倪維斗院士：從黑色煤炭到綠色煤電 ——中國工程院院士談煤電轉(zhuǎn)型升級

在“雙碳”目標(biāo)及高質(zhì)量發(fā)展的背景下，大力發(fā)展新能源是實(shí)現(xiàn)低碳轉(zhuǎn)型的必然要求，是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)安全可持續(xù)發(fā)展的國家戰(zhàn)略。

 

倪維斗院士

 

9月16日，在優(yōu)清商學(xué)院舉辦的研討班開班儀式上，中國工程院院士、清華大學(xué)能源與動力工程系教授倪維斗表示，在“雙碳”目標(biāo)下，煤電如何實(shí)現(xiàn)低碳發(fā)展是最大的挑戰(zhàn)，風(fēng)能和太陽能發(fā)電無法適應(yīng)“源隨荷動”的基本要求，均不具備調(diào)峰調(diào)頻、無功補(bǔ)償?shù)哪芰Γ豢赡芡耆〈弘妼?shí)現(xiàn)碳中和。風(fēng)能和太陽能發(fā)電最大的問題是間歇性和不穩(wěn)定性，大容量的風(fēng)光電源必須要有大容量的可調(diào)節(jié)電源，如火電和其他儲能技術(shù)，因此當(dāng)前要不斷探索風(fēng)光電發(fā)電與煤電協(xié)調(diào)健康發(fā)展機(jī)制。

 

改造升級

 

進(jìn)一步提高煤電凈效率

 

大型煤電在我國電力生產(chǎn)中的基礎(chǔ)支撐作用難以替代。據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)，2022年末全國發(fā)電裝機(jī)容量25.6億千瓦，其中火電裝機(jī)容量13.3億千瓦。并網(wǎng)風(fēng)電裝機(jī)容量3.7億千瓦，并網(wǎng)太陽能發(fā)電裝機(jī)容量3.9億千瓦。2022年，我國非化石能源發(fā)電裝機(jī)占總裝機(jī)容量的49.6%。煤電占總裝機(jī)容量的43.8%。倪維斗表示，我國已建成的大容量超超臨界參數(shù)和亞臨界參數(shù)機(jī)組的總?cè)萘坑?.91億千瓦，這些機(jī)組及其配套設(shè)施、輸配電系統(tǒng)的資產(chǎn)總量高達(dá)10萬億元，已成為火電的主力機(jī)組，通過引進(jìn)、消化和創(chuàng)新，現(xiàn)在具有我國獨(dú)創(chuàng)技術(shù)的超超臨界參數(shù)和改造的亞臨界參數(shù)煤電機(jī)組的供電效率和超低排放水平均處于世界領(lǐng)先地位。

 

倪維斗認(rèn)為，如果以全新的生產(chǎn)、儲能和不穩(wěn)定的風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)來代替上述煤電系統(tǒng)的電量生產(chǎn)能力，其投資和運(yùn)行成本的高企可想而知。先進(jìn)煤電具有基本清潔、高效、可靠的特征，應(yīng)重視建設(shè)先進(jìn)煤電及改造現(xiàn)有機(jī)組（低碳），發(fā)展煤與生物質(zhì)燃料混燒（低碳），通過升級改造提升煤電凈效率，耦合混燒生物質(zhì)減少二氧化碳排放，采用CCUS最終實(shí)現(xiàn)煤電的凈零排放。

 

亞臨界機(jī)組改造

 

挖掘調(diào)峰潛力

 

在我國煤電中占據(jù)較大比重的亞臨界機(jī)組是倪維斗十分關(guān)注的領(lǐng)域。他認(rèn)為，若在我國現(xiàn)役3.5億千瓦亞臨界機(jī)組中全面推廣大幅提效綜合升級改造技術(shù)，按照供電煤耗降低30克/千瓦時(shí)保守計(jì)算，年利用小時(shí)數(shù)4500小時(shí)測算，年節(jié)約將超過4700萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，減排二氧化碳超1.27億噸，大氣污染物排放也將大幅降低。

 

除了節(jié)能減排的直接效益，倪維斗也很看重亞臨界機(jī)組改造的調(diào)峰潛力。他指出，若亞臨界機(jī)組整體提升20%的深度調(diào)峰性能，則可以騰出7000萬千瓦調(diào)峰容量，增加3.5億千瓦風(fēng)光類新能源的消納能力，大幅提升風(fēng)光類新能源和煤電的兼容性，保障電網(wǎng)安全。

 

在倪維斗看來，高溫亞臨界綜合升級改造可應(yīng)用在超臨界機(jī)組，平均煤耗下降值大于30克/千瓦時(shí)，也可應(yīng)用于13.5萬千瓦以下的熱電聯(lián)供小機(jī)組，煤耗可降低60~100克/千瓦時(shí)。若能全面推廣，可有效降低未來煤電機(jī)組的煤耗水平，同時(shí)有力支撐電網(wǎng)對風(fēng)光新能源的消納，創(chuàng)造巨大的減碳空間和經(jīng)濟(jì)效益。

 

耦合發(fā)展

 

推動煤電零碳化轉(zhuǎn)型

 

據(jù)倪維斗介紹，生物質(zhì)能作為火電燃料，總量巨大，目前國內(nèi)生物質(zhì)資源可轉(zhuǎn)換為能源的潛力約為5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。如加以發(fā)展，今后可超過10億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。

 

倪維斗提出了一系列關(guān)于建立基于生物質(zhì)新型生態(tài)能源系統(tǒng)的建議，其中一條是“要通過技術(shù)創(chuàng)新，大力發(fā)展超級能源生物質(zhì)燃料”，超級蘆竹就是近年來關(guān)于超級能源生物質(zhì)燃料的一項(xiàng)重大突破。大力發(fā)展和推動生物質(zhì)燃料產(chǎn)業(yè)，大規(guī)模開發(fā)和推廣利用廣大的邊際土地種植高產(chǎn)速生的能源植物如超級蘆竹等，解決生物質(zhì)燃料的大規(guī)模生產(chǎn)和可靠替代及可靠供應(yīng)問題。他還提出，可以借鑒國外大型燃煤機(jī)組進(jìn)行生物質(zhì)耦合混燒直至100%生物質(zhì)燃料替換技術(shù)。

 

“我國煤炭轉(zhuǎn)型一定要建立在新能源可靠替代的基礎(chǔ)上，也就是應(yīng)先立后破，大力發(fā)展生物質(zhì)發(fā)電取代煤電，最終實(shí)現(xiàn)煤電的零碳化轉(zhuǎn)型，因此現(xiàn)有煤電升級改造（低碳）+生物質(zhì)混燒（零碳）+碳捕集、利用和封存（負(fù)碳）的技術(shù)路徑，就是我國煤電低碳轉(zhuǎn)型之路。最終與風(fēng)光一起，形成確保我國能源安全的低碳發(fā)電系統(tǒng)，從而確保我國在2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)。另外，也需制定強(qiáng)有力地推動煤電耦合生物質(zhì)發(fā)電的能源政策。”倪維斗如是說。