世界能源现状及分析

世界能源现状及分析——兼谈燃煤发电的发展与应用

化学化工学院20620151152180 安晓鸣

一言以蔽之，当前全世界的能源使用结构仍然是以石油、天然气和煤三大传统能源为主，辅之以核能、风能、生物质能等清洁能源，并大力开发新能源。

石油、天然气资源将在2050年前被罄尽的看法已被公认。

由于大量碳排放导致全球气温上升，破坏生态平衡的危机，用煤的简单和直接燃烧又受到限制。

核能发电因其碳零排放和生产成本低廉的特点，一度被认为是理想的未来能源，自问世以来一直呈增长趋势。但其安全性和经受自然灾害的能力，最近又受到人们质疑。日本福岛事件后，大批核电工程项目下马，核能发展陷入停滞。

太阳能的充分利用是一条好出路，但由于占地面积大、太阳能电池的昂贵、低效和高污染，这一可再生能源当前尚难以大量开发利用。

风力和潮汐发电亦属可再生能源，但亦受地域、节气和设备投资的限制。

利用生物燃料能源有利于减少碳排放，但和粮食生产、经济作物、其它动植物争土地和空间会受到相当程度限制。几年前因生物质能大跃进导致粮食作物产量减少，推高了世界粮价，甚至在非洲酿成饥荒。

而纵观众多新能源，甲烷水合物( methane hydrate) 又名可燃冰，在海洋大陆架深处和陆上永久冻土带有相当的蕴藏量，但目前开采利用在技术上尚有困难，大规模开发利用仍是遥遥无期。

近年来如火如荼的页岩气资源，亦存在燃烧热值低、开采难度大并附带高污染等等缺陷。

总之为使人类社会健康发展，生活质量能持续改善，在新能源开发和有效利用以及节约减排上还要作最大努力。

目前世界上大规模投入运行并网发电的发电方式主要有四种，火力发电、核能发电、水力发电及风力发电。

火力发电是传统火电厂采用的发电方式，也是目前世界上发电量最大的发电方式。火力发电一般以燃煤为能源进行燃烧发电。与其他能源相比，燃煤具有热值高、储量大、易运输等优点，一般认为世界上煤资源的储量尚能满足100 ～ 200 年的需求。但是燃煤会产生大量灰渣和CO2，含硫的煤会产生硫酸，形成酸雨，更不必说燃煤带来的碳排放问题。

截至目前，全世界核反应堆的发电量约占全球总发电量的近20%，在一些工业化国家中核电占50%以上。除极个别情况外，核电站有很好的运行记录，发电的可靠性高，在正常情况下，对环境友好，无有害气体排放。但与此同时，核能发电的运行维护成本高、核废料难以处理也是无法回避的问题，如何克服民众对核能的恐慌情绪则是绕不开的坎。

水电站集蓄水、节流、防洪、发电等诸多功能于一身，在条件适宜的地区有极大的应用潜力。但是水力发电的发电量完全取决于自然因素，有很大的波动性，这就造成了极大的资源错配与浪费。另外，水电站建设对自然环境和生物繁殖也有极大影响，像黄河小浪底这样的工程应当引起我们的警醒。

风力发电近年来方兴未艾，笔者家乡就设有国华电力的风力发电厂。风力发电的前期建设需要天量的固定投资，运行维护的人力成本也居高不下，而并网运行后的发电量却具有很大的波动性，可以说是一种清洁却不经济的发电方式。此外，风力发电机组需要占据广阔的土地，在选址上极为苛刻。

我国一次能源禀赋结构是“富煤、贫油、少气”，这些因素决定了煤炭是中国能源的基础。我国一次能源以煤为主的基本格局在很长时期内不会改变，由此也决定了发电以煤电为主的基本格局。未来相当长一段时间，我国煤电面临的挑战将更加严峻，可再生能源和其它新能源尚无法替代煤电。探索和推广高效清洁的煤电技术，是解决未来煤电发展的最主要的道路。

1 大型高参数机组

“十一五”期间，国产超临界(supercritical coal-fired power generation ， SC) 、超超临界(ultra-supercritical coal-fired power generation，USC)技术成为新建电厂的主力。截至2011 年底，我国在运行的吉瓦级USC 火电机组达39 台。这些机组无论从发电效率、污染控制水平，还是从技术推广难度、经济性和可靠性来看，都是未来一段时间煤电技术发展的主流方向。高参数和大容量是提高USC 机组效率的两条重要发展方向。

2 IGCC机组

IGCC 是将煤气化与联合循环相结合的一种高效、清洁发电技术。一方面，IGCC 发电技术比起煤粉炉发电技术具有更高的效率，发展的初期小容量的效率就能与现有的USC 媲美，且对SO2，NO x 和粉尘的排放控制水平与燃机发电相当。随着技术的进一步发展，该技术的效率将进一步提升，加上其在进行CCS和多联产方面具有的优势，其竞争力将逐步得到体现。但另一方面，系统较复杂，提高可靠性的技术难度较大；造价高，目前是USC的3倍，与700℃技术的经济性比较有待深入研究。

3 循环流化床锅炉

循环流化床(CFB)最初是应用于化工领域中的一种反应器，引入电力系统后，逐渐由鼓泡流化床(BFB)锅炉发展到CFB 锅炉。CFB 锅炉采用不同于煤粉锅炉火炬燃烧的新型无焰燃烧方式，特别适用于燃烧劣质煤、难燃煤及固体废弃物，适应了我国发电行业复杂的燃料来源特点，近年来在我国得到了快速发展。未来若干年CFB 锅炉的技术发展方向，一是继续提高其设计建设和运行的经济性、环保性和安全性，二是利用CFB 锅炉燃用难燃和特殊煤种。在我国，CFB 锅炉将长期作为常规煤粉锅炉燃煤发电的重要补充，在某些领域继续得到快速发展。

4 燃煤发电机组的烟气净化技术

粉尘、SO2 和NO x 是燃煤发电烟气污染物控制中的3个最重要的项目。2012 年，新的排放标准的实施，不仅将NO x 列为了普遍的控制项目，粉尘、SO2 的排放标准也大幅度趋严，另外还增加了“汞及其化合物”限制，这带来了新的技术需求。

另外，近年在发达地区，对PM2.5 的关注将使得作为排放源之一的燃煤电厂需在该领域做好技术准备，在控制PM2.5 具有优势的电袋除尘技术、先进的静电除尘技术需进一步研究和示范。

5 CO2捕集、利用及封存技术(CCUS)

2011年，我国燃煤电厂排放的CO2 超过3*109t，占到我国CO2 排放量的40%左右，是

我国CO2 最大的排放源。在应对气候变化的大背景下，CO2 排放已成为影响我国燃煤电厂可持续发展甚至能源安全的重要问题。在众多的碳减排技术中，燃煤电厂CCUS 技术是进行大规模减排最重要的选择，而CCUS的高能耗和大规模长期封存的安全性是该技术必须解