中國工程院院士建議
關于推動燃煤發(fā)電產(chǎn)業(yè)升級，強化機組深度調(diào)峰能力，提高可再生能源消納水平，以推進節(jié)能減排的建議
倪維斗 杜祥琬 謝克昌 彭蘇萍 秦裕琨 翁史烈 黃其勵郝吉明 袁亮 岳光溪 張玉卓 李立浧 陳勇 劉吉臻 聞雪友 顧大釗呂俊復 王衛(wèi)良 王振海 李政 張海 駱仲泱 黃震 王凡
長期以來，燃煤發(fā)電為我國的節(jié)能減排事業(yè)做出了重大貢獻。基于我國電力工業(yè)和能源結構的發(fā)展狀況，制定燃煤發(fā)電工業(yè)節(jié)能減排的中長期發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃意義重大。為此，中國工程院和國家自然科學基金委員會聯(lián)合資助了“中國燃煤發(fā)電機組節(jié)能減排戰(zhàn)略研究”項目。該項目由清華大學倪維斗院士牽頭，產(chǎn)、學、研、用等不同領域的 50 多位專家學者參加。項目通過對國內(nèi)主要發(fā)電集團 20 余家燃煤電站的現(xiàn)場調(diào)研、40 余次跨專業(yè)技術研討，結合文獻分析、理論研究、電話咨詢等多種方式，對中國燃煤發(fā)電所涉及的節(jié)能、減排和智能電站等三個方面開展了深入研究和系統(tǒng)論證，取得一系列重要認識。在此基礎上，進一步研討凝練，形成本建議。
（一） 我國燃煤發(fā)電節(jié)能減排工作取得顯著成效
在過去相當長的時期內(nèi)，中國燃煤發(fā)電的能耗水平一直落后于發(fā)達國家。隨著電力工業(yè)的快速發(fā)展，中國燃煤發(fā)電的供電能耗一直持續(xù)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，我國先進燃煤發(fā)電機組的供電煤耗已經(jīng)低于 270g/kWh，引領了世界燃煤發(fā)電的發(fā)展方向。
自 1996 年燃煤發(fā)電行業(yè)開始全面實施污染物排放控制以來，國家排放標準歷經(jīng)數(shù)次修改，排放標準越來越嚴，當前超低排放要求 SO?、NO?和煙塵的排放限制分別為 50、35、10mg/Nm3，為歷史排放標準最高、世界最嚴的中國標準。燃煤發(fā)電污染物排放績效持續(xù)下降，污染物排放量近幾年在裝機容量持續(xù)增長的情況下實現(xiàn)大幅下降。2015 年燃煤發(fā)電行業(yè)的 SO?和 NO?的排放量分別降低至 200 和 180 萬噸；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(jié)能減排仍有巨大的潛力
1）節(jié)能潛力分析通過系統(tǒng)分析過去近七十年來燃煤發(fā)電工業(yè)的發(fā)展歷程，得到燃煤電站節(jié)能降耗的主要原因包括發(fā)展高參數(shù)大容量先進機組、淘汰落后產(chǎn)能、優(yōu)化電源結構、采用先進節(jié)能技術、提升經(jīng)營管理水平等重要結論。進一步通過理論研究，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，進而確定了燃煤電站的能量損失/節(jié)能潛力的物理分布情況。
通過對發(fā)展高參數(shù)大容量先進燃煤機組的影響研究發(fā)現(xiàn)，20062015 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)進度的影響，更高參數(shù)機組的發(fā)展難以推進。
通過對淘汰落后產(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(shù)量多、分散廣、涉及行業(yè)寬，且大部分屬于自備電廠，關停需下大力氣才行。
通過對燃煤電站節(jié)能潛力的分析研究，發(fā)現(xiàn)分級預熱提高熱風溫度、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(jié)能措施，可相應降低供電煤耗 5-10、4-8、2-4 和 2-3g/kWh。
通過對燃煤電站能量損失的系統(tǒng)分析，發(fā)現(xiàn)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(jié)約標準煤約 4000 萬噸，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(jié)能型熱電聯(lián)產(chǎn)技術進行改造，還可節(jié)約標煤 1800 萬噸，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)電領域節(jié)能降耗方面至少還有 2530g/kWh 的發(fā)展空間。若未來成功研發(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(jù)國內(nèi)不同工業(yè)排放的對比，燃煤發(fā)電曾在過去相當長時間內(nèi)是 SO?和 NO?的排放大戶。隨著電力行業(yè)近年來的不懈努力以及超低排放標準的逐步實施，燃煤發(fā)電的 SO?和 NO?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)領域因排放標準依然較低，已成為我國 SO?、NO?和煙塵排放的主要源頭，應協(xié)同制定嚴格的排放標準，重點治理。根據(jù)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 SO、NO?和煙塵的排放約 750、770、800 萬噸左右。
3） 可再生能源電力消納潛力分析
隨著可再生能源發(fā)電的快速增長，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、棄光的電量逐年增加，燃煤發(fā)電面臨前所未有的調(diào)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(diào)峰能力受限。本項目基于系統(tǒng)研究，提出了熱電聯(lián)產(chǎn)機組加裝大旁路，實現(xiàn)熱電解耦的技術路線，可使熱電聯(lián)產(chǎn)機組全負荷調(diào)峰。若全面推廣，可釋放 3-4 億千瓦的調(diào)峰能力，大幅提高對可再生能源電量的消納能力。按年調(diào)峰 500 小時計，可年節(jié)約標準煤 4000 萬噸以上。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(jié)能和減排受運行管理影響較大，本項目進一
步研究了電站信息控制技術的發(fā)展情況。在集散控制技術（DCS）、管理信息系統(tǒng)（MIS）、廠級監(jiān)控系統(tǒng)（SIS）等基礎上，利用燃煤電站故障監(jiān)測技術、數(shù)字電站、大數(shù)據(jù)、云計算、在線優(yōu)化等先進技術，提出了未來燃煤電站智能化的發(fā)展構想與實施框架，可望實現(xiàn)燃煤電站的實時優(yōu)化、主動決策、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和多源生產(chǎn)協(xié)作。
（三）建議
1） 動態(tài)對標淘汰落后產(chǎn)能，推動燃煤裝機產(chǎn)業(yè)升級
采用供電煤耗差額動態(tài)對標淘汰落后產(chǎn)能。即以當前國內(nèi)先進燃煤發(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(diào)峰機組在常規(guī)機組的對標差額基礎上增加10g/kWh。
2） 加強基礎和應用研究，推進燃煤發(fā)電技術發(fā)展
建議重點研發(fā)空氣分級預熱技術，推進熱電聯(lián)產(chǎn)，開展大旁
路供熱機組示范，深入研發(fā)燃燒、熱力系統(tǒng)等過程的動態(tài)特性，推動控制、信息技術的標準化以促進智能電站發(fā)展，加快高溫鐵素體和鎳基合金材料研發(fā)以進一步提高蒸汽參數(shù)，實現(xiàn)燃煤電站的深度節(jié)能減排。
3） 優(yōu)化電源結構，鼓勵電量交易，促進新能源電量消納
建議大力發(fā)展調(diào)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(qū)域內(nèi)（如區(qū)域電網(wǎng)）不同電源結構之間的電量實時、自主交易。通過市場機制高效、健康地挖掘燃煤發(fā)電機組，特別是供熱機組的深度調(diào)峰能力，以解決新能源的消納問題。
4） 鼓勵排放交易，實現(xiàn)污染物排放的全面控制
建議參照煤電排放標準，根據(jù)熱力、鋼鐵、水泥等行業(yè)的特點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機制，以促進減排技術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，實現(xiàn)全社會的節(jié)能減排。
建議人：
倪維斗 中國工程院院士，動力機械工程專家，清華大學
杜祥琬 中國工程院院士，應用核物理、強激光技術和能源戰(zhàn)略專家，中國
工程物理研究院
謝克昌 中國工程院院士，煤化學工程專家，中國科學技術協(xié)會
彭蘇萍 中國工程院院士，礦山工程地質與工程物探專家，中國礦業(yè)大學秦裕琨 中國工程院院士，熱能工程、燃燒學專家，哈爾濱工業(yè)大學
翁史烈 中國工程院院士，熱力渦輪機專家，上海交通大學
黃其勵 中國工程院院士，蒸汽工程專家，國家電網(wǎng)公司
郝吉明 中國工程院院士，大氣污染防治專家，清華大學
袁 亮 中國工程院院士，煤炭開采及瓦斯治理專家，安徽理工大學
岳光溪 中國工程院院士，潔凈煤技術專家，清華大學
張玉卓 中國工程院院士，潔凈煤技術專家，天津市委
李立浧 中國工程院院士，電網(wǎng)工程、直流輸電專家，南方電網(wǎng)公司
陳 勇 中國工程院院士，能源與環(huán)境工程技術專家，中國科學技術協(xié)會劉吉臻 中國工程院院士，發(fā)電廠自動化技術專家，華北電力大學
聞雪友 中國工程院院士，燃氣輪機學科專家，七〇三研究所
顧大釗 中國工程院院士，礦山工程與水文地質專家，神華集團
呂俊復 教授，潔凈煤技術專家，清華大學
王衛(wèi)良 高工，熱能動力工程專家，清華大學
王振海 副局長，能源與礦業(yè)專家，中國工程院
李 政 教授，能源戰(zhàn)略專家，清華大學
張 海 教授，潔凈煤技術專家，清華大學
駱仲泱 教授，能源清潔利用專家，浙江大學
黃 震 教授，內(nèi)燃機燃燒與排放控制專家，上海交通大學王 凡 高工，節(jié)能減排專家，中國能源研究會
