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本世纪我国煤电发展的战略思考

论坛专题一

中国大陆的绿色能源行动

黄其励

国家电网东北电网有限公司

Abstract

Thesustainablewin-windevelopmentofChinamainland’seconomy,society,environmentprotectionandecologyurgentlyneedtoenhanceenergyutilizationefficiency,optimizeenergystructure,changethesituationofover-dependenceforalongtimeoncoal,implementgreen,lowcarbonenergydevelopmentstrategywithhighefficiency.

Thecleanenergystrategyincludestwoparts:

oneisclean,low-carbonizedutilizationofcoal.Bydevelopingadvancedcoal-firedpowergenerationtechnique,theeconomicandenvironmentalbenefitsofnewcoal-firedunitscouldbeincreased;bypopularizingmatureandadvancedpowergenerationtechniques,thetechnicallevelofoperatingcoal-firedpowerunitscouldbeenhanced.

Ontheotherhand,therenewableenergy,windandsolarasgoodrepresentatives,shouldbeutilizedinlargescale.Underdirectionofthewindgenerationdevelopmentphasestheory,weshouldmakedevelopmentofwindgenerationandpowergridinacoordinatedwayofsynchronousplanningandconstruction.Furtherencourageinnovativethinking,makingawin-windevelopmentsituationbetweenallvoltagelevelgridsandlargeenergyelectricalsystem,whichformedbytraditionalenergyandcleanenergy,torealizelargescalereplacementfromfossilenergytolargeportionrenewableenergy,forexamplewindenergy.Utilizinghighefficient,clean,andenvironmentfriendlyenergyandelectricpowerprovidestrongsupportsforsustainabledevelopmentinthiscentury.

Keywords:

coal-firedgeneration,windgeneration,largeenergyelectricalsystem,highefficiency–clean–lowcarbon.

摘要

中国大陆经济、社会、环保、生态共赢的永续发展，迫切需要提高能源利用效率、优化能源结构，改变长期以来对煤炭的过度依赖，实施高效、绿色、低碳的能源发展战略。

清洁能源战略包括两方面：

一是对煤炭的清洁、低碳化利用。

通过创新开发先进的燃煤发电技术，提高新增煤电机组的经济、环保效益；通过推广成熟先进的发电技术，提高燃煤发电存量的技术水平。

另一方面，大规模利用以风电、太阳能发电为代表的可再生能源，在风电发展阶段论的指导下，现阶段要努力做到使风电与电网同时规划、同步建设的协调发展；进一步要创新思维，做到传统能源、清洁能源等组成的大能源系统电力与各级电网共赢发展，实现大比例风电等可再生能源对化石能源的规模替代。

用高效、清洁、环保的能源和电力，为本世纪的可持续发展提供可靠的支撑

关键词：

燃煤发电；风力发电；大能源系统；高效清洁低碳

一.引言

中国大陆是世界上最大的煤炭生产国和消费国。

大陆煤炭储量占化石能源储量的96%以上，煤炭产量占化石能源产量的85%以上。

自1990年以来，大陆原煤生产占能源产量总量的比重一直保持在70%以上，预计到2030年，大陆煤炭消费量仍占一次能源消费总量的55%以上。

2012年，大陆原煤产量达到36.5亿吨。

截至2012年底，大陆发电装机总容量达114491万千瓦，其中燃煤火电机组装机容量达到75811万千瓦。

各类能源发电装机容量占比如图所示。

2012年大陆燃煤火电机组发电量为3.68万亿千瓦时，占总发电量4.98万亿千瓦时的73.9%[1]。

今后几十年，煤炭在能源清洁利用和能源结构调整中仍将具有举足轻重的战略地位。

根据国家能源局发展规划司的规划，2010--2050年，大陆煤炭总消耗量约1500亿吨，其中发电用煤总量约990亿吨，占66%[2]。

2015--2050年大陆燃煤发电装机容量预测[3]如表所示（2011年预测值）。

煤炭是动力源，也是污染源。

由于长期、大量使用煤炭，中国大陆的污

染物和温室气体排放，如SO2、CO2等，居世界第一。

今年年初大陆东部地区出现的严重雾霾天气，更给人们敲起了警钟。

为了确保社会、经济的可持续、永续发展，实现一个大国对国际社会应尽的责任，要大力开展清洁能源行动，在经济快速发展的同时，要保护好生态环境，保持神州大地的绿水蓝天。

为此，必须推动能源生产和消费革命，努力实现能源绿色转型。

这需要以创新驱动发展，从多途径入手持续努力。

1.观念创新：

提高全社会对能源绿色转型的认识，使之成为人人的自觉行动

2.技术创新和新技术推广：

以化石能源消费总量控制、环境生态约束为目标，更大力度推进化石能源的清洁高效可持续开发与利用；以成为主导能源为目标，更大幅度提高可再生能源比例；以规模替代为目标，更积极发展多元化的核能利用；能源消费变革和智能电网相结合，加快发展新能源汽车的步伐；以煤炭消费总量的高效利用为抓手，推动各行业、全社会的节能减排。

3.管理体制创新：

以绿色GDP、清洁能源利用率为考核指标；搞好电源、电网、用电发展和产业布局一体化的顶层设计；以全社会能效最高、用户负担合理为目标，启动和逐步完善电力市场等。

本文重点说明煤炭的清洁高效利用和风电对化石能源大规模替代的有关思考。

二．充分利用好煤炭的能源和资源的双重功能，做到高效率、高效益和清洁低碳利用：

1．发展燃煤发电要坚持“创新”和“推广”并重的战略方针。

一方面是创新发展国际先进技术水平的燃煤发电机组“增量”，另一方面是提高在运燃煤发电机组“存量”的技术水平，以“增量”的技术创新带动“存量”的技术提升，以持续不断地提高“存量”整体水平确保中国燃煤发电技术在国际上的领先地位，并把先进技术尽快转化为节能减排的现实生产力。

坚持自主创新技术进步和先进技术推广应用是燃煤发电发展必须始终坚持的方针。

进入21世纪，燃煤发电技术在中国大陆取得了辉煌的成就。

第一台100万千瓦超超临界燃煤机组于2006年年底在浙江省玉环电厂投入运行。

据不完全统计，至今大陆100万千瓦超超临界机组订单已超过100台，到2012年7月底已建成投产46台，大陆是世界上100万千瓦超超临界燃煤机组发展最快、数量最多的国家，已迈入超超临界机组发电时代[4]。

在主蒸汽温度600℃等级超超临界发电技术成熟后，欧洲及美国等国家和地区先后启动了主蒸汽初温达到700℃及以上的先进超超临界发电技术开发计划，如欧洲AD700计划、美国A-USC（760）计划、日本A-USC等，目标是使燃煤发电效率达到50%以上。

2010年7月23日，国家能源局宣布成立“国家700℃超超临界燃煤发电技术创新联盟”，正式启动了中国700℃技术开发计划。

该计划主要开展燃煤发电机组的热力系统和主要设备设计方案优化研究，以及700℃超超临界机组耐热合金材料和关键部件的开发等[5，6]，预计2018年着手示范工程建设，2020年前后实现主蒸汽700℃温度等级的燃煤发电工程示范。

政府需要大力支持相关的科学研究和工程示范，早日形成具有自主知识产权的技术和产品，并在成熟后大力推广。

在已投运的超超临界燃煤发电的技术创新方面，上海外高桥第三发电厂走在了世界的前列。

该厂装有2100万千瓦超超临界燃煤发电机组，先后于2008年3月和6月建成投产，机组设计供电煤耗295克标煤/千瓦时、供电效率41.6%。

通过一系列的技术创新，如脱硫系统综合降耗、弹性回热技术、蒸汽加热启动技术、运行优化节能、固体颗粒侵蚀综合治理技术等，经济性逐年提高，到2011年底，在平均负荷率为75%的条件下，实际供电煤耗达到276克标煤/千瓦时，实际供电效率44.5%（均包括脱硫和脱硝）。

如果折算到设计工况，则其供电效率为46.5%，比设计值提高5%。

创造了环保和节能双赢的局面[5，6]。

中国循环流化床燃烧发电技术是处于国际领先地位的发电技术。

该炉型在燃料适应性、负荷调节和污染物脱除、经济性等方面具有独特的优势，具有很大发展前景。

中国大陆流化床发电机组总容量为7300万千瓦[7]，并在向高参数、大型化、低磨损、节能化、深度环保清洁化的方向发展。

目前，世界最大容量和最高参数的60万千瓦超临界循环流化床锅炉机组在大陆已于2012年底投入试运行[7]。

清华大学通过技术创新，以流态图谱为指导，通过对流态进行重构，在降低厂用电、提高燃烧效率和可用率等方面取得显著的成绩，在世界上处于领先地位。

可以预计，21世纪内循环流化床燃煤技术将得到进一步的发展，是高效低碳燃煤发电的重要力量。

2.坚持煤炭的“能源利用”与“资源利用”同步发展。

一方面是煤炭作为能源的高效利用，另一方面是煤炭作为资源的综合利用。

在发展更高参数、更高效率的先进超超临界发电机组的同时，要坚持煤炭的分级转化、分质利用，把煤炭的本质功能发挥到极致，走好煤发电和煤化工协同发展的道路。

认识煤炭中不同成分（C、H、O、N、S）的转化规律，通过分级转化可以产生煤炭新的利用方式。

将煤的热解、气化、燃烧等各过程有机结合，实现煤炭分级转化、梯级利用，在同一系统中获得低成本的煤气、焦油和蒸汽产品。

其中，所产生的煤气可用于化工合成燃料气，焦油可分馏出各种芳香烃、烷烃、酚类等，也可经加氢制得汽油、柴油等产品，蒸汽则用于电力生产和供热。

煤炭燃烧后，煤灰中含有铝、钒、镓等贵金属，可以提取再利用。

理论上，可以充分利用好煤炭的“能源”“资源”双重价值。

煤化工注重煤炭的资源利用，煤发电注重煤炭的能源利用。

未来应将煤化工和煤发电两个行业进行深度融合，以煤为原料，实现电力、化工、热能、煤气和贵金属的多联产，发展以煤气化为龙头的多联产发电技术。

整体煤气化蒸汽燃气联合循环（IntegratedGasificationCombinedCycle，IGCC）发电，是以清洁煤发电为主要目的，是洁净的煤气化技术与高效的联合循环发电技术的结合[8]。

IGCC发电技术的污染物排放水平很低，并较容易实现CO2的分离与捕集[9]。

煤气化多联产是煤炭既作为能源利用，又作为资源利用的纽带，是跨专业领域的高效率、高效益并举的燃煤发电和资源化综合利用技术，是煤炭高效、清洁、低碳利用的最好形式之一，应加大技术发展和示范工程的力度。

国家在政策上要给予有力的支持，需要加大包括燃气轮机、高效燃烧室等关键技术和核心设备的攻关，尽快形成实际的生产力。

三．充分用好以风能和太阳能为代表的可再生能源，直到其潜力用尽

1.风电发展概况：

⑴风能资源丰富：

中国大陆可再生能源可利用储量约为，40-46亿吨标煤/年，其中风能可利用储量约为5-8亿吨标煤/年。

风能潜在可开发量23.8亿千瓦，技术可开发量7-12亿千瓦。

如果全部开发，年发电量可达1.4-2.4万亿千瓦时，相当于2005年中国大陆全年发电量的40-70%。

⑵风电发展迅速：

2005年大陆风电装机120万千瓦，之后风电装机连续以100%的速度增长，2010年达到4473.3万千瓦，全球第一位。

2012年风电装机7641万千瓦，并网风电机组6083万千瓦，为2005年的65倍，连续3年保持世界第一。

⑶风、光、储、输示范工程成功投运

首个风、光、储、输示范工程位于河北省张家口，是目前世界上规模最大的，集风力发电、太阳能光伏发电、储能和智能输电“四位一体”的新能源综合利用工程，目标是发展成中国各种新能源并网技术的试验研究基地。

规划装机为50万千瓦风电、10万千瓦光伏以及11万千瓦储能装置。

第一期工程为装机10万千瓦风电、4万千瓦光伏和2万千瓦储能装置，已于2011年底正式投运。

该示范工程一年多的运行实践表明，在张家口北部地区的风能、太阳能资源条件下，风电出力波动幅度为30%；当风电与光伏发电以1:

1组合时，总出力波动幅度减到12%；加上储能后，当储能装置配比容量为10%、20%、30%时，总出力波动幅度分别减到9、5、3%。

运行实践表明，多能源发电对综合发电出力波动的互补性很强。

⑷2011年10月中国政府公布了《中国风电发展路线图2050》。

根据该路线图，中国大陆风电发展的目标是：

到2020年、2030年底，风电装机容量将分别达2亿千瓦、4亿千瓦；到2050年，风电装机容量将10亿千瓦，届时风电将满足大陆17%的电力需求，成为继燃煤发电之后的第二大电源。

⑸风电发展中存在的问题：

1风电电量贡献比例小:

2012年风电装机占全国总装机的5%，发电量仅占总发电量的0.2%；

2弃风受限电量多：

2011年弃风受限电量100亿千瓦时，2012年弃风受限电量200亿千瓦时，2012年弃风受限电量约占风电总发电量20%。

3近年来发生多次风电机组大面积脱网事故：

2011年大规模风电机组脱网事故12次以上，每次事故损失均超过50万千瓦。

因此，为了实现风电未来作为主导能源的更大规模、更高比例的发展，必须从风电发展阶段论来研究和思考，并提出解决办法。

2.风电发展的几个阶段

第一阶段风电机组示范和发展起步阶段（20世纪八十年代到2005年）：

1986年5月，山东荣成马兰湾建成第一个风电场，经过十多年的努力，逐步转向规模开发。

到2005年底，累计装机120万千瓦，世界第四；

第二阶段风电场快速发展（2005-2010年）：

这一阶段的开始以2005年2月第十届全国人民代表大会通过《中华人民共和国可再生能源法》为标志。

该阶段的特点一是风电发展速度快。

到2009年累计装机2580万千瓦，世界第二；2012年累计装机7641万千瓦，连续三年世界第一；二是主流机组大型化。

陆地上新建的风电机组容量多为1千千瓦、2千千瓦和3千千瓦，海上风电机组容量为5千千瓦。

但是，这一阶段人们重点关注风电场，较少考虑风电并网、输送和风电电量消纳。

因此，电网建设滞后和薄弱；电源结构不合理，抽水蓄能、燃气电站等灵活调节电源比重不足2%，电网调峰能力严重不足，特别是供热机组比例大的北方省份，到冬季矛盾更加突出；风电电量就地消纳和远距离输送能力不足，风电无法及时并网和全额消纳。

第三阶段风电场与电网共同发展（从2010年起）：

这一阶段开始的标志是2010年3月智能电网首次写入国务院总理的“政府工作报告”；2011年10月颁发了《中国风电发展路线图2050》；2011年5月28日，国家电网公司公布了七大风电基地2015和2020年接入电力系统及输电规划方案。

这些都标志着中国大陆进入了风电和电网协调发展的新阶段

中国大陆能源资源的分布和利用特点是，化石能源多分布在“三北”地区（东北、西北、华北），可再生能源分布在北、西部地区（80%水电在西南，90%陆地风能在三北，80%太阳能资源在西、北部），而中、东部是主要用电区域，其用电量占大陆社会用电量的75%。

因此大陆的能源和电力的发展格局，一定是“西电东送”和“北电南送”。

按照国家风电发展规划，到2020年风电装机达到2亿千瓦，预计有80%左右集中在远离负荷中心的“三北”地区。

为了更大范围电力平衡和消纳风电和太阳能发电，必须建设东-西、南-北贯通的输电大通道——电力高速公路，需要加大建设跨大区的特高压输电网络。

2006年以来，国家电网公司累计投资风电并网工程458亿元，建成风电并网线路2.53万千米。

因此，风电场与电网共同发展成为大规模发展风电的必经之路。

第四阶段风电与大能源电力系统和电网共赢发展（预计从2015年起）

大能源电力系统的广义含义指，在发电侧，包括风电、太阳能发电在内的可再生能源发电和煤电、核电等传统发电厂等的整体化规划和一体化发展的发电系统。

发展思路是：

太阳能热利用为代表的可再生能源热能系统作为发电厂热力系统的一部分，进入到发电厂加热给水的回热系统，部分替代汽轮机回热抽汽和生活用汽，节约传统发电厂发电用的化石燃料；以风力发电为代表的可再生能源电力作为发电厂厂用电系统的一部分，进入发电厂的厂用电系统，节省传统发电厂的部分厂用电。

这样，可以用传统发电厂巨大容量的热力系统和电力系统，吸收和消纳风电、太阳能等不稳定和波动性电源，实现把可再生能源的发电和供热，从源头上就纳入大能源电力系统，实现共同节约化石能源的目的，使大能源电力系统实现互补、可控、可调的目的。

大能源电力系统的广义含义在用电侧是指，通过需求侧的负荷平移、可中断负荷、电源和用电的双向功能、灵活分散的蓄能系统、智能电动车系统、可再生能源不稳定发电直供某些电力用户以及微型电网等技术和管理手段，把供电网、信息网和智能用电设备相联，把供电方和各类用户之间，以智能化联系和互动化支持的方式，实现在用户侧削峰平谷，更多吸纳可再生能源和电力的目的，实现传统发电、可再生能源发电以及各级电网的共赢。

四。

小结

风电等可再生能源具有清洁性、低碳性、永续性、本土化的特点，在蓄能技术没有得到大规模利用之前，它基本上是不可储存的；煤炭是最现实的可大规模利用的传统能源，二者面临类似的发展前途：

煤炭要清洁、低碳发展，可再生能源要大规模、高比例发展，二者在各自科学发展的同时，又能协起手来，共同发展，这是中国大陆清洁能源行动的今天、明天和后天。

图2012年中国大陆各类能源发电装机容量占比。

项目

单位

2015年

2020年

2050年

总装机容量/占比

亿千瓦/%

14.37/100

17.50/100

29.00/100

煤电装机/占比

亿千瓦/%

9.33/65.3

10.30/59

14.00/48.3

天然气发电/占比

亿千瓦/%

0.40/2.7

0.60/3.4

1.00/3.5

水电/占比

亿千瓦/%

3.24/22.5

3.90/22.2

4.00/13.8

核电/占比

亿千瓦/%

0.43/2.9

0.80/4.6

3.00/10.3

可再生能源

风电/占比

亿千瓦/%

0.70/4.8

1.50/8.5

4.00/13.8

生物质发电/占比

亿千瓦/%

0.27/1.8

0.1515/0.87

1.00/3.5

太阳能发电/占比

亿千瓦/%

0.25/1.43

2.00/6.8

表中国大陆2015--2050年发电装机容量预测（2011年预测值）

参考资料

[1]国家电力规划研究中心，“未来我国发电能力及电力需求发展预测”[N]，中国能源报，2013-02-18

（1）

[2]徐钢，田龙虎，刘彤，等，“中国电力工业CO2减排战略分析”[J].中国电机工程学报，2011，31（17）：

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[3]黄其励，高虎，赵勇强，“中国可再生能源中长期（2030、2050）发展战略目标与途径”[J]，中国工程科学，2011，13（6）：

88-94

[4]韩振兴，刘石，李志宏，等，不同类型发电机组的燃煤技术比较[J]，热力发电，2012，41

（2）：

1-3，7

[5]冯伟忠，“外高桥三期1GW超超临界机组的节能技术”[J]，能源研究与利用，2011（6）：

42-47

[6]张燕平，蔡小燕，黄树红，“700℃超超临界燃煤发电机组材料研发现状”[J]，中国电力，2012，45

（2）：

16-21

[7]孔宇，文端，张小勇，“超临界循环流化床锅炉技术特点与发展前景分析”[J]，上海电力学院学报，2012，28（3）：

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[8]倪维斗，李政，薛元，“以煤气化为核心的多联产能源系统——资源/能源/环境整体优化与可持续发展”（J），中国工程科学，2000，2（8）：

59-68

[9]冯静，倪维斗，曹江，李政，“多联产配置是推进我国IGCC系统发展的重要途径”（J），燃气轮机技术，2007,20（4）：

1-5

誌谢

衷心感谢长期以来，郑健超、杜祥琬、倪维斗、岑可法、谢克昌和岳光溪等中国工程院能源与矿业工程学部各位院士，感谢贺德馨、殷志强、赵颖、李十中、李俊峰、高虎、钱钢粮、韩再生等教授、专家，在能源发展战略咨询和技术工作中对我的指导、帮助和支持，使我能由普通的电力科技工作者，成为能源战略研究者，在此基础上，形成本文稿。

并感谢我的家人对我的鼓励和帮助。

我将按国家能源发展战略方针，继续努力研究和工作，力争再出新作。