清潔煤技術為方向 外三豎起煤電能耗的“中國標桿”
穹頂之下，如何突圍?
雖然霧霾的成因尚難有定論，但燃煤無疑成為眾矢之的，而目前關閉煤電廠也似是一個重要的解決出路。但現(xiàn)實總是殘酷的。中國的能源稟賦和國情決定了未來相當長時期內，煤炭作為我國能源支柱的地位不可撼動，因此倘若不在煤的清潔利用上做文章，霧霾治理只是空談。
圖為上海外高橋第三發(fā)電有限責任公司外景圖。
在今年的兩會上，關于推廣清潔能源的議案、建議成為兩會代表、委員特別關注的內容。全國人大代表、天津市工業(yè)和信息化委員會主任李朝興建言發(fā)改委、環(huán)保局制定鼓勵煤炭清潔利用的政策，對國內達到燃氣排放標準的新建燃煤機組耗煤量不納入新增煤炭消耗指標;對改造后達到燃氣排放標準的燃煤機組和鍋爐，其煤炭消費量等同于削減量。
3月6日，工信部與財政部聯(lián)合編制的《工業(yè)領域煤炭清潔高效利用行動計劃》正式發(fā)布，實施期為2015~2020年，主要目標為：到2017年，實現(xiàn)節(jié)約煤炭消耗8000萬噸以上，減少煙塵排放50萬噸、二氧化硫排放60萬噸、氮氧化物排放40萬噸。
事實上，近年來我國大容量火電機組的技術不斷提升，燃煤電廠的污染排放和供電煤耗也都在逐漸下降，而在上海，還誕生了世界上最高效和最清潔的燃煤發(fā)電廠。可見，我國煤炭的清潔高效利用還有很大的空間。
能源革命不是去煤化
據中電聯(lián)數(shù)據，截至2014年底，我國發(fā)電裝機容量達到13.6億千瓦，其中火電裝機容量為9.16億千瓦，占全部裝機容量的67.4%;水電裝機容量達到3億千瓦，占發(fā)電裝機容量的22%，而水電由于枯水期發(fā)電量驟減，其全部發(fā)電量占19.2%;風電裝機容量達到9600萬千瓦，占火電裝機容量的10%左右，而受風電間歇性和棄風率居高不下等影響，其風電發(fā)電量僅為火電總發(fā)電量的3%左右;光伏發(fā)電量僅占火電總發(fā)電量的0.5%。
“核電在建規(guī)模很大，但其所占比重還很小。我國天然氣開采量雖然逐年增加，但2013年進口量為530億立方米，對外依存度約占30%，而且其價格相對較高。”中國電工技術學會名譽理事長周鶴良表示，由于資源稟賦的特點和能源成本的制約，在未來相當長的時期內，煤炭作為主體能源的地位不會有大幅改變。
去年6月，習近平總書記曾強調，面對能源供需格局新變化、國際能源發(fā)展新趨勢，保障國家能源安全，必須推動能源生產和消費革命。按照習近平對能源革命提出的要求，我們必須立足國內多元供應保安全，大力推進煤炭清潔高效利用，著力發(fā)展非煤能源，形成煤、油、氣、核、新能源、可再生能源多輪驅動的能源供應體系等。
“所謂能源革命，并不是要革煤炭的命，更不是要去煤化。”清華大學熱能工程系教授毛健雄告訴記者說，從全世界來看，煤電仍是主力電源。
當前，我國一次能源消費煤炭占65.8%，煤電在煤炭的消費中占比50%左右，而在美國則達到93%。
事實上，煤炭并不是污染的代名詞。通過脫硫脫硝和除塵的環(huán)保處理，以及清潔技術改造、電力科技創(chuàng)新等，煤炭的清潔利用還有很大空間。
近幾年來，大容量、高參數(shù)、高效率、低排放逐漸成為火電設備發(fā)展的主流。我國大容量火電機組的供電煤耗正不斷下降，而通過技術創(chuàng)新，現(xiàn)有的環(huán)保技術也已經可以把煤電做到接近天然氣發(fā)電的排放標準。2014年底，我國6000千瓦及以上電廠供電標準煤耗為318克/千瓦時。特別是，上海外高橋第三發(fā)電有限責任公司(以下簡稱“外三”)的實踐，已經證明了煤電的清潔高效利用可以走出一條節(jié)能減排的可行性道路。
外三豎起煤電能耗的“中國標桿”
記者了解到，早在2008年建成投產時，外三的百萬千瓦超超臨界火電機組，就創(chuàng)造了287克/千瓦時這一全世界最低的時間運行供電煤耗，在全球電力行業(yè)樹立了中國標桿。
此后，在持續(xù)的技術創(chuàng)新推動下，外三不斷刷新紀錄。目前，其綜合排放水平遠優(yōu)于號稱史上最嚴的新版國家標準，甚至優(yōu)于燃氣輪機的排放標準水平。
作為惟一一家“國家煤電節(jié)能減排示范基地”，外三——這家近年來頻頻見諸報端、屢屢被能源局提及、被業(yè)內專家推介、還被外媒評為“世界最高效的燃煤發(fā)電廠”，究竟掌握著怎樣的秘訣?
外三是上海申能公司旗下的股份制發(fā)電企業(yè)，裝有2臺百萬千瓦超超臨界燃煤發(fā)電機組，是中國首批四個國產百萬千瓦火力發(fā)電工程之一，同步建設脫硫，于2008年3月和6月先后建成投產，兩臺機組均配置了脫硝裝備。
以清潔高效利用煤電資源為理念的外三工程建成后，全年年均供電煤耗僅為我國火電廠平均煤耗的82%，這就相當于該電廠18%的發(fā)電量是“零能耗”和“零排放”。
與全國平均水平相比，外三機組投運6年多來，節(jié)約標煤300多萬噸，意味著節(jié)約了2臺1000兆瓦級燃煤機組的全年煤炭消耗量，減排萬余噸的二氧化硫、氮氧化物等。
日前記者在外三實地采訪時，公司大廳實時監(jiān)測的大屏幕顯示8號機組的累計供電煤耗276克/千瓦時，較機組2008年投產時下降了11克/千瓦時——而10克/千瓦時就是煤電行業(yè)一代技術的差距。
外三總經理馮偉忠在接受記者采訪時笑稱，“外三的一些主要指標到了看上去很假的程度，曾經讓一些國內外同行百思不得其解，覺得非常離譜”。
但更讓人吃驚的是來自國外媒體和同行的高度評價。
《華爾街日報》曾報道說，“世界最高效的燃煤發(fā)電廠在上海”。國際能源署清潔煤中心總裁稱外三為“世界上最清潔的電廠”;而西門子火電部首席執(zhí)行官羅蘭費舍爾博士甚至表示，外三新研發(fā)的“高低位分軸布置的汽輪發(fā)電機組技術，是改革高污染發(fā)電行業(yè)為低排放綠色產業(yè)的惟一機遇，是引領世界煤電繼續(xù)發(fā)展的創(chuàng)新技術，如果能實踐到工程中，它將使中國成為世界火力發(fā)電技術的權威”。
節(jié)能就是最大的減排
“節(jié)能就是最大的減排。”馮偉忠不斷向記者強調這一理念。環(huán)保的成本，是不能以犧牲能耗和加大碳排放為代價的。
早在前期工程策劃、電廠設計時，外三就未雨綢繆提出了“節(jié)能就是環(huán)保”的理念，并在投產后持續(xù)研發(fā)了包括超超臨界機組蒸汽氧化及固體顆粒侵蝕綜合防治系列技術、大型汽動給水泵組低速啟動及全程調速運行技術等12項世界首創(chuàng)的重大節(jié)能減排技術，及機組再熱系統(tǒng)壓降優(yōu)化、汽輪機凝結水調頻技術等6項國內首創(chuàng)技術。
據介紹，在外三，盡管做了大量的技術改造，但其“用于減排技術改造的錢，不但完全可以收回來，而且還跟滾雪球似的越滾越多”，完全打破了傳統(tǒng)的越高環(huán)保排放標準就意味著越高投資、越高能耗、越高運行成本的環(huán)保困局，走出了一條節(jié)能型“超低排放”環(huán)保之路，也將一座發(fā)電廠變成了一個創(chuàng)新型的高科技企業(yè)。
初中畢業(yè)就進入上海崇明島的一個小電廠，從學徒開始，搞過設備檢修、運行，干過技術和企業(yè)管理等，最終走進擁有兩臺百萬千瓦超超臨界機組的電廠并實施技術改造，馮偉忠對發(fā)電廠的熟悉度，可以說無人能出其右。
他把絕大部分的時間和精力都用在了學習研究創(chuàng)新上，一天到晚都在琢磨如何改進機組提升效率。以超超臨界汽輪機管道蒸汽側氧化和固體顆粒侵蝕問題為例，馮偉忠從上世紀90年代初在石洞口二廠項目建設時就開始予以關注。它牽涉到電廠的各個主要專業(yè)及設備形式、系統(tǒng)設計、安裝、調試、控制方式，直至機組啟動方式和運行模式等諸多環(huán)節(jié)。在長達15年的研究后，馮偉忠逐步形成了一套完整理論及針對性綜合治理思路。
人才不可復制經驗可以推廣
清華大學倪維斗院士曾說，我們學校培養(yǎng)的都是鍋爐、汽輪機、電氣等方面的專家，馮偉忠則是全才，馮偉忠不可復制。
那么，外三經驗可以復制嗎?
據了解，在申能公司主導下，上海申能能源科技有限公司已宣告成立，并與大唐、神華、華潤等簽訂了全面合作協(xié)議，由外三原班人馬，為其下屬電廠提供菜單式的個性化改造方案。
在降低煤耗、污染排放的同時，提高發(fā)電效率、電廠利潤——外三的這種節(jié)能減排改造服務，正是在市場驅動下我國能源技術的創(chuàng)新，應屬于戰(zhàn)略性新興產業(yè)，與國家所倡導的能源產業(yè)升級不謀而合。
當前，從制造到運行，全國火電行業(yè)都在進行節(jié)能減排、超低排放及提高效率的改造。如果能夠進一步推動“上大壓小”，淘汰所有的小機組，新上超超臨界百萬千瓦機組，再把現(xiàn)有的亞臨界機組改造成超臨界水平，我國煤電行業(yè)就可以大幅降低平均煤耗。
周鶴良認為，煤炭的清潔利用，在國內外都有很大的市場空間，“可以利用外三的一系列創(chuàng)新技術，對傳統(tǒng)電廠、老舊機組進行節(jié)能減排升級改造，實現(xiàn)火電最高效的利用，從改造里求生存，謀發(fā)展。”
原能源部總工程師秦中一向記者介紹說，日本的電廠改造周期很快，一些電廠設備一般7年就直接拆掉了。我們雖不能全盤復制，但也可以借鑒經驗，“集中三五年對老舊電廠改造，對設備制造行業(yè)來說，是件好事。”他分析說，現(xiàn)在發(fā)電設備制造商沒有訂貨，若有相當一部分訂貨單，他們就會活起來了，鑄鍛件、配套件、水泥等關聯(lián)產業(yè)都會從中受益，將來我們還可以給國外的火電廠進行節(jié)能減排改造。
數(shù)據顯示，相較燃煤電廠煤改燃的更新設備、大量投資，在役燃煤機組環(huán)保提標改造成本僅為煤改燃成本的1/12，新建燃煤機組環(huán)保提標改造成本僅為煤改燃成本的1/30，供熱燃煤鍋爐和工業(yè)燃煤鍋爐煤炭清潔利用改造成本大致與煤改燃成本持平。
“繼高鐵之后，我們還可以把火電產業(yè)打造成第二個出口產業(yè)。”毛健雄表示。我國從2006年就開始采用超超臨界技術，到2014年底，已經投入運行的百萬千瓦超超臨界火電機組超過60臺，累計生產量超80臺，已成為世界上百萬千瓦超超臨界機組投運最多的國家。毛教授認為，無論容量、效率、數(shù)量、水平，中國采用超超臨界的規(guī)模都是世界之最，依托最大的市場，最多的實踐經驗，再加上外三這個樣板，我們完全可以推動火電的清潔燃燒技術出口。
銅山電廠勇“吃螃蟹”
目前，外三對發(fā)電設備的技術改造已不是個案，它的經驗推廣已有了“吃螃蟹”的人。
記者日前獲悉，華潤電力集團下屬的銅山電廠，邀請申能能源科技公司外三電廠利用兩年的大修時間，對其1號百萬千瓦超超臨界燃煤發(fā)電機組進行了包括防固體顆粒侵蝕、廣義回熱技術應用等6個系統(tǒng)的節(jié)能減排升級改造，現(xiàn)在改造已經完成。據了解，經過正式性能測試，銅山電廠改造以后供電煤耗比改造前下降超過10克標煤，成為外三經驗的第一次大規(guī)模復制。
銅山電廠此次改造的所有設備、采購、技術、設計、安裝、調試等工作，全由外三申能能源科技公司負責，并由于吸收了外三的經驗教訓，每一個單項的改造效果都超過外三。
“改造共投資2.8億元，如果按照當前的煤價，大約5年之內就可以收回。”秦中一從銅山電廠回來的第二天就向記者透露，“這充分證明了外三的節(jié)能減排經驗可以復制，可以在其他電廠推廣應用。”
秦中一告訴記者，由于沒有先例可循，銅山電廠改造的風險高、投資大，華潤電力集團下這個決心很不容易，董事長周俊卿帶了管理層及大批專家及董事會成員三次走訪外三才得以敲定合作項目。
需由國家牽頭確立煤電清潔高效利用路徑
在此前的能源工作會議上，能源局也表示，要盡快擬訂出臺鼓勵煤電節(jié)能減排的配套政策措施，同時，重點抓好外三等煤電節(jié)能減排升級改造示范基地和示范電站創(chuàng)建工作。馮偉忠也向記者表示，對于新建電廠來說，復制外三經驗更容易。
但是,行業(yè)專家告訴記者，外三經驗的推廣很難。
那么癥結到底在哪里?電力體制，或是知識產權?
“很復雜。”不止一位被訪者如此回答。
“必須要有一個很好的商業(yè)模式，還需要一個合力協(xié)作的團隊，因為涉及到知識產權保護等。”秦中一表示，最為重要的是，必須由國家牽頭，將之上升為國家意志，在各大電力集團強力推廣。
“現(xiàn)在的關鍵在于能源局，政府要出臺相關的政策和指導意見，打破現(xiàn)在的體制束縛，從頂層入手推廣外三的創(chuàng)新技術。”周鶴良認為，創(chuàng)新是能源革命的靈魂，我們必須要轉變理念，解放思想，更要尊重科學,從機制上創(chuàng)新驅動，既要加大投入改造老電廠的力度，推進國內燃煤電廠向清潔高效水平邁進;又要積極推進，將優(yōu)勢產能技術輸出，走出國門，或到國外去投資辦廠，資本輸出。
在原北京重型電機廠總師高京生看來，外三的節(jié)能減排改造歸根結底是電廠的系統(tǒng)創(chuàng)新，最終也應落實到負責系統(tǒng)設計的電力設計院，“因此，必須要說服設計院打破常規(guī)，最終這些經驗才能推廣開來。”
對此，全國電力技術市場協(xié)會顧問江哲生也強烈呼吁，應跳出電力設計院的條框束縛，由電廠牽頭承包項目，統(tǒng)籌考慮機爐電統(tǒng)一的設計及主輔機的配套;同時，發(fā)電設備制造商必須要提高技術保證設計效率，達到設計要求。
記者還獲悉，華潤電力曹妃甸二期項目或將按照外三模式，從機組選型、系統(tǒng)設計、電廠建設等就開始統(tǒng)籌規(guī)劃，打造又一個嶄新的、清潔高效的火電廠。
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