循環經濟：火電廠轉型發展之路

國家能源局原總工程師 韓水

火電發展現狀及面臨的挑戰

我國以煤為主的資源稟賦決定了煤炭在能源構成中的地位，煤炭仍然是我們國家能源消費的主體，這點從國家領導一直到各個階層都有共同的認識。從現在數據來看，以燃煤為主的火電承擔著日益繁重的電網輔助服務任務，為電網安全運行和消納新能源作出了巨大的貢獻，同時火電企業也面臨轉型升級的壓力。這幾年循環經濟發展過程中，找準了火電定位發揮優勢彌補不足。

火電廠盡管取得了一些成績，但是也面臨諸多的困難和挑戰：作為以化石燃料為主的傳統生產模式，火電發展必然受到資源和生態環境的制約。電力市場化進程加快，火電參與市場競爭，要求企業加快生產和經營模式轉型。火電作為基礎產業為經濟社會提供服務，同時社會也為火電企業分擔成本，這些外部成本將逐漸轉由火電內部消化。清潔能源的快速發展助推了能源轉型升級，火電企業必須經歷由大規模發展轉向高質量發展的過程。

這里有幾個約束。首先是煤炭消費的約束，要求在2020年一次消費比重由現在的62%下降到58%，還有三年的時間；其次是水資源的約束，水是制約我們煤電發展的主要因素；再次是生態環境的約束，有幾個要求：“十三五”控制溫室氣體的方案要求大型發電集團單位供電的二氧化碳排放控制在500克，2016年的預計是580～600克，我問過幾個發電廠，可能比這個數字要高，在700～800克左右。要求2030年非化石發電量占全部發電量比重50%，這個難度也非常大。我們承諾到2030年二氧化碳比2005年下降60%～65%，發改委對外承諾“十三五”期間單位GDP的碳排放降低18%，碳排放的壓力非常巨大。

結構調整的壓力，就是非化石能源在一次消費中的比重，我們測算2020年達到15%沒有問題，但是到2030年達到20%問題就非常大。煤價從2017年初開始一直在高位，火電廠運營艱難，部分企業虧損，還聽說虧損量比較大。火電廠的發電成本還會進一步提高，如果再考慮二氧化碳排放的限制，火電的發電競爭力會大大下降。

電力市場的壓力也非常大，火電特別是煤電沒有優先發電權，是靠競爭占據市場地位。輔助服務的要求，隨著用電負荷峰谷差逐年增大，特別是市場化建設越來越好，要求火電廠提供輔助服務的愿望越來越高。以上是我們面臨的挑戰，這些挑戰我們要能應對。

循環經濟是火電廠轉型發展的新模式

我們引入了循環經濟，事實上循環經濟很早就提出來，從2003年就有了一個《清潔生產促進法》，國務院也發了《關于加快發展循環經濟的若干意見》。

國家發改委對循環經濟的定義是：循環經濟是一種以資源的高效利用和循環利用為核心，以減量化、再利用、資源化為原則，以低消耗、低排放、高效率為基本特征，符合可持續發展理念的經濟增長模式，是對大量生產、大量消費、大量廢棄的傳統增長模式的根本變革。

循環經濟的主要技術路線：第一就是資源的高效利用、資源的循環利用和廢棄物的無害化排放。第二個層面主要是企業內部的循環以及產業園區內部企業和企業之間、產業之間、生產區域之間的循環。第三就是社會循環，實現經濟效益、社會效益和生態效益的最大化。

我認為循環經濟要與火電廠的發展相結合，主要是火電廠的利益和國家利益相統一，是火電廠化解傳統生產和資源約束矛盾的最佳選擇，是減少污染的有效途徑，是提高經濟效益和市場競爭力的重要措施，是能源供給和消費側革命的客觀要求，同時也是經濟發展大局和回報社會的重要保障。循環經濟是火電可持續發展的機遇。這些是我對循環經濟重要意義的認識。

（一）內部循環

一是圍繞減少燃煤。包括：實施汽輪機通流部分的改造、改變頻調速；淘汰落后產能，退役、關停低效率、高污染火電機組；新建高效機組；熱能回收利用，特別是上海外三電廠廣義回熱的利用等。要鼓勵熱電聯產，以大代小，尤其要大力發展熱電聯產的背壓機組。

二是節約用水。包括：排污水、脫硫廢水等回收處理、再利用、充分利用本企業生活廢水；在富煤貧水地區實施燃煤提水技術，既可減少電廠對水資源的依賴，又可以提高發電效率；在富煤貧水地區建設空冷機組，可減少電廠對水資源的使用。我們國家保護水資源和火電廠內部節水工作做得非常好，據不完全統計，2016年是每千瓦耗水率1.3千克，世界領先。我們的空冷機組使用率接近20%。

三是綜合利用廢棄物。廢棄物發電，我所知道的廢棄物發電有煤層氣發電、煤矸石發電、余熱發電、生物質發電、垃圾焚燒發電等。實施清潔燃燒和脫硫、脫氮、煙氣除塵治理，使煙氣排放達到規定的標準；實現真正意義上的發電廢水零排放，脫硫廢水、除灰水、排污水全部回收利用；全部粉煤灰和渣實現綜合利用；全部脫硫石膏的綜合利用；回收直排循環水的熱能，減少循環水對江河湖海的熱污染。

（二）與相關行業耦合循環

一是熱電聯產。通過改造，提高已建熱電聯產機組的供熱能力，擴大已建熱電聯產機組的供熱面積。淘汰效率低、污染大的分散式熱電聯產機組，建設效率高、污染小的集中式熱電聯產機組，改分散供熱為集中供熱。鼓勵建設背壓機組供熱替代分散燃煤鍋爐供熱。石油化工、紡織印染等符合國家產業政策的，以供熱需求為主的企業應建設熱電聯產自備機組。

二是綜合利用。粉煤灰綜合利用，用于水泥、制磚、筑路、凈化等。石膏綜合利用，用于裝飾材料、建筑材料、鹽堿地復墾等。余熱利用，用于循環水供熱、循環水養殖等。

三是廢棄物發電。煤層氣發電。煤炭生產過程中產生的瓦斯，經回收可用于發電；煤矸石發電。煤炭生產過程中產生的矸石，可用于發電；余熱、壓、氣發電。鋼鐵、冶金、石油、化工等行業在生產過程中產生的余熱、余壓和余氣可用于發電；生物質發電。木屑、秸稈、谷殼、甘蔗渣等農林和農產品廢棄物可用于發電；垃圾焚燒發電。垃圾收集后，熱值較高的可用于發電。

（三）參與全社會的循環

一是耦合發電。耦合生物質發電。燃煤機組直接摻燒、氣化摻燒或直接燃燒農林、農產品廢棄物發電。生物質能源國家每年總量有4.6億噸，但是我們使用率只有7.6%，現在北部地區還在焚燒秸稈等生物質。生態循環，就是燃煤電廠參與社會的循環；耦合污泥發電。燃煤機組摻燒水處理污泥發電；耦合垃圾發電。燃煤機組摻燒或直接燃燒垃圾發電；耦合光熱發電。

二是生態循環系統。利用燃煤煙氣脫硫石膏改良鹽堿地，一方面變鹽堿荒地、低產田為良田，另一方面解決了每年數以千萬噸計的脫硫石膏的處置問題，減少了占地及二次污染，實現了變兩廢為一寶，是真正的循環經濟；生物質燃燒利用過程中排放的二氧化碳與生物質生長過程中光合作用所消耗的二氧化碳相平衡，因此生物質能是一種二氧化碳零排放的清潔能源；土地、能源、環境（固碳、減排——氣候變化，廢棄物處置），以土壤改良為龍頭，生物燃料為核心的生物質能源——生態農業循環經濟系統。

三是綜合利用循環系統。隨著城鎮化建設逐步深入，集污水處理、垃圾發電、生物質發電、集中供熱為一體的綜合性環保電站可以優化資源利用，減少環境污染，提高城市服務質量。

四是靈活性改造。靈活性改造有利于火電廠提高市場競爭力，降低發電成本。靈活性改造分成兩個部分，一個是運行靈活性，運行靈活性快速啟停還有深度調峰、快速爬坡；另一個是燃料靈活性的改造。靈活性改造不僅僅是指運行側，也指燃料側，我們到丹麥去學習，實際上重視的是燃料側的靈活性改造。

發展循環經濟要依靠科技創新

主要有高效煤電技術、清潔煤電技術、提升靈活性和廢棄物發電、新型煤基發電技術。這方面我們都有標志性的示范基地和示范電站，也包括現在的示范工程。

剛才華潤電力胡敏總裁說利用馮偉忠的技術，在華潤銅山一期30萬千瓦機組進行的亞臨界升溫改造，排放能降30克、達到280克。現在國家30萬以上亞臨界機組有943臺、3.57億千瓦，占比是36.4%，是火電的主力機型，升級改造的任務非常重。早先我們嘗試過亞臨界機組跨代改造，造價太高被叫停了，因為不符合我們節能改造的要求，不具有經濟性。現在銅山搞的亞臨界升溫改造如果成功了，不僅對我國影響重大，對世界也有重大影響。很高興華潤電力明年就能完成第一臺改造。

高效發電是指提高參數發電。華能集團承擔了700度材料研究，但700度材料商業化運用還很遙遠。我們提出在“十三五”是630度，這是在材料技術能夠滿足要求的情況下，我們發展630度超超臨界技術，包括國電（現在的國能投）泰州電廠二期的2臺100萬千瓦機組。

清潔發電就是超低排放改造。“十三五”期間，預計全國將累計實施超低排放改造5.8億千瓦，到2020年，煤電行業主要大氣污染物的排放量下降約60%。到2020年，全國所有具備改造條件的燃煤電廠力爭實現超低排放（煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別不高于10、35、50毫克/立方米）。這個任務預計可以完成。除了超低排放對大氣污染改造，我們要綜合解決水資源污染、土壤固體排放污染和重金屬污染問題，尤其是廢水對環境的污染，還有重金屬特別是汞對環境的污染，這些問題也逐漸提到了日程。

在全國煤電機組全面實施超低排放改造的同時，約有1.1億千瓦的機組無法實現超低排放，可通過技術攻關解決：一個是循環流化床鍋爐超低排放改造，我們希望加快對循環流化床超低排放的改造。一個是西南地區的高硫煤W型鍋爐超低排放改造，這是國家在超低排放中留下的兩個遺憾，希望加大科技攻關力度，這也是循環經濟的一個重要組成部分。

煤炭清潔高效利用的重大科技專項有很多，包括：華能集團的新型高堿煤液態排渣鍋爐關鍵技術，國電電力的超低氮氧化物煤粉燃燒技術，浙江大學的燃煤過程有機污染物排放控制技術，華中科技大學的富氧燃燒高效低成本運行關鍵技術與示范以及燃煤過程中砷、硒、鉛等重金屬的控制技術等。

清潔發電還有新型煤基發電。以煤的低碳發電技術為主攻方向，主要圍繞大型煤氣化發電技術、煤的清潔燃燒技術、煤基二氧化碳減排技術等研發新型煤基發電模式。發展的重點是降碳，我們做的第一個就是IGCC發電示范基地，現在還在總結，關鍵是要論證IGCC在中國是否還要繼續。第二個攻關項目就是整體的燃燒循環，以燃料電池發電為主攻方向，圍繞固體氧化物燃料電池技術、熔融碳酸鹽燃料電池技術、直接碳燃料電池技術等研發新型煤基發電模式。IGFC在日本都做過示范基地，我們國家還沒有，我們認為這也是循環經濟當中非常重要的一個示范。

煤電的靈活性改造，主要是提高運行靈活性和燃料靈活性。提高運行靈活性，就是提高已有煤電機組（包括純凝與熱電）的調峰幅度、爬坡能力以及啟停速度，為消納更多波動性可再生能源，靈活參與電力市場創造條件。提高燃料靈活性，就是利用已有的煤電設備，摻燒/混燒生物質（秸稈、木屑等農林殘余物和城市污泥），實現生物質原料的清潔利用，減少大氣污染。依據成本選擇使用不同品種（品質）的燃料。

技術路線包括：采用蓄熱技術實現熱電機組熱電解耦運行；運行調試、設備優化和控制系統優化，降低鍋爐最小穩燃負荷、減少機組出力；機組的啟動優化，負荷率提升能力優化，低負荷運行效率優化等。

綜合利用粉煤灰。目前粉煤灰利用還不廣泛，特別是經濟不發達地區，我們曾經對粉煤灰廠污染黃河做過一次調查，確實粉煤灰沒有利用，特別是滿了以后風一刮對環境影響特別大，粉煤灰還要加大綜合利用，以及二次污染治理，特別是里面含的重金屬。

石膏的利用。燃煤電廠煙氣脫硫產生的石膏可以用來改良鹽堿地。

還有三余發電。我國火電中余熱、余壓、余氣發電占比較小，裝機容量僅占2.3%，發電量占2.5%，我國高耗能產業較多，三余發電大有可為，這也是參與社會循環的非常重要的方面。

廢棄物耦合發電，特別是生物質耦合發電。耦合發電具有造價低、效率高、污染小的優點，鼓勵火電廠因地制宜，開展耦合農林、農產品廢棄物，垃圾焚燒、光熱和煤層氣發電等技術。現在有多條路線，生物質成型燃料、氣化的技術路線、獨立破碎燃燒的技術路線等。國外專家不太理解，為什么中國對氣化感興趣？我們認為氣化是可以得到補償或者是補貼電價。有些耦合技術，計量還有困難，計量標準是非常重要的。另外應該注意耦合發電還有一個關鍵的技術就是摻燒比例。

國家應對火電廠循環經濟給予政策支持

火電廠循環經濟關系到電力工業健康、可持續發展，關系到全面實現小康社會和民族復興大計。政府行業主管部門應負責火電廠循環經濟的組織領導，制定政策、組織科技攻關、實施試驗示范。

我們認為循環經濟需要政府導向，要組織領導、法規制度、價格資金、科技攻關等方面的支持。要從攻關階段就開始立項科研經費；試驗示范階段也要給一些政策；推廣階段要出臺一些政策特別是電量市場交易權重等。

發展背壓機組非常重要，關鍵在政策落實。對待背壓發電，應該規定：裝機容量不受國家燃煤電站總量控制目標限制，不占火電裝機總量控制指標；鼓勵社會資本以多種投融資模式參與建設；鼓勵背壓熱電企業組建售電公司，對其供熱范圍內的用戶開展售電、售熱綜合性業務；容量電價以各類采暖型背壓燃煤熱電聯產機組平均投資成本為基礎，電量電價執行本地區標桿電價；實行發電優先上網、電量全額優先收購；與其他熱源同等的補貼支持政策等。

提升電力系統調節能力。電源側要規劃布局一批抽蓄、燃氣調峰電站、供熱電站和蓄能設施，通過火電靈活性改造提高在役機組調節能力。健全輔助服務市場機制，調動各方參與調峰積極性。電網側要優化電網建設，加強網源協調；增強受端電網適應性；增加跨省跨區網絡互濟能力；改進電力靈活調度方式，提升智能水平，加強區域資源調劑優化。負荷側要加強電力需求側管理，建立需求側參與系統調節機制。建立峰谷分時電價，鼓勵可中斷負荷、電動汽車、用戶側儲能等措施參與調峰，推動電能替代。

建立節能低碳電力調度管理辦法。鼓勵火電機組深度調峰，鼓勵清潔能源優先發電，鼓勵火電高效清潔發電。要明確各類電源調度順序：煤電機組中，亞臨界機組優先深度調峰和輪停，超超臨界機組原則保持70%以上負荷率；提高清潔高效電廠負荷率，進一步優先調度非化石能源發電和高效清潔煤電，這個政策對循環經濟的影響也是非常巨大的。

激勵機制建議。針對耦合發電和調峰輔助服務市場，區分試點階段和推進階段，分別實行不同的激勵政策，如補償機制和兩個細則的考核。對耦合發電的鼓勵政策應該包括優先發電權，發電價格還有政府補貼，這樣才能保證企業和社會的經濟效益。

節約資源，保護環境，循環利用是循環經濟的精髓。火電廠作為傳統模式生產電力的企業，一直致力于依靠科技進步和管理創新，把節能增效、減少排放、綜合利用視為提升企業綜合競爭力和管理水平的常規工作。如今，循環經濟賦予了火電廠這些常規工作新的含義，使火電廠的視野由企業層面延伸到其他行業乃至全社會，我們的工作更有意義，更有成就感。發展循環經濟是火電廠振興之路。