山东电力产业低碳化技术路线研究

郭东旭，韩奎华，熊志波，赵记恒，路春美

(山东大学能源与动力工程学院，山东济南 250061)

山东电力产业低碳化技术路线研究

郭东旭，韩奎华，熊志波，赵记恒，路春美

(山东大学能源与动力工程学院，山东济南 250061)

目前山东省年CO2排放量超过10亿t，电力行业的排放量占40%，因此，电力产业低碳化对山东省发展低碳经济具有举足轻重的作用。山东具有丰富的风能、生物质能等清洁能源，据规划，到2020年，清洁能源发电实现年减排CO210%;国内首座整体煤气化联合循环项目于山东投产，与相同装机容量燃煤电厂相比，其CO2排放量降低13.73%，若与碳捕捉和封存(CCS)技术联用，可实现CO2近零排放;山东省超临界/超超临界机组装机容量达932万kW，关停小机组600万kW，年减排CO22100万t。山东电力产业应因地制宜发展清洁能源发电，大力发展IGCC、超临界/超超临界等高效发电技术。同时，鼓励电力产业积极借助清洁发展机制(CDM)，完善低碳路线。

电力产业;低碳经济;清洁能源;高效发电;CDM

0 引言

因化石燃料大量燃烧引起的能源短缺与环境污染已经成为全世界关注的焦点问题，由此而产生的全球气候变暖业已是一个不争的事实。巨量排放的CO2是造成温室效应的罪魁祸首，因此发展“低碳经济”自英国于2003年首次提出以来，已得到世界各国的广泛认可。“低碳经济”以减少温室气体排放为目标，旨在改变传统的高耗能、高排污的经济增长模式，构筑低耗能、低污染的可持续发展经济体系。

电力行业已然成为我国最大的CO2排放部门，其排放的CO2占我国排放总量的38.76%［1］，电力行业走低碳化道路对我国减排CO2具有重大意义。山东电力行业以火电为主，未来相当长一段时间内，这种格局难以改变［2］，碳减排任重而道远，电力产业低碳化对山东省发展低碳经济起着至关重要的作用。因此，有必要对山东电力产业进行深入调研，考察电力产业CO2排放现状及减排潜力，提出适合山东省社会经济发展的电力产业低碳化路线。

1 山东省CO2排放现状及电网机组构成

近年，山东经济一直保持迅猛的发展势头，经济总量一直位居全国前三位，但其产业结构中，第二产业比重过大，尤其是重工业和传统高耗能产业所占比重偏高，这导致了能源消费总量巨大、环保压力大、节能减排任务繁重［3］。

从2000年以来山东省一次能源消费量和一次能源结构统计可以看出，山东一次能源消费量持续增长，2009年达到34536万t标准煤，且煤炭在一次能源中所占比例过大，一直维持在80%左右，虽然近两年比重有下降趋势，但煤炭消费的主导地位在短期内不会改变。山东电网基本上就是一个火电系统，火电发电量占据总发电量的97%以上，虽然近几年风电、生物质发电有较大发展，但在未来相当长时间内火电的主导地位仍不可撼动。据统计，山东省每年CO2排放总量超过10亿t［4］，其中电力行业的排放量高达40%，燃煤电厂已经成为山东省CO2排放的主要源头，电力产业低碳化是发展低碳经济首要解决的问题。

2 山东电力产业低碳化现状

2.1 山东清洁能源及其发电技术现状

2.1.1 风能资源与风力发电

进入21世纪以来，风电是全球范围内发展最快的能源形式，11年里其装机容量增长了10倍，达到19440万kW［5］。我国是风能资源大国，近几年风电发展迅速，《2010年中国风电装机容量统计》显示，我国累计风电装机容量已经达到4473万kW，跃居世界第一位。山东省拥有漫长的海岸线，半岛沿海地区及近岸海域风能资源丰富，开发建设条件优良。截止2011年2月，山东省已经有并网风电场35座，总装机容量182.94万kW，装机规模位列全国第七位［6］。今后，在“山东海上风电规划”的指导下，山东省将重点在威海、烟台、滨州、东营、潍坊、青岛等地近海海域建设大型风电场，到2020年，海上风电装机容量达到1000万kW［7］。发展风力发电不仅具有经济效益，其环境效益也是不可估量的。

风电产业迅猛发展的同时也暴露出许多亟待解决的问题。就山东省而言，风电装备企业规模相对较小，风电装备市场基本由省外和国外企业占有;风电装备企业的技术水平相对较低，关键部件的生产受制于国外先进技术;山东电网基本上是一个火电系统，按照山东电网目前的负荷特性和调峰能力计算，到2015年可消纳的最大风电装机容量仅为400万kW左右，不能满足山东省风电装机发展目标。

山东省风电场情况与英国类似，都是海上风电资源丰富。目前英国海上风电装机容量占世界海上风电总装机容量的44.5%［5］，居世界第一位，其成功得益于ROC(Renewables Obligation Certificates，可再生能源义务证书)对风电市场的助推作用［8］，它将供电商当年度须完成的可再生能源电力份额与市场行为紧密联系起来，保障风电行业的发展。山东省可以此为蓝本，开辟适合本省省情的“政策+市场+金融”模式，破解困扰山东发展风电的瓶颈，推进风电飞速发展。

2.1.2 太阳能资源与太阳能发电

太阳能作为清洁无污染的可再生能源，已经成为解决能源短缺、环境污染和气候变化等问题的有效途径。山东省拥有十分丰富的太阳能资源，全省年日照时数平均为2488h，年太阳辐射总量大于500万kJ，相当于731亿t标准煤，且山东省平原和低矮丘陵面积广阔，适宜太阳能的开发利用［9－10］。

山东太阳能热水器产业化和应用居于世界领先水平［11－12］。相较于太阳能热水器行业，山东省在太阳能光伏发电领域起步较晚，尚不具备与江苏、河北、江西等光伏发电大省相抗衡的实力［13］。据统计，2008年全国太阳能光伏电池产量达到178万kW，比 2007 年增长 63.6%［14］，太阳能光伏产业正在急剧膨胀［15］。太阳能替代传统能源，为山东省电力产业低碳化建设提供了新思路，具有巨大的经济和环境双重效益。

2.1.3 生物质能资源与生物质能发电

生物质能资源具有种类多、分布范围广、碳近零排放等优点，可转化为电力、燃气和液体燃料等多种高品位能源，是仅次于煤炭、石油、天然气的第四大能源形式，并且是绿色、可再生能源。山东是农业大省，中西部地区是广袤的平原和低矮丘陵，可发展生物质发电。2006年全国首个生物质秸秆发电项目在山东单县建成投产，装机容量2.5万kW［16］。根据山东省“十二五”规划，到2015年山东省将建成27个生物质电厂，总装机容量达到141.3万kW。生物质电厂投资高、成本高、效率低［17］，这限制了其大规模发展，但在碳减排大环境下，政府应在技术层面，支持相关部门在生物质直燃发电、生物质混煤燃烧、生物质作为再燃燃料等方面的探索;在政策层面，给予生物质电厂在上网电价和“碳交易”方面更大的优惠。

2.1.4 核能发电

核能是一种安全、清洁、高效、可靠的能源，是煤炭、石油等传统化石能源的理想替代者。生产相同的电能，核电成本为火电的80%，所需燃料仅为火电的20万分之一，所需淡水仅为火电的12分之一，且核电能实现CO2近零排放，其放射性对环境影响微乎其微［18－19］。

山东具有发展核电的条件，2003年开工建设第一座核电站——海阳核电站［18］。据《山东半岛蓝色经济区发展规划》，山东将规划建设海阳、荣成两个核电项目和烟台核电研发中心，力争在2020年初步形成两个核电基地。

2.2 高效发电技术及应用现状

山东电力产业低碳化，除了大力发展低碳发电技术外，还必须同时推广高效的洁净煤发电技术。整体煤气化联合循环(IGCC)和超临界/超超临界发电技术，能大幅提高能源转换效率，从而减少单位能耗温室气体排放。

2.2.1 整体煤气化联合循环(IGCC)发电技术

整体煤气化联合循环(IGCC)是把煤气化洁净技术和高效联合循环相结合的先进动力系统［20］，机组发电热效率达到43%，且有望突破50%，相比同等装机容量的常规火电机组，其发电热效率高5～7个百分点，供电标准煤耗降低25.06%，CO2排放量降低13.73%［21］，通过变换模块更容易实现 CO2的富集，若与碳捕捉和封存技术(CCS)联用，碳捕捉成本更为低廉［22］，因而碳近零排放的代价更低。

IGCC系统复杂，前期投资大，这是限制其大规模推广应用的一个重要因素。但以火电为主导的山东电网，面临能源紧缺和碳减排的双重压力，不得不提高能源利用效率来实现电力产业的可持续发展。目前，山东仅在滕州成功运行了一座IGCC多联产示范电站，装机容量8万kW［22］，今后应持续加大对IGCC发电技术的探索和实践，以优化山东电力产业的低碳化路线。

2.2.2 超临界/超超临界发电技术

超临界/超超临界高效发电技术是当前火电行业实现CO2减排最现实、有效和成熟的技术。从我国国产各类火电机组设计性能比较可知，超超临界机组的供电效率比亚临界机组提高了3.04个百分点，供电标准煤耗降低了120.3gce/kW·h。统计表明，单位发电量CO2排放量与火电机组容量呈明显负相关关系［23］。

在“节能减排”压力下，提高火电机组效率成为电力行业的当务之急，发展超临界/超超临界机组不失为电力行业的良好选择。截止2010年，山东省投运超临界机组11台，装机容量732万kW;投运超超临界机组2台，装机容量200万kW，在建超超临界机组4台，装机容量400万kW，规划超超临界机组10台，装机容量1000万kW。2006年“上大压小”政策开始施行，“十一五”期间，山东省共关停小火电机组310台，总装机容量512万kW，实现年减原煤消耗800万t，减排CO21890万t;2011年，山东省计划继续关停28台小火电机组，总装机容量58.4万kW，取而代之的是高效率低排放的超临界/超超临界机组，从而持续优化火电机组结构，这对山东电力产业低碳化具有重大意义。

3 CDM在山东电力产业的实施现状

CDM是《京都议定书》第十二条确定的一个基于市场的灵活机制，通过参与CDM项目，发达国家可以获得项目经核准的全部或部分减排量(Certified Emissions Reductions，简称 CERs)，发展中国家可以获得发达国家提供的资金或者环境友好的先进技术，CDM项目合作，不但可以帮助不同国家、不同行业履行各自的减排义务，还能降低全球减排温室气体的总体经济成本［24－27］。

电力行业是我国国民经济中最大的CO2排放部门，具有巨大的碳减排空间，通过CDM项目合作能够获得较大的资金、技术和环保收益。截止2010年底，我国已有2847个项目获得国家主管机构批准，预期年减排 CO24.90 亿 t CERs［31］，涉及电力行业的项目主要集中在高效洁净的发电技术、热电联产、洁净煤技术、新能源发电技术及电网输配电管理等方面，其中新能源发电技术所占比重最大，超过70%［29－31］。河北、辽宁、内蒙古［32－33］等重工业省份积极开发了风力发电、太阳能光伏发电等CDM项目。山东也是我国CDM开发的重点省份之一，CDM项目已经初步为山东电力产业利用国外资金和先进技术发展低碳模式进行了有益探索。

4 结语

电力行业是山东省最大的CO2排放部门，碳减排空间巨大，电力产业低碳化对山东省发展低碳经济具有重要作用。山东省清洁能源资源丰富，但针对不同地区，应积极发展各具特色的清洁能源发电项目，在沿海地区及近岸海域，风能资源丰富，应着重进行风电基地建设，中西部平原区发展生物质发电，加大光伏发电的研究。IGCC耗资巨大、科技含量高，与CCS联用可实现碳近零排放，在资金雄厚、技术发达地区，可以加大对IGCC发电技术的深入研究，使其机组容量大型化、系统简单化，更具推广价值。超临界/超超临界高效发电技术是当前火电行业实现CO2减排最现实、有效和成熟的技术，在“上大压小”政策指导下，今后火电行业要积极关停小火电机组，建设超临界/超超临界机组，提高机组效率，降低单位能耗CO2排放量。在大力发展清洁能源发电和高效清洁发电技术的同时，电力产业还应积极申报CDM项目，降低CO2排放水平，完善山东电力产业低碳化路线。

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Investigation on technical route of low carbon electric power industry in Shandong Province

Shandong releases more than 1 billion tons CO2every year，the power industry accounts for 40 percent，so low －carbon power industry has a pivotal role in Shandong low － carbon economy.Shandong is rich in clean energy，including wind energy source，biomass energy source，etc.According to the plan，Shandong can cut CO2emissions by 10 percent by 2020 because of the development of clean energy plants.Moreover，Shandong runs the first Integrated Gasification Combined Cycle power station of China，compared with the same capacity of coal－ fired plants，IGCC power station can reduce CO2emission by 13.73 percent，combined with the carbon capture and storage technology，it can make a near－ zero emission of CO2.The capacity of Ultra － supercritical/supercritical plants reaches to 9.32 million kW in Shandong，shutting down lots of small plants with the capacity of 6 million kW，which can reduce 21 million tons CO2.The investigation indicate that Shandong sould develope different kinds of clean energy plants in different areas，develope power generation technology with high efficient.CDM should be well developed by power industry to consummate low － carbon route.

power industry;low carbon economic;clean energy;power generation with high efficient;CDM

X701.7

B

1674－8069(2012)03－001－04

山东省软科学研究计划项目(2010RKGB3024)

2012-01-28;

2012-05-02

郭东旭(1986-)，男，河北丰润人，硕士研究生，研究方向为燃烧与污染物控制。E－mail:sduege@126.com