如何发展中国的高效清洁煤电

华北电力大学电力讲座如何发展中国的高效清洁煤电？2016年11月26日中国电力工业，特别是燃煤火电的发展、现状和面临的挑战0.57121.0292.17223.19325.0848.749.6210.5611.450.02.04.06.08.010.012.0195219551958196119641967197019731976197919821985198819911994199720002003200620092012总安装容量(单位100GWe)YYe2000300GW1987年100GW19491.8GW2009800GW2005500GW20111000GW中国电力装机总容量的增长历程中国电力总装机容量世界排名变化：1949年第21位；1978年第8位；1996年第2位；2011年第1位。20151500GW中国燃煤火电国产单机容量增长历程6MW50MW125MW300MW600MWMW2005年19551960196519701975198019851990199520001000MW1955196019651970197519801985199019952000中温中压450℃/3.82MPa高压540℃/9.8MPa超高压再热540℃/13.7MPa亚临界再热540℃/16.7MPa超临界540℃/23.7MPa蒸汽参数亚临界再热555℃/17.5MPa年中国燃煤火电机组蒸汽参数的发展历程2005超超临界600oC/605℃/28MPa2004年中国第一台国产化超临界机组2006年第一台超超临界机组1957年美国的世界上第一台二次再热超超临界机组，机组容量120MW，蒸汽参31MPa/621/565/538℃1970年日本第一台国产化超临界机组中国电力的发展-现状和预测442517622713792874966105611451247136032938448455460165271076581986091605001000150020042005200620072008200920102011201220132014装机容量，GW全国总装机容量火电装机容量2015和2020年中国电力电力装机容量的现状和预测2015年电力装机构成（GWe）水电21.0%煤电55.1%气电4.9%核电2.8%太阳能5.0%风电10%2020年电力结构预测(总装机燃料预测为1998GWe)水电21.2%煤电60.8%气电5.0%核电2.1%太阳能2.9%风电7.5%年单位总容量煤电气电水电风电太阳能核电2015GWe1510944.7378.01328.46116.4945.3832.40%10060.85.021.27.52.92.12020GWe199811009042020010058%10055.14.521.010.05.02.9中国近10年来电力装机容量的快速发展2020年，我国电力总装机容量预计达到1998GWe,其中煤电1100GWe，占比55.1%。2030年，我国电力总装机容量预计达到3000GWe，其中煤电1350GWe，占比45%。年2020总装机容量1998GWe2030总装机容量3000GWe电源煤电水电风电气电太阳能核电煤电水电风电气电太阳能核电占比%55.121104.552.94515147137中国电力发展预测Source:EPPEI,20162014年，我国人均用电量为4060kWh，不到世界发达国家人均用电量的一半，人均生活用电量509kWh，更不到世界发达国家人均生活用电量的四分之一，相比差距非常大。2030年，预计我国人均用电量可达到7000kWh，人均生活用电量1400kWh，届时，与目前发达国家的水平还有差距。中国电力进一步发展仍然有较大空间国家中国美国欧盟印度煤电装机容量比例60.8%39%29%72%发电量比例67%29%17%57%利用小时数4329497849476072风电装机容量比例8.5%3.36.3%2.4%发电量比例3.3%5.216.7%7.5%利用小时数1728240619431555太阳能装机容量比例2.8%0.2%2.1%0.2%发电量比例0.7%0.7%6.3%0.4%利用小时数90011259711055来源：中国为《2015年中电联统计快报》数据；其它国家来源为2014年IEA《世界能源统计年鉴》的2012年数据。中国与世界主要国家煤电和新能源发电利用水平对比当前中国煤电的几个突出的特点•中国煤电无论容量、参数、效率、煤耗均达到世界领先的水平，成为世界上具有超超临界机组的数量最多，蒸汽参数最高和供电煤耗最低的国家；•现在，中国的电力总装机容量超过了15亿千瓦，已大大超过美国的12亿千瓦。而中国的燃煤火电装机容量已经接近10亿千瓦，但年均煤电发电小时数则下降到1978年以来火电利用小时数最低的一年，出现了严重的产能过剩现象，这表明我国煤电发展已经进入深度调整期，亟需升级改造；•面对严重的产能过剩，在13五期间，要取消、缓核、缓建一批煤电项目，新的煤电机组建设步伐将会大大放缓，同时将会有超过20GWe落后的煤电产能被淘汰；•在全国严重雾霾和气候变化二氧化碳减排的巨大压力下，煤电超低排放和节能改造成为当前煤电重中之重的任务，中国正在形成一个空前的现役煤电机组节能减排技术改造的高潮。“上大压小”的煤电发展政策“上大压小”政策的效果•至今，在“上大压小”政策推动下，从2005年开始，已经有大约100GWe的小容量低效率的机组被关停，，而与此同时，此后的新机组除热电联产机组外，绝大多数新机组为600-1000MWe的超临界和超超临界机组，至今约300GWe大容量高效率的机组投入了运行；•由于“上大压小”政策的推动，全国平均供电煤耗从2005年的370gce/kwh降低至2015年的315gce/kwh，10年来全国平均供电煤耗下降了55gce/kwh，平均每年下降5.5gce/kwh。年火电装机总容量（MWe)全国平均供电煤耗(gce/kWh)2005384,1303702006484,0503672007554,4203562008601,3203452009652,0503402010706,6303332011765,4603302012819,1703262013862,3803212014915.69031820151022.74315上大压小，煤电装机结构优化20052006200720082009201020112012201320152016100%80%60%40%20%0%2005-2014年煤电装机结构逐年变化趋势在煤电结构方面，通过实施上大压小，不断淘汰落后产能，装机结构得到显著优化；60万千瓦以上机组的比重持续增加，2014年已达到43%左右，机组台数总计561台，其中百万机组达到100台。预计2020年大机组比重将达到48%左右。由于“上大压小”政策，现在中国已经成为世界上拥有超临界和超超临界机组无论容量或数量最多的国家•现在，高效率的超临界和超超临界机组已经成为中国煤电的主力机组，新安装的煤电机组的绝大部分为超临界和超超临界机组。据中国机械工业联合会发电设备中心统计，至2015年底，中国已经生产的超临界和超超临界机组的总容量已经超过3.5亿千瓦：(1)600MWe等级的超临界和超超临界机组408套,总容量超过2亿5000万千瓦；(3)1000MWe等级的超超临界机组104套，总容量超过1亿400万千瓦。累计订货的超临界机组容量(MWe)欧盟、日本和中国国产化超（超）临界机组容量增长的比较订货年欧盟日本中国中国在2004年以前没有国产化超临界机组，共从国外进口了22台超临界机组，总容量为12,680MWe。从2004年开始，中国引进国外技术使得国产化的超临界和超超临界机组得到迅猛的发展,在数量和容量上均为世界第一。超超临界的燃煤火电时代已经到来0510152025303540NumberofUSCChinaJapanItalyGermanySouthKoreaPolandMalaysiaCzeckRepublicNetherlandTaiwanUSASlovenia至今，中国已经投产的1000MWe超超临界机组已超过100台，中国成为世界上超超临界煤粉炉机组容量最大和台数最多的国家中国日本意大利德国韩国波兰马来西亚捷克荷兰中国台湾美国斯洛文利亚超超临界机组的数量年20052006200720082009201020112012201320142015201620171000MWe超超临界台数044871723101618161310660MWe超超临界台数00644911414111497各年超超临界机组容量MWe0400079601064096402294030260126401684025260252401894014620Source:McCoyPowerReports181714644532222222105101520江苏浙江广东河南上海山东安徽湖北天津辽宁宁夏广西福建新疆重庆江西为进一步降低能耗和减少污染物排放，改善环境，我国常规火电技术飞速向更高参数的超超临界的技术方向发展截至2016年第一季度，已投入运行的600℃等级1000MWe超超临界机组达100台我国1000MWe超超临界机组的分布超超临界是燃煤火电的发展方向更高参数的超超临界二次再热机组示范成功2015年6月27日和8月24日，华能安源电厂660MW二次再热超超临界燃煤发电机组投产。该电厂设计参数为：31MPa/600℃/620℃/620℃，供电煤耗273g/kWh。该机组锅炉在试运行期间负荷率达到103%，主汽压32.4MPa，一次再热和二次再热汽温均达到623℃。2015年9月25日，世界上首台二次再热百万千瓦超超临界燃煤发电机组——国电泰州电厂3号机组正式投入运营；设计参数为：31MPa/600℃/610℃/610℃。机组设计发电效率47.82%，设计发电煤耗256.82g/kWh，设计烟尘、二氧化碳和氮氧化物排放浓度分别为4.58mg/Nm3、20mg/Nm3、36mg/Nm3。非常严格的火电厂污染物排放标准中国有史以来最严格的火电排放标准污染物2004年的老排放标准2012年的新排放标准粉尘（mg/m3）50*，200**20†，30‡SO2（mg/m3）400*，1200**50†，200‡NOx（mg/m3）450*，1100**100†，200‡Note：*适用于新火电机组**适用于燃烧高硫煤或无烟煤的老机组†适用于九大重点地区‡适用于中国的其它地区中国新排放标准和某些发达国家排放标准的比较国家粉尘mg/Nm3二氧化硫mg/Nm3氮氧化物mg/Nm3美国20184135日本50-100200200欧盟30200200澳大利亚100200460加拿大130740460新西兰125350410中国（非重点地区）3050-200100-200中国（重点地区）2050100中国煤电的节能减排已取得巨大成就，达世界先进水平，但还远远不够供电效率与供电煤耗中国煤电机组脱硫设备安装率达99%以上NOx排放粉尘排放中国美国澳大利亚平均供电煤耗平均供电效率平均粉尘排放浓度平均除尘效率平均NOx排放浓度SO2排放中国煤电机组脱硝设备安装率达92%以上高强度的煤电超低排放节能改造政策驱动•2014年9月环境保护部、国家发改委、国家能源局发布了《煤电节能减排升级与改造行动计划》（2014—2020年），第一次提出东部地区新建燃煤发电机组大气污染物排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值，即烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度分别不高于10、35、50毫克/立方米，并提出了各类燃煤机组的供电煤耗要求。•2015年12月2日国务院总理李克强主持召开国务院常务会议，决定在全国全面推广超低排放和世界一流水平的能耗标准，这是推进化石能源清洁化、改善大气质量、缓解资源约束的重要举措。•2015年底，境保护环部、国家发改委、国家能源局发布了《关于实行燃煤电厂超