shù)在超臨界的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高，已經(jīng)進(jìn)入了超超臨界的范圍，而且機(jī)組的容量也在不斷增加，機(jī)組的熱效率比超臨界機(jī)組提高了 1～ 4 個百分點(diǎn)，同時機(jī)組的可用率、可靠性以及機(jī)組壽命等方面已經(jīng)可以與亞臨界機(jī)組相媲美。例如日本超超臨界機(jī)組的排放指標(biāo)可以達(dá)到 SO2≤ 70mg/Nm3 ，NOx≤ 30mg/Nm3 ，粉塵 ≤ 5mg/Nm3。 2. 我國電力工業(yè)目前存在的主要問題 1) 電力工業(yè)的主要問題 我國的電力工業(yè)經(jīng)過多年的努力和建設(shè)，已經(jīng)具備了相當(dāng)?shù)囊?guī)模和實(shí)力，但是目前來看，仍然滯后于快速發(fā)展的國民經(jīng)濟(jì)，不能很好地滿足生產(chǎn)生活的需要，成為抑制國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的“瓶頸”。據(jù)預(yù)測，我國未來 30 年里的用電需求年平均增長不低于 5%，用電需求與供電能力之間的矛盾將日益凸顯。盡管煤炭在一次能源消費(fèi)中所占的比例逐年下降，但是發(fā)電用煤的總量有所上升，這一客觀現(xiàn)實(shí)在今后很長一段時間內(nèi)還將繼續(xù)保持。但是由于我國工業(yè)布局和交通條件等原因，西藏、云南等省區(qū)將有部分水能資源無法開發(fā)，其它一些省區(qū)的水資源 開發(fā)利用率也很低，目前我國已經(jīng)利用的水能資源還不到可開發(fā)總量的 20%。 另外，我國電力發(fā)展水平和電氣化程度仍然很低。供電煤耗、線損率分別比先進(jìn)國家高 60 克左右和 2～ 3 個百分點(diǎn)。全國還有 574 萬戶家庭沒 有用上電，電力工業(yè)任重而道遠(yuǎn)。 2020 年，電力工業(yè)煙塵排放量為 270 萬噸， SO2 排放量約為 820 萬噸， NOx 排放量約為 520萬噸，煙塵和 SO2 的排放開始呈負(fù)增長趨勢，但是 NOx 的排放量卻大大增加，亟待采取有效的污染控制技術(shù)。但是，火電技術(shù)目前所存在的主要問題還很多，主要表現(xiàn)在： ? 大機(jī)組的比重過小 全國目前 100MW 級以下的機(jī)組所占比例超過火電機(jī)組總?cè)萘康?20%，這些機(jī)組的煤耗高、效率低、污染嚴(yán)重，在環(huán)境和節(jié)能問題上矛盾突出。在 2億多千瓦的在役火電機(jī)組中，絕大多數(shù)是亞臨界和超高壓機(jī)組，超臨界機(jī)組鳳毛麟角，僅占到 3%左右，其中大部分是從俄羅斯進(jìn)口的設(shè)備， 運(yùn)行狀況和性能水平都比較低。目前我國的主力機(jī)組為超高壓和亞臨界參數(shù)，機(jī)組的供電煤耗分別為 360g/kWh 和 324g/kWh，低于發(fā)達(dá)國家普遍采用的超臨界和超超臨界機(jī)組的 256～ 300g/kWh 的水平。 ? 電源調(diào)峰能力不足 由于火電機(jī)組的品種比較單一，尤其是燃煤的國產(chǎn)大機(jī)組都是按照基本負(fù)荷設(shè)計的，因此機(jī)組的調(diào)峰性能較差，給電 網(wǎng)的調(diào)峰造成很大的困難。 ? 潔凈煤發(fā)電技術(shù)應(yīng)用比例過低 18 國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展使得環(huán)保要求越來越嚴(yán)格，大部分燃煤火電機(jī)組還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到要求。 IGCC 和PFBCCC 等先進(jìn)的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)應(yīng)用更少，尚未形成商業(yè)應(yīng)用的規(guī)模。 ? 火電機(jī) 組的環(huán)境現(xiàn)狀不容樂觀 我國燃煤火電機(jī)組的 SO2 治理起步較晚， SO2污染問題日益突出，大部分電廠難以達(dá)到總量控制要求。另外，有相當(dāng)一部分火電機(jī)組所裝設(shè)的除塵設(shè)備因運(yùn)行問題，難以達(dá)到設(shè)計效率而致粉塵排放超標(biāo)。低 NOx 燃燒技術(shù)一般只能達(dá)到 40%左右的脫硝效率，隨著我國燃煤機(jī)組的 大幅度增加，電力行業(yè) NOx 排放總量將成比例增長，如果不采取有效措施，在未來 5～ 10 年內(nèi)， NOx 排放總量可能超過 SO2 成為電力行業(yè)第一大酸性氣體污染物。它們在電力工業(yè)中占有的份額和地位，在很大程度上取決于機(jī)組效率、環(huán)保性能、設(shè)備可靠性及技術(shù)經(jīng)濟(jì)性等。 表 21 幾種潔凈煤發(fā)電方式在現(xiàn)階段的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較 19 潔凈煤發(fā)電 技術(shù) 效率 容量 (MW) 環(huán)保性能 可靠性 技術(shù)成熟程度 設(shè)備投資 /電價 業(yè)績 超超臨界 43～47% 1000 較優(yōu) 最高 成熟 中等 /中等 批量化 循環(huán)流化床（ CFBC） 38～40% 300 一般 中等 基本 成熟 較低 /較高 初步可批量化 增壓流化床 聯(lián)合循環(huán)（ PFBCCC） 41～42% 360 一般 低 尚待 成熟 次高 /較高 大容量僅一臺 整體煤氣化 聯(lián)合循環(huán)（ IGCC） 43～45% 300 優(yōu) 低 尚待 成熟 最高 /最高 示范階段，少量商業(yè)運(yùn)行 數(shù)據(jù)來源：國家“十五” 863 計劃“超超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)”子課題 1“超超臨界發(fā)電機(jī)組技術(shù)選型研究”驗收報告之技術(shù)報告 從表 21 中的比較可以看出： ? 效率 超超臨界發(fā)電技術(shù)和 IGCC 的效率相當(dāng)，均超過 43%； IGCC的效率高于 PFBC。 20 ? 環(huán)保性能 燃煤發(fā)電技術(shù)中， IGCC 是在燃燒前完成凈化，解決了 SO2 和NOx 等的排放問題，目前來看具有最佳的環(huán)保性能。超超臨界發(fā)電技術(shù)則是通過達(dá)到更高的發(fā)電效率和采用高效煙氣脫硫、脫硝和除塵技術(shù)來降低污染物排放量，其環(huán)保性能要優(yōu)于CFBC 及 PFBCCC，接近 IGCC 的水平。 ? 技術(shù)成熟度 相比較而言，超超臨界發(fā)電技術(shù)具有很好的技術(shù)繼承性，技術(shù)相對成熟。 ? 設(shè)備投資 /電價 IGCC 和 PFBCCC 的設(shè)備投資和電價都處于較高的水平。 ? 業(yè)績 超超臨界機(jī)組已經(jīng)批量化、大規(guī)模的在電力工業(yè)中應(yīng)用。 PFBCCC 的業(yè)績極少。 在上述潔凈煤發(fā)電技術(shù)中，循環(huán)流化床發(fā)電技術(shù)在可靠性方面尚有待進(jìn)一步完善，在容量方面有待大容量化。超超臨界機(jī)組在潔凈煤技術(shù)的發(fā)展歷史最長，最具有技術(shù)繼承性，技術(shù)相對成熟，超超臨界與煙氣污染控制技術(shù)結(jié)合將是未來十年至二十年潔凈煤發(fā)電技術(shù)的主流技術(shù)，預(yù)計未來在火電市場的份額可達(dá)到 70%以上。目前我國采用潔凈煤技術(shù)的機(jī)組比例相當(dāng)?shù)?；國?nèi)小容量的循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計和制造技術(shù)已經(jīng)基本成熟，但是面臨著大型化的 問題。目前超超臨界機(jī)組在國內(nèi)開始建設(shè)的 600MW、 1000MW 等級的總裝機(jī)容量已超過 10000MW。為了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，大力發(fā)展?jié)崈裘喊l(fā)電技術(shù)是我國火力發(fā)電行業(yè)的必由之路。 90 年代，國內(nèi)的大型鍋爐制造企業(yè)開始了循環(huán)流化床鍋爐的大型化 工作。目前，國家通過從國外采購設(shè)備和技貿(mào)結(jié)合引進(jìn)技術(shù)的方式，正在籌建四川白馬電廠的 300MW 循環(huán)流化床示范電站。 ? 整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù) 整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（ IGCC）發(fā)電是目前世界上最先進(jìn)、效率最高的燃煤發(fā)電方式之一。目前 IGCC 發(fā)電成本較高，國外也處在示范階段。目前我國利用 IGCC 發(fā)電技術(shù)的項目尚處于起步階段?？偟膩碚f， PFBCCC 發(fā)電技術(shù)在我國剛剛起步，有待進(jìn)一步的研究和完善工作。從原蘇聯(lián)進(jìn)口，安 裝在南京熱電廠的 2 300 MW 機(jī)組、安裝在營口電廠的 2 300MW 機(jī)組、安裝在盤山電廠的 2 500MW 機(jī)組、安裝在伊敏電廠 2 500MW 機(jī)組和安裝在后石電廠從日本三菱進(jìn)口的 2 600MW 的超臨界機(jī)組都先后順利投運(yùn)。目前國內(nèi)企業(yè)已經(jīng)基本具備了 600MW 及以上容量、參數(shù)為 24MPa， 566/566℃ 超臨界機(jī)組自行制造的能力。 鑒于我國電力市場的多樣化需求，超超臨界發(fā)電技術(shù)、整體燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)、循環(huán)流化床發(fā)電技術(shù)等潔凈煤發(fā)電技術(shù)都會占有自己的一席之地。 4. 發(fā)展超超臨界發(fā)電技術(shù)是我國潔凈煤發(fā)電技術(shù)的必然選擇 在世界范圍內(nèi)統(tǒng)計， 70%以上的電能是通過化石燃料的燃燒而產(chǎn)生 的，在我國這個比例更高，大約為 82%，其中燃煤發(fā)電占絕大部分，煤炭在 21 世紀(jì)仍是我國的主要能源。 超超臨界發(fā)電技術(shù)在諸多潔凈煤發(fā)電技術(shù)中最具有技術(shù)繼承性；技術(shù)難點(diǎn)較少；最有條件在短時間內(nèi)實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，優(yōu)化我國火電裝機(jī)結(jié)構(gòu)；使我國的電力技術(shù)再上一個新的臺階。從能源資源、環(huán)境、發(fā)電技術(shù)和可持續(xù)發(fā)展的角度綜合分析，超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組將成為我國電力工業(yè)的主力機(jī)組。為了使我國電力工業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，在選擇潔凈煤發(fā)電技術(shù)時，必須考慮到技術(shù)的成熟度，因此最現(xiàn)實(shí)、最可行的途徑就是加快建設(shè)超超臨界機(jī)組。超超臨界機(jī)組單機(jī)容量大，是解決我國電網(wǎng)電量的重要手段，這方面其它幾種潔凈煤發(fā)電技術(shù)還無法與之比擬。因此，從效率上看，超超臨界發(fā)電技術(shù)也是我國電力工業(yè)很好的選擇。隨著參數(shù)和容量的增加，超超臨界機(jī)組的供電煤耗還會進(jìn)一步降低?？梢钥闯?， 選擇超超臨界機(jī)組作為我國火電的主力機(jī)組將使我國的供電煤耗率大幅度降低。由此可以看出，超超臨界在投資方面也有較大 的優(yōu)勢。 01000202030004000500060007000元/千瓦超超臨界（600MW+FGC+SNCR)CFB (300MW)PFBC (P200)IGCC (485MW) 圖 22 幾種潔凈煤發(fā)電技術(shù)千瓦造價比較 數(shù)據(jù)來源：火電結(jié)構(gòu)優(yōu)化和技術(shù)升級研究，中國電力工程顧問（集團(tuán)）有限公司 6) 上網(wǎng)電價低 在基本實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化之后，超超臨界機(jī)組的上網(wǎng)電價為 元/MWh，而 CFB、 IGCC 和 PFBC 機(jī)組的上網(wǎng)電價分別為 元/MWh、 元 /MWh、 元 /MWh(此項為 2020 年的上網(wǎng)電價 )。比 較結(jié)果如圖 23 所示。而超超臨界和 CFB 相對來說，較易于實(shí)現(xiàn)高的國產(chǎn)化率，這樣會降低建設(shè)電廠的投資，并且超超臨界在國產(chǎn)化的同時更容易實(shí)現(xiàn)大型化。另外由于超超臨界機(jī)組效率高和規(guī)?；瘧?yīng)用，可以大幅度減排 CO2。 提高煤炭利用效率，減少用煤總量，應(yīng)該作為我國的一項重大發(fā)展戰(zhàn)略和技術(shù)政策。配以煙氣凈化技術(shù)的超超臨界機(jī)組在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上有顯著的優(yōu)點(diǎn)，是高效、低污染的潔凈煤發(fā)電技術(shù)。因此，發(fā)展超超臨界發(fā)電技術(shù)符合我國能源產(chǎn)業(yè)政策，超超臨界發(fā)電技術(shù)是我國目前最有條件發(fā)展的一項潔凈煤發(fā)電技術(shù)。作為我國主要一次能源的煤炭主要分布在內(nèi)蒙、山西、貴州、四川等內(nèi)陸省市地區(qū)，因此火力發(fā)電廠也大多建設(shè)在靠近這些煤 礦的地方。但是這些地區(qū)的能源和礦產(chǎn)資源比較匱乏，缺少足夠的清潔高效的電源，依靠外省市電源的遠(yuǎn)距離輸電已經(jīng)無法滿足用電需求?？偟膩碚f，電源分布與電量需求之間的矛盾十分顯著。煤價越高的地區(qū)，超超臨界機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性越能充分的顯現(xiàn)出來。 另外，沿海發(fā)達(dá)地區(qū)由于經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對電量的需求不斷增加，近兩年電力供應(yīng)緊張的矛盾突出，各地頻頻出現(xiàn)停電、限電現(xiàn)象。由于沿海發(fā)達(dá)地區(qū)負(fù)荷相對集中，所以環(huán)保容量較 27 低，采用超超臨界發(fā)電技術(shù)，既可以有效地解決電量需求問題，又能夠有效的解決環(huán)保問題。 在沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)推廣超超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)的同時，其它地區(qū)依據(jù)國家產(chǎn)業(yè)政策和在經(jīng)濟(jì)可行的情況下，盡量采用超臨界和超超臨界發(fā)電技術(shù)， 降低我國總體煤炭消耗，減輕環(huán)境壓力。表 22 列出了采用超超臨界機(jī)組后的節(jié)煤量預(yù)測。假設(shè)“十一五”期間燃煤電廠裝機(jī)中有 75％為超超臨界機(jī)組，則每年可節(jié)約標(biāo)煤 912 萬噸。由于超超臨界發(fā)電技術(shù)相對成熟，而且對于我國的現(xiàn)有制造業(yè)來說，易于實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。反過來，能源的節(jié)約與環(huán)境質(zhì)量的改善，又會促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)