关于在现阶段中国燃煤电厂二氧化碳捕集的可行性研究

王桂洲　欧克鹏

摘 要：对当代中国产能过剩对电力行业的影响和全球变暖原因与趋势及电厂实际运行时负荷与效率的关系进行分析，简介二氧化碳捕集技术（CCS）在中国的发展现状。基于电厂效率和环保，建立模型，提出以适当提高电厂的负荷，利用多生产的电能进行二氧化碳捕集。然后通过分析二氧化碳的应用处理途径和市场，进一步说明二氧化碳捕集回收的可行性。

关键词：产能过剩；全球变暖；提高负荷；二氧化碳捕集；处理途径；市场

中图分类号： X701.3 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）26-193-2

1 中国的产能过剩现状

在我国现阶段很多传统行业都出现了产能过剩的现象。例如，煤炭得到价格持续走低，钢铁产业严重产能过剩，许多用电集中的产业在国家的政策下减缓发展，因此电力需求逐渐减慢，但各大发电集团为了在随后几年能占据较大的市场，不断有新的电厂投入营运。因此，发电机组利用小时越来越低。

我国火力发电占总发电的70%左右，这意味着火电机组的利用小时首当其冲，将进一步下降。随着国家的电改政策，逐步推行电力竞价上网。国家能源局指出传统能源产能过剩矛盾加剧，煤炭行业可能将长期处于产能过剩的局面，而电力过剩也成为现阶段持续恶化的另一局面。2015年全国发电设备平均利用小时为3969小时，同比降低349小时，降低至1978年的最低水平。[1]在全国用电需求进一步下降的情况下，到2015年底我国发电装机已经达到151亿千瓦，火电发电全年设备利用小时数本来应该在5500小时左右，却降低到了4239小时，过剩产能已经超过20%。[1]另一方面，新能源不断地发展，尤其是风能的发展在一定程度上冲击了传统火电行业。

2 全球温室效应和环境污染与电厂的联系

随着经济社会的发展，环境恶化已经成为全球亟待解决的问题，全球变暖已经带来了相当大的危害，而引起全球变暖的主要因素是温室气体的排放。CO2是温室气体的主要组成部分，根据气候模型预测，到2100年，全球的平均气温将上升1.4—5.8℃。火电厂生产中排放出的CO2量占CO2排放总量的30%左右。[2]在随后的几十年里，由于化石能源仍是主要的发电原料，CO2的排放必然将不断地增加。火电厂仍是CO2的集中排放源，因而研究CO2的排放和捕集是当前的一份重要的工作。

3 现在中国电厂绿色煤电发展的现状

CO2捕集技术主要包括三种方式的捕集，燃烧前的CO2捕集技术、燃烧后的CO2捕集技术和富氧燃烧技术。[3]“绿色煤电”技术作为基于燃烧前捕集的CCS技术，[4]适合于新建的燃煤电站，而中国现在很多行业产能过剩，不太可能建设大量的电厂。采用燃烧后的CO2捕集技术就是在燃烧后排放的气体中捕集CO2。燃烧后CO2捕集技术具有广泛的适用性，燃烧后技术还可以捕集大量的CO2，其量大可至80%—90%。捕集燃烧后的CO2的主要技术方法有：化学吸收法、物理吸附法及现代新方法。[5]华能集团在北京高碑店和上海市洞口电厂分别开展了3000t/a和100kt/a规模的燃烧后捕集的工业化示范，高碑店电厂CCS项目由华能与澳大利亚合作展开，于2008年开始运行。[6]

4 目前中国电厂的负荷情况及低负荷运行的危害

我国现在极大的推行保护环境的政策，火电机组不可避免地受到极大的影响。同时，新能源等清洁能源的发展，全国的火力发电机组的负荷率在不断地降低，由2011年的72.74%减少到2013年的69.40%，[7]一般低负荷机组当负荷低于70%时其效率会急剧下降，煤耗率会增加，热效率降低。基于此，可设想适当提高电厂负荷，用多发的电量用于CO2的捕集。

5 基于效率和环保建立模型

5.1 目的

目的：提高负荷加大发电量用于二氧化碳捕集

由以上分析可知，需要提高电厂的负荷率随捕集二氧化碳的比例增大而增加，当全部捕集时即k=1时，需要提升负荷率为4.91%，电厂可根据实际情况来确定CO2捕集的比例。当CO2捕集的技术相当成熟时，捕集回收CO2不仅可以减少温室气体的排放，从另一方面相当于提高了电厂的负荷率，降低了机组的煤耗，提高了热效率。

6 捕集后CO2的应用处理途径和当前中国CO2市场的发展及经济效益

6.1 应用处理途径

CO2是可做许多产品的原料，如干冰、食品CO2气体、焊接保护气、烟丝膨胀剂等。CO2还可用于生产甲醇、甲酸、尿素等产品。[10]在石油开采领域，CO2气驱强化采油（EOR）技术的应用，使得石油开采量得到提升，也可在油井中储存相当量的CO2，强化煤层气开采技术（ECBM）也正在开发中，[11]CO2的应用前景很宽广。

6.2 当前中国CO2市场的发展及经济效益

我国相当多的行业都需要二氧化碳，其中若用CO2全部代替氟利昂用于烟丝膨胀每年可消耗CO230万吨，其他行业也可消耗相当量的CO2。经济效益：可实现变废为宝，实现循环再利用，延长电厂产业链。二氧化碳市场价约为800元/吨左右，二氧化碳捕集成本约550元/吨左右，每吨约可盈利250元。[2]可把我国的CO2排放量标准销售给欧洲发达国家，可创外汇（每吨CO212.5欧元），所得盈利可以用于减轻CO2的捕集成本。[12]

7 展望

在人类的发展过程中，化石能源扮演着重要的角色，尤其是在工业革命之后，煤炭和石油的普遍使用，导致CO2的排量达到了前所未有的水平。中国作为发展中大国，主要能源来源是煤炭，而电厂又是CO2主要排放源。目前我国的CO2排放总量已居世界第二，[12]再过10年，我国的CO2排放总量很可能超过美国，成为世界上排放CO2总量最多的国家。[13]因此CO2的捕集回收急需大力发展。

在当今环保压力和国内产能过剩的情形下，适当的提高电厂负荷不仅可以降低煤耗提高效率，而且可以大量捕集回收CO2，另外，CO2捕集后的问题也相当迫切，政府应该积极推进市场建立完善的CO2产业链。另外，国家应加大对CO2捕集技术研究的扶持力度，促进CO2捕集技术的发展与成熟，使其能够更早的得到普及。

参 考 文 献

[1] 刘梦飞.电力过剩 能源之争[N].中国有色金属报，2016-08-04（4）.

[2] 李婷婷.燃煤电厂烟气二氧化碳捕集纯化系统节能优化技术研究[D].青岛：青岛科技大学，2010.9-14.

[3] 张东明，杨晨，周海滨.二氧化碳捕集技术的最新研究进展[J].环境保护科学，2015，36（5）：7-8.

[4] 乌若思.未来的燃煤电厂——中国燃煤计划[J].中国电力，2007，40（3）：1-3.

[5] 司南.乙醇胺（MEA）溶液吸收CO2的试验研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2009.9-15.

[6] 闵剑，加璐.我国碳捕集与封存技术应用前景分析[J].石油石化节能与减排，2011，1（2）：22-23.

[7] 邓彤天，姜延灿，张颖，曹丽华，李勇.600MW火电机组运行过程中的负荷率分析[J].汽轮机技术，2015，57（2）：98-99.

[8] 赫然，苏伟.“逮捕”二氧化碳[N].中国电力报，2010-02-24.

[9] 容銮恩，袁镇福，刘志敏，田子平.电站锅炉原理[M].北京：中国电力出版社，1997.57-67.

[10] 宋忠师，焦艳霞.二氧化碳的用途综述与生产现状[J].化工科技市场，2003（12）：13-15.

[11] 许世森，郜时旺.燃煤电厂二氧化碳捕集、利用与封存技术[J].上海节能，2009（9）：8-13.

[12] 安景伟.浅谈火电厂二氧化碳捕集技术的应用[J].黑龙江电力，2010，32（1）：48-49.

[13] 于方，宋宝华.二氧化碳捕集技术发展动态研究[J].中国环保产业，2009（10）：27-30.