淺析我國IGCC技術的發展

摘 要：IGCC發電技術具有明顯高效、節能和環保效果，是制氫以及CO2捕集封存最佳途徑，是具有發展潛力和發展前景的潔凈煤火力發電新技術。文章中綜述了我國能源結構、電力發展狀況以及目前的環境問題，論述了我國發展IGCC的必要性、發展狀況、發展障礙和應注意問題，說明我國應該加速發展IGCC發電技術。

關鍵詞：IGCC；環保；節能；CO2捕集及封存

中圖分類號： X324 文獻標識碼：A

1 概述（IGCC簡介）

整體煤氣化聯合循環發電（Integrated Gasification Combined Cycle，簡稱IGCC）是當今國際上最引人注目的新型、高效的潔凈煤發電技術之一，是煤氣化多聯產領域中的重要部分，它采用煤或者生物質等作為燃料，通過氣化爐將煤轉化為粗煤氣，粗煤氣經過除塵、脫硫等凈化工藝成為潔凈的煤氣，供給燃氣輪機做功發電，燃機排氣給余熱鍋爐，產生的蒸汽去汽輪機做功發電，從而實現聯合循環發電。IGCC是煤氣化技術，空分技術，煤氣凈化技術、高性能先進的燃氣輪機－蒸汽輪機技術以及系統整體化技術等多種高新技術的集成體。

IGCC具有高效、低污染、耗水少等優點，而且為未來的煤制氫以及CO2的捕集和封存技術提供可能，它的發展符合中國能源的特點，符合中國電力的發展趨勢，符合中國建設節約型社會和可持續發展的要求，IGCC發展勢在必行。

2 嚴峻的能源和環境形勢迫使我國尋找清潔煤利用技術途徑

2.1 我國的能源結構和電力發展需求

我國的能源結構是貧油、少氣、富煤，煤炭占一次能源總消費量的75%以上。中國石油可采儲量約為50億噸，天然氣可采儲量為2萬億立方米，煤炭可開采儲量為7650億噸。如果統一換算成標準煤，中國百年內可采用的資源總量約2萬億噸標煤。其中煤炭為15000億噸標煤，占75％；其他化石能源為1000億噸標煤，占5％；可再生能源為4000億噸標煤，占20％。由表1可以清晰看出我國三種能源的采儲量和可采用的年限。

隨著我國經濟得發展，電力的消耗以難以置信的速度增長。在1995年，總的發電容量是217GW。5年之后，2000年，總發電容量達到了319GW。到2004年，達到了441GW。在接下來的2年來，總的發電容量分別是517和622GW，到2007年，供需基本上達到了平衡，有些地區也許還過剩。我國能源不像美國，沒有大量的天然氣和石油資源，主要的資源還是煤炭。煤資源豐富且相對比較廉價，占總開采化石能源的92.6％。所以煤炭仍然是發電的主要能源，這是不爭的事實，但是由于燃煤引起的環境問題給我國帶來了很大的壓力。

2.2 我國的環境問題

煤的開發和應用已經引起了嚴重的環境和生態問題。據統計，我國大氣污染中90％的SO2、71％的CO、82.5的CO2和NOx是由燃煤造成的。2007年2月，聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）公布了第四份氣候變化評估報告第一部分內容《氣候變化2007：物理科學基礎》，指出從現在開始到2100年，全球平均氣溫升高幅度可能是1．8攝氏度至4攝氏度，海平面升高幅度是18厘米至59厘米，而造成這一趨勢的原因有90％可能是人類活動排放的二氧化碳、甲烷以及氮氧化物所致；二氧化碳的增加主要是人類使用化石燃料所致，而甲烷和氮氧化物的增加主要是人類的農業生產活動所致。

3 我國發展IGCC的必要性

能源和環境的嚴峻現實使我們不得不認真的考慮煤電的可持續發展問題，這是關系到我國建設資源節約型和環境友好型社會的一個重要問題。我國將長期依賴煤這種能源發電，所以煤的清潔應用是可持續發展的能源系統時非常重要的。要緩解電力與資源、環境的矛盾，除現有火電機組降低污染物排放和提高循環效率、新增發電機組采用大容量和高參數潔凈煤技術之外，另一方面就是積極研究開發更加高效、更潔凈的煤制氫和氫能發電技術及二氧化碳埋存技術，以達到更高的發電效率，并且實現包括二氧化碳在內的各種污染物的近零排放。

IGCC是目前最有前途的發電和燃料制備技術，不僅滿足電力發展的需求，還有滿足環境和氣候的要求。IGCC將中國的主要動力資源－燃煤與高效環保的燃機技術通過煤的氣化和清潔工藝有機的結合在一起，在發電效率和環保等方面具有無可爭議的優勢。

IGCC電站還可以通過水氣變換反應實現制氫和CO2。IGCC的不可避免的成為實現燃煤發電和其他用途的潔凈煤技術的最佳選擇。另外，目前制氫技術越來越引起人們的重視，而關鍵技術就是煤氣化為基礎的IGCC技術[25]。所以我國更應該大力發展IGCC發電技術。

4 我國IGCC發展狀況

我國是一個以煤為主的能源生產和消費大國，在發展煤電技術過程中，已經基本解決了傳統的粉塵、SOx和NOx污染排放問題，在研究開發以CO2減排為目的的未來發電技術和工業示范，主要集中在如下3個方面：

4.1IGCC發電技術：研究開發煤基氣化技術、低污染合成氣燃機技術、IGCC系統優化集成、電站設計技術以及輔機設計技術，集成后建立典型的IGCC示范系統。由于經濟發展等原因，在我國已經建立的IGCC示范電站有：環渤海區域——天津，250MW級、干煤粉氣化技術、E型燃機；長三角地區——杭州，半山電站200 MW級、水煤漿氣化技術；珠三角地區——東莞，粉煤加壓密相輸運床氣化技術。

4.2IGCC發電與多聯產技術：2003年，在兗礦開工建立一座煤氣化發電與甲醇聯產示范項目：激冷水煤漿氣化爐、年產24萬噸甲醇、6B燃機；山東兗礦集團正在榆林建立百萬噸/年煤間接液化制油示范工程，配有4臺低溫費托合成反應器，40MW級燃機，4×25萬噸/年甲醇；山西潞安礦業集團正在潞安建立16萬噸/年油電聯產示范工程，配有單臺費托合成反應器，40MW級燃機，1×16萬噸/年甲醇。

4.3未來發電技術預研究：根據我國的能源實際情況和研究基礎參與國際合作，對未來發電的主流技術進行研究，主要有：（1）研究開發單元技術：氫燃機、煤基CO2分離、純氧燃燒和煙氣CO2捕集等若干個單元技術；（2）研究開發系統技術：煤基氣化CO2分離的系統技術、燃煤電站CO2分離系統技術以及CO2利用和封存系統技術；建立試驗系統研發平臺和系統集成研究：研發平臺：氫燃機、煤基氣化CO2脫除、純氧燃燒試驗系統；建立常規燃煤電站CO2捕集、CO2驅油系統的半工業試驗裝置和煤基氣化的氫燃料電池發電系統。

5 我國發展IGCC的主要障礙和應該注意的問題

目前制約IGCC走向商業化的重要因素是比投資和發電成本較高，也就是IGCC發電廠的初始造價偏高。美國的第一個IGCC電站是$3，000/kW的成本在上世紀80年代中期建成的，其發電效率同常規燃煤電站相當。在90年代中期到末期的6個IGCC電站的成本資金將在$1，500～$2，000之間，而發電效率將增長到40％。在未來的發電成本上將有更大降低，甚至可以達到$1，500/kw，而發電效率可以增長到50％以上。在中國目前的狀況下，IGCC的資金投資成本是$1，338/kW，幾乎是常規燃煤電站的2倍，所以限制了IGCC在中國的發展。在2010年以后，IGCC的建設成本將降低到少于$1100/kW。IGCC成本可以通過改進設備、優化系統、提高性能、增大裝機容量、爭取批量生產等方式來突破這個經濟問題。美國能源部能源研究中心（METC）對IGCC價格的預測見表2：

中國IGCC發展緩慢的原因不僅僅是資金問題，而且缺少IGCC的長期運行經驗，建設周期長，關鍵技術的掌握問題。這需要特殊的政策和有效的市場刺激，需要環境政策和標準進一步的加強，需要產、學、研的有效結合和分工，需要有效的政府支持和監督。

結語

我國發展IGCC應該從我國整體能源、環境的大視角下出發，研究IGCC在整個能源系統中的位置，安排近期、中期、長期的戰略，加強國際合作，有國家和政府特殊政策的支持，把出發點和立足點放在培植我國自主創新能力上，集中全國優勢力量，掌握有關關鍵技術，培植我國自己的IGCC多聯產的設計、系統集成、制造、運行的工業體系。

參考文獻

[1] 姜子明，杜宇. IGCC技術應用的探討[J].內蒙古煤炭經濟，2012.

[2] 林汝謀，王應時.IGCC技術在中國的發展前景──基于中美專家報告的綜評 [J].燃氣輪機技術，1997.