低碳經(jīng)濟與熱電聯(lián)產的關聯(lián)性

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1前言

20世紀下半葉以來,隨著世界經(jīng)濟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)和使用帶來了嚴重的環(huán)境問題。煙塵、光化學和酸雨給高能耗地區(qū)造成了生態(tài)環(huán)境的破壞,更為嚴重和廣泛的災害是大氣中二氧化碳含量的增高,帶來的全球氣候變暖,對人類的生存和發(fā)展條件提出了嚴重挑戰(zhàn)。人類為應對這一挑戰(zhàn)而作出的努力,成為低碳經(jīng)濟發(fā)展的歷史背景?！暗吞冀?jīng)濟”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)展大會上,150多個國家制定了《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》的補充條款。在《京都議定書》中明確提出了有關溫室氣體排放的目標,各國承擔的責任,以及實施機制。2007年12月聯(lián)合國氣候變化大會制定了對應氣候變化的《巴厘島路線圖》要求發(fā)達國家在2020年將溫室氣體減排25%到40%。2008年7月G8峰會上八國領導人表示,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。2009年12月19日結束的哥本哈根會議,雖然沒有達成具有約束力的具體協(xié)議,但它體現(xiàn)了國際社會對氣候變化的高度重視以及加強氣候變化國際合作共同應對挑戰(zhàn)的強烈政治意愿,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。低碳經(jīng)濟是以低能耗、低排放、低污染為基礎的經(jīng)濟模式,是人類社會繼原始文明、農業(yè)文明、工業(yè)文明之后的又一大進步。其實質是提高能源利用效率和創(chuàng)建清潔能源結構,核心是技術創(chuàng)新和發(fā)展觀的轉變。發(fā)展低碳經(jīng)濟是一場涉及生產模式、生活方式、價值觀念和國家權益的全球革命。低碳經(jīng)濟象其他的重大歷史變革一樣,將成為新一輪經(jīng)濟增長的推動力。低碳經(jīng)濟是以技術創(chuàng)新為核心的產業(yè)革命,將催生新的經(jīng)濟增長點,成為金融危機后世界經(jīng)濟新一輪增長的強大動力。其實在此次全球金融危機中,人類的第四次產業(yè)革命已在危機中醞釀。新能源是這次革命的突破口,第一次產業(yè)革命的核心是蒸汽機,實質是能源利用,由于能源代替了人工勞動,大大提高了勞動生產率。第二次產業(yè)革命的核心的是電力,其實質是能量的輸送和轉換。通過降低輸送成本,以及電能方便地轉換成機械能和熱能、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生產力。第三次產業(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生產率。目前新能源產業(yè)已經(jīng)成為新一輪國際競爭的戰(zhàn)略制高點,新能源有可能引發(fā)第四次產業(yè)革命。

2熱電聯(lián)產對降低碳排放的作用

實踐證明熱電聯(lián)產(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)產列為我國10大節(jié)能工程之一。它的主要優(yōu)點是實現(xiàn)了能量的梯級利用,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能轉變成電能和熱能。在我國能源結構以煤為主(占總能耗的72%)的條件下,發(fā)展熱電聯(lián)產更具有特殊意義。歐盟對發(fā)展低碳經(jīng)濟特別重視,提出到2020年減少溫室氣體排放量20%,對此歐洲有關機構對熱電聯(lián)產的節(jié)能潛力進行評估,結果表明,僅熱電聯(lián)產一項技術可完成1/3的歐盟減排任務,每年減少CO2排放1億t。我國發(fā)展熱電聯(lián)產的潛力巨大。根據(jù)2008年的統(tǒng)計資料,供熱機組總容量為11583萬kW,占火電裝機容量的19.21%,占全國發(fā)電裝機總容量的14.61%。丹麥熱電聯(lián)產發(fā)電量已超過其總發(fā)電量的50%。2007年統(tǒng)計,我國有工業(yè)鍋爐52.74萬臺,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%實現(xiàn)熱電聯(lián)產,熱電比按2:1計算,可以增加熱電機組1億kW。熱化發(fā)電量按30%計算,熱化發(fā)電量比凝汽發(fā)電量每度電節(jié)煤200g,年運行6000h,年節(jié)煤3960萬,t按1t標煤排放2.25tCO2計算,年減排CO20.8910億t。這里只計算了熱化發(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。再考慮到技術進步的節(jié)能,我國熱電聯(lián)產對進一步減排溫室氣體的貢獻,保守地計算超過1.2億t。

3熱電聯(lián)產的新定位

由于熱電聯(lián)產具有將燃料的化學能轉換成電能和熱能的優(yōu)越性,在低碳經(jīng)濟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)產供給。熱電廠的產品不再是以電為主,而是以熱主為,是在供熱的同時,供應部分電力。電是熱電廠的副產品,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)電將大部分實現(xiàn)熱電聯(lián)產。電力的供應將主要由風電、水電、太陽能、核電來供應。熱電廠應建設在熱負荷中心,熱網(wǎng)象自來水網(wǎng)一樣四通八達,熱網(wǎng)將是公共的,不再屬某個熱源廠。數(shù)家熱源廠向熱網(wǎng)供汽供水,統(tǒng)一調度,使熱網(wǎng)在最經(jīng)濟狀態(tài)下運行。熱源廠不再全部是蒸汽動力循環(huán)的燃煤熱電廠,而是燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)、地源熱泵等多種能源轉換設備,當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)濟給熱電聯(lián)產的發(fā)展提供了新的動力,為熱電新技術的開發(fā)提供了市場和資金。人類需求的電力,將主要由水電、風電、地熱、潮汐能、核電供給,現(xiàn)有的火電機組將大部分被淘汰,保留部分承擔調峰。目前水電、風電和核電技術上已完全成熟,我國也具有豐富的資源,是電力工業(yè)發(fā)展的重點。根據(jù)我國政府在哥本哈根(Copenhagen)會議上的承諾,在2020年要將單位GDP的溫室氣體排放量降低40~45%,這是一項艱巨的任務。根據(jù)我國經(jīng)濟發(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年通過加強經(jīng)濟結構的調整力度及大力推廣節(jié)能減排技術,這10年的單位GDP能耗下降按年均5%計算。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%計算,還有20%的減排靠進一步加大節(jié)能力度、采用新能源及清潔能源來代替。進一步的節(jié)能措施中熱電聯(lián)產是潛力較大的一個項目,因此熱電聯(lián)產承擔著節(jié)能減排的重要任務。

4熱電行業(yè)的發(fā)展方向

熱電聯(lián)產是滿足人類熱能和電力需求不可替代的行業(yè)。根據(jù)我國的實際情況和低碳經(jīng)濟的要求,熱電行業(yè)在今后工業(yè)化和城鎮(zhèn)化進程中,在大城市、城市群中,應當向大機組、大熱網(wǎng)發(fā)展。小城鎮(zhèn)應發(fā)展燃氣的分布式能源。大城市及大型工業(yè)區(qū)的供熱機組應以300MW、600MW機組為主。300MW機組供熱量可達到500t/h,一臺300MW機組可供60萬人口采暖及生活用熱水。城市應集中供生活熱水,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,在現(xiàn)有集中供熱的基礎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。這樣將使熱負荷的季節(jié)差別大大減少,有利于熱電廠的運行。大型供熱機組的研制,大型熱管的運行控制,都需要投入人力和財力進行開發(fā)和研制。在人口低于10萬的城鎮(zhèn),應發(fā)展燃氣式分布能源,具體就是利用燃氣式小型燃氣輪機和內燃機發(fā)電。燃氣輪機和內燃機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,盡量減少新上燃煤機組。因為隨著新能源的發(fā)展,風電、水電、核電的發(fā)電量比重要增加,燃煤機組面臨淘汰的風險。為了滿足熱負荷增長的需要,盡量將現(xiàn)役的凝汽式機組改為供熱機組。經(jīng)有關單位的調查研究,確認凝汽式機組改為供熱機組是可行的。經(jīng)調研,現(xiàn)役電廠中具備供熱改造條件的86個現(xiàn)役電廠,總裝機臺數(shù)244臺,總裝機容量63470MW。如果這244臺供熱改造完成,使我國熱電機組的總裝容量達到179300MW,占火電機組裝機總容量的29.73%。假設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,年運行6000h,則年節(jié)約標煤2284.92萬,t年減排CO25141萬t。這些減排量是近2~3年內經(jīng)過努力可以實現(xiàn)的。大型凝汽式機組改為供熱機組應滿足兩方面的需要,一是采暖用汽,二是工業(yè)用汽。經(jīng)過這幾年的實踐證明技術上是可行的,經(jīng)濟上是合理的。從125~600MW凝汽機組都可以改為供熱機組。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機組可供汽50~80t/h,200MW機組可供汽80~150t/h,300MW機組可供汽100~200t/h,600MW機組可供汽100~300t/h。供4.0MPa、450℃的工業(yè)動力用汽可以用新節(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。純凝汽機組改供熱機組費用經(jīng)測算,考慮廠內供熱改造設備,建筑,安裝費及新建廠外熱網(wǎng)主管材料費和安裝費,單位投資約130~220元/kW(供熱改造的單位造價僅為新建機組單位投資的約5%)不考慮廠外熱網(wǎng)的建設周期,電廠供熱改造周期僅需2~3個月。因此改造大型凝汽機組為供熱機組是目前節(jié)能減排工作投資少見效快的舉措。

5結束語

低碳經(jīng)濟給熱電聯(lián)產的發(fā)展帶來前所未有的發(fā)展機遇,結合我國工業(yè)化和城市化的進程,應大力發(fā)展熱電聯(lián)產。目前應抓緊進行大型凝汽式機組改供熱機組,推廣燃氣式分布能源,為我國節(jié)能減排作出貢獻。