山東電力產業低碳化技術路線研究

郭東旭，韓奎華，熊志波，趙記恒，路春美

(山東大學能源與動力工程學院，山東濟南 250061)

山東電力產業低碳化技術路線研究

郭東旭，韓奎華，熊志波，趙記恒，路春美

(山東大學能源與動力工程學院，山東濟南 250061)

目前山東省年CO2排放量超過10億t，電力行業的排放量占40%，因此，電力產業低碳化對山東省發展低碳經濟具有舉足輕重的作用。山東具有豐富的風能、生物質能等清潔能源，據規劃，到2020年，清潔能源發電實現年減排CO210%;國內首座整體煤氣化聯合循環項目于山東投產，與相同裝機容量燃煤電廠相比，其CO2排放量降低13.73%，若與碳捕捉和封存(CCS)技術聯用，可實現CO2近零排放;山東省超臨界/超超臨界機組裝機容量達932萬kW，關停小機組600萬kW，年減排CO22100萬t。山東電力產業應因地制宜發展清潔能源發電，大力發展IGCC、超臨界/超超臨界等高效發電技術。同時，鼓勵電力產業積極借助清潔發展機制(CDM)，完善低碳路線。

電力產業;低碳經濟;清潔能源;高效發電;CDM

0 引言

因化石燃料大量燃燒引起的能源短缺與環境污染已經成為全世界關注的焦點問題，由此而產生的全球氣候變暖業已是一個不爭的事實。巨量排放的CO2是造成溫室效應的罪魁禍首，因此發展“低碳經濟”自英國于2003年首次提出以來，已得到世界各國的廣泛認可。“低碳經濟”以減少溫室氣體排放為目標，旨在改變傳統的高耗能、高排污的經濟增長模式，構筑低耗能、低污染的可持續發展經濟體系。

電力行業已然成為我國最大的CO2排放部門，其排放的CO2占我國排放總量的38.76%［1］，電力行業走低碳化道路對我國減排CO2具有重大意義。山東電力行業以火電為主，未來相當長一段時間內，這種格局難以改變［2］，碳減排任重而道遠，電力產業低碳化對山東省發展低碳經濟起著至關重要的作用。因此，有必要對山東電力產業進行深入調研，考察電力產業CO2排放現狀及減排潛力，提出適合山東省社會經濟發展的電力產業低碳化路線。

1 山東省CO2排放現狀及電網機組構成

近年，山東經濟一直保持迅猛的發展勢頭，經濟總量一直位居全國前三位，但其產業結構中，第二產業比重過大，尤其是重工業和傳統高耗能產業所占比重偏高，這導致了能源消費總量巨大、環保壓力大、節能減排任務繁重［3］。

從2000年以來山東省一次能源消費量和一次能源結構統計可以看出，山東一次能源消費量持續增長，2009年達到34536萬t標準煤，且煤炭在一次能源中所占比例過大，一直維持在80%左右，雖然近兩年比重有下降趨勢，但煤炭消費的主導地位在短期內不會改變。山東電網基本上就是一個火電系統，火電發電量占據總發電量的97%以上，雖然近幾年風電、生物質發電有較大發展，但在未來相當長時間內火電的主導地位仍不可撼動。據統計，山東省每年CO2排放總量超過10億t［4］，其中電力行業的排放量高達40%，燃煤電廠已經成為山東省CO2排放的主要源頭，電力產業低碳化是發展低碳經濟首要解決的問題。

2 山東電力產業低碳化現狀

2.1 山東清潔能源及其發電技術現狀

2.1.1 風能資源與風力發電

進入21世紀以來，風電是全球范圍內發展最快的能源形式，11年里其裝機容量增長了10倍，達到19440萬kW［5］。我國是風能資源大國，近幾年風電發展迅速，《2010年中國風電裝機容量統計》顯示，我國累計風電裝機容量已經達到4473萬kW，躍居世界第一位。山東省擁有漫長的海岸線，半島沿海地區及近岸海域風能資源豐富，開發建設條件優良。截止2011年2月，山東省已經有并網風電場35座，總裝機容量182.94萬kW，裝機規模位列全國第七位［6］。今后，在“山東海上風電規劃”的指導下，山東省將重點在威海、煙臺、濱州、東營、濰坊、青島等地近海海域建設大型風電場，到2020年，海上風電裝機容量達到1000萬kW［7］。發展風力發電不僅具有經濟效益，其環境效益也是不可估量的。

風電產業迅猛發展的同時也暴露出許多亟待解決的問題。就山東省而言，風電裝備企業規模相對較小，風電裝備市場基本由省外和國外企業占有;風電裝備企業的技術水平相對較低，關鍵部件的生產受制于國外先進技術;山東電網基本上是一個火電系統，按照山東電網目前的負荷特性和調峰能力計算，到2015年可消納的最大風電裝機容量僅為400萬kW左右，不能滿足山東省風電裝機發展目標。

山東省風電場情況與英國類似，都是海上風電資源豐富。目前英國海上風電裝機容量占世界海上風電總裝機容量的44.5%［5］，居世界第一位，其成功得益于ROC(Renewables Obligation Certificates，可再生能源義務證書)對風電市場的助推作用［8］，它將供電商當年度須完成的可再生能源電力份額與市場行為緊密聯系起來，保障風電行業的發展。山東省可以此為藍本，開辟適合本省省情的“政策+市場+金融”模式，破解困擾山東發展風電的瓶頸，推進風電飛速發展。

2.1.2 太陽能資源與太陽能發電

太陽能作為清潔無污染的可再生能源，已經成為解決能源短缺、環境污染和氣候變化等問題的有效途徑。山東省擁有十分豐富的太陽能資源，全省年日照時數平均為2488h，年太陽輻射總量大于500萬kJ，相當于731億t標準煤，且山東省平原和低矮丘陵面積廣闊，適宜太陽能的開發利用［9－10］。

山東太陽能熱水器產業化和應用居于世界領先水平［11－12］。相較于太陽能熱水器行業，山東省在太陽能光伏發電領域起步較晚，尚不具備與江蘇、河北、江西等光伏發電大省相抗衡的實力［13］。據統計，2008年全國太陽能光伏電池產量達到178萬kW，比 2007 年增長 63.6%［14］，太陽能光伏產業正在急劇膨脹［15］。太陽能替代傳統能源，為山東省電力產業低碳化建設提供了新思路，具有巨大的經濟和環境雙重效益。

2.1.3 生物質能資源與生物質能發電

生物質能資源具有種類多、分布范圍廣、碳近零排放等優點，可轉化為電力、燃氣和液體燃料等多種高品位能源，是僅次于煤炭、石油、天然氣的第四大能源形式，并且是綠色、可再生能源。山東是農業大省，中西部地區是廣袤的平原和低矮丘陵，可發展生物質發電。2006年全國首個生物質秸稈發電項目在山東單縣建成投產，裝機容量2.5萬kW［16］。根據山東省“十二五”規劃，到2015年山東省將建成27個生物質電廠，總裝機容量達到141.3萬kW。生物質電廠投資高、成本高、效率低［17］，這限制了其大規模發展，但在碳減排大環境下，政府應在技術層面，支持相關部門在生物質直燃發電、生物質混煤燃燒、生物質作為再燃燃料等方面的探索;在政策層面，給予生物質電廠在上網電價和“碳交易”方面更大的優惠。

2.1.4 核能發電

核能是一種安全、清潔、高效、可靠的能源，是煤炭、石油等傳統化石能源的理想替代者。生產相同的電能，核電成本為火電的80%，所需燃料僅為火電的20萬分之一，所需淡水僅為火電的12分之一，且核電能實現CO2近零排放，其放射性對環境影響微乎其微［18－19］。

山東具有發展核電的條件，2003年開工建設第一座核電站——海陽核電站［18］。據《山東半島藍色經濟區發展規劃》，山東將規劃建設海陽、榮成兩個核電項目和煙臺核電研發中心，力爭在2020年初步形成兩個核電基地。

2.2 高效發電技術及應用現狀

山東電力產業低碳化，除了大力發展低碳發電技術外，還必須同時推廣高效的潔凈煤發電技術。整體煤氣化聯合循環(IGCC)和超臨界/超超臨界發電技術，能大幅提高能源轉換效率，從而減少單位能耗溫室氣體排放。

2.2.1 整體煤氣化聯合循環(IGCC)發電技術

整體煤氣化聯合循環(IGCC)是把煤氣化潔凈技術和高效聯合循環相結合的先進動力系統［20］，機組發電熱效率達到43%，且有望突破50%，相比同等裝機容量的常規火電機組，其發電熱效率高5～7個百分點，供電標準煤耗降低25.06%，CO2排放量降低13.73%［21］，通過變換模塊更容易實現 CO2的富集，若與碳捕捉和封存技術(CCS)聯用，碳捕捉成本更為低廉［22］，因而碳近零排放的代價更低。

IGCC系統復雜，前期投資大，這是限制其大規模推廣應用的一個重要因素。但以火電為主導的山東電網，面臨能源緊缺和碳減排的雙重壓力，不得不提高能源利用效率來實現電力產業的可持續發展。目前，山東僅在滕州成功運行了一座IGCC多聯產示范電站，裝機容量8萬kW［22］，今后應持續加大對IGCC發電技術的探索和實踐，以優化山東電力產業的低碳化路線。

2.2.2 超臨界/超超臨界發電技術

超臨界/超超臨界高效發電技術是當前火電行業實現CO2減排最現實、有效和成熟的技術。從我國國產各類火電機組設計性能比較可知，超超臨界機組的供電效率比亞臨界機組提高了3.04個百分點，供電標準煤耗降低了120.3gce/kW·h。統計表明，單位發電量CO2排放量與火電機組容量呈明顯負相關關系［23］。

在“節能減排”壓力下，提高火電機組效率成為電力行業的當務之急，發展超臨界/超超臨界機組不失為電力行業的良好選擇。截止2010年，山東省投運超臨界機組11臺，裝機容量732萬kW;投運超超臨界機組2臺，裝機容量200萬kW，在建超超臨界機組4臺，裝機容量400萬kW，規劃超超臨界機組10臺，裝機容量1000萬kW。2006年“上大壓小”政策開始施行，“十一五”期間，山東省共關停小火電機組310臺，總裝機容量512萬kW，實現年減原煤消耗800萬t，減排CO21890萬t;2011年，山東省計劃繼續關停28臺小火電機組，總裝機容量58.4萬kW，取而代之的是高效率低排放的超臨界/超超臨界機組，從而持續優化火電機組結構，這對山東電力產業低碳化具有重大意義。

3 CDM在山東電力產業的實施現狀

CDM是《京都議定書》第十二條確定的一個基于市場的靈活機制，通過參與CDM項目，發達國家可以獲得項目經核準的全部或部分減排量(Certified Emissions Reductions，簡稱 CERs)，發展中國家可以獲得發達國家提供的資金或者環境友好的先進技術，CDM項目合作，不但可以幫助不同國家、不同行業履行各自的減排義務，還能降低全球減排溫室氣體的總體經濟成本［24－27］。

電力行業是我國國民經濟中最大的CO2排放部門，具有巨大的碳減排空間，通過CDM項目合作能夠獲得較大的資金、技術和環保收益。截止2010年底，我國已有2847個項目獲得國家主管機構批準，預期年減排 CO24.90 億 t CERs［31］，涉及電力行業的項目主要集中在高效潔凈的發電技術、熱電聯產、潔凈煤技術、新能源發電技術及電網輸配電管理等方面，其中新能源發電技術所占比重最大，超過70%［29－31］。河北、遼寧、內蒙古［32－33］等重工業省份積極開發了風力發電、太陽能光伏發電等CDM項目。山東也是我國CDM開發的重點省份之一，CDM項目已經初步為山東電力產業利用國外資金和先進技術發展低碳模式進行了有益探索。

4 結語

電力行業是山東省最大的CO2排放部門，碳減排空間巨大，電力產業低碳化對山東省發展低碳經濟具有重要作用。山東省清潔能源資源豐富，但針對不同地區，應積極發展各具特色的清潔能源發電項目，在沿海地區及近岸海域，風能資源豐富，應著重進行風電基地建設，中西部平原區發展生物質發電，加大光伏發電的研究。IGCC耗資巨大、科技含量高，與CCS聯用可實現碳近零排放，在資金雄厚、技術發達地區，可以加大對IGCC發電技術的深入研究，使其機組容量大型化、系統簡單化，更具推廣價值。超臨界/超超臨界高效發電技術是當前火電行業實現CO2減排最現實、有效和成熟的技術，在“上大壓小”政策指導下，今后火電行業要積極關停小火電機組，建設超臨界/超超臨界機組，提高機組效率，降低單位能耗CO2排放量。在大力發展清潔能源發電和高效清潔發電技術的同時，電力產業還應積極申報CDM項目，降低CO2排放水平，完善山東電力產業低碳化路線。

［1］魏一鳴，劉蘭翠，范 英，等.中國能源報告(2008):碳排放研究［M］.北京:科學出版社，2008.

［2］張坤民，潘家華，崔大鵬.低碳經濟論［M］.北京:中國環境科學出版社，2008.

［3］張 慶.山東低碳經濟發展現狀及對策研究［J］.山東工商學院學報，2010，24(4):12 －15.

［4］齊 敏，徐天祥.山東省能源消費二氧化碳排放分析［J］.中國人口，2010，20(專刊):145 －148.

［5］中國天氣網.未來10年誰將領航海上風電歐洲?中國?［EB/OL］.http://www.weather.com.cn/climate/qhbhyw/05/1335739.shtml，2011-05-20.

［6］中國能源網.山東風能資源總儲量位居全國第三［EB/OL］.http://www.china5e.com/show.php?contentid=166726，2011-03-31.

［7］電力在線.全國第八大千萬千瓦風電基地落戶山東［EB/OL］.http://union.china.com.cn/dlzx/txt/2011 － 03/04/content_4043852.htm，2011-03-04.

［8］新浪網數據庫.英國海上風電規劃規模巨大或為中國企業新契機［EB/OL］.http://finance.sina.com.cn/roll/20110524/09009888357.shtml，2011-05-24.

［9］玉 剛，王云紅.發展低碳綠色能源打造太陽能產業強省［J］.科學與管理理，2010，30(4):39 －41.

［10］山東省發展和改革委員會.我省提出可再生能源替代化石能源目標［EB/OL］.http://www.sdfgw.gov.cn/art/2008/3/27/art_98_6063.html，2008-03-27.

［11］搜狐網.山東省太陽能熱水器產量占全國34.7%［EB/OL］.http://roll.sohu.com/20110304/n303919243.shtml，2011-03-04.

［12］新浪網.山東太陽能熱水器產業化和應用居世界領先水平［EB/OL］.http://finance.sina.com.cn/roll/20100125/09387302748.shtml，2010-01-25.

［13］中國煤炭資源網.山東省太陽能產業現狀、政策及發展趨勢分析［EB/OL］.http://www.sxcoal.com/energy/506477/articlenew.html，2009-07-25.

［14］中國煤炭資源網.太陽能光熱行業發展趨勢［EB/OL］.http://www.sxcoal.com/energy/2178195/articlenew.html，2011-10-20.

［15］山東政府網.今年我省光伏電價為每度1.7元［EB/OL］.http://www.shandong.gov.cn/art/2010/7/4/art_291_209763.html，2010-07-04.

［16］國際新能源網.山東省大力發展清潔能源 興建生物質電廠［EB/OL］.http://www.in － en.com/newenergy/html/newenergy－1328132854315214.html，2009-03-12.

［17］黃達其，陳佳瓊.我國生物質氣化發電技術應用及展望［J］.熱力發電，2008，37(10):6 －8.

［18］王希勝.山東核電緩步走來［J］.科技信息，2004，(2):12 －14.

［19］潘風國.山東核電發展展望［C］.2002年核能發電學術交流會論文集.北京:2002.

［20］于學海.IGCC多聯產發電機組調峰配置及經濟性淺析［J］.熱力發電，2010，39(2):10 －13.

［21］中國能源報.IGCC多聯產示范項目批準艱難［EB/OL］.http://paper.people.com.cn/zgnyb/html/2010 －04/19/content_494213.htm?div= －1，2010-04-29.

［22］東南網.我國首套大型IGCC多聯產項目建成［EB/OL］.http://www.fjsen.com/j/2009 －03/09/content_8406.htm，2009-03-09.

［23］周穎，蔡博鋒，劉蘭翠，等.我國火電行業二氧化碳排放空間分布研究［J］.熱力發電，2011，40(10):1 －4.

［24］中國21世紀議程管理中心，清華大學.清潔發展機制［M］.北京:社會科學文獻出版社，2005.

［25］Ryuji Matsuhashi，SeiFujisawa，Wataru Mitamura，et al.Clean development mechanism projects and portfolio risks［J］.Energy，2004，29(9－10):1579－1588.

［26］劉蘭翠，吳 剛.我國CDM項目的現狀與思考［J］.中國能源，2007，29(3):34 －40.

［27］王佩璋.燃煤電廠CDM與CO2近零排放現代技術的探討［J］.電力技術，2009，1(4):17 －20.

［28］中國清潔發電機制網.我國清潔發展機制項目發展狀況［EB/OL］.http://cdm.ccchina.gov.cn/web/NewsInfo.asp?NewsId=5317，2011-04-28.

［29］段慧珠.遼寧省開展清潔發展機制工作的潛力和建議［J］.環境保護與循環經濟，2007，27(5):15 －18.

［30］劉書峰.清潔發展機制CDM給中國電力行業帶來新相遇［J］.國際電力，2005，9(2):11 －13.

［31］李敬如，胡兆光，韓新陽.電力企業采用清潔發展機制的效益分析［J］.2003，7(3):11 －13.

［32］姬振海.低碳經濟與清潔發展機制［J］.中國環境管理干部學院學報，2008，18(2):1 －4.

［33］董慧芹，蔣棟，馮士軍.河北省清潔發展機制現狀及發展對策建議［J］.2007，23(4):193－199.

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

山東省軟科學研究計劃項目(2010RKGB3024)

2012-01-28;

2012-05-02

郭東旭(1986-)，男，河北豐潤人，碩士研究生，研究方向為燃燒與污染物控制。E－mail:sduege@126.com