With sustainable energy technology

We are making a better world

English version
专家论坛

 

我国“十五”能源发展战略的思考

倪维斗院士

  一、关于化石燃料
  1.不失时机地发展我国自己的超临界蒸汽发电机组
  从世界发展趋势来看, 用提高参数来提高热效率已是肯定的方向。经过多年积累, 我国已具备大规模开发、应用此技术占领国内外市场的能力。在材料方面已解决高温钢种。在通流部分设计方面我国也具有自己的特色,某些方面已具有世界领先水平,形成了有自主产权的设计体系。在制造方面我国已形成了制造600~1000MW的能力。应不失时机地安排我国自己超临界机组的工程项目, 并集中力量开展科研工作, 向更高的参数冲击(超超临界:35MPa 、600 ℃以上) 。

  2.大力研制、开发适合国情的烟气脱硫技术
  虽然国外烟气湿法脱硫技术已很成熟,但是由于基建投资大(约占整个电厂投资的1/4~1/5) 、运行费用高, 不符合我国国情, 无法在我国广泛使用。所以尽快研制出具有我国特色、价格低廉、少用水的烟气脱硫装置是当务之急。(至今为止,我国电厂99 %以上是没有脱硫装置的)

  3.大力发展循环流化床锅炉技术(CFBC)
  使用CFBC,锅炉在燃烧过程中脱硫价格低廉,比较适合我国国情,现在我国自己开发的75吨/时以下的CFBC已趋成熟,可以在工业锅炉和部分电厂锅炉中普遍推广。我国在CFBC方面已积累了大量经验,已开发的紧凑方形分离器正符合世界上CFBC的发展方向,我国也完全有可能在CFBC上迎头赶上国际水平。国家应及早安排CFBC大型化工程项目,使我国的CFBC在国际上占有重要的一席之地;而延误则将丧失大好时机,把广大的市场拱手让给外国公司。

  4.加强整体煤气化联合循环(IGCC)的示范工程的筹建和关键技术的研究开发
  IGCC是清洁煤技术最重要的方面,将来肯定会在我国大量发展,因为它的效率高、污染少。多年来, 原国家科委和原电力部一直想筹资建立一个300~400MW的IGCC电站,并在这个方向开展了一定的研究,但是进程缓慢。我国在“九五”计划中已安排了IGCC关键技术的研究,取得了不少成果,除燃气轮机外,可以达到较高的国产化率。

  5.制定我国先进燃气轮机(初温在1300℃以上)发展规划
  无论是清洁煤利用或是高效的能源—动力转换系统(热效率达60%) 都是以先进燃气轮机为核心,目前我国这个技术相对其他发达国家有很大差距,但是不从现在起作长期规划,不持之以恒地投入,我国的清洁煤技术势将总要处在引进状态。可以说,我国燃汽轮机行业面临的机遇是,我国有一个潜在的庞大的燃气轮机市场;但挑战却是,我们目前尚无能力在类型、品种、规格等方面满足市场要求。为迎接这种机遇和挑战,战略思想应该是:技术引进、合作生产与自主开发相结合;以合作生产方式挤占市场,以自主开发实现持续发展的战略。“十五”期间,技术引进和合作生产的目标是形成2200~2500MW的年生产能力,和国际大公司合作(美国的GE,德国的西门子,瑞士的ABB),使产品水平能达到国际80 年代末或90 年代初的水平。自主开发的总目标是: 掌握先进燃气轮机开发与制造技术, 从根本上建立我国燃气轮机产业。我国航空部门可以重点自主开发10MW级的机组, 用于天然气管线输送、青藏高原大功率机车和分布式热、电、冷联供。原机械部制造厂可联合国内优势科研单位, 从自主开发7~12MW先进燃气轮机起步,掌握母型机,使之先广泛用于国内市场, 再由此发展出100MW功率等级系列产品, 远期为200MW以上。

  6.充分利用资源、保护环境, 建立我国可持续发展的能源系统。积极推进能充分利用能源、保护环境的新型多联产能源系统
  我国一次能源以煤为主。为了更好地充分利用资源、减少污染,应发展有我国特色的以煤气化为核心的多联产系统,这对煤资源丰富,但总体发展后进的我国西部地区尤为重要。多联产的基本内容是把煤气化后的合成气(CO+H2) 用于动力(通过IGCC)、化工产品(如甲醇)、化肥(如尿素)、液体燃料(如合成油和二甲醚DME)和制氢(通过蒸汽重整和气体分离) 。这样做可使这些生产过程耦合起来,简化了原来单独生产所需要的复杂过程(如可用一步法生产甲醇),可以大大降低设备基本投资和运行费用, 使发电和产品价格下降。多联产系统可以逐步实施,作为第一步可以是动力和甲醇、二甲醚联产, 后者是柴油机最好的代用燃料, 其排放大大优于普通柴油。应积极在资源合适地区建立150~300MWe 和300MWth的联产示范装置。这样可使煤真正作为资源, 比单纯燃烧发电能得到更高的经济效益。随着技术的发展(燃料电池,储氢技术,CO2和H2的高效膜分离...),多联产系统可逐步扩大,进而发展到将CO2埋存或是注入到地下深煤层以置换其所吸附的煤层气。强化煤层气的开采, 既可减少温室气体的排放,又可增加有用的高质量能源。多联产系统可从战略高度解决西部开发、液体燃料供应、城市环境污染等重大问题。
  还应从长远角度研究以氢为载能体的能源系统。氢是最清洁的载能体(它可以从煤的气化,天然气、煤层气的催化反应和其它途径得来)。第一步可先作为质子交换膜燃料电池(PEM2CC) 的燃料,用于驱动汽车, 这将大大降低城市污染,从根本上解决尾气污染问题。这项技术在国外大约2005年可以商业化,对我国来说实应更为迫切,因为已探明我国石油储量很有限。为此, 还应加速研究灵活、方便、低价格的氢的储运技术。我国在碳纳米管与纳米石墨球储氢、超级活性炭吸附储氢、镁基复合材料规模储氢诸方面都已具有自己的特色, 目前国际上也都刚在起步阶段。由于该技术是能源领域跨越式发展的重要方面,故我们应加大投入。
  从我国的能源结构来看,相当时期内还得以煤为主(2050年前在我国一次能源中的比例不会小于50%),同时又必须解决SO2、CO2的排放问题,因而,以氢为载能体的能源系统(氢的制备,氢的储存与输送,用氢的燃料电池如PEM2CC、SOFC等)将是
一条必由之路,应及早作出安排。

  二、关于再生能源
  再生能源是无污染的清洁能源, 我国的风力、太阳能、生物质能的资源都比较丰富。但是由于再生资源能量密度低,要利用的话,单位装机容量的初次投资必然要大大高于常规的火力电站,若没有政策的支持和优惠政策,再生能源是不可能迅速发展的。虽然近几年来我国再生能源利用有了长足发展,但总体上仍缺乏一个长远的规划和真正行之有效的激励机制,如,目前我国风力发电所占比例尚不足2/1000。这与德国、美国,甚至印度相比差距均很大。

  1.要着手大规模发展风电
  应解放思想,使我国风电在“十五”中有一个大发展,达到数百万kw。对风力资源比较丰富的地区,可以采用多年来我国对海上、陆上石油和天然气已使用过的比较成功的开发方法,即划出地块,以长期租赁的办法邀请国外投资者来竞标,连续不断地实施大规模开发,每一块的风力资源至少要在300MW以上。地方(或电网) 与投资者签定发电量收购合同,宜先定一个最高限价。这一方面使投资者有利可图;另一方面可“迫使”投资者遵从竞争机制,尽量降低设备成本,引进先进技术,增加国产化份额。这样就会有力地推动我国风力发电设备制造业形成大规模产业,使风力发电真正步入“快车道”。

  2.要集中力量攻克太阳能光伏电池可大规模使用的关键性难点
  这里主要是指大幅度降低太阳能光伏电池(PV)元件的造价,及延长使用寿命。目前太阳能光伏发电装置价钱太高,每KW装机是常规火电的10倍以上。在PV的研究开发上不宜再走单晶、多晶、非晶薄膜的老路, 应集中力量开发价格便宜、寿命长、便于大规模制造的染料纳米半导体材料PV系统,实现跨越式的发展。西部太阳能丰富,大规模使用光伏电池是大有前途的, 对于这些地区的经济发展和人民生活提高有很大作用。

   3.要着力于生物质燃料(玉米秸秆、稻草等)的现代化应用
  从技术上看, 生物质燃料的气化难度不是很大,关键是要有一个市场驱动的机制。若只是政府行为, 建气化站、铺设管道,甚至炉具都要政府投入,不仅政府负担不起,也难以真正大面积推广。要鼓励民营资本进入这个行业。政府的职能就是制定政策、积极扶持、帮助解决技术难题, 以不断提高技术水平。
  从长远来看,生物质能除了炊用、采暖外还可以发电,政府应解决允许多余电力上网的问题。目前在国外,甚至一家一户的太阳能光伏电池(几个KW)都已可上网。
  农村生物质能普遍现代化应用后,就可以防止生态恶化,也可以避免农村低效率、高污染地烧煤,显著降低煤在一次能源中的份额,对全国的环境污染(SO2 ,CO2) 总量控制将大有好处。

  三、关于核能
  核能是一种比较经济、洁净和在短期内可以实现大规模工业生产和应用的能源, 是改变我国以煤为主的能源结构的替代能源,其突出优点是在生产过程中不排放任何温室气体。当前需要解决的主要问题是提高资源利用率, 提高核电站的安全性及长半衰期高放射性的核废料的最终处理。我国核电应在20~30年内达到200GW的装机容量。总的应分三步走。第一步是热中子堆,以压水堆为基本堆型,在“十五”期间形成1 000MW电站的自主设计、制造、运行、管理的能力,到2005年在热中子堆电站上接近国际水平。第二步是快中子堆, 因为我国核原料并不丰富, 要有上百个GW的容量, 必须提高核燃料利用效率, 从目前热中子堆的效率只有1~2 %提高到快中子堆的70 %以上。当前应对这个堆形大力开展研究并建立示范堆以取得经验和数据(863和S2863),争取在2020~2030 年商业化,使其与热中子堆有很好的衔接和互补。第三步是核聚变的应用, 国家现已立专项进行研究, 要真正突破这项技术需要全世界各国的科技力量的大协作,核聚变的商业化将最终解决人类的能源供应和能源利用的环境问题。

  四、关于油气和其它矿藏
  我国剩余石油储量的储采比为16.3,天然气储采比为45.6,大大落后于全世界平均值。为保证油气产量的继续稳定增长,必须依靠科技,突破新的领域,开发新的油区。
  重点项目有以下几方面: 用驱油高新技术进一步提高老油田采收率;应用综合新技术加强海相碳酸盐地区(如塔里木盆地)油气勘探;加强天然气的勘探开发和利用;应用高新技术解决低渗透油、重油、稠油的勘探开发利用,及地形、地质复杂地区的油气勘探问题,以期取得突破;加强煤层甲烷气(经初步预测有储量30~50 万亿m3)及水合物的勘探和研究工作,对中国大陆边缘和海域的天然气资源开展研究;在我国管网系统不发达,管网建设投资大、周期长的情况下,应加快有我国特色的先进的天然气、煤层气催化工程, 就地转化为液体燃料,以减少石油进口。

  五、有关技术政策、支撑条件的建议
  1.加大能源领域R &D 的投入。能源是一个长期渐进( Evolution) 的工业领域,一个新的能源系统的形成要几十年甚至上百年的时间,要有一个长期的规划,保证持续不断的投入。

  2.能源领域的任何新技术都有一个相当长时间的成熟过程,按国外说法有一个学习曲线(learning curve)和价格下降过程(buying down process),在此期间政府一定要加以支持。这些新领域包括IGCC、风能、多联产系统、燃料电池,等等。

  3.在制定能源规划时一定要有“一条龙”的考虑。应以市场驱动为前导,同时不仅考虑新技术的基础研究和应用基础研究,还要考虑到下一步的开发和示范、政府优惠政策的制定、市场的形成、商业化的过程、企业部门的参与,直到大规模推广。国外现代流行说RD3,即研究(Research)、开发(Development)、示范工程(Demonstration)和推广(Deployment)。这样就形成一个连续不断的链条。我国各个部门(科技部,发展计划委员会,经贸委,各行业部门) 和各种计划(国家重点基础研究规划,863,S2863,产业化计划,国家大工程)都要互相配合、协调,集中解决几个重大问题的“一条龙”过程(美国的CCT计划、ATS 计划就是这样) 。

  4.有一些跨越式的技术发展更需要政府的大力支持、集中领导、重点突破,如大型的CFBC、多联产能源系统、碳纳米管储氢、燃料电池、染料纳米半导体太阳能电池、1000MW级自主知识产权的核电等。对一些重大的跨越性方向的课题,可组织由中央领导部门授权的跨业务部门并掌握一定人、财、物的权威的全国指导委员会,以加强协调与领导。

  5.对再生能源与新能源以及经济环境效益良好的分布式的热、电、冷联产工程一定要在并入电网方面给予方便,要用市场机制来推动再生能源的应用。应像欧美国家一样制定再生能源份额制度(Renewable Protfolio Standard),即每个电业局或消费者都有义务购置一定数量的“绿色”电,并给予证书(Certificate),这些证书可以像股票一样在市场上进行交易。风力发电的特许权方法(如海洋、石油天然气开发一样) 是一个大规模开发风能的好办法,希望在内蒙、新疆或是河北张北地区建立试点区。

  6.电力系统的改革方向应是放松国家电力公司的垄断,国家制定必要的排污收费,建立合理电价体系,鼓励大小不同的IPP上网。

  7.建立能源、矿业新技术的孵化体系、信息网络体系和示范项目的优惠融资体系。

版权所有 2006©上海交通大学 能源研究院  沪交ICP备05101