中国的燃煤发电存在着节能潜力,应当挖掘燃煤电厂的节能潜力,但是挖掘潜力要采取科学态度｡
一､中国煤电是现阶段不可或缺的电源
中国煤电在现阶段和相当长的时间里是不可或缺的电源｡一是中国煤电使用的是最差的化石能源｡好煤用于冶金､化工以及民用,剩余的煤矿石､中煤､泥煤､褐煤和石煤,供燃煤电厂发电用｡如果这些煤炭不用于发电,别的用途也不多｡二是中国煤电承担着最艰巨的发电任务｡在各种电源中,首先要让核电､水电､风电､太阳能发电等优先发电,水电､风电､太阳能发电有随机性,但用电需要并不适应这种随机电源｡水电丰水期大发,枯水年枯水期少发;风电有风就发,无风不发､少发;太阳能发电有太阳就发,刮风下雨阴天不发｡别的电源大发时,煤电就要少发或停发;别的电源少发时,煤电就要大发｡煤电成为电力系统中填补电力余缺,保证电力可靠供应的不可或缺的电源,承担着最艰巨的发电任务｡三是中国的工业用热､三北地区公共建筑和居民冬季采暖用热主要依靠燃煤热电厂提供廉价热源,燃煤热电厂的能源利用效率甚至高于最先进的超超临界发电机组和IGCC机组,如果没有燃煤热电厂,中国到那里去找廉价､充足的热源呢?四是中国的燃煤发电厂支撑着中国一次能源以煤为主的结构,保证了在一次能源以煤为主的条件下尽可能减少燃煤引起的污染｡这是由于电力工业是最能够清洁利用化石能源(煤炭)的用户,燃煤电厂可以最大限度地减少煤炭燃烧所产生的飞灰､二氧化硫和氮氧化物的排放｡作为煤炭的最大用户,燃煤电厂成为国民经济所有部门中最能清洁利用煤炭的用户｡由于这个原因,中国如要保持以煤为主的一次能源结构,就必须保持以煤电为主的电源结构｡即使今后煤炭产量达到极限产量,为了保护生态环境,也应尽量减少其他部门分散燃煤,从而把煤炭集中起来供应燃煤电厂｡我国目前煤炭消费中电煤消费量的比重只有50%左右,将来有可能提高到80%~90%｡
二､中国煤电发展中有关问题的分析
从中国能源资源的蕴藏量和生产量来说,最现实的电源是燃煤发电,包括燃煤的热电联产｡但是几十年来,对中国煤电的责难不绝于耳,对煤电是现实､经济､清洁､先进的电源提出种种不同的意见,干扰了中国式发电结构的实施｡
1.关于“水主火辅”电力长远建设方针｡
中国第一个五年计划中电力工业的建设方针是“火主水辅”｡计划中说:为适应工业发展特别是新工业区建设的需要,必须努力发展电力工业,建设新的电站和改建原有的电站｡第一个五年计划期间,将以建设火力电站为主(包括热力和电力联合生产的热电站),同时利用已有的资源条件,进行水力电站的建设工作,并大力进行水力资源的勘测工作,为今后积极地开展水电建设准备条件｡当时确定这样的方针是实事求是的｡1958年,在第二个五年计划中又提出要执行“水主火辅”的长期建设方针,主张加快水电开发,控制煤电的发展｡由于实际执行中阻碍了电力工业的发展,到1961年将电力建设方针改为“水火电并举,在有水电的地方多搞水电”,实际执行的结果还是“火主水辅”,水电装机容量比重始终未超过32%｡
2.关于建设烧油电厂替代部分燃煤电厂｡
中国长期以来缺油､少气､富煤,在火力发电站的建设上一直以燃煤电厂为主｡虽然油电､气电的能源利用效率比燃煤电厂高,有心想提高油电比重,但由于国内严重缺油,所以一直没有搞油电｡20世纪60年代大庆油田的发现和开发,结束了中国长期依赖“洋油”的历史,1965年原油产量达到1583万吨,自给有余,为发展燃油电厂创造了条件｡从1966年起在部分燃煤电厂掺烧石油,后来煤炭产量下降,国内炼油能力赶不上原油产量的增长,觉得石油供应富裕了,用燃油代替燃煤的速度加快了｡1970年,有关部门大力提倡燃油发电,不仅将原来的部分燃煤电厂改为烧油,还决定新建､扩建24个按燃油设计的电厂｡但是才过去3年,1973年就发生了世界石油危机,中国开始认识到石油资源的宝贵,作为燃料用于发电实在可惜｡到1976年,全国有燃油电厂1000万千瓦,约占当年火力发电站总容量的三分之一弱,年燃油1800万吨｡从1976年起,中国电力工业开始了以煤代油的艰巨工作｡这项工作分两阶段进行,第一阶段自1976年到1980年,把原来燃煤改为燃油的电厂,重新改造为烧煤,改造容量330万千瓦,年压缩燃油500万吨;第二阶段自1981年到1990年,将新建和扩建的燃油机组改成燃煤机组,改造容量600多万千瓦｡1990年比1980年少烧油约1200万吨,10年累计压油6500万吨左右｡用10年时间建设的烧油电厂,花15年时间来进行纠正,耗费了大量的资材,浪费了大量的宝贵时间,这个教训值得永远汲取｡
燃油电厂比燃煤电厂好的情结在一些人的思想上挥之不去,有人曾经提出要用煤制油加燃油发电来替代燃煤电厂,认为是经济合理的｡这种想法极其荒谬｡因为能够用于制油的煤种是有限的,不是什么煤都适合制油;而且煤制油要耗费大量投资,制油过程也存在污染物排放问题｡用煤制油电厂替代燃煤电厂,在世界各国中闻所未闻｡
3.关于建设天然气发电厂替代部分燃煤电厂｡
在中国石油是稀缺的能源资源,天然气比石油还要稀缺,所以天然气主要用作化工用气､工业燃料和城市燃气,在这些领域替代煤炭比用于发电的经济效益和环境效益要好得多｡但是在2000年前后,由于西气东输工程的建设和广东､福建从国外引进液化石油气,一些能源专家根据发达国家和新兴经济国家的经验,认为“燃气发电是中国发电能源多元化的重要组成部分,有利于优化和调整电源结构”,“燃气发电项目的成败直接决定了整个天然气项目的成败”,结果配合管道天然气和LNG建设了一批配套的燃气电厂｡由于天然气不够用,为保工业和民用燃气,燃气电厂建成后没有天然气可供,长期停机等气,造成巨大损失｡笔者认为,中国现阶段不具备搞大型纯天然气发电的电厂,一是电厂不可能获得足够的发电用天然气,二是燃气电厂与燃煤电厂比较缺乏竞争力,随着国际市场LNG价格不断攀升和国内天然气价格的市场化,燃气发电的竞争力将进一步减弱｡天然气是最清洁的矿物能源,应当尽量供终端使用,而避免用于能源转换;电力和天然气是两种干净的终端能源,在使用中应当互相协调,使它们发挥最大的作用｡
4.关于关停小型燃煤机组｡
小型燃煤机组规模效益差,能源消耗大,环境污染问题突出,于是从1998年开始国家提出关停小火电｡据统计,1998年全国有5万千瓦及以下纯凝汽式机组3000万千瓦｡1999年5月,国务院办公厅转发国家经贸委关于关停小火电机组的通知,要求关停的是5万千瓦及以下的纯凝汽式机组,后来逐渐扩大到10万千瓦及以下的纯凝汽式机组｡到2008年,10年关停小型火电机组已超过3000万千瓦｡现在有的专家提出要把关停范围扩大到20万千瓦(含12.5万千瓦)机组,有的地方甚至要关停30万千瓦机组｡其实这些机组中有相当一部分建成时间很短,寿命期尚未终了,如果用来担尖峰或作为备用机组,减少发电量甚至基本不发电,那么能耗高和环境污染问题就可以得到解决,还可以提高系统的灵活性和安全性｡如果把20万千瓦及以下的燃煤机组都关停完了,势必要由大机组来承担腰荷､基荷和备用容量,大机组起停多,设备利用小时下降,就会使大机组的煤耗上升｡考虑用大机组替代20万千瓦及12.5万千瓦机组担尖峰及备用,关停小煤机的节煤效益就会大大下降,原来认为关停20万千瓦燃煤机组7年可回收投资,按担尖峰考虑可能要20~30年才能回收,按担备用考虑可能50年也回收不了投资｡所以对于10万千瓦､12.5万千瓦及20万千瓦燃煤机组,凡是设备没有老化,还可以安全发电的,应根据电力系统的情况具体分析研究,慎重决策｡
5.关于煤电的能源利用效率｡
长期以来,国内形成了一个固定不变的概念,即中国火电能源利用效率低,与国外的差距按供电煤耗计算中国要高出80~90克每千瓦时｡改革开放30年来,中国建设了很多世界先进水平的超超临界大机组,淘汰落后的小机组,全国供电煤耗从1978年的471克每千瓦时下降到2008年的349克每千瓦时,下降了122克｡这种情况下,还在不断说中国火电能源利用效率低于国外｡如美国能源基金会中国可持续能源项目编印的2008年能源数据中认为:中国2007年火电供电煤耗比国际先进水平(日本)高44克每千瓦时｡问题是比较的方法不对｡中国与日本的火力发电不具备可比性,中国的火力发电是煤电,日本的火力发电主要是油电和气电,煤电的能源利用效率比油电和气电低,所以不具有可比性｡正确的比较方法应当是中国煤电的供电煤耗或能源利用效率与日本､美国等发达国家煤电的供电煤耗或能源利用效率比｡但问题是世界各国都没有煤电､油电､气电分类的供电煤耗或能源利用效率统计,无法进行有效比较｡从中国近年来燃煤电厂采用大机组,关停小机组,煤耗的大幅下降的情况看,中国煤电的供电煤耗或能源利用效率已经达到世界先进水平｡日本海外电力调查会2006年的统计,中国火电(包括煤电､油电､气电的综合)总效率只略低于日本,大大高于美国､俄罗斯､加拿大､英国等,也从一个侧面证明中国火电能源利用率是相当高的｡
有的专家引用陈旧的资料,说中国火电供电能耗约比国外高22.1%,火电(煤电)机组平均效率仅33.8%,比国际先进水平低6~7个百分点｡实际上中国火电(煤电)热效率2007年是38.11%,能源转换总效率已达到42.05%｡
6.关于电源结构问题｡
近几十年里,不少专家一直想优化中国的电源结构,如上述的“水主火辅”以及发展油电和气电,都是想改变以煤电为主的电源结构,但都以失败告终,最后都不得不继续实行以煤电为主的电源结构｡中国发电结构中煤电独大,其主要原因:一是电源结构决定于能源结构｡中国一次能源以煤为主,决定了电源结构必然要以煤电为主｡要想改变电源结构以煤电为主,首先要改变以煤为主的一次能源结构｡二是一次能源结构以煤为主是由资源禀赋和能源资源可获得性决定的｡我国能源资源富煤､缺油少气,同时又错失了第二次能源大转换的机会｡现在进入后石油时代,已很难实现油､气为主的能源结构｡三是即使进口天然气､石油,首先应替代民用和工业中分散使用的煤炭,以解决污染问题,替代下来的煤炭还要继续供煤电使用｡世界上发电能源以煤为主的不只是中国,有些国家煤电比重比中国还大｡2002年的国际电力统计表明,煤电比重波兰达94%､南非93%､印度和澳大利亚78%,都比中国比重大｡煤电虽然是传统的发电方式,在技术创新的条件下也是先进､清洁的电源｡应当肯定我国以煤电为主的电源结构是合理的､附合国情的｡
三､以科学的态度对待中国煤电节能降耗问题｡
中国非常重视节能｡“十一五”计划提出了单位国内生产总值能源消耗降低20%的目标,表明了国家对节能工作的决心｡节能要特别重视优质能源的节约,如节油和节电,此外节煤也很重要｡
最近,有人提出:优先解决煤炭使用中的大浪费应成为中国能源使用领域的主导思维｡并建议:中国完全可以采用“两步走”的煤､太阳能联合发电方式,以减少煤炭使用量｡所谓“两步走”,即先用太阳能加热冷水,再用煤炭加热,把热水变成高温高压水蒸汽用于发电｡而当前的煤电发电则是直接用煤加热冷水｡该人士估计:如果将“两步走”模式引入目前火力发电中最环保的超超临界发电机组,节煤率可高达76%｡如果按2007年中国燃煤电厂发电耗煤14.01亿吨计算,中国将因此每年节约超过10亿吨的煤｡也就是说,中国2007年火力发电每千瓦时的供电煤耗原来是356克标准煤,采用“两步走”节煤建议之后,2007年火力发电每千瓦时供电煤耗可降低到85.44克标准煤｡如果这个建议是科学可行的,其节煤量可相当于2007年我国煤炭产量的39.4%,或相当于2007年一次能源总消费量的26.4%｡但笔者认为,这个建议是不科学的､无法实施的｡
首先,发电厂的锅炉效率是很高的,超临界锅炉效率已达到94%多,锅炉的节能潜力仅6%,怎么有可能节能76%呢?其次,发电厂锅炉并不是直接用煤加热冷水｡发电厂锅炉水是循环利用的,锅炉里的水加热成蒸汽供汽轮机做功,做功后的废汽经复水器冷却凝结成水,这个凝结水是有温度的,不是冷水,凝结水经过低压加热器､除氧器､高压加热器再经省煤器(利用锅炉的烟气加热锅炉用水)变成高温热水,然后才进入锅炉用煤加热｡发电厂锅炉里的水循环使用,使用过程中有一定的损失,所以电厂里有化学处理水车间,把水经过处理后进入除氧器除氧,与凝结水汇合,经高压加热器和省煤器进入锅炉｡所以锅炉补充水同样是经过加热的｡正是由于发电厂锅炉的循环用水和重视进锅炉水的加热,才使锅炉效率有了很大的提高｡
用太阳能帮助发电厂锅炉加热冷水是否有可能?发电厂锅炉排烟的余热可以利用,排烟余热给进锅炉的水加热不仅持续不断,而且温度远比太阳能加热要高得多｡太阳能加热器要受阴天和雨雪天的影响,晚上也不能加热,不适应燃煤电厂连续生产的要求｡所以从燃煤电厂的特点来看,用太阳能加热冷水是不可行的｡
综上所述,所谓燃煤电厂“两步走”节煤76%是不可能实现的｡煤电确实还有节能潜力,不过煤电的节能潜力不在“两步走”上,主要在于汽轮机排汽热损失上｡如果有人能够把排汽热损失降下来,或者把排汽热损失利用起来,确实可以取得很大的节能效益｡
