(協(xié)鑫能源科技股份有限公司， 江蘇 蘇州 215126)

摘要：在當(dāng)前的能源使用狀況下，推動(dòng)能源系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型，提高能源的利用率，成為各國能源從業(yè)者共同的目標(biāo)。電力需求的增長，將使中國等發(fā)展中國家電力行業(yè)的脫碳變的更加困難。這需要一方面努力推進(jìn)電力系統(tǒng)脫碳化，積極探索發(fā)展風(fēng)光可再生電力、推進(jìn)燃料轉(zhuǎn)換(BP認(rèn)為可再生電力翻倍的碳減排效果與將10%的煤電機(jī)組改為氣電機(jī)組的效果類似)、“化石能源發(fā)電+CCS碳捕捉”等多種電力系統(tǒng)脫碳化路徑。另一方面，也要意識到電氣化并非能源轉(zhuǎn)型的全部，我們要從節(jié)約能源消費(fèi)、提高能源利用效率、發(fā)展可再生能源、氫能等其它能源多方面入手，提供一個(gè)更加多元化的低碳轉(zhuǎn)型方案。燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電作為低碳環(huán)保、能源梯級利用的典型代表，已成為世界各國推動(dòng)能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵措施，本文旨在通過對燃煤電廠與燃?xì)怆姀S進(jìn)行綜合比較，為我國燃?xì)怆姀S在當(dāng)前形勢下的生存與發(fā)展進(jìn)行一些探索。

關(guān)鍵詞：能源供需形勢、能源梯級利用、燃?xì)怆姀S

0 引言

隨著世界經(jīng)濟(jì)規(guī)模的不斷增大，世界能源消費(fèi)量持續(xù)增長，1973年世界一次能源消費(fèi)量僅為57.3億噸油當(dāng)量，2018年已超過138億噸油當(dāng)量。2018年世界一次能源消費(fèi)增長2.9%，幾乎是過去10年平均增速1.5%的兩倍，是2010年以來增速最高的一年[1]。中國、美國及印度共貢獻(xiàn)了全球能源需求增長的三分之二，其中美國的能源需求增長創(chuàng)三十年來新高。據(jù)《BP世界能源展望2019》預(yù)計(jì)，在漸進(jìn)轉(zhuǎn)型的情景下，全球能源需求到2040年將比現(xiàn)在增長三分之一。

2018年，全世界天然氣消費(fèi)增長1950億立方米，增速達(dá)5.3%，為1984年來增速最快的一年。天然氣消費(fèi)增長主要來自美國(780億立方米)，其次是中國(430億立方米)、俄羅斯(230億立方米)和伊朗(160億立方米)三國?？鐓^(qū)域天然氣貿(mào)易增長390億立方米，增速達(dá)4.3%，是過去10年來平均增速的兩倍，液化天然氣的持續(xù)快速擴(kuò)張是主要原因。液化天然氣的供給增長主要來自澳大利亞(150億立方米)、美國(110億立方米)和俄羅斯(90億立方米)，約一半的液化天然氣進(jìn)口增長來自中國(210億立方米)。

2018年，世界能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)逐漸趨向優(yōu)質(zhì)化，經(jīng)合組織國家的煤炭需求降至1975年以來的最低水平。說明部分國家和地區(qū)已經(jīng)開始實(shí)現(xiàn)多元的能源結(jié)構(gòu)，可再生能源使用的增長替代了煤炭和石油的使用。據(jù)BP公司預(yù)測，中國的能源消費(fèi)中煤炭的占比將快速下降，從2018年的60%降至2040年的35%，降低的總量基本由可再生能源和天然氣的增量抵消。

1 全國電力行業(yè)能源供需形勢(2018)

一、天然氣供需形勢

2018年，我國天然氣消費(fèi)量達(dá)到2803億立方米，同比增長17.5%。全國天然氣消費(fèi)規(guī)模超過百億立方米的省份增至10個(gè)，分別為江蘇、廣東、四川、新疆、北京、山東、浙江、河北、河南、陜西。相比之下，2018年我國的天然氣產(chǎn)量為1603億立方米，占消費(fèi)天然氣量的57.19%，雖然產(chǎn)量較上一年增長了8.3%，但相比天然氣消費(fèi)量仍存在1200億立方米缺口，天然氣使用很大程度上還依賴進(jìn)口[2]。

 

圖1 2016-2018年我國天然氣產(chǎn)量及消費(fèi)量

從天然氣消費(fèi)結(jié)構(gòu)來分析，工業(yè)燃料占比38.6%，城鎮(zhèn)燃?xì)庹急?3.9%，發(fā)電用氣占比17.3%，化工用氣占比10.2%。其中工業(yè)燃料與城鎮(zhèn)燃?xì)庀M(fèi)量占總消費(fèi)量的72.5%。

 

二、煤炭供需形勢

2018年，我國煤炭消費(fèi)量為46.4億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，同比增長3.3%。原煤產(chǎn)量為36.8億噸，同比增長4.5%，進(jìn)口量2.81億噸，同比增長3.9%。煤炭市場供需基本實(shí)現(xiàn)平衡。從煤炭的消費(fèi)結(jié)構(gòu)來分析，電力行業(yè)全年耗煤約21億噸，占煤炭消費(fèi)總量的53.8%，鋼鐵行業(yè)耗煤約6.2億噸，建材行業(yè)耗煤5億噸，化工行業(yè)耗煤2.8億噸，占比分別為15.9%、12.8%、7.2%。由此可見，煤炭的主要消費(fèi)發(fā)生在電力行業(yè)[3]。

三、電力供需形勢

2018年，我國全社會(huì)用電量6.84萬億千瓦時(shí)，同比增長8.5%、同比提高1.9%，為2012年以來最高增速;各季度同比分別增長9.8%、9.0%、8.0%和7.3%，增速逐季回落，但總體處于較高水平。全國人均用電量4956千瓦時(shí)，人均生活用電量701千瓦時(shí)[4]。

截至2018年底，全國全口徑發(fā)電裝機(jī)容量19.0億千瓦、同比增長6.5%。其中，非化石能源發(fā)電裝機(jī)容量7.7億千瓦，占總裝機(jī)容量的比重為40.8%、比上年提高2.0個(gè)百分點(diǎn)。分類型看，水電裝機(jī)3.5億千瓦、火電11.4億千瓦、核電4466萬千瓦、并網(wǎng)風(fēng)電1.8億千瓦、并網(wǎng)太陽能發(fā)電1.7億千瓦?；痣娧b機(jī)中，煤電10.1億千瓦、占總裝機(jī)容量的比重為53.0%，比上年降低2.2個(gè)百分點(diǎn);氣電8330萬千瓦，同比增長10.0%。全國發(fā)電裝機(jī)及其水電、火電、風(fēng)電、太陽能發(fā)電裝機(jī)規(guī)模均居世界首位。

圖3 2016-2018年我國煤炭產(chǎn)量、消費(fèi)量及用電量

圖4 2018年我國各類型發(fā)電機(jī)組裝機(jī)容量
 

2 燃?xì)怆姀S與燃煤電廠的綜合比較

一、燃?xì)怆姀S與燃煤電廠環(huán)保性能對比

(一)大氣污染物排放對比

對于燃煤電廠來說，排放的大氣污染物主要有氮氧化物、二氧化硫、煙塵等，因管道天然氣中基本不含硫，所以燃?xì)怆姀S排放的大氣污染物主要為氮氧化物。

2016年環(huán)境保護(hù)部下發(fā)的《火電行業(yè)排污許可證申請與核發(fā)技術(shù)規(guī)范》中，要求火電機(jī)組排污量按照機(jī)組裝機(jī)容量和年利用小時(shí)數(shù)，采用排放績效法測算。對火電機(jī)組氮氧化物排放績效值要求見表1[5]：

 

表注：2003年12月31日之前建成投產(chǎn)或通過設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評價(jià)報(bào)告書審批的火力發(fā)電鍋爐，按照W型火焰鍋爐、現(xiàn)有循環(huán)流化床鍋爐對應(yīng)的排放績效測算;采用煤矸石、生物質(zhì)、油頁巖、石油焦等燃料的發(fā)電鍋爐，可以參照循環(huán)流化床鍋爐績效值測算。

根據(jù)表1數(shù)據(jù)可知：在裝機(jī)容量和年利用小時(shí)數(shù)一致的情況下，燃煤電廠的氮氧化物允許排放量是燃?xì)怆姀S1.6倍。

在《環(huán)境統(tǒng)計(jì)手冊》中，無煙煤、煙煤燃燒時(shí)煙氣排放量的計(jì)算公式為：

 

 

在以上兩個(gè)公式中：

Vy ---煙氣排放量，Nm3/kg

QyL ---燃料低位發(fā)熱量，kJ

α ---空氣過剩系數(shù)

V0 ---燃料理論空氣量，固態(tài)、液體燃料時(shí)單位為Nm3/kg，氣體燃料時(shí)單位為Nm3

根據(jù)《環(huán)境保護(hù)實(shí)用數(shù)據(jù)手冊》中的數(shù)據(jù)：煙煤燃燒時(shí)理論空氣量為7.5-8.5Nm3/kg，取平均值8.0Nm3/kg;天然氣(干性)燃燒時(shí)理論空氣量為8.84-9.01Nm3，取平均值8.925Nm3。

根據(jù)《火力發(fā)電廠技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算方法》(DL/T 904-2004)中規(guī)定，標(biāo)煤低位發(fā)熱量為29271kJ/kg，過?？諝庀禂?shù)計(jì)算公式為：

 

根據(jù)《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223-2011)中規(guī)定，燃煤鍋爐排煙基準(zhǔn)含氧量為6%，燃?xì)鈾C(jī)組排煙基準(zhǔn)含氧量為15%，根據(jù)空氣過剩系數(shù)計(jì)算公式，燃煤鍋爐空氣過剩系數(shù)為1.4，燃?xì)鈾C(jī)組空氣過剩系數(shù)為3.5。

根據(jù)《天然氣》(GB17820-2018)中規(guī)定，天然氣高位熱值不小于36MJ/m3，其低位熱值為32.46MJ/m3。

按照以上數(shù)據(jù)，燃煤電廠1千克標(biāo)煤燃燒時(shí)煙氣排放量為11.29立方米，燃?xì)怆姀S1立方米天然氣燃燒時(shí)煙氣排放量為31.26立方米。

結(jié)合超低排放燃煤電廠和燃?xì)怆姀S的實(shí)際排放情況，計(jì)算結(jié)果如表2所示：

 

表注：燃煤機(jī)組煤耗按282g/kWh計(jì)算;E級燃?xì)鈾C(jī)組氣耗按0.190Nm3/kWh計(jì)算;F級燃?xì)鈾C(jī)組氣耗按0.183Nm3/kWh計(jì)算;H級燃?xì)鈾C(jī)組氣耗按0.170Nm3/kWh計(jì)算。

按照表2數(shù)據(jù)，實(shí)施超低排放以后的燃煤機(jī)組的污染物當(dāng)量值要明顯高于燃?xì)鈾C(jī)組，根本不存在所謂的環(huán)保優(yōu)勢。我國大部分地區(qū)火電廠氮氧化物的排放標(biāo)準(zhǔn)為50mg/m3，目前只有北京與深圳對燃?xì)鈾C(jī)組的氮氧化物排放提高了要求，要求排放濃度不大于15mg/m3。隨著低氮燃燒技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，我國其他地區(qū)燃?xì)鈾C(jī)組的NOx排放標(biāo)準(zhǔn)也會(huì)逐步降低到15mg/m3。

(二)碳排放量對比

根據(jù)《碳減排約束下的燃煤發(fā)電與天然氣發(fā)電成本比較研究》一文中對燃煤電廠與燃?xì)怆姀S全生命周期的碳排放量計(jì)算，燃煤電廠和天然氣電廠的全生命周期碳排放分別為745.9735g/kWh、522.4980g/kWh，其中發(fā)電運(yùn)行分別占全生命周期碳排放的90.80%、68.15%[6]。即燃煤電廠發(fā)電過程中碳排放量為677.34g/kWh，而天然氣電廠發(fā)電過程中的碳排放量僅為356.08g/kWh，不到燃煤電廠碳排放量的一半。整體來說,燃煤發(fā)電的全生命周期的碳排放和發(fā)電環(huán)節(jié)的碳排放均高于天然氣發(fā)電。

二、燃?xì)怆姀S與燃煤電廠能源利用效率的對比

根據(jù)中電聯(lián)發(fā)布的《中國電力行業(yè)年度發(fā)展報(bào)告2019》中的數(shù)據(jù)：2018年，全國6MW及以上電廠供電標(biāo)煤耗為307.6g/kWh，比2017年降低1.8g/kWh。根據(jù)發(fā)改委、環(huán)境保護(hù)部及能源局聯(lián)合發(fā)布的《煤電節(jié)能減排升級與改造行動(dòng)計(jì)劃(2014-2020年)》，現(xiàn)役先進(jìn)水平的1000MW級超超臨界燃煤機(jī)組供電標(biāo)煤耗為285g/kWh，新建1000MW級超超臨界濕冷機(jī)組設(shè)計(jì)供電煤耗為282g/kWh。具體數(shù)據(jù)詳見表3：

 

按照供電煤耗282g/kWh計(jì)算，每千瓦時(shí)供電所耗能量為8264.57kJ，能源利用率為43.56%。根據(jù)燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組實(shí)際運(yùn)行情況，E級聯(lián)合循環(huán)的氣耗為0.190Nm3/kWh，F(xiàn)級聯(lián)合循環(huán)在純凝工況下的氣耗為0.183Nm3/kWh，而新型的H級聯(lián)合循環(huán)機(jī)組氣耗能達(dá)到0.170Nm3/kWh。即使以氣耗相對較高的E級聯(lián)合循環(huán)機(jī)組計(jì)算，天然氣高位熱值按36MJ/m3計(jì)算，每千瓦時(shí)供電所耗能量為6840kJ，能源利用率為52.63%。按照H級聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的氣耗計(jì)算，供電的能源利用率為62.4%。

從能源利用的效率來看，燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)比常規(guī)燃煤機(jī)組有明顯的優(yōu)勢。

三、燃?xì)怆姀S與燃煤電廠經(jīng)濟(jì)性對比

關(guān)于燃?xì)怆姀S與常規(guī)燃煤電廠經(jīng)濟(jì)性對比的研究有很多，從電廠的利潤情況來看，燃?xì)怆姀S的盈利能力的確不如燃煤電廠，而且存在較大的差距。但是，造成這種情況的主要原因主要是因?yàn)槿細(xì)怆姀S燃料成本遠(yuǎn)高于燃煤電廠。

2018年，5500大卡動(dòng)力煤全年平均價(jià)格為558.5元/噸，按能量折算，價(jià)格為0.0242元/MJ，如按同樣能量價(jià)格計(jì)算，天然氣價(jià)格應(yīng)為0.0242元/MJ×天然氣熱值。按GB17820-2018中規(guī)定，天然氣高位熱值按36MJ/m3計(jì)算，則天然氣價(jià)格應(yīng)為0.873元/立方米。而2018年天然氣門站價(jià)最低的省份為青海省，價(jià)格為1.15元/立方米，價(jià)格最高的省份為廣東省和上海市，價(jià)格為2.04元/立方米。這只是基準(zhǔn)門站價(jià)格，天然氣銷售企業(yè)可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)行上浮20%。實(shí)際上，燃?xì)怆姀S的燃料價(jià)格都是按照上浮20%計(jì)算，冬季用氣高峰時(shí)段按照上浮22.6%計(jì)算，全年平均氣價(jià)約2.3元/立方米，按能量計(jì)算，單價(jià)為0.0639元/MJ，是燃煤電廠燃料單價(jià)的2.63倍。

根據(jù)能源局發(fā)布的《2018年度全國電力價(jià)格情況監(jiān)管通報(bào)》，2018年全國燃煤機(jī)組平均上網(wǎng)電價(jià)為370.52元/千千瓦時(shí)，而燃?xì)怆姀S平均上網(wǎng)電價(jià)為584.10元/千千瓦時(shí)，比燃煤機(jī)組高57.64%。

按照2018年平均燃?xì)鈾C(jī)組、燃煤機(jī)組的平均成本，設(shè)E級燃?xì)怆姀S上網(wǎng)電價(jià)X，若燃?xì)怆姀S每千瓦時(shí)電量要獲得與燃煤電廠相同的收益，則

0.37052-0.0242×8.26457=X-0.0639×6.84

其中，0.37052元/千瓦時(shí)---2018年全國燃煤機(jī)組平均上網(wǎng)電價(jià)

0.0242元/MJ ---2018年5500大卡動(dòng)力煤能量單價(jià)

8.26457MJ ---按照供電煤耗282g/kWh計(jì)算，每千瓦時(shí)供電所耗能量

X元/千瓦時(shí) ---E級燃?xì)怆姀S上網(wǎng)電價(jià)

0.0639元/MJ ---2018年燃?xì)怆姀S天然氣能量單價(jià)

6.84MJ ---E級燃?xì)鈾C(jī)組每千瓦時(shí)供電所耗能量

按上式計(jì)算，燃?xì)怆姀S上網(wǎng)電價(jià)應(yīng)為607.60元/千千瓦時(shí)。由此看出，燃?xì)怆姀S每千瓦時(shí)的收益遠(yuǎn)低于燃煤電廠。

在我國，電網(wǎng)企業(yè)和電廠企業(yè)作為國民經(jīng)濟(jì)保障企業(yè)，在盈利的同時(shí)承擔(dān)了更多的社會(huì)責(zé)任。雖然電網(wǎng)對于參與調(diào)峰的發(fā)電企業(yè)有額外的獎(jiǎng)勵(lì)，但對于發(fā)電企業(yè)來說，電網(wǎng)的調(diào)峰獎(jiǎng)勵(lì)往往不能覆蓋調(diào)峰所產(chǎn)生的成本，導(dǎo)致企業(yè)調(diào)峰的積極性不高，此時(shí)只能通過限制工業(yè)用電來保障居民用電。如果完全從經(jīng)濟(jì)角度來說，這種運(yùn)行方式是不經(jīng)濟(jì)的，這也導(dǎo)致燃?xì)鈾C(jī)組無法發(fā)揮調(diào)峰速度的優(yōu)勢，也是影響燃?xì)怆姀S利潤的一個(gè)原因。

在某些國家，電力生產(chǎn)經(jīng)營市場化程度較高，夏季高溫時(shí)，用電價(jià)格曾飆升至9美元/千瓦時(shí)，折合人民幣接近63元/千瓦時(shí)，是平時(shí)電價(jià)的180倍。在這種情況下，發(fā)電企業(yè)有足夠的積極性進(jìn)行調(diào)峰。當(dāng)然這是一個(gè)比較極端的情況，但對于燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組，其控制模式中有一種“尖峰負(fù)荷”(PEAK)模式，在這種模式下，燃?xì)廨啓C(jī)通過提高燃燒初溫來增加出力，這種運(yùn)行方式會(huì)降低設(shè)備使用壽命，此時(shí)需要電廠經(jīng)營者根據(jù)調(diào)峰電價(jià)和設(shè)備的成本來進(jìn)行取舍。

四、燃?xì)怆姀S與燃煤電廠對電網(wǎng)的作用對比

根據(jù)《2019年全球電力報(bào)告》中的數(shù)據(jù)，2018年全年，我國發(fā)電量為7.1萬億千瓦時(shí)，發(fā)電量全球第一，占全球總發(fā)電量的26.7%，比第二名的美國多2.6萬億千瓦時(shí)。但我國人均耗電量排名在63位，說明我國電力行業(yè)的發(fā)展仍有較大空間。由于電力無法儲(chǔ)存的特殊性，電力的生產(chǎn)和消耗需要保持實(shí)時(shí)的平衡。近年來，雖然也發(fā)展了諸如抽水蓄能、電池蓄能等方法平衡電網(wǎng)的峰谷差，但對于目前電網(wǎng)的規(guī)模來說，這些手段的調(diào)節(jié)能力有限。對于電網(wǎng)來說，能夠快速調(diào)整負(fù)荷的發(fā)電機(jī)組比其它手段能更好地平衡電網(wǎng)的峰谷差。

常規(guī)燃煤發(fā)電機(jī)組因容量大，能夠?yàn)殡娋W(wǎng)提供基本的負(fù)荷，調(diào)節(jié)負(fù)荷的速率為10MW/分鐘。燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組具有啟動(dòng)快、調(diào)節(jié)負(fù)荷快的特點(diǎn)，負(fù)荷調(diào)節(jié)速率能夠達(dá)到65MW/分鐘，顯然燃?xì)鈾C(jī)組更適合用于調(diào)節(jié)電網(wǎng)的峰谷差。另外，燃?xì)鈾C(jī)組啟動(dòng)快速，既可以作為電網(wǎng)的黑啟動(dòng)電源，也可以對天然氣管網(wǎng)進(jìn)行調(diào)峰作用，發(fā)揮儲(chǔ)氣庫的部分調(diào)峰作用。

五、燃?xì)怆姀S與燃煤電廠選址的對比

對燃煤電廠來說，其最主要的區(qū)域?yàn)槿济旱膬?chǔ)存區(qū)域，由于燃煤電廠對燃煤的需求量十分巨大，按照兩臺(tái)600MW的燃煤發(fā)電機(jī)組的耗煤量，滿負(fù)荷運(yùn)行的狀態(tài)下每天需消耗煤炭約10500噸，如果電廠儲(chǔ)存15天的燃煤量，則存煤量達(dá)到15.75萬噸，儲(chǔ)煤廠占地約20000平方米(30畝)。另外還需建設(shè)灰場，總占地面積能達(dá)到400000平方米(600畝)。另外由于煤炭運(yùn)輸量大，燃煤電廠需建立在鐵路或者碼頭旁邊。而對同樣規(guī)模的燃?xì)怆姀S，由于天然氣采用管道進(jìn)行輸送，總占地面積約140000平方米(210畝)。而且燃?xì)怆姀S排污量低，即使建設(shè)在城市中心也不會(huì)對周圍產(chǎn)生影響。

由燃煤電廠和燃?xì)怆姀S的特性可以看出，燃煤電廠適合建設(shè)在遠(yuǎn)離城市中心，靠近煤礦或者鐵路、碼頭的地方。燃?xì)怆姀S可以根據(jù)電負(fù)荷、熱負(fù)荷的集中程度進(jìn)行選址，適合建設(shè)在采暖集中或工廠較集中的區(qū)域，如城市附近和工業(yè)園區(qū)。

六、燃?xì)怆姀S對基礎(chǔ)科學(xué)的促進(jìn)作用

從1939年世界上第一臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)投入商業(yè)運(yùn)行開始，燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)展取得了長足的進(jìn)步。燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒初溫從最初的550℃發(fā)展到H級燃機(jī)的燃燒初溫達(dá)到1500℃，得益于透平材質(zhì)以及涂層材料的飛速進(jìn)步。反過來說，也正是商業(yè)的需求促進(jìn)了材料的研究與發(fā)展。另外，燃?xì)廨啓C(jī)的應(yīng)用并不僅僅局限于商用與發(fā)電，燃?xì)廨啓C(jī)還廣泛應(yīng)用于軍事上，主要為飛機(jī)及大型艦船的動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)。GE公司曾在1969年推出LM2500型航改型燃機(jī)，直到今天仍應(yīng)用在美國海軍最新的水面作戰(zhàn)船上。

燃?xì)廨啓C(jī)的應(yīng)用，從某種意義上說，是為燃?xì)廨啓C(jī)核心技術(shù)的研發(fā)與進(jìn)步提供平臺(tái)與支撐，任何成熟的技術(shù)都不是在實(shí)驗(yàn)室里發(fā)明出來的，而是通過不斷實(shí)踐、研發(fā)、再實(shí)踐的過程得以實(shí)現(xiàn)。國內(nèi)中科院上海高等研究院自主研發(fā)的天然氣分布式能源機(jī)組已投入商業(yè)運(yùn)行，為微型燃?xì)廨啓C(jī)的國產(chǎn)化向前推進(jìn)了一大步。當(dāng)前，部分人員認(rèn)為我國沒有掌握燃?xì)廨啓C(jī)的核心技術(shù)，造成燃機(jī)投資金額高、維修成本高，所以應(yīng)該減少在燃?xì)廨啓C(jī)上面的投資，這種認(rèn)識是片面的。燃?xì)廨啓C(jī)除了推動(dòng)材料科學(xué)的發(fā)展，還會(huì)推進(jìn)燃燒理論、控制理論等基礎(chǔ)性學(xué)科，燃?xì)廨啓C(jī)的廣泛使用必將會(huì)帶動(dòng)這些基礎(chǔ)性學(xué)科的發(fā)展。

我們相信，在廣大科研人員、燃機(jī)從業(yè)技術(shù)人員的不斷努力下，我國會(huì)逐漸掌握現(xiàn)有的燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)，還能百尺竿頭更進(jìn)一步，在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上創(chuàng)新出更高效率、更大容量的機(jī)型。

3 能源的梯級利用

能源梯級利用是能源利用最合理和經(jīng)濟(jì)的一種方式。不管是一次能源還是余能資源，均按其品位逐級加以利用。燃?xì)?蒸汽熱電聯(lián)產(chǎn)是一種典型的能源梯級利用方式，在熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中，高溫?zé)煔?約1500℃)先用來發(fā)電，發(fā)電后的低溫?zé)煔?約560℃)再將水加熱為水蒸汽，高溫蒸汽先用來發(fā)電，低溫余熱向工廠、寫字樓及住宅供熱與制冷。目前丹麥已經(jīng)不再建設(shè)大型火力發(fā)電廠，因?yàn)榇笮突痣姶嬖跓o法實(shí)現(xiàn)能源梯級利用、用戶終端能耗水平無法降低等問題，通過實(shí)施分布式能源系統(tǒng)，能源梯級利用的總能效可達(dá)80%以上。

由能源梯級利用的理論可知，工質(zhì)的初溫越高，其能源梯級利用的范圍就越大，能源利用的效率就越高。燃煤電廠與燃?xì)怆姀S相比，燃煤電廠的工質(zhì)為水及水蒸汽，其初溫為500-600℃，而燃?xì)怆姀S的一級工質(zhì)為空氣和天然氣，二級工質(zhì)為水及水蒸汽，對E級燃機(jī)而言，其一級工質(zhì)的初溫可達(dá)到1124℃，對目前最先進(jìn)的H級燃機(jī)來說，其一級工質(zhì)的初溫可達(dá)到1500℃，這也是燃?xì)怆姀S效率高于燃煤電廠的根本原因。

能源的梯級利用包括按質(zhì)用能和逐級多次利用兩個(gè)方面：

1、按質(zhì)用能就是盡可能不使高質(zhì)能源去做低質(zhì)能源可完成的工作，在一定要用高溫?zé)嵩磥砑訜釙r(shí)，也盡可能減少傳熱溫差。在只有高溫?zé)嵩?，又只需要低溫加熱的情況下，則應(yīng)先用高溫?zé)嵩窗l(fā)電，再利用余熱供熱，如熱電聯(lián)產(chǎn)。

2、逐級多次利用就是高質(zhì)能源的能量不一定要在一個(gè)設(shè)備或過程中全部用完，因?yàn)樵谑褂酶哔|(zhì)能源的過程中，能源的溫度是逐漸下降的(即能質(zhì)下降)，而每種設(shè)備在消耗能源時(shí)，總有一個(gè)最經(jīng)濟(jì)合理的使用溫度范圍。這樣，當(dāng)高質(zhì)能源在一個(gè)裝置中已降至經(jīng)濟(jì)適用范圍以外時(shí)，即可轉(zhuǎn)至另一個(gè)能夠經(jīng)濟(jì)使用這種較低能質(zhì)的裝置中去使用，使總的能源利用率達(dá)到最高水平。

近年來，隨著能源利用水平的提高，燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)在熱電聯(lián)產(chǎn)的基礎(chǔ)上，發(fā)展為熱、電、冷聯(lián)產(chǎn)，通過余熱鍋爐末級熱量生產(chǎn)熱水，并通過溴化鋰設(shè)備生產(chǎn)出7℃左右的冷水，向生產(chǎn)辦公區(qū)域及電廠周圍用戶供應(yīng)冷水，進(jìn)一步提高了能源的利用率。雖然能源梯級利用是針對發(fā)電和供熱企業(yè)提出的，但可以廣泛地?cái)U(kuò)展到制冷、化工、冶金等各種工業(yè)過程，必要時(shí)可用熱泵來提高熱源的溫度品位后再利用。不同的企業(yè)對能量的等級要求是不一樣的，可以根據(jù)各用能企業(yè)的能級需求，先將高能級熱源經(jīng)上一級企業(yè)使用后降為低能級熱源，再供給需求低的企業(yè)使用。能量的梯級利用能夠有效地滿足各單位的用能需要，而不增加能源消耗，極大地提高了能源利用率。

4 新形勢下燃?xì)怆姀S的生存與發(fā)展

進(jìn)入2020年，“十三五”即將迎來尾聲。經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和社會(huì)生產(chǎn)力的顯著增強(qiáng)，我國能源領(lǐng)域發(fā)生了翻天覆地的變化，取得了舉世矚目的偉大成就。傳統(tǒng)的“等、靠、要”經(jīng)營方式已經(jīng)落伍，經(jīng)營者如果還保持過去電廠的經(jīng)營理念，必然會(huì)將電廠帶入發(fā)展的死胡同。燃?xì)怆姀S也需要在多元化經(jīng)營上大膽嘗試和創(chuàng)新。

一、開辟主營業(yè)務(wù)外的新業(yè)務(wù)

創(chuàng)新商業(yè)模式，逐步向綜合能源服務(wù)商和供應(yīng)商轉(zhuǎn)型，建立以熱電生產(chǎn)為主，綜合能源為輔的新模式。在電力生產(chǎn)過程中，為保證發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行，會(huì)配套除鹽水、壓縮空氣的生產(chǎn)，而電廠在設(shè)計(jì)時(shí)，往往會(huì)在水、氣最大使用量的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)一些余量，以保證工況最惡劣的情況下發(fā)電機(jī)組能正常運(yùn)行。在不增加設(shè)備的基礎(chǔ)上，可以將多余的除鹽水、壓縮空氣作為商品出售給周邊需要的企業(yè)，既為周邊企業(yè)節(jié)省了設(shè)備投資和運(yùn)行維護(hù)成本，也為企業(yè)增加了利潤。

二、優(yōu)先發(fā)展分布式能源系統(tǒng)

結(jié)合“十三五”新型城鎮(zhèn)化建設(shè)和城鄉(xiāng)天然氣管道布局規(guī)劃和建設(shè)，優(yōu)先發(fā)展分布式能源系統(tǒng)，因地制宜地發(fā)展大型天然氣發(fā)電(熱電)站，以實(shí)現(xiàn)能源的梯級利用。在電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)峰容量不足地區(qū)，利用天然氣發(fā)電機(jī)組承擔(dān)調(diào)峰調(diào)頻任務(wù)，提高系統(tǒng)運(yùn)行靈活性、可靠性，減少棄風(fēng)、棄水、棄光。

三、搶抓碳排放機(jī)遇，爭取外部市場收益

作為燃機(jī)發(fā)電企業(yè)，相比燃煤電廠，有著碳減排優(yōu)勢，要認(rèn)真研究碳排放交易政策，跟蹤掌握國內(nèi)碳排放政策走向，使碳減排交易成為新的利潤增長點(diǎn)。燃?xì)怆姀S要利用燃機(jī)減排優(yōu)勢，積極介入，充分利用碳交易機(jī)制，依靠碳市場機(jī)制來合理配置碳排放權(quán)這一環(huán)境資源，合理制定碳資產(chǎn)的經(jīng)營策略，對碳資產(chǎn)進(jìn)行科學(xué)管理，實(shí)現(xiàn)碳資產(chǎn)收益最大化。

5 結(jié)論

“十四五”時(shí)期是我國由全面建成小康社會(huì)向基本實(shí)現(xiàn)社會(huì)主義現(xiàn)代化邁進(jìn)的關(guān)鍵時(shí)期，是積極應(yīng)對國內(nèi)社會(huì)主要矛盾轉(zhuǎn)變和國際經(jīng)濟(jì)政治格局深刻變化的戰(zhàn)略機(jī)遇期。“十四五”期間，我國的能源產(chǎn)業(yè)必將得到更充分的發(fā)展。燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電作為低碳環(huán)保、能源梯級利用的典型代表，建議國家能源局在“十四五”能源規(guī)劃修訂時(shí)高度重視，提高天然氣發(fā)電比重，繼續(xù)深化能源供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革。

1、從我國的資源結(jié)構(gòu)來看，天然氣屬于一種稀缺的能源資源，使用時(shí)應(yīng)提高利用效率。熱電冷三聯(lián)供技術(shù)，則提供了一種很好的梯級利用高品質(zhì)能源的方式，既能實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目標(biāo)又有利于環(huán)境保護(hù)，符合我國目前的國情和能源技術(shù)的發(fā)展潮流。

2、從能源的發(fā)展來看，雖然世界各國都在努力降低煤耗，但隨著能源需求的日益增加，煤炭的需求總量仍將增加，煤炭作為能源供應(yīng)的主力短期內(nèi)不會(huì)改變。而天然氣的供應(yīng)緊缺情況隨著開采技術(shù)及天然氣貿(mào)易的發(fā)展，將會(huì)逐年得到改善。

3、燃煤電廠與燃?xì)怆姀S在電網(wǎng)中的作用各有側(cè)重，燃煤電廠適合作為電網(wǎng)的基礎(chǔ)負(fù)荷，承擔(dān)保障電網(wǎng)安全及電力供應(yīng)的主力作用，而燃?xì)怆姀S適合布局在電負(fù)荷及熱負(fù)荷中心，以其清潔、高效、快速的特性為電網(wǎng)充分發(fā)揮調(diào)峰作用。

4、燃?xì)怆姀S應(yīng)該根據(jù)自身的優(yōu)勢，開展多種經(jīng)營模式，拓展電廠的業(yè)務(wù)范圍，提升生存能力。

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作者簡介：王世宏(1964- )，協(xié)鑫能源科技股份有限公司副總裁，江蘇省優(yōu)秀企業(yè)家;復(fù)旦大學(xué)碩士畢業(yè)，高級工程師，中國電機(jī)工程學(xué)會(huì)燃?xì)廨啓C(jī)專委會(huì)委員，江蘇電力行業(yè)協(xié)會(huì)副理事長;先后從事135MW、200MW，300MW、600MW，1000MW，S109E等電廠的開發(fā)、建設(shè)和運(yùn)營管理40多年，有較豐富的生產(chǎn)實(shí)踐和管理運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)。