清洁能源在发电技术中的应用

清洁能源在发电技术中的应用

摘要：电力是现代化电气设备与各类电器中不可或缺的基础性动力。以我国电

力生产的分布状况看，常规燃煤火力发电占了非常大的比重。常规燃煤火力发电

不仅浪费大量的煤炭资源，还对大气环境造成巨大的污染。为将石化能源消耗降

到最低程度、降低二氧化碳等气体排放、清洁高效的发电技术成为关注的热点。

关键词：发电技术；清洁能源

2016年我国煤炭消费量占比仍高达62%，较全球一次能源消费平均水平高出34个百分点，石油、天然气、非石化能源占比均不及全球平均水平；2017年我

国能源消费总量44.9亿吨标准煤，其中煤炭消费占能源消费总量的60.4%[1]。考

虑我国资源状况，煤炭仍将维持第一大一次能源来源的地位，但其消费占比有望

持续降低，或在2025年降至50%以下。此外，我国并非油气资源大国，石油对

外依存度约为65%，天然气对外依存度或在2020年达到46%[2]，采用清洁火力

发电技术，提高燃煤发电效率，降低碳、烟尘、氮氧化物、硫化物排放，加速向

非化石能源转型是我国能源发展的必然方向。

1 洁净煤

清洁煤技术是指在煤炭从开发到利用全过程中，旨在减少污染排放与提高利

用效率的加工、燃烧、转化和污染控制等新技术的总称。不断提高燃煤利用率，

提高机组效率，降低排放一直是火电行业研究的主要方向之一。

1.1超超临界机组

蒸汽参数愈高，热效率也随之提高。在超超临界机组参数范围的条件下，主

蒸汽压力提高1MPa，机组热耗率可下降0.13%～0.15%；主蒸汽温度每提高10℃，机组热耗率可下降0.25～0.30%；再热蒸汽温度每提高10℃，机组热耗率可下降0.15%～0.20%。汽轮机热耗率每降低100吉焦/千瓦时，供电煤耗就节省3.5克/

千瓦时。我国超超临界发电机技术已经很成熟，2017年国电电力供电煤耗降低至299.55克/千瓦时，首次突破300克/千瓦时大关；泰州公司两台100万千瓦燃煤

机组经过改造后，供电煤耗已达266.83克/千瓦时，位居国内同类机组最优行列[3]。

1.2循环流化床

循环流化床燃烧技术以其燃料适应好、在清洁燃烧特别是燃烧劣质煤方面具

有污染物排放低、燃烧效率高等特点。自2013年内江白马600MW循环流化床示

范电站建成以来，超超临界循环流化床发电机技术日趋完善，部分超超临界电站

已经进入招标实施阶段。

1.3超低排放

我国已经突破大型燃煤超低排放发电技术，燃煤电厂大气污染物排放达到甚

至优于国家天然气发电排放标准，即烟尘不高于5毫克每立方米、二氧化硫不高

于35毫克每立方米、氮氧化物不高于50毫克每立方米。

新建煤电机组要求全部为超低排放，并且国家正在对现有机组进行超低排放

技术改造，全国累计完成煤电超低排放改造6.4亿千瓦以上，提前完成2020年改造5.8亿千瓦的目标。

2 清洁高效的能源

在我国大力倡导和实施节能减排的今天，火力发电逐渐从最初的单一能源模

式向多元化模式发展。除了上述提到的清洁高效火力发电技术，还包括核能发电、水力发电、太阳能发电、地热能发电等清洁高效发电技术。

2.1天然气发电

天然气作为我国主要的清洁能源，将成为今后火力发电技术与能源结构革新

的主要能源。天然气具有发热量高、易燃烧的显著特征，在经过燃烧之后排放的

污染物少等优点。今后的清洁高效火力发电技术的研发与运用过程中，要进一步

拓展天然气的使用规模。

2.2 核能发电

核能是最为先进、最清洁的能源，通过利用可控的核聚变来代替石化能源现

已演变为人类可利用率最高、规模最大的商品能源。核能虽然属于清洁能源，但

消耗铀燃料，不是可再生能源，而且几乎所有的国家都不能保证核电站的绝对安全，但核电生产过程中的安全问题不会阻止人类开发和利用核能的脚步。

2.3水力发电

由于水资源的可再生循环特点，水力发电的可再生性是非常显著的发，发电

效率高达90%以上，发电成本低，发电起动快，数分钟内可以完成发电，调节容易，单位输出电力之成本最低。因此，世界各国只要有充分的基础条件就大力建

设水力发电厂。合理开发西部水力资源、实现西电东送，对于解决国民经济发展

中的能源短缺问题、改善生态环境、促进区域经济的协调和可持续发展，无疑具

有非常重要的意义。

2.4风力发电

风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速

度提升，来促使发电机发电。我国风能资源丰富，可开发利用的风能储量约10

亿kW，其中陆地上风能储量约2.53亿kW，海上可开发和利用的风能储量约7.5

亿kW。根据全球风能理事会GWEC发布《全球风电报告2017》。2016年全球新

增风电装机容量54，642MW，2017年为52，492MW；累计风电装机容量达到539，123MW，较2016年同期（487，279MW）增长11%。2017年中国风电装机容量在全球比例为34.9%。风电发展到目前阶段，其性价比正在形成与煤电、水

电的竞争优势。随着中国风电装机的国产化和发电的规模化，风电成本可望再降。

2.5太阳能发电

太阳能是最原始的能源，地球上几乎所有其他能源都直接或间接来自太阳能。太阳能主要有两种转化方式：一种是将太阳热能直接转化成电能，如光伏发电；

另一种方式是采用聚光技术将太阳光聚焦在吸热器上，加热吸热器中的传热介质

加热蒸发器，以驱动汽轮机带动发电机发电，如光热发电。

20世纪70年代以后，各发达国家积极研究太阳能光伏发电，促使技术不断

更新换代，光伏组件成本大幅度下降，从而使得太阳能光伏发电成为当今发展最

迅速的高科技产业之一。2009年推出太阳能光电建筑应用示范工程与金太阳示范

项目，促使太阳能光伏发电开始向民用领域渗透。根据德国太阳能协会统计数据，2016年全年全球光伏发电新增装机容量为70 GW，而中国新增装机容量达到

34GW，优势明显4。风光储多能互补项目逐步应用，工厂企业的分布式屋顶光伏、渔业光伏、光伏农场、智能微网、家庭光伏已经蓬勃发展，而且将普及到千家万户。根据世界能源组织的预测，2020年光伏发电量将占全球发电总量的1%，到2040年将达到20%左右。

光热发电目前有四种技术路线：槽式，塔式，菲涅尔式，碟式。目前技术相

对成熟并开始商业化推广的主要是槽式和塔式；线性菲涅尔式和碟式斯特林式由

于技术成熟度的原因，目前还较少商业化的开发。光热电站通过配置储热系统可

以实现连续发电，可以满足电网连续稳定运行的需求。光热电站发电机成本比常