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当火力发电产业发展与前沿技术路线

发布时间:2021-09-10 10:22:44 阅读: 来源:快速卷帘门厂家

火力发电产业发展与前沿技术路线

进入“十三五”时期后,伴随着我国产业结构的优化调整和转型升级的进程深入,经济发展逐步进入新常态。2016年,我国6MW及以上电厂的发电设备利用小时下降至3785h,6MW及以上火力发电设备利用小时下降至4165h。这一现象的主要原因是“十二五”期间火电投资和建设持续增长,而经济和社会发展对于电力需求放缓,同时高速发展的可再生能源发电与火力发电形成竞争,共同造成了火电产能过剩的现状。火力发电作为我国主要的发电形式,长期占据总装机容量和总发电量的七成左右比例。“十三五”期间火力发电行业正经历着转型升级。2论文所解决的问题及意义“十三五”后期和未来长期中,我国火力发电行业需要从集中式和分布式两方面提出技术路线,明确前沿技术和产业发展的战略方向,更好地服务于我国经济社会需求。本文通过归纳火力发电领域的产业概况、主要指标和前沿技术,分析了前沿技术的技术经济性和应当重点突破和完善的关键技术,提出了集中式和分布式火力发电的前沿技术路线,从而为火力发电的研发战略提供参考。3论文重点内容

1)产业概况。

基于我国资源国情和各类发电形式的技术经济性,燃煤发电长期占据我国发电领域和火电领域的主导地位。在当前宏观经济和社会背景下,相关研究认为我国煤炭消费和燃煤发电的比例已经达到峰值,未来将逐步下降。

2016年3月,国家发改委和国家能源局联合下发特急文件,督促各地方政府和企业放缓燃煤发电建设,化解产能过剩局面。随着政策变化,煤电投资和建设逐步降温,2017年1—2月火力发电设备利用小时同比小幅回升,产能过剩局面初步得到遏制。预计“十三五”后期火电产业形势依然严峻,对于燃煤发电建设的风险预警机制将继续发挥作用。

2)指标水平。

2016年我国6MW及以上电厂供电标准煤耗下降至312g/(kW h),发电标准煤耗下降至294g/(kW h)。燃煤发电的供电煤耗和发电煤耗近年来呈现逐年下降趋势。燃煤发电环保指标采用排放绩效评价时,2015年我国燃煤发电的烟尘、SO2和NOx的排放绩效依次为0.09、0.47和0.43g/(kW h),CO2排放绩效按照供电煤耗折算约为780g/(kW h)水平,整体排放绩效达到世界先进水平。

燃气发电技术指标方面,我国主流采用的F级燃气轮机的单循环效率约为38在没有显著外观变形的情况下是不是会产生突然地断裂%,联合循环效率约为58%。先进的G/H/J级燃气轮机单循环效率和联合循环效率分别可以达到41%和61%。燃气发电几乎不排放烟尘和SO2,采用F级燃气轮机发电的NOx排放绩效典型值约为0.30g/(kW h),CO2排放绩效约为450g/(kW h)水平,在环保指标方面相比燃煤发电具备一定优势。

3)前沿技术。

燃煤发电领域,近年来相关基础科学的前沿课题包括富氧燃烧、化学链燃烧、镍基高温合金等,工程相关的前沿技术包括700 ℃超超临界、二次再热、间接空冷、超低排放、碳捕集利用与封存(CCUS)、煤基超临界CO2布雷顿循环 (S-CO2 Brayton cycle)、煤气化联合循环(IGCC)、循环流化床(CFB)等。

燃气发电领域,近年来前沿技术主要包括:燃气蒸汽联合循环(NGCC)、太阳能-天然气互补联合循环(ISCC)、微燃机与分布式冷热电联供(CCHP)、煤层气发电等技术。燃气发电近年来装机容量和发电量增长较快,其中煤层气发电、页岩气发电等非常规燃气发电,有望通过利用成本相对低廉的燃气,在“十三五”后期和未来长期中不断降低单位电量成本并实现高速增长。

余热发电近年来装机容量和发电量增长迅速,在火力发电中已经占据一定比例。余热发电领域的前沿技术近年来不断涌现,主要包括有机朗肯循环(ORC)、利用余热的超临界CO2布雷顿循环、斯特林循环等。

各类火力发电前沿技术,分别具备不同的优势技术指标,其中效率和规模是决定前沿技术产业化发展的两项关键指标。效率对于发电形式的经济指标和环保指标影响显著,而规模决定了产业应用形式更适合于集中式发电或分布式发电。图1总结了各类火力发电技术形式的效率和规模范围。

图1 火力发电技术形式的效率与规模

4)技术路线。

“十三五”后期和未来长期,我国需要从集中式发电和分布式发电的产业发展角度,归纳火力发电前沿技术并提出前沿技术路线。

集中式高效清洁发电路线(路线1),是将常规化石燃料利用高参数、高效率的前沿发电技术,配合先进燃烧技术、污染物控制技术和CCUS技术,实现高效清洁发电。代表性技术组合是700 ℃超超临界或煤基超临界CO2布雷顿循环技术,配合化学链燃烧或富氧燃烧、一体化脱除技术、CCUS技术等,实现供电效率提高和排放绩效降低。

集中式联合循环与多联产路线(路线2),是将常规化石燃料利用IGCC、NGCC、ISCC等联合循环技术,配合热电联产、冷热电联供、制氢技术等多联产技术,实现在较高综合效率下同时提供电能、供暖、制冷、氢气等多种产品的技术路线。

集中式非常规燃料与用途路线(路线3),是将非常规燃料(煤矸石、劣质煤、煤层气、页岩气、生物质、垃圾等)采用CFB、超临界CO2布雷顿循环、燃机燃料适应等技术,配合先进燃烧技术和减排技术,实现较高效率、较少污染和废弃物资源化发电。

分布式火力发电技术路线(路线4),是利用常规化石燃料或非常规燃料,通过小型化、多样化的分布式发电形式,配合储能技术、冷热电联供、先进热交换系统和智能微等前沿技术,实现针综合评定其是不是符合国家标准或行业的相干规定对用户侧需求的灵活发电和供能。代表性技术组合,是采用微燃机、内燃机等作为分布式系统核心,配合余热回收、余热发电、储能技术、智能微等技术,根据用户需求提供电能、供暖、制冷、动力、淡水等多样化产品。

对于以上四条前沿技术路线的产业发展前景,研究通过预测累计装机容量长期趋势的方法来进行评价分析,如图2所示。

图2 火力发电技术路线累计装机容量预测

集中式高效清洁发电路线(路线1)核心技术短期有待突破,长期产业发展前景看好,预计将在2040年前后成为我国火力发电领域的主力形式。集中式联合循环与多联产路线(路线2)主要技术已有相对成熟的产业应用或示范工程,未来将保持稳定增长趋势。

集军用航空销售额将增长457亿美元中式非常规燃料与用途路线(路线3)相关技术较为成熟,但针对非常规燃料和特有用途的技术改进空间仍然较大。路线3与路线2将共同成为集中式火力发电的重要组成部分。分布式前沿技术路线(路线4)的前沿技术目前还有待于成熟。预计未来路线4的累计装机容量增速将高于路线2和路线3,使得分布式火力发电成为集中式火力发电的有效补充。

4结论

1)“十三五”期间和未来长期应当重点突破和完善的关键技术,包括700 ℃超超临界、超临界CO2布雷顿循环、IGCC等前沿技术。

2)产业发展方面,“十三五”期间和未来长期我国火力发电产业,将在政策引导下逐步向着高效、清洁、低碳的方向转型升级。

中间传动环节不可避免地存在间隙因素的影响 3)本文总结的四条集中式和分布式前沿技术路线,可以为火力发电的研究发展战略提供参考,促进前沿技术在集中式发电和分布式发电等产业领域中的应用,推进“十三五”期间和未来长期我国火力发电产业的转型升级。

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