深度丨山西能源可持續發展：煤電VS氣電

2018-01-25 09:54:34 煤炭加工與綜合利用　點擊量：評論 (0)

導讀：本文介紹了山西省能源及電力能源供應格局，論述了燃煤發電和燃氣發電的特點;在燃煤發電和燃氣發電污染物排放數據分析的基礎上，并進

導讀：本文介紹了山西省能源及電力能源供應格局，論述了燃煤發電和燃氣發電的特點;在燃煤發電和燃氣發電污染物排放數據分析的基礎上，并進一步探討如何推進燃煤發電和燃氣發電可持續發展。

能源是人類社會發展的支柱產業，在人類終端消費中能源發揮著舉足輕重的作用。最近十幾年來，我國東北、華北地區秋冬季節持續的霧霾天氣引起了人們對環境質量的普遍關注。我國煙塵、二氧化硫、氮氧化物、二氧化碳、一氧化碳等污染物2/3以上的排放量源于煤炭等化石能源的燃燒，煤炭的不清潔利用被認為是霧霾天氣出現的最重要因素之一。2010年以來，山西省加強了對全省燃煤電廠排放的控制和監管，分階段關閉了單機30萬kW及以下的非熱電燃煤發電機組，由于山西省是電力外輸大省，導致省內電力供需矛盾加大。

2016年6月28日，國家能源局和環保部聯合發布了《關于印發2016年各省(區、市)煤電超低排放和節能改造目標任務的通知》，山西省30萬kW及以上燃煤發電超低排放目標為1602萬kW，發展超低排放燃煤發電技術符合國家能源發展戰略。與此同時，山西省煤層氣、天然氣等燃氣發電產業得到飛速發展。《山西省“十三五”戰略性新興產業發展規劃》確定了2020年末燃氣發電產業的戰略目標，重點支持燃氣熱電聯產項目建設，把發展煤層氣產業擺在了突出位置。

作為煤炭生產和消費大省，不斷改善能源結構，合理發展燃煤發電和燃氣發電技術，對全省能源轉型跨越發展具有重要的社會意義和環境價值。本文介紹了山西省電力能源供應格局，燃煤發電和燃氣發電的特點，在污染物排放數據分析的基礎上，對如何進一步深化燃煤發電和燃氣發電可持續發展提出了相應的建議。

山西省能源及電力能源概況

1.山西省能源供應格局

作為中國重化工基地和傳統能源大省，山西省一度形成以煤炭加工轉換、礦產品初加工為主導的經濟增長結構和高污染、高排放、高能耗的產業發展模式。工業結構的變動和資源稟賦的特征，決定了煤炭在山西省能源供應中處于主導地位。在國內燃氣市場高速發展的驅動下，山西省燃氣資源的利用水平得以顯著提高。除了城市燃氣置換增長之外，新興的工業用氣需求也在燃氣市場中占有很大的份額。

山西“十三五”規劃提出，未來五年將煤炭產量控制在10億t以內，新能源占一次能源生產總量的比重由原來的5%提高至10%。通過能源供應多元化，高碳能源低碳化的途徑推進能源結構的轉變，促進能源產業轉型升級，已成為山西省能源發展的新常態，并引領我國在能源領域的轉型跨越發展。據統計，2015年山西煤炭消費約4億t，天然氣、煤層氣等燃氣利用量約33億m3。目前，山西省已初步形成了以煤炭、煤層氣、天然氣、焦爐煤氣制氣、煤制氣、氫氣、頁巖氣、液化石油氣等為基礎的多元化、規模化能源供應格局。

2.山西省燃煤發電的現狀與趨勢

作為煤炭資源大省，得天獨厚的資源優勢使山西省電力結構長期以來一直以燃煤發電為主，清潔能源占比較小，造成能源結構與經濟發展不協調。在環保與節能政策的驅動下，省內34戶主力煤電企業已有22戶逐步形成了“煤參電、煤控電、電參煤、煤電互參、組建新公司”的煤電聯營模式，通過技術改造，完全可以實現現有燃煤發電機組的超低排放。目前超低排放主要是在原有技術基礎上進行改造與優化，現有的燃煤發電機組均采取了煙塵控制措施，95%以上燃煤發電機組安裝了脫硫裝置，55%以上燃煤發電機組安裝了脫硝裝置，節能減排成果初步顯現。

水在燃煤發電過程中起著能量傳遞和介質冷卻的雙重作用，節約用水對燃煤發電企業的可持續發展極為重要。燃煤發電生產用水主要可分為熱力系統、冷卻系統兩大類。全膜水處理技術具有出水水質穩定、經濟節能的優點，在熱力系統鍋爐補給水工序中得到廣泛應用。冷卻系統用水在燃煤發電中占有很大比重，沿海地區利用海水冷卻，用水量僅占直流冷卻的40%，解決了我國淡水資源短缺的問題，國內需加大冷卻材料的研發力度。空冷技術比濕冷技術節水60%~70%，是山西省解決煤電企業缺水問題的有效措施，也是未來節約用水的發展趨勢。

煤炭清潔化處理是燃煤發電的重要環節，對煤炭利用率和經濟效益具有重要影響。隨著國家對燃煤發電環保要求的不斷提高，煤炭洗選技術也取得了較為快速的發展，重介質分選機、跳汰機、螺旋分選機等一大批先進設備和新技術投入使用，為煤炭清潔化處理提供了重要保障。但我國在設備制造方面還不夠發達，很多大型選煤設備的耐用性和穩定性都不達標，仍然需要進口。在煤炭清潔化處理技術方面，需要借鑒國外先進技術，淘汰關停老、小機組，保證存量機組發電量，全面對新技術、新設備進行推廣應用，實現山西省電力產業提效目標。

3.山西省燃氣發電的現狀與趨勢

我國埋深2000m以淺煤層氣地質資源量約36.8萬億m3，山西省煤層氣儲量約占全國總量的1/3，為山西省燃氣發電產業的發展提供了便利條件。現有保德、古交、臨縣、昔陽、壽陽、大寧、長子、沁水等8個區塊的煤層氣已實現并網，日供氣量達到180萬m3。山西省內雖然沒有天然氣資源，但有五條國家級天然氣主干管線過境山西，為山西省燃氣發電創造了豐富的天然氣過境氣源條件。

自2010年7月山西省政府提出“氣化山西”戰略以來，能源企業已成為構建新型電力能源結構的排頭兵。山西壽陽120MW級煤層氣發電機組、山西大寧32MW級礦井煤層氣發電機組、太原東山華能860MW級天然氣發電機組、太原嘉節電廠860MW級天然氣發電機等已投產運行;昔陽120MW級燃氣發電機組、保德燃氣120MW級燃氣發電機組正在有條不紊推進。燃氣發電在氮氧化物排放治理方面，研發出了低氮燃燒技術，正在進一步推廣應用。隨著全省燃氣發電裝機規模的不斷擴大，山西省以煤電為主的電力能源結構正在悄然發生轉變，燃氣發電將成為電力行業發展的新經濟增長點。

燃煤發電和燃氣發電的特點

1.燃煤發電與燃氣發電技術

燃煤發電是指將煤炭或者煤矸石等的化學能轉化為電能的工藝過程。燃煤發電能量轉換過程是煤炭燃燒產生熱能，在電廠鍋爐、汽輪機和發電機及其輔助裝置的作用下轉換成電能。燃煤發電機組是燃煤發電的核心設備，主要由燃燒系統、汽水系統、電氣系統、控制系統等組成。大容量、超(超)臨界燃煤發電機組在熱效率和供電煤耗方面有著明顯優勢，得到了業內人士的普遍青睞。研究表明，超(超)臨界機組的熱效率達到41%~48%，比同容量亞臨界燃煤發電機組的熱效率高3%~10%，供電煤耗也明顯低于其他機組，未來發展潛力巨大。

燃氣發電技術是指利用天然氣、煤層氣等優質清潔能源發電的技術。燃氣聯合循環發電技術具有效率高、污染小的優點，是應用最為廣泛的燃氣發電技術。其工作原理是燃氣進入燃氣輪機燃燒室燃燒，產生高溫高壓氣流推動透平轉子和壓氣機旋轉，帶動發電機做功，輸出有效功發電;燃氣輪機排出的高溫氣體進入余熱鍋爐把水加熱成高溫高壓蒸汽，推動蒸汽輪機旋轉做功發電。燃氣輪機、蒸汽輪機、發電機的轉軸相互連接，實現燃氣輪機、蒸汽輪機同時推動發電機旋轉發電，輸出電能。燃氣發電機組運行靈活，能夠在30%~100%負荷下穩定運行，調峰優勢明顯。

2.燃煤發電污染排放情況

燃煤發電產生的粉塵、SO2和NOx等污染物嚴重污染環境，影響人們的正常生活。研究表明，在未來數十年內這些污染物的排放總量依然較大。山西省2003年以后建設的燃煤電廠，提高了煤電企業的準入門檻，采用GB13223—2003《火電廠大氣污染物排放標準》。在新一輪的煤電整改過程中，太原二電廠、一電廠等燃煤發電企業已經淘汰了一批落后設備，高效率、大容量、高參數的潔凈煤發電機組以及高效率的輔助設備如除塵設備、循環水泵、風機、灰漿泵等已得到應用。高新設備和技術的使用，提高了發電效率，降低了粉塵、SO2、NOx等大氣污染物的排放。經過十余年的煤電升級改造，山西省基本達到國家環保部排放標準，但排放總量仍不容樂觀。以2015年為例，全國燃煤發電總量42102億kW•h，在排放達標的情況下，煤電排放煙塵總量為310萬t，NOx800萬t，SO2800萬t。假設山西省剛好達到國家排放的標準，2015年山西省燃煤發電主要污染排放量中煙塵為74t/億kW•h，SO2為190t/億kW•h，NOx為190t/億kW•h。

控制電力產業污染減排是全面建設資源節約型、環境友好型社會的重要內容，需要持續進行。近年來燃煤發電技術在污染排放方面取得了一系列進展，部分企業實現了污染物的超低排放，但仍亟需大范圍淘汰產能落后的發電機組和設備，通過引進先進的脫硫、脫硝技術、新工藝和新技術改造傳統產業，促進電力產業的轉型升級。鼓勵保留下來的煤電企業在升級改造過程中向國際標準看齊，不局限于當地政府所規定的節能減排任務，積極追求更高的減排目標。積極探索除塵、脫硫、脫硝減排過程中能使企業獲得利益的途徑，激發企業節能減排的積極性。

3.燃氣發電污染排放情況

以山西壽陽煤層氣熱電聯產項目為例，項目一期工程為120MW煤層氣聯合循環發電機組，年發電量7.23億kW•h。通過采用高空排放措施，污染物經過遠距離輸送、稀釋、擴散，對項目附近環境影響甚微，使生態環境得到有效保護。項目能夠取代部分分散供熱小鍋爐，具有良好的環境效益，符合國家節能環保政策。每年可減排煤礦瓦斯5億m3，基本無SO、煙塵排放，NO排放濃度為50mg/m3，項目各排放指標和國家允許排放指標見表1。根據國家能源局提供的數據，煤礦瓦斯溫室效應是SO2的21倍，利用1億m3煤礦瓦斯相當于SO2減排150萬t。由此推算，項目每年可以減排二氧化碳750萬t。加快煤礦瓦斯(煤層氣)開發，提高利用率，可大幅度降低溫室氣體排放，保護生態環境。