低碳经济与热电联产的关联性
1前言
20世纪下半叶以来,随着世界经济增长速度的不断加快以及全球人口数量的不断增加,能源的大量开发和使用带来了严重的环境问题。烟尘、光化学和酸雨给高能耗地区造成了生态环境的破坏,更为严重和广泛的灾害是大气中二氧化碳含量的增高,带来的全球气候变暖,对人类的生存和发展条件提出了严重挑战。人类为应对这一挑战而作出的努力,成为低碳经济发展的历史背景。“低碳经济”的提出要追溯到1992年的《联合国气候变化框架公约》和1997年的《京都协议书》。1992年6月在联合国环境和发展大会上,150多个国家制定了《联合国气候变化公约》,其宗旨是将大气中的温室气体浓度稳定在不对气候系统造成危害的水平。1997年12月在《联合中气候变化框架公约》第三次大会上,参加国通过了《京都议定书》作为《联合国气候变化框架公约》的补充条款。在《京都议定书》中明确提出了有关温室气体排放的目标,各国承担的责任,以及实施机制。2007年12月联合国气候变化大会制定了对应气候变化的《巴厘岛路线图》要求发达国家在2020年将温室气体减排25%到40%。2008年7月G8峰会上八国领导人表示,将寻求与《联合国气候变化框架公约》的其他签约方一起,努力争取在2050年将全球温室气体排放减少50%的长期目标。2009年12月19日结束的哥本哈根会议,虽然没有达成具有约束力的具体协议,但它体现了国际社会对气候变化的高度重视以及加强气候变化国际合作共同应对挑战的强烈政治意愿,并提出了将全球平均温升控制在高于工业革命以前2℃的长期目标。低碳经济是以低能耗、低排放、低污染为基础的经济模式,是人类社会继原始文明、农业文明、工业文明之后的又一大进步。其实质是提高能源利用效率和创建清洁能源结构,核心是技术创新和发展观的转变。发展低碳经济是一场涉及生产模式、生活方式、价值观念和国家权益的全球革命。低碳经济象其他的重大历史变革一样,将成为新一轮经济增长的推动力。低碳经济是以技术创新为核心的产业革命,将催生新的经济增长点,成为金融危机后世界经济新一轮增长的强大动力。其实在此次全球金融危机中,人类的第四次产业革命已在危机中酝酿。新能源是这次革命的突破口,第一次产业革命的核心是蒸汽机,实质是能源利用,由于能源代替了人工劳动,大大提高了劳动生产率。第二次产业革命的核心的是电力,其实质是能量的输送和转换。通过降低输送成本,以及电能方便地转换成机械能和热能、光能等其他形式,迅速普及了能量的利用,又一次极大地提高劳动生产力。第三次产业革命的核心是电脑和互联网。由于人类信息交换和处理速度的提高而提高了劳动生产率。目前新能源产业已经成为新一轮国际竞争的战略制高点,新能源有可能引发第四次产业革命。
2热电联产对降低碳排放的作用
实践证明热电联产(包括热电冷CCHP)是提高能源利用率的重要措施。我国政府已将热电联产列为我国10大节能工程之一。它的主要优点是实现了能量的梯级利用,高品位能用于发电,低品位能用于供热。高效地将燃料的化学能转变成电能和热能。在我国能源结构以煤为主(占总能耗的72%)的条件下,发展热电联产更具有特殊意义。欧盟对发展低碳经济特别重视,提出到2020年减少温室气体排放量20%,对此欧洲有关机构对热电联产的节能潜力进行评估,结果表明,仅热电联产一项技术可完成1/3的欧盟减排任务,每年减少CO2排放1亿t。我国发展热电联产的潜力巨大。根据2008年的统计资料,供热机组总容量为11583万kW,占火电装机容量的19.21%,占全国发电装机总容量的14.61%。丹麦热电联产发电量已超过其总发电量的50%。2007年统计,我国有工业锅炉52.74万台,179.2万t蒸汽,年耗煤4~5亿,t年供热量8000~10000105J,如果这些工业锅炉20%实现热电联产,热电比按2:1计算,可以增加热电机组1亿kW。热化发电量按30%计算,热化发电量比凝汽发电量每度电节煤200g,年运行6000h,年节煤3960万,t按1t标煤排放2.25tCO2计算,年减排CO20.8910亿t。这里只计算了热化发电比凝汽发电的节煤减排,不包括大锅炉代替小锅炉效率提高的节煤减排,平均效率提高10%。原工业锅炉年耗煤5万,t20%为1亿t。燃烧1t标煤排放CO22.25,t年减排CO22250万t。两者之和为1.1亿t。再考虑到技术进步的节能,我国热电联产对进一步减排温室气体的贡献,保守地计算超过1.2亿t。
3热电联产的新定位
由于热电联产具有将燃料的化学能转换成电能和热能的优越性,在低碳经济中将占有重要的地位,将促使人类的热能需求大部分由热电联产供给。热电厂的产品不再是以电为主,而是以热主为,是在供热的同时,供应部分电力。电是热电厂的副产品,在事故状态下是减少发电而保供热,不再是保发电而停供热。火力发电将大部分实现热电联产。电力的供应将主要由风电、水电、太阳能、核电来供应。热电厂应建设在热负荷中心,热网象自来水网一样四通八达,热网将是公共的,不再属某个热源厂。数家热源厂向热网供汽供水,统一调度,使热网在最经济状态下运行。热源厂不再全部是蒸汽动力循环的燃煤热电厂,而是燃气蒸汽联合循环、地源热泵等多种能源转换设备,当然热电厂所燃烧的燃料也不再是原煤,而是经过处理的清洁燃料。还有多种分布式能源作为大型热网的补充。这样将大大提高热能利用率,减少了燃料消耗,也就减少了温室气体排放。这样低碳经济给热电联产的发展提供了新的动力,为热电新技术的开发提供了市场和资金。人类需求的电力,将主要由水电、风电、地热、潮汐能、核电供给,现有的火电机组将大部分被淘汰,保留部分承担调峰。目前水电、风电和核电技术上已完全成熟,我国也具有丰富的资源,是电力工业发展的重点。根据我国政府在哥本哈根(Copenhagen)会议上的承诺,在2020年要将单位GDP的温室气体排放量降低40~45%,这是一项艰巨的任务。根据我国经济发展的速度,GDP每年增长9%左右,到2020年这10年我国GDP将增长一倍。能源消耗停在目前水平上,单位GDP的温室气体排放量可下降50%。能源消耗不增加是绝对不行的。根据我国过去10年单位GDP能耗下降,平均年下降4.1%,“十一五”前三年单位GDP能耗下降10.1%。从2010年到2020年通过加强经济结构的调整力度及大力推广节能减排技术,这10年的单位GDP能耗下降按年均5%计算。到2020年中国的总能耗还要增加50%,GDP到2020年增加一倍。能耗增长50%,单位GDP能耗下降25%,按我国政府承诺减排温室气体45%计算,还有20%的减排靠进一步加大节能力度、采用新能源及清洁能源来代替。进一步的节能措施中热电联产是潜力较大的一个项目,因此热电联产承担着节能减排的重要任务。
4热电行业的发展方向
热电联产是满足人类热能和电力需求不可替代的行业。根据我国的实际情况和低碳经济的要求,热电行业在今后工业化和城镇化进程中,在大城市、城市群中,应当向大机组、大热网发展。小城镇应发展燃气的分布式能源。大城市及大型工业区的供热机组应以300MW、600MW机组为主。300MW机组供热量可达到500t/h,一台300MW机组可供60万人口采暖及生活用热水。城市应集中供生活热水,提高能源利用率,减少温室气体排放。城市生活热水集中供应,在现有集中供热的基础上并不需要增加太多的投资,只需将采暖水温度维持在80℃以上。在用户端(一栋楼或一个栋口)加装水-水换热器,将自来水加热到50℃左右,供洗浴和炊事使用。这样将使热负荷的季节差别大大减少,有利于热电厂的运行。大型供热机组的研制,大型热管的运行控制,都需要投入人力和财力进行开发和研制。在人口低于10万的城镇,应发展燃气式分布能源,具体就是利用燃气式小型燃气轮机和内燃机发电。燃气轮机和内燃机排出的烟气余热加热热水用于供采暖和生活热水。为了发展低碳经济,尽量减少新上燃煤机组。因为随着新能源的发展,风电、水电、核电的发电量比重要增加,燃煤机组面临淘汰的风险。为了满足热负荷增长的需要,尽量将现役的凝汽式机组改为供热机组。经有关单位的调查研究,确认凝汽式机组改为供热机组是可行的。经调研,现役电厂中具备供热改造条件的86个现役电厂,总装机台数244台,总装机容量63470MW。如果这244台供热改造完成,使我国热电机组的总装容量达到179300MW,占火电机组装机总容量的29.73%。假设63470MW中热化发电量占30%,热化发电量比凝汽发电节煤200g/kW.h,年运行6000h,则年节约标煤2284.92万,t年减排CO25141万t。这些减排量是近2~3年内经过努力可以实现的。大型凝汽式机组改为供热机组应满足两方面的需要,一是采暖用汽,二是工业用汽。经过这几年的实践证明技术上是可行的,经济上是合理的。从125~600MW凝汽机组都可以改为供热机组。改为供采暖用汽,可以在中压缸到低压缸连通管上加装蝶阀和三通,抽出0.4~0.8MPa、300℃以上的蒸汽供采暖用汽。工业用汽一般用高压缸排汽和中压缸排汽,通过压力匹配器混合供1.0~2.0MPa工业用汽。125MW机组可供汽50~80t/h,200MW机组可供汽80~150t/h,300MW机组可供汽100~200t/h,600MW机组可供汽100~300t/h。供4.0MPa、450℃的工业动力用汽可以用新节汽引射高压缸排汽。上述改造方式基本上可满足供热的需求。现役电厂的供热改造投资少,工期短。纯凝汽机组改供热机组费用经测算,考虑厂内供热改造设备,建筑,安装费及新建厂外热网主管材料费和安装费,单位投资约130~220元/kW(供热改造的单位造价仅为新建机组单位投资的约5%)不考虑厂外热网的建设周期,电厂供热改造周期仅需2~3个月。因此改造大型凝汽机组为供热机组是目前节能减排工作投资少见效快的举措。
5结束语
低碳经济给热电联产的发展带来前所未有的发展机遇,结合我国工业化和城市化的进程,应大力发展热电联产。目前应抓紧进行大型凝汽式机组改供热机组,推广燃气式分布能源,为我国节能减排作出贡献。
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