低碳經(jīng)濟(jì)與熱電聯(lián)產(chǎn)的關(guān)聯(lián)性

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1前言

20世紀(jì)下半葉以來,隨著世界經(jīng)濟(jì)增長速度的不斷加快以及全球人口數(shù)量的不斷增加,能源的大量開發(fā)和使用帶來了嚴(yán)重的環(huán)境問題。煙塵、光化學(xué)和酸雨給高能耗地區(qū)造成了生態(tài)環(huán)境的破壞,更為嚴(yán)重和廣泛的災(zāi)害是大氣中二氧化碳含量的增高,帶來的全球氣候變暖,對(duì)人類的生存和發(fā)展條件提出了嚴(yán)重挑戰(zhàn)。人類為應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)而作出的努力,成為低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展的歷史背景。“低碳經(jīng)濟(jì)”的提出要追溯到1992年的《聯(lián)合國氣候變化框架公約》和1997年的《京都協(xié)議書》。1992年6月在聯(lián)合國環(huán)境和發(fā)展大會(huì)上,150多個(gè)國家制定了《聯(lián)合國氣候變化公約》,其宗旨是將大氣中的溫室氣體濃度穩(wěn)定在不對(duì)氣候系統(tǒng)造成危害的水平。1997年12月在《聯(lián)合中氣候變化框架公約》第三次大會(huì)上,參加國通過了《京都議定書》作為《聯(lián)合國氣候變化框架公約》的補(bǔ)充條款。在《京都議定書》中明確提出了有關(guān)溫室氣體排放的目標(biāo),各國承擔(dān)的責(zé)任,以及實(shí)施機(jī)制。2007年12月聯(lián)合國氣候變化大會(huì)制定了對(duì)應(yīng)氣候變化的《巴厘島路線圖》要求發(fā)達(dá)國家在2020年將溫室氣體減排25%到40%。2008年7月G8峰會(huì)上八國領(lǐng)導(dǎo)人表示,將尋求與《聯(lián)合國氣候變化框架公約》的其他簽約方一起,努力爭取在2050年將全球溫室氣體排放減少50%的長期目標(biāo)。2009年12月19日結(jié)束的哥本哈根會(huì)議,雖然沒有達(dá)成具有約束力的具體協(xié)議,但它體現(xiàn)了國際社會(huì)對(duì)氣候變化的高度重視以及加強(qiáng)氣候變化國際合作共同應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)的強(qiáng)烈政治意愿,并提出了將全球平均溫升控制在高于工業(yè)革命以前2℃的長期目標(biāo)。低碳經(jīng)濟(jì)是以低能耗、低排放、低污染為基礎(chǔ)的經(jīng)濟(jì)模式,是人類社會(huì)繼原始文明、農(nóng)業(yè)文明、工業(yè)文明之后的又一大進(jìn)步。其實(shí)質(zhì)是提高能源利用效率和創(chuàng)建清潔能源結(jié)構(gòu),核心是技術(shù)創(chuàng)新和發(fā)展觀的轉(zhuǎn)變。發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)是一場涉及生產(chǎn)模式、生活方式、價(jià)值觀念和國家權(quán)益的全球革命。低碳經(jīng)濟(jì)象其他的重大歷史變革一樣,將成為新一輪經(jīng)濟(jì)增長的推動(dòng)力。低碳經(jīng)濟(jì)是以技術(shù)創(chuàng)新為核心的產(chǎn)業(yè)革命,將催生新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn),成為金融危機(jī)后世界經(jīng)濟(jì)新一輪增長的強(qiáng)大動(dòng)力。其實(shí)在此次全球金融危機(jī)中,人類的第四次產(chǎn)業(yè)革命已在危機(jī)中醞釀。新能源是這次革命的突破口,第一次產(chǎn)業(yè)革命的核心是蒸汽機(jī),實(shí)質(zhì)是能源利用,由于能源代替了人工勞動(dòng),大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。第二次產(chǎn)業(yè)革命的核心的是電力,其實(shí)質(zhì)是能量的輸送和轉(zhuǎn)換。通過降低輸送成本,以及電能方便地轉(zhuǎn)換成機(jī)械能和熱能、光能等其他形式,迅速普及了能量的利用,又一次極大地提高勞動(dòng)生產(chǎn)力。第三次產(chǎn)業(yè)革命的核心是電腦和互聯(lián)網(wǎng)。由于人類信息交換和處理速度的提高而提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。目前新能源產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為新一輪國際競爭的戰(zhàn)略制高點(diǎn),新能源有可能引發(fā)第四次產(chǎn)業(yè)革命。

2熱電聯(lián)產(chǎn)對(duì)降低碳排放的作用

實(shí)踐證明熱電聯(lián)產(chǎn)(包括熱電冷CCHP)是提高能源利用率的重要措施。我國政府已將熱電聯(lián)產(chǎn)列為我國10大節(jié)能工程之一。它的主要優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了能量的梯級(jí)利用,高品位能用于發(fā)電,低品位能用于供熱。高效地將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能和熱能。在我國能源結(jié)構(gòu)以煤為主(占總能耗的72%)的條件下,發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)更具有特殊意義。歐盟對(duì)發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)特別重視,提出到2020年減少溫室氣體排放量20%,對(duì)此歐洲有關(guān)機(jī)構(gòu)對(duì)熱電聯(lián)產(chǎn)的節(jié)能潛力進(jìn)行評(píng)估,結(jié)果表明,僅熱電聯(lián)產(chǎn)一項(xiàng)技術(shù)可完成1/3的歐盟減排任務(wù),每年減少CO2排放1億t。我國發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)的潛力巨大。根據(jù)2008年的統(tǒng)計(jì)資料,供熱機(jī)組總?cè)萘繛?1583萬kW,占火電裝機(jī)容量的19.21%,占全國發(fā)電裝機(jī)總?cè)萘康?4.61%。丹麥熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電量已超過其總發(fā)電量的50%。2007年統(tǒng)計(jì),我國有工業(yè)鍋爐52.74萬臺(tái),179.2萬t蒸汽,年耗煤4~5億,t年供熱量8000~10000105J,如果這些工業(yè)鍋爐20%實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn),熱電比按2:1計(jì)算,可以增加熱電機(jī)組1億kW。熱化發(fā)電量按30%計(jì)算,熱化發(fā)電量比凝汽發(fā)電量每度電節(jié)煤200g,年運(yùn)行6000h,年節(jié)煤3960萬,t按1t標(biāo)煤排放2.25tCO2計(jì)算,年減排CO20.8910億t。這里只計(jì)算了熱化發(fā)電比凝汽發(fā)電的節(jié)煤減排,不包括大鍋爐代替小鍋爐效率提高的節(jié)煤減排,平均效率提高10%。原工業(yè)鍋爐年耗煤5萬,t20%為1億t。燃燒1t標(biāo)煤排放CO22.25,t年減排CO22250萬t。兩者之和為1.1億t。再考慮到技術(shù)進(jìn)步的節(jié)能,我國熱電聯(lián)產(chǎn)對(duì)進(jìn)一步減排溫室氣體的貢獻(xiàn),保守地計(jì)算超過1.2億t。

3熱電聯(lián)產(chǎn)的新定位

由于熱電聯(lián)產(chǎn)具有將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能和熱能的優(yōu)越性,在低碳經(jīng)濟(jì)中將占有重要的地位,將促使人類的熱能需求大部分由熱電聯(lián)產(chǎn)供給。熱電廠的產(chǎn)品不再是以電為主,而是以熱主為,是在供熱的同時(shí),供應(yīng)部分電力。電是熱電廠的副產(chǎn)品,在事故狀態(tài)下是減少發(fā)電而保供熱,不再是保發(fā)電而停供熱?；鹆Πl(fā)電將大部分實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)。電力的供應(yīng)將主要由風(fēng)電、水電、太陽能、核電來供應(yīng)。熱電廠應(yīng)建設(shè)在熱負(fù)荷中心,熱網(wǎng)象自來水網(wǎng)一樣四通八達(dá),熱網(wǎng)將是公共的,不再屬某個(gè)熱源廠。數(shù)家熱源廠向熱網(wǎng)供汽供水,統(tǒng)一調(diào)度,使熱網(wǎng)在最經(jīng)濟(jì)狀態(tài)下運(yùn)行。熱源廠不再全部是蒸汽動(dòng)力循環(huán)的燃煤熱電廠,而是燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)、地源熱泵等多種能源轉(zhuǎn)換設(shè)備,當(dāng)然熱電廠所燃燒的燃料也不再是原煤,而是經(jīng)過處理的清潔燃料。還有多種分布式能源作為大型熱網(wǎng)的補(bǔ)充。這樣將大大提高熱能利用率,減少了燃料消耗,也就減少了溫室氣體排放。這樣低碳經(jīng)濟(jì)給熱電聯(lián)產(chǎn)的發(fā)展提供了新的動(dòng)力,為熱電新技術(shù)的開發(fā)提供了市場和資金。人類需求的電力,將主要由水電、風(fēng)電、地?zé)帷⒊毕?、核電供給,現(xiàn)有的火電機(jī)組將大部分被淘汰,保留部分承擔(dān)調(diào)峰。目前水電、風(fēng)電和核電技術(shù)上已完全成熟,我國也具有豐富的資源,是電力工業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)。根據(jù)我國政府在哥本哈根(Copenhagen)會(huì)議上的承諾,在2020年要將單位GDP的溫室氣體排放量降低40~45%,這是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。根據(jù)我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的速度,GDP每年增長9%左右,到2020年這10年我國GDP將增長一倍。能源消耗停在目前水平上,單位GDP的溫室氣體排放量可下降50%。能源消耗不增加是絕對(duì)不行的。根據(jù)我國過去10年單位GDP能耗下降,平均年下降4.1%,“十一五”前三年單位GDP能耗下降10.1%。從2010年到2020年通過加強(qiáng)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的調(diào)整力度及大力推廣節(jié)能減排技術(shù),這10年的單位GDP能耗下降按年均5%計(jì)算。到2020年中國的總能耗還要增加50%,GDP到2020年增加一倍。能耗增長50%,單位GDP能耗下降25%,按我國政府承諾減排溫室氣體45%計(jì)算,還有20%的減排靠進(jìn)一步加大節(jié)能力度、采用新能源及清潔能源來代替。進(jìn)一步的節(jié)能措施中熱電聯(lián)產(chǎn)是潛力較大的一個(gè)項(xiàng)目,因此熱電聯(lián)產(chǎn)承擔(dān)著節(jié)能減排的重要任務(wù)。

4熱電行業(yè)的發(fā)展方向

熱電聯(lián)產(chǎn)是滿足人類熱能和電力需求不可替代的行業(yè)。根據(jù)我國的實(shí)際情況和低碳經(jīng)濟(jì)的要求,熱電行業(yè)在今后工業(yè)化和城鎮(zhèn)化進(jìn)程中,在大城市、城市群中,應(yīng)當(dāng)向大機(jī)組、大熱網(wǎng)發(fā)展。小城鎮(zhèn)應(yīng)發(fā)展燃?xì)獾姆植际侥茉础４蟪鞘屑按笮凸I(yè)區(qū)的供熱機(jī)組應(yīng)以300MW、600MW機(jī)組為主。300MW機(jī)組供熱量可達(dá)到500t/h,一臺(tái)300MW機(jī)組可供60萬人口采暖及生活用熱水。城市應(yīng)集中供生活熱水,提高能源利用率,減少溫室氣體排放。城市生活熱水集中供應(yīng),在現(xiàn)有集中供熱的基礎(chǔ)上并不需要增加太多的投資,只需將采暖水溫度維持在80℃以上。在用戶端(一棟樓或一個(gè)棟口)加裝水-水換熱器,將自來水加熱到50℃左右,供洗浴和炊事使用。這樣將使熱負(fù)荷的季節(jié)差別大大減少,有利于熱電廠的運(yùn)行。大型供熱機(jī)組的研制,大型熱管的運(yùn)行控制,都需要投入人力和財(cái)力進(jìn)行開發(fā)和研制。在人口低于10萬的城鎮(zhèn),應(yīng)發(fā)展燃?xì)馐椒植寄茉?具體就是利用燃?xì)馐叫⌒腿細(xì)廨啓C(jī)和內(nèi)燃機(jī)發(fā)電。燃?xì)廨啓C(jī)和內(nèi)燃機(jī)排出的煙氣余熱加熱熱水用于供采暖和生活熱水。為了發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì),盡量減少新上燃煤機(jī)組。因?yàn)殡S著新能源的發(fā)展,風(fēng)電、水電、核電的發(fā)電量比重要增加,燃煤機(jī)組面臨淘汰的風(fēng)險(xiǎn)。為了滿足熱負(fù)荷增長的需要,盡量將現(xiàn)役的凝汽式機(jī)組改為供熱機(jī)組。經(jīng)有關(guān)單位的調(diào)查研究,確認(rèn)凝汽式機(jī)組改為供熱機(jī)組是可行的。經(jīng)調(diào)研,現(xiàn)役電廠中具備供熱改造條件的86個(gè)現(xiàn)役電廠,總裝機(jī)臺(tái)數(shù)244臺(tái),總裝機(jī)容量63470MW。如果這244臺(tái)供熱改造完成,使我國熱電機(jī)組的總裝容量達(dá)到179300MW,占火電機(jī)組裝機(jī)總?cè)萘康?9.73%。假設(shè)63470MW中熱化發(fā)電量占30%,熱化發(fā)電量比凝汽發(fā)電節(jié)煤200g/kW.h,年運(yùn)行6000h,則年節(jié)約標(biāo)煤2284.92萬,t年減排CO25141萬t。這些減排量是近2~3年內(nèi)經(jīng)過努力可以實(shí)現(xiàn)的。大型凝汽式機(jī)組改為供熱機(jī)組應(yīng)滿足兩方面的需要,一是采暖用汽,二是工業(yè)用汽。經(jīng)過這幾年的實(shí)踐證明技術(shù)上是可行的,經(jīng)濟(jì)上是合理的。從125~600MW凝汽機(jī)組都可以改為供熱機(jī)組。改為供采暖用汽,可以在中壓缸到低壓缸連通管上加裝蝶閥和三通,抽出0.4~0.8MPa、300℃以上的蒸汽供采暖用汽。工業(yè)用汽一般用高壓缸排汽和中壓缸排汽,通過壓力匹配器混合供1.0~2.0MPa工業(yè)用汽。125MW機(jī)組可供汽50~80t/h,200MW機(jī)組可供汽80~150t/h,300MW機(jī)組可供汽100~200t/h,600MW機(jī)組可供汽100~300t/h。供4.0MPa、450℃的工業(yè)動(dòng)力用汽可以用新節(jié)汽引射高壓缸排汽。上述改造方式基本上可滿足供熱的需求?，F(xiàn)役電廠的供熱改造投資少,工期短。純凝汽機(jī)組改供熱機(jī)組費(fèi)用經(jīng)測算,考慮廠內(nèi)供熱改造設(shè)備,建筑,安裝費(fèi)及新建廠外熱網(wǎng)主管材料費(fèi)和安裝費(fèi),單位投資約130~220元/kW(供熱改造的單位造價(jià)僅為新建機(jī)組單位投資的約5%)不考慮廠外熱網(wǎng)的建設(shè)周期,電廠供熱改造周期僅需2~3個(gè)月。因此改造大型凝汽機(jī)組為供熱機(jī)組是目前節(jié)能減排工作投資少見效快的舉措。

5結(jié)束語

低碳經(jīng)濟(jì)給熱電聯(lián)產(chǎn)的發(fā)展帶來前所未有的發(fā)展機(jī)遇,結(jié)合我國工業(yè)化和城市化的進(jìn)程,應(yīng)大力發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)。目前應(yīng)抓緊進(jìn)行大型凝汽式機(jī)組改供熱機(jī)組,推廣燃?xì)馐椒植寄茉?為我國節(jié)能減排作出貢獻(xiàn)。