充分認識燃氣發電在“十二五”將承擔的重要角色

張珩生

(華北電力設計院工程有限公司，北京 100120)

充分認識燃氣發電在“十二五”將承擔的重要角色

張珩生

(華北電力設計院工程有限公司，北京 100120)

風能太陽能等可再生能源是清潔的，可再生的，各國預測也期盼其技術加快發展和完善，盼望其盡早成為占統治地位的能源形式并取代以往成熟發電技術。但理性告訴我們，未來始于今天，但今天還沒到達未來。必須對今天眼下的電力結構，比如我國“十二五”的過渡方案，作出實際的思考。

燃氣發電；十二五；新能源。

最近幾年，世界各國均致力于發電結構調整，其原因在于全球共同感到資源和環境壓力，特別是二氧化碳排放對全球溫度上升的影響，使各國格外重視可再生能源發電的開發與建設，于是風能發電，太陽能發電等可再生能源發電上馬較快，也一時成為媒體和輿論關注的焦點。比如對今年西班牙50MW世界最大光熱式太陽能電站的投產，英國300MW世界最大海上風力發電站建成的贊揚，歐盟提出的未來十年新增發電容量中可再生能源將占60%的設想對人們的震動，這些技術的發展動向信息，以及可再生能源新工程的各種統計數字，規劃方案，都成為輿論和新聞的熱點，人們心目中似乎形成一種概念，在眼下調整發電結構，減少二氧化碳排放就是等同于大上快上風能太陽能發電，二者之間可以簡單劃個等號。

風能太陽能等可再生能源是清潔的，可再生的，各國預測也期盼其技術加快發展和完善，盼望其盡早成為占統治地位的能源形式并取代以往成熟發電技術。但理性告訴我們，未來始于今天，但今天還沒到達未來。必須對今天眼下的電力結構，比如我國“十二五”的過渡方案，作出實際的思考。

分析西方工業化國家，特別是幾個主要工業化國家近年來的發電結構調整，統計數字揭示了一個有趣現象。盡管立法機構討論的法案，報紙刊物上發表的文章，媒體熱議的新聞，都是如何推進風能，太陽能，地熱能，海洋能，生物質能，核能，但歷年新投發電機組統計數字卻明白顯示，燃氣發電才是實際的主角，燃氣發電是躲在閃光燈后面快速發展的明星。

以美國為例，美國從總統到國會，能源部，聯邦能源委員會，可靠性委員會，環保署，到媒體，宣傳的熱點大都是可再生能源的發展前景，并對世界其他國家施加很大壓力，但實際操作上，其自身從審批機構到發電企業無不把燃氣發電放在首位，燃氣發電站的建設持續多年處在第一把交椅。從2005年至2010年美國連續6年新投發電容量中，燃氣發電每年都新投機組600萬kW～1200萬kW，超過當年新投機組的50%，在美國各種發電形式中遙遙領先。達到了平均每年新投800萬kW～900萬kW，目前保持在建1300萬kW，2010年～2015年還要新開工4450萬kW的局面。這些數字都是破歷史記錄的。2010年，美國風電建設速度已經減緩，燃煤發電不僅沒有新增，有些電力公司還要拆除部分電廠，核電有重新嘗試的意圖，尚無實際進展。燃氣發電形成了唯一有力增長的發電類型。美國有媒體感嘆：“that left natural gas power development as the last man standing。”據美國有關機構預測，雖然美國的煤電在2009年1044GW的總裝機容量中占29%，居第一位，燃氣發電占27%居第二位，但到2018年的總裝機容量達到1450GW時，煤電比例將下降到22%，占據第一位置的將是燃氣發電。可再生能源發電占據第一位何時能夠出現，還要看其技術若干年后的發展。

再以英國為例，英國這幾年風力發電發展速度快，規模大，特別是海上風電開發力度大，引來各國關注，并受到高度好評。但是在各國關注的聚光燈之外，英國發展力度更大的其實是燃氣發電，經幾年建設開發，英國燃氣發電機組容量目前已占到全國總容量的47%，規劃還有24個工程2900萬kW待建，燃氣發電在英國發電結構中將占有絕對地位。

還有加拿大，為應對溫室氣體排放，政府出臺了被稱為“cap and close”的政策，為所有的發電企業規定二氧化碳排放限額，同時規定今后凡是運行到45年的燃煤電廠均要關閉拆除，替代改建的多為燃氣機組。

再看亞洲各國，日本和中東國家，或由于天然氣資源豐富，或由于進口能源中天然氣比例高，燃氣發電自然是首選。即使是新加坡這樣過去以進口油，煤為主要能源發電的國家，過去幾年也大力調整，至2009年已經形成80%的發電容量是燃氣發電了。

這些國家如此重視燃氣發電，雖然離不開國情的原因，但其背后存在的共同原因和共同認可的規律，是值得重視和借鑒的。

燃氣發電再次受到熱烈追逐的原因大致有以下幾條：

第一，燃氣發電屬于清潔能源范疇。燃氣發電的二氧化碳排放量僅相當于燃煤發電的1/2左右，其發電過程完全是成熟技術，在可再生能源還存在多種需要攻關的課題，一時還取代不了化石能源角色的情況下，燃氣發電可以避開新一代技術帶來的煩惱，以成熟技術比較輕松地實現國際社會分配給本國的溫室氣體減排指標。

第二，經濟規律對燃氣發電具有強力推動力。綜合比較目前可以選擇的各種發電技術 ，燃氣發電是眼下風險最小，成本最低的選擇。風能，太陽能，核能發電的工程造價，均在燃氣發電的2～3倍以上，而且在運行中還存在運行小時數低或核燃料后處理以及核電站退役的高費用，發電企業顧慮較多。燃煤發電本來是最經濟的方式，但在環境問題影響下，各國立法機構紛紛出臺或醞釀著多個法案，例如提高脫硫標準，提高NOx排放標準，對煙氣中的重金屬含量立法，對2.5μ m以下超細粉塵排放立法等將一個個相繼到來，發電企業感到有可能要進入增加成本的無底洞。特別是若對溫室氣體排放的立法出臺，發電企業更是感到目前技術水平的CCS帶來的經濟壓力難以承受。綜合比較之后，燃氣發電就成了發電企業心儀的建設對象。

第三，燃氣發電是可再生能源電源的好搭檔。不論風電，太陽能，受有風無風，白天黑夜，晴天陰天等天氣變化影響，作為電源都屬于可間斷電源。應對可間斷電源的方法，基本歸為提高天氣預測水平，設置蓄能裝置，增加旋轉備用三大手段。但前兩個手段當前尚無能力滿足大規模可再生能源的調峰需要，惟有增加旋轉備用容量是可靠手段。但在現有發電結構中，核電不能調峰，燃煤發電機組雖可調峰，但深調能力差，步程慢，而燃氣發電機組具備頻繁啟停能力，啟動快，單循環機組冷啟動至滿負荷只需8min～9min，聯合循環機組啟動只需30min～40min，這一明顯優勢使燃氣發電被政府機構和企業視為推動大規模可再生能源計劃的“雙胞胎”。燃氣發電充當的這一特殊角色實際也是促進可再生能源大規模發展的突出貢獻。

第四，天然氣資源的多元化，可開采量的大幅增加，促成燃氣發電的建設進入高速通道。近年來，世界各國除努力勘探開發常規天然氣外，還大力勘探開發頁巖氣，煤層氣，煤制氣，其量之大已在一定程度上改變了燃料供應格局，并穩定壓低了天然氣價格。以至于“非常規天然氣(unconventional gas)”作為一種新概念已經成為國外媒體上常見的術語。美國非常規天然氣的市場份額從2000年只占1%，到今年已占到20%，10年增加20多倍，預計2035年將占到50%。美國頁巖氣的大量發現引起全社會慶賀，媒體甚至對此發出“Bye Bye ，LNG！”的歡呼。產氣量的增加導致60年來最大幅度的價格平穩下降。美國天然氣價格已持續相當長一段時間穩定在3～4美元/百萬Btu，有時還要更低，與在高位運行的油價脫了鉤，按同等熱值計算比較，這一價格只相當于油價的30%，與煤炭價格大體相當，甚至略低于煤價。再加上燃氣發電具有造價低，建設周期短的優勢，燃氣發電的優勢帶來的快速增長是順理成章的。因此最近有上千人參加的美國2010年電力行業年會展望今后發電前景時發出“Gas is King”(燃氣為王)的呼聲也就不難理解了。

以上不能不帶來我們的思考：西方主要工業化國家的做法對我們有什么啟示，在“十二五”以及“十二五”以后的若干年內，我國要不要致力發展燃氣發電，能不能發展燃氣發電，怎樣發展燃氣發電，燃氣發電在我國將承擔什么角色，都需要我們認真研究。

第一，燃氣發電在當前電力工業中將承擔的重要角色，是其他任何發電形式難以取代的。在溫室氣體和環境問題面前，各國面對的難題是一樣的，長期依靠的熟悉的常規燃煤發電方式被視為不適宜的，可再生能源發電在技術的成熟程度和規模上又取代不了燃煤發電的地位，兩難的處境推動各國尋找各自的適用技術或技術組合。實際上是在各種發電技術中尋找三種角色。第一種，是以低成本直接減排二氧化碳的技術，最好是成熟技術，可以直接拿來就用的技術。第二種，是可以為可再生能源的發展障礙提供突破手段的技術，至少是在代價不高的前提下，滿足類似百萬千瓦，千萬千瓦風電場接入電力系統，保證電力系統可以安全可靠調度運行的技術。第三種，是可以起到向下一代發電技術提供過渡橋梁作用的技術，即他不一定是最先進的低碳技術，但其先進的低碳水平與國際社會對今后幾十年分階段的減排指標安排相吻合，其資源可以滿足幾十年以上，運行到幾十年后可以被下一代更先進發電技術取代。不難看出，燃氣發電技術可以集以上三種角色于一身，這對任何國家都是難于忽視的。尤其我國這樣的燃煤大國，可再生能源發電計劃龐大，需要配套的調峰能力也是可觀的。我國有關規劃部門指出，2020年我國風電裝機容量將達到2億kW，太陽能發電2020年達到2000萬kW～5000萬kW。按有關國家研究，每7 MW～8 MW的風電、太陽能發電就需要1 MW能快速啟停的可靠調峰容量配套才能滿足電網調度要求。這些調峰容量不是電網中原有的，而是需要伴隨風能太陽能的開發同步建設的。我國電網原本普遍缺少調峰容量，對可再生能源發電配置的新調峰機組需求比其他國家比例還要高些，按上述計算僅此一項就需要4000萬kW左右的燃機配套。因此我國對燃氣發電的角色是需要的，而且是迫切的。

第二，在“十二五”及以后，我國天然氣資源的開發技術進步和資源量的增長是可以相對樂觀預期的。天然氣發電的快速增長并作為通向下一代先進發電技術的橋梁，關鍵是氣源。有沒有足夠的氣，是核心問題。我國當前天然氣的供應雖然有一定缺口，但國家正在多管齊下解決這一問題，一方面加大國內天然氣勘探開發力度，類似普光氣田這樣100億m3/a產量的大氣田已經或還要投入生產。另一方面加大引進力度，中亞天然氣管道，中哈天然氣管道，中緬油氣管道正陸續建設先后投入。更重要的是國家重視頁巖氣，煤層氣，煤制天然氣等非常規天然氣資源的開發，開展國際合作，引進先進技術和裝備，推動天然氣資源規模開發。國家發改委有關研究機構負責人透露，國家相關部門已經認識到天然氣發電能夠為電力調峰起到的調節作用，因此在“十二五”期間，國家將下大決心大力發展天然氣發電，增加其比重。國內典型能源大省山西省主要負責同志撰文表示，山西省“因煤而興，因煤而困”，要順應時代潮流，堅定轉型發展，要建設氣化山西，利用好豐富的煤層氣，焦爐煤氣，煤制天然氣。在山西實施煤炭工業的轉型。在大型企業層面，中海油已經與美國chesapeake公司聯合宣布，中海油將以20億美元購入其鷹灘頁巖氣項目33.3%股權，該公司是全球頁巖氣領域的領軍者，在美國有多個頁巖區塊，有豐富鉆采經驗。中海油這樣做的原因就是看到過去10年美國非常規天然氣增加了20倍，改變了天然氣供應格局，美國去年頁巖氣產量890億m3，已超過我國天然氣產量，而中國與美國地質類似，前景誘人。中石油在澳大利亞也在竟購Arrow公司，該公司正是世界知名煤層氣開發商，這種并購無疑將加速中石油獲得相關技術，加速國內煤層氣開發。據國際能源署稱，中國僅頁巖氣就擁有26萬億m3，煤層氣也超過30萬億m3，但苦于缺乏勘探和鉆進技術無法開采。上述我國國家機構，地方政府，大型企業已經共同凝聚成的共識，已經或正在轉化為天然氣資源“十二五”的戰略布局，相信國內外普遍預測的2020年中國天然氣供需達2000億m3，2030年接近4000億m3是能夠實現的，燃氣發電的角色也是重要的。

第三，“十二五”天然氣發電有新的技術追求，需要與時俱進作好相關工作。“十二五”的燃氣發電不完全是對前幾年燃氣發電工程的技術重復，時代對燃氣發電有更高的要求，燃氣發電工程應該充分回應這些要求。這些要求包括：①為滿足環境和排放更嚴格的標準，應該選擇更高技術水準的燃氣機組，近幾年燃氣輪機制造商在競爭中開發了更高效率的機組，單循環效率43%～45%，聯合循環效率58%～60%，NOx排放在15ppm，CO2排放低于燃煤發電的50%，這樣的機組無疑更適合時代的要求。②為適應和保障風能，太陽能發電的大規模上網，燃氣發電的設備和工藝系統設計要有更出色的啟停和調峰能力。燃氣輪機制造商已經明確鎖定這一目標，并取得了進展。比如ALSTOM公司，在其代表性的GT24，GT26燃氣機組中研究開發了雙燃燒室設計，采用雙燃燒室順序燃燒(又稱再熱燃燒)，效率更高，啟動更快，而且在關閉第二燃燒室噴嘴情況下，機組穩燃負荷可輕松降到20%，機組排放水平還能與帶基荷時的排放水平持平而不上升。這樣的機組無疑更符合當下的要求。再如SIMENS公司，瞄準燃氣輪機將在電網中承擔的新角色，致力開發縮短啟動時間的FACY技術(Fast Cycling)，內容包括機組在多次啟停工況下，各種相關裝置設備(如余熱爐，汽輪機組)如何滿足快速啟停而不拖后腿，汽輪機不必等待蒸汽參數達到某個標準再啟動，而是與燃氣輪機基本平行啟動。第一代FACY技術把啟動時間從100 min降到了55 min，第二代技術已經成功將啟動時間縮短到40 min以下。當然這些優異性能的取得不能僅依靠燃氣輪機制造商就能取得，工程設計單位也必須研究優化整套機組的啟動順序，優化整個工藝系統的設計，優化所有相關設備裝置的選擇，保障燃氣機組以電網中重要角色的身份表現出相稱的優異性能。③豐富燃氣發電的類型，拓寬思路以多樣化的形式實現燃氣發電的目標。燃氣輪機發電，聯合循環發電，煤層氣發電，城市垃圾轉化沼氣發電，焦爐煤氣發電，都屬于燃氣發電的內容。IGCC燃氣發電把煤氣化和發電結為一體，更是適合我國這樣以煤炭為主要一次能源的國家。同時IGCC也可以多樣化，除了把煤氣化與燃氣發電結為一體的方式外，因地制宜把煤氣化和燃氣發電分設兩地兩廠，也是可行的選擇。我國已在內蒙克什克騰旗建成了40億m3/a煤制天然氣項目，核準了內蒙匯能，遼寧阜新煤制天然氣項目，如將煤制天然氣用管道輸往燃氣電廠發電，實際也是IGCC，不同的無非是煤炭氣化與燃氣發電不在一廠而已。我國煤礦有多處煤炭自燃幾十年，數千萬噸煤炭已經在自燃中氣化(但是非甲烷化)，若引進先進技術和裝備，將其納入煤制天然氣(甲烷)，氣源的規模也是相當可觀的

當然，人類不可能長期依賴燃氣發電，因為天然氣也是不可再生的。但燃氣發電可以用相對潔凈的方式為人類爭取到至少幾十年的時間，讓人類分階段實現可再生能源，新一代能源的能源戰略的革命。待到太陽能，風能，受控核聚變，快堆，海底天然氣水合物，二氧化碳的資源化，大型蓄能技術，大規模燃料電池，海洋能等這些處在激烈竟跑中的新能源有一項或幾項真正取得突破，人類將改變自己的能源面貌時，當前成熟的燃氣發電技術或將升級為燃料電池技術，或將在競爭中落伍。不管將來如何，在未來和今天之間，天然氣發電是重要過渡橋梁。僅從這一點看，“十二五”的天然氣發電就應該值得我們充分重視，并作出足夠的努力。

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Suff ciency Understand Burn Gas Generate Bear Importance Role in the Twelfth Fives Year Plan

ZHANG Hang-sheng
(North China Power Engineering Co., Ltd., Beijing 100120, China)

Wind energy, solar energy and regeneration energy are cleanly and reproducible, many countrys forecast and look forward the technique quicken develop and perfect, look forward it as eaas possible become account for govern positional energy form. Replace anciently mature generate power technology. But logos tell us, future begin today, but today don’t arrive at future. Face to today’s electric power structure, for instance tweth-f ves year transition blue print, mark with actual thinking.

burn gas generate; tweth-f ves year; new energy.

F406

C

1671-9913(2010)06-0001-05

2010-11-18

張珩生(1949-)，男，河北人，教授級高工。