第一情报 ---能源与环境

我国发展煤基多联产IGCC的必要性和重要意义分析

供稿人:王静波  供稿时间:2009-7-10   关键字:煤基多联产IGCC    
2008年以来国际油价腾挪跌宕的剧烈波动,让石油对外依存度已攀高至安全警戒线的我国重新审视煤炭在国家能源安全格局中的地位。我国固有资源禀赋下的煤基能源系统的可持续利用,必须改变传统落后的煤炭利用方式,加快发展既能提高资源利用效率、又能降低环境污染程度的新技术。
(一)实施“能源-化工一体化”的煤炭现代化战略刻不容缓
我国的资源禀赋以及世界石油和天然气的供应趋势决定,煤现在是、将来仍是我国能源的主力,实施清洁、高效、综合、可持续的煤炭现代化战略是保障我国能源、经济安全的必然选择。当前,煤炭主要用于发电,未来几年煤用于发电的比例还会越来越大,从目前的50%上升到70%以上,而其绝对量的增加就更大。因而如何在煤电产业实现清洁、高效、综合利用是能否实现煤炭的现代化利用的关键所在。目前我国正值新一轮电力建设高潮,而现在兴建的电厂将决定2020年及以后的煤炭利用模式和环保效益水平,因此错过这一时期,我国今后实施煤炭现代化战略将更为困难,若继续按传统技术模式发展,将会显著增加将来中国治理空气污染的成本;难以控制未来石油进口,大大增加减排温室气体的成本,将导致环境、能源安全、温室气体减排等一系列困难。
 
因此,我国必须从现在开始布局清洁煤电技术,尤其是清洁性高的技术。整体煤气化联合循环(IGCC)技术被认为是目前最有发展前景的洁净煤发电技术,它采取“先治理后发电”的策略,在燃料燃烧之前先除去污染物(相比从燃烧后的烟气中脱除更容易),可以大大降低二氧化硫、氮氧化物等污染物的排放。目前,我国已将洁净煤技术的重点聚焦到了IGCC项目上,国家科技部在973、863计划中均部署了围绕IGCC发展需要研发的单项技术和前沿课题,以期形成我国在这个领域的自主研发、工程配套和系统集成能力。
 
然而IGCC发展了几十年,虽然技术在不断的成熟,系统的可靠性在不断的增强,但是还存在很多的问题,其自身的一些缺陷仍然是阻碍其发展的关键。IGCC电站的比投资费用高,经济上仍然无法与常规燃煤电站竞争;系统还不够成熟,运行经验还不够,可靠性、可用率还有待进一步提高;操作不够灵活,一般只能用作基本负荷电站。因而,要想在将来实现IGCC电站在煤发电中占有相当的份额,这些问题都必须得到解决。
 
因此,结合我国当前在这一领域的技术、装备和投资现状,直接发展单纯的IGCC技术时机尚不成熟。而煤基多联产,即将煤电与煤化工耦合,发展煤基多联产IGCC发电工程模式,建立煤电化联产的综合技术路线,则是技术上有保障、经济上更合理的方式。这种煤炭利用的“能源-化工一体化”模式,同时实现了发电与基础化工品的综合高效利用,是符合我国能源利益的煤炭利用现代化的技术出路,并能最终实现IGCC技术不断优化成熟、降低经济成本的有效途径。
(二)煤基多联产IGCC发电模式具备较高技术经济优势
与单纯的IGCC发电有所不同,煤基多联产IGCC是以煤气化为基础,在采用IGCC技术发电、保留了IGCC高效、清洁等优越性的同时,向外提供甲醇、二甲醚、乙烯等化工品,并能对外提供氢气、蒸汽等多种工业产品,实现了煤炭资源的高效综合利用——发电并联产化工品,这正是该系统的优势所在:由于电力与化工品联产,系统更具经济性、实用性;由于多系统整合、涉及多种技术的集成优化而更具创新性、示范性、高端性。
 
图  煤基多联产IGCC系统:实现能源、化工、环保一体化的资源综合利用系统
         
目前单纯IGCC发电最大的商用阻力在于成本较高,而煤基多联产IGCC系统产品灵活性高,可以通过调节合成气在化工品合成和发电间的分配比例,来调节化工品和电力的产出比例,这样既可以通过产出甲醇等化工产品来提高系统的经济性,又能使系统在电网中具有灵活调峰的能力,解决单纯燃气轮机调峰能力差、成本高的问题。因此,该系统通过联产甲醇等化工品解决了单纯IGCC发电经济性不佳的问题,在这一框架下,探索完善IGCC清洁煤电技术的商用方案,兼具实用性与战略性。
 
该系统是现代煤化工与洁净煤电集成发展的平台,它打破了行业界限,能实现化工、动力、电力等原本各自独立的生产过程的优化集成,涉及重大技术多、行业面广,集成创新性强,对于解决煤基能源格局可持续发展中的煤化工、清洁煤电以及相关支撑行业具有示范效应。
 
可见,煤基多联产IGCC工程是将现代煤化工与清洁煤发电技术相耦合,同步实现能源、化工一体化的解决方案,同时实现了煤的清洁利用与高效利用。而且既可在一定程度上可以规避高油价给产业经济带来的风险,又可以为替代燃料提供解决方案,可以说是保障能源安全、改善能源结构、实现节能减排、将为现代煤化工产业和能源(煤炭)的清洁高效利用带来革新的重大技术融合式创新。
(三)发展煤基多联产IGCC示范工程的重大意义
发展煤基多联产IGCC对我国能源经济安全和环境保护、可持续发展意义重大——
 
表  煤基多联产IGCC发电的综合利用模式对我国能源与环境的重大意义
 
* 有助于缓解能源总量要求
联合生产多种产品,效率提高可以减少总量需求;利用高硫煤扩展了煤炭资源;
* 有助于缓解液体燃料短缺
可以大规模地生产甲醇,二甲醚,F-T柴油,氢等替代燃料,缓解和缓冲石油进口压力;
* 彻底解决燃煤污染问题
完全消除常规燃煤污染物排放,重金属等痕量污染物脱除更经济;
* 有助于解决快速城市化引起的小城镇和农村洁净能源需求
一方面可以为不同天然气管道的城镇提供城市煤气,另一方面煤制DME可以作为LPG的补充或替代物,很可能是小城镇,尤其是住宅高度分散的农村地区的最终能源解决方案;
* 满足未来减排二氧化碳的需要
一方面煤气化系统可以以较小的增加成本捕捉二氧化碳,另一方面很容易为未来氢能经济提供氢能,间接减排二氧化碳。
 
从产业角度看,煤基多联产IGCC是一个对化工产业、煤电行业、装备制造业都有积极推动作用的综合产业技术方案,将对相关产业的发展带来全新的机遇。
 
促进现代化工产业的多元化、健康化、稳定化发展。我国已将现代煤化工作为保证能源安全的重点能源战略之一,而煤基多联产IGCC发电的基础技术——煤气化技术,正是现代煤化工产业发展的核心技术。煤基多联产IGCC中的煤气化生产甲醇等化工品以及延伸的煤制烯烃路线,将推动现代煤化工的发展,对石油化工形成有益补充,通过提高化工业的原料多元化程度,规避化工产业对石油的单一依赖造成的经济风险,利于化工业的健康稳定持续发展。
 
推动洁净煤发电技术的应用完善,提高煤电产业的绿色化。我国许多大中城市一直高度重视推进煤电的“绿色化”,但前几年的更换优质煤、上大压小的措施,都只是阶段性的措施,煤电的清洁性要长期得到保障,必须依赖可持续的绿色新技术,现有电厂的改造和新增发电装机都必须具有这种前瞻性,煤基多联产IGCC可为煤电的绿色化之路披荆斩棘,抢占低碳经济的产业制高点。有数据显示,IGCC发电系统可使CO2排放减少40%,SOX、NOX、CO和颗粒物质排放减少80%。此外,煤基多联产IGCC还能清洁地利用高硫煤[1]——将硫元素以硫磺的形式回收利用,很好地解决了原本“放着的资源不能用”的问题,这对有效利用我国的储煤特质是很有利的。
 
 带动大型成套装备制造、仪器仪表等相关产业的升级发展。煤基多联产IGCC是煤气化、燃气轮机发电、蒸汽轮机发电、合成气合成化学品等单元过程的有机结合,是复杂的集成系统,其技术研发和产业辐射作用非常强,可以带动大型成套装备制造、机电、仪器仪表、自动控制、新材料等产业的发展,为它们提供研发中试平台和获取自主权的契机。
(四)业界积极布局煤基多联产IGCC发电综合利用模式
煤基多联产IGCC发电通过煤的气化,实现电、热、液体燃料、城市煤气、化工品等多联产,可以达到综合利用煤炭资源的目的。IGCC发电作为高效、环保的新一代洁净煤电技术,本身又是煤化工与发电技术的结合,可以在电力、煤化工产品两个方向灵活转换,可以有效提高投资与资源利用效率。因此,煤基多联产IGCC发电逐渐发展成为当前煤炭综合利用的理想模式。
 
我国产业界也正密切关注着这个热点,各大电力公司纷纷涉足IGCC及多联产行业领域。最近两三年新上马或者筹备的煤炭利用计划中,不少是将IGCC发电与煤化工联产,走得是“能源-化工一体化”的技术工程路线,典型的工程项目有:
 
u 大唐东莞IGCC发电项目,2006年8月大唐与东莞市政府签署合作开发意向书,计划采用神华煤,4×400MW燃机,预留对外供气。
 
u 大唐沈阳IGCC多联产工程,2006年8月大唐与沈阳市政府签订项目开发协议,项目集发电、供热和化工于一体,规划建设4X400MW机组,联产甲醇120万t/a,一期工程投资达97.14亿元,联产甲醇60万t/a,预计项目一期年发电量为55亿kW.h。
 
u 大唐深圳煤化工及IGCC项目,2006年8月大唐集团与深圳市政府签署了合作框架协议,总投资220亿,年产值可达120亿,可向珠江三角地区提供基础化学品100万t/a,向园区集中供应公用工程、公用气体、化工特种气体,向广东电网供电约26亿kW.h/a,分两期建设,目前可研报告已通过审查。
 
u 2008年年初,广东东莞电化太阳洲4×20万千瓦IGCC示范工程通过项目可研报告审查,争取在年内动工。(三个国家级IGCC示范工程之一),未来将基于4×20万千瓦级IGCC示范工程,增加120万吨/年的甲醇生产能力,建成联产系统,进一步提高效率,增加产品多样性,实现电力、化工产业融合。
 
u 天津滨海新区25万千瓦级IGCC示范电站,气化炉的容量为2000吨/天,发电机组容量为25万千瓦级,配备50000标准立方米的空气分离装置。气化炉所产合成气的80%用于联合循环发电;另20%通过相接管廊提供本市渤化集团公司联产化工产品,可使渤化集团公司的产能提高10%。该项目建成投产后所产电将直接进入“京津唐电网”和“华北电网”,由国家统一调配电量及用途。
 
u 中美蒙发IGCC煤电化多联产项目,由中煤蒙发有限公司与美国CME公司、GE公司共同投资建设。项目分两期进行。一期投资20亿美元,建成2×80万吨/年甲醇生产线和800MW联合循环发电,年煤炭加工能力500万吨。二期投资20亿美元,开发煤化工下游高附加值产品,生产醋酸酐、柴油、汽油、尿素等,年煤炭加工能力500万吨。
结语
但是,煤基多联产IGCC系统涉及技术复杂,其核心技术是煤气化、煤气净化技术,这类技术并不是电力企业的特长,因此相比不懂相关技术的电力企业,煤化工企业采用煤基多联产发电技术进入发电行业反倒更有技术优势和可行性。
 
目前来看,我国已经成为世界最大的煤化工基地,而未来煤基能源系统的可持续健康发展还有很多技术路线需要优化、工程难题需要解决,并产生大量的相关装备、设备需求,而且,已经上马或规划以及潜在的煤基多联产行业未来将对资金、技术、装备、人才产生大量的需求,将带动相关领域的发展。
 
煤基多联产IGCC项目是十分复杂的系统,涉及多领域、多学科交叉,需加强系统集成研究,选择最优方案。而且,大型煤气化技术的选择与阶段配置、大型空分技术、以及煤气净化技术等重大关键技术都还需要在工程实践中不断优化。因此,鉴于煤的综合高效清洁利用越来越摆到关系能源经济安全、关系企业经济社会效益的重要位置上,媒基多联产IGCC发电在未来实现大规模产业应用之前,还有若干技术路线和技术方案需要探索示范。
参考资料:
IGCC与多联产系统,倪维斗
IGCC现状与发展,许世森
我国IGCC发电技术应用现状与政策建议,赵东旭,《电力技术经济》,2007.06
关于煤基多联产发展的问题与建议,刘涛,《煤炭工程》,2006.07
我国的能源现状与战略对策,倪维斗,《科技日报》,2007.1.26
国家“能源发展十一五规划”
国家“煤炭工业发展十一五规划”
等。


[1]我国的煤炭储量中高硫煤占1/4,由于传统的利用方式无法解决SO2的排放问题而一直被限制开采利用。

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