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山东电力产业低碳化技术路线研究

更新时间 2012-7-10 11:13:36 点击数:

     引言因化石燃料大量燃烧引起的能源短缺与环境污染已经成为全世界关注的焦点问题,由此而产生的全球气候变暖业已是一个不争的事实。巨量排放的CO2是造成温室效应的罪魁祸首,因此发展“低碳经济”自英国于 2003 年首次提出以来,已得到世界各国的广泛认可。“低碳经济”以减少温室气体排放为目标,旨在改变传统的高耗能、高排污的经济增长模式,构筑低耗能、低污染的可持续发展经济体系。
    电力行业已然成为我国最大的 CO2排放部门,其排放的 CO2占我国排放总量的 38. 76%[1],电力行业走低碳化道路对我国减排 CO2具有重大意义。
    山东电力行业以火电为主,未来相当长一段时间内,这种格局难以改变[2],碳减排任重而道远,电力产业低碳化对山东省发展低碳经济起着至关重要的作用。因此,有必要对山东电力产业进行深入调研,考察电力产业 CO2排放现状及减排潜力,提出适合山东省社会经济发展的电力产业低碳化路线。
    1 山东省 CO
    2排放现状及电网机组构成近年,山东经济一直保持迅猛的发展势头,经济总量一直位居全国前三位,但其产业结构中,第二产业比重过大,尤其是重工业和传统高耗能产业所占比重偏高,这导致了能源消费总量巨大、环保压力大、节能减排任务繁重[3]。
    从 2000 年以来山东省一次能源消费量和一次能源结构统计可以看出,山东一次能源消费量持续增长,2009 年达到34536 万 t 标准煤,且煤炭在一次能源中所占比例过大,一直维持在 80% 左右,虽然近两年比重有下降趋势,但煤炭消费的主导地位在短期内不会改变。山东电网基本上就是一个火电系统,火电发电量占据总发电量的 97% 以上,虽然近几年风电、生物质发电有较大发展,但在未来相当长时间内火电的主导地位仍不可撼动。据统计,山东省每年 CO2排放总量超过10 亿 t[4],其中电力行业的排放量高达 40%,燃煤电厂已经成为山东省 CO2排放的主要源头,电力产业低碳化是发展低碳经济首要解决的问题。
    2 山东电力产业低碳化现状
    2. 1 山东清洁能源及其发电技术现状2. 1. 1 风能资源与风力发电进入 21 世纪以来,风电是全球范围内发展最快的能源形式,11 年里其装机容量增长了 10 倍,达到19 440 万 kW[5]。我国是风能资源大国,近几年风电发展迅速,《2010 年中国风电装机容量统计》显示,我国累计风电装机容量已经达到 4473 万 kW,跃居世界第一位。山东省拥有漫长的海岸线,半岛沿海地区及近岸海域风能资源丰富,开发建设条件优良。
    截止 2011 年 2 月,山东省已经有并网风电场 35 座,总装机容量 182. 94 万 kW,装机规模位列全国第七位[6]。今后,在“山东海上风电规划”的指导下,山东省将重点在威海、烟台、滨州、东营、潍坊、青岛等地近海海域建设大型风电场,到 2020 年,海上风电装机容量达到 1000 万 kW[7]。发展风力发电不仅具有经济效益,其环境效益也是不可估量的。
    风电产业迅猛发展的同时也暴露出许多亟待解决的问题。就山东省而言,风电装备企业规模相对较小,风电装备市场基本由省外和国外企业占有; 风电装备企业的技术水平相对较低,关键部件的生产受制于国外先进技术; 山东电网基本上是一个火电系统,按照山东电网目前的负荷特性和调峰能力计算,到 2015 年可消纳的最大风电装机容量仅为 400万 kW 左右,不能满足山东省风电装机发展目标。
    山东省风电场情况与英国类似,都是海上风电资源丰富。目前英国海上风电装机容量占世界海上风电总装机容量的 44. 5%[5],居世界第一位,其成功得益于 ROC( Renewables Obligation Certificates,可再生能源义务证书) 对风电市场的助推作用[8],它将供电商当年度须完成的可再生能源电力份额与市场行为紧密联系起来,保障风电行业的发展。山东省可以此为蓝本,开辟适合本省省情的“政策 + 市场 + 金融”模式,破解困扰山东发展风电的瓶颈,推进风电飞速发展。
    2. 1. 2 太阳能资源与太阳能发电太阳能作为清洁无污染的可再生能源,已经成为解决能源短缺、环境污染和气候变化等问题的有效途径。山东省拥有十分丰富的太阳能资源,全省年日照时数平均为 2488 h,年太阳辐射总量大于500 万 kJ,相当于 731 亿 t 标准煤,且山东省平原和低矮丘陵面积广阔,适宜太阳能的开发利用[9 -10]。
    山东太阳能热水器产业化和应用居于世界领先水平[11 -12]。相较于太阳能热水器行业,山东省在太阳能光伏发电领域起步较晚,尚不具备与江苏、河北、江西等光伏发电大省相抗衡的实力[13]。据统计,2008 年全国太阳能光伏电池产量达到 178 万kW,比 2007 年增长 63. 6%[14],太阳能光伏产业正在急剧膨胀[15]。太阳能替代传统能源,为山东省电力产业低碳化建设提供了新思路,具有巨大的经济和环境双重效益。
    2. 1. 3 生物质能资源与生物质能发电生物质能资源具有种类多、分布范围广、碳近零排放等优点,可转化为电力、燃气和液体燃料等多种高品位能源,是仅次于煤炭、石油、天然气的第四大能源形式,并且是绿色、可再生能源。山东是农业大省,中西部地区是广袤的平原和低矮丘陵,可发展生物质发电。2006 年全国首个生物质秸秆发电项目在山东单县建成投产,装机容量 2. 5 万 kW[16]。根据山东省“十二五”规划,到 2015 年山东省将建成27 个生物质电厂,总装机容量达到 141. 3 万 kW。
    生物质电厂投资高、成本高、效率低[17],这限制了其大规模发展,但在碳减排大环境下,政府应在技术层面,支持相关部门在生物质直燃发电、生物质混煤燃烧、生物质作为再燃燃料等方面的探索; 在政策层面,给予生物质电厂在上网电价和“碳交易”方面更大的优惠。
    2. 1. 4 核能发电
    核能是一种安全、清洁、高效、可靠的能源,是煤炭、石油等传统化石能源的理想替代者。生产相同2能,核电成本为火电的 80%,所需燃料仅为火电的 20 万分之一,所需淡水仅为火电的 12 分之一,且核电能实现 CO2近零排放,其放射性对环境影响微乎其微[18 -19]。
    山东具有发展核电的条件,2003 年开工建设第一座核电站———海阳核电站[18]。据《山东半岛蓝色经济区发展规划》,山东将规划建设海阳、荣成两个核电项目和烟台核电研发中心,力争在 2020 年初步形成两个核电基地。
    2. 2 高效发电技术及应用现状
    山东电力产业低碳化,除了大力发展低碳发电技术外,还必须同时推广高效的洁净煤发电技术。
    整体煤气化联合循环( IGCC) 和超临界/超超临界发电技术,能大幅提高能源转换效率,从而减少单位能耗温室气体排放。
    2. 2. 1 整体煤气化联合循环( IGCC) 发电技术整体煤气化联合循环( IGCC) 是把煤气化洁净技术和高效联合循环相结合的先进动力系统[20],机组发电热效率达到 43%,且有望突破 50%,相比同等装机容量的常规火电机组,其发电热效率高 5 ~7个百分点,供电标准煤耗降低 25. 06%,CO2排放量降低 13. 73%[21],通过变换模块更容易实现 CO2的富集,若与碳捕捉和封存技术( CCS) 联用,碳捕捉成本更为低廉[22],因而碳近零排放的代价更低。
    IGCC 系统复杂,前期投资大,这是限制其大规模推广应用的一个重要因素。但以火电为主导的山东电网,面临能源紧缺和碳减排的双重压力,不得不提高能源利用效率来实现电力产业的可持续发展。
    目前,山东仅在滕州成功运行了一座 IGCC 多联产示范电站,装机容量 8 万 kW[22],今后应持续加大对IGCC 发电技术的探索和实践,以优化山东电力产业的低碳化路线。
    2.

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