世界能源現(xiàn)狀及分析

世界能源現(xiàn)狀及分析世界能源現(xiàn)狀及分析世界能源現(xiàn)狀及分析xxx公司世界能源現(xiàn)狀及分析文件編號(hào)：文件日期：修訂次數(shù)：第1.0次更改批準(zhǔn)審核制定方案設(shè)計(jì)，管理制度世界能源現(xiàn)狀及分析——兼談燃煤發(fā)電的發(fā)展與應(yīng)用化學(xué)化工學(xué)院152180安曉鳴一言以蔽之，當(dāng)前全世界的能源使用結(jié)構(gòu)仍然是以石油、天然氣和煤三大傳統(tǒng)能源為主，輔之以核能、風(fēng)能、生物質(zhì)能等清潔能源，并大力開(kāi)發(fā)新能源。石油、天然氣資源將在2050年前被罄盡的看法已被公認(rèn)。由于大量碳排放導(dǎo)致全球氣溫上升，破壞生態(tài)平衡的危機(jī)，用煤的簡(jiǎn)單和直接燃燒又受到限制。核能發(fā)電因其碳零排放和生產(chǎn)成本低廉的特點(diǎn)，一度被認(rèn)為是理想的未來(lái)能源，自問(wèn)世以來(lái)一直呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。但其安全性和經(jīng)受自然災(zāi)害的能力，最近又受到人們質(zhì)疑。日本福島事件后，大批核電工程項(xiàng)目下馬，核能發(fā)展陷入停滯。太陽(yáng)能的充分利用是一條好出路，但由于占地面積大、太陽(yáng)能電池的昂貴、低效和高污染，這一可再生能源當(dāng)前尚難以大量開(kāi)發(fā)利用。風(fēng)力和潮汐發(fā)電亦屬可再生能源，但亦受地域、節(jié)氣和設(shè)備投資的限制。利用生物燃料能源有利于減少碳排放，但和糧食生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)作物、其它動(dòng)植物爭(zhēng)土地和空間會(huì)受到相當(dāng)程度限制。幾年前因生物質(zhì)能大躍進(jìn)導(dǎo)致糧食作物產(chǎn)量減少，推高了世界糧價(jià)，甚至在非洲釀成饑荒。而縱觀眾多新能源，甲烷水合物(methanehydrate)又名可燃冰，在海洋大陸架深處和陸上永久凍土帶有相當(dāng)?shù)奶N(yùn)藏量，但目前開(kāi)采利用在技術(shù)上尚有困難，大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用仍是遙遙無(wú)期。近年來(lái)如火如荼的頁(yè)巖氣資源，亦存在燃燒熱值低、開(kāi)采難度大并附帶高污染等等缺陷?？傊疄槭谷祟?lèi)社會(huì)健康發(fā)展，生活質(zhì)量能持續(xù)改善，在新能源開(kāi)發(fā)和有效利用以及節(jié)約減排上還要作最大努力。目前世界上大規(guī)模投入運(yùn)行并網(wǎng)發(fā)電的發(fā)電方式主要有四種，火力發(fā)電、核能發(fā)電、水力發(fā)電及風(fēng)力發(fā)電?；鹆Πl(fā)電是傳統(tǒng)火電廠采用的發(fā)電方式，也是目前世界上發(fā)電量最大的發(fā)電方式。火力發(fā)電一般以燃煤為能源進(jìn)行燃燒發(fā)電。與其他能源相比，燃煤具有熱值高、儲(chǔ)量大、易運(yùn)輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，一般認(rèn)為世界上煤資源的儲(chǔ)量尚能滿足100～200年的需求。但是燃煤會(huì)產(chǎn)生大量灰渣和CO2，含硫的煤會(huì)產(chǎn)生硫酸，形成酸雨，更不必說(shuō)燃煤帶來(lái)的碳排放問(wèn)題。截至目前，全世界核反應(yīng)堆的發(fā)電量約占全球總發(fā)電量的近20%，在一些工業(yè)化國(guó)家中核電占50%以上。除極個(gè)別情況外，核電站有很好的運(yùn)行記錄，發(fā)電的可靠性高，在正常情況下，對(duì)環(huán)境友好，無(wú)有害氣體排放。但與此同時(shí)，核能發(fā)電的運(yùn)行維護(hù)成本高、核廢料難以處理也是無(wú)法回避的問(wèn)題，如何克服民眾對(duì)核能的恐慌情緒則是繞不開(kāi)的坎。水電站集蓄水、節(jié)流、防洪、發(fā)電等諸多功能于一身，在條件適宜的地區(qū)有極大的應(yīng)用潛力。但是水力發(fā)電的發(fā)電量完全取決于自然因素，有很大的波動(dòng)性，這就造成了極大的資源錯(cuò)配與浪費(fèi)。另外，水電站建設(shè)對(duì)自然環(huán)境和生物繁殖也有極大影響，像黃河小浪底這樣的工程應(yīng)當(dāng)引起我們的警醒。風(fēng)力發(fā)電近年來(lái)方興未艾，筆者家鄉(xiāng)就設(shè)有國(guó)華電力的風(fēng)力發(fā)電廠。風(fēng)力發(fā)電的前期建設(shè)需要天量的固定投資，運(yùn)行維護(hù)的人力成本也居高不下，而并網(wǎng)運(yùn)行后的發(fā)電量卻具有很大的波動(dòng)性，可以說(shuō)是一種清潔卻不經(jīng)濟(jì)的發(fā)電方式。此外，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組需要占據(jù)廣闊的土地，在選址上極為苛刻。我國(guó)一次能源稟賦結(jié)構(gòu)是“富煤、貧油、少氣”，這些因素決定了煤炭是中國(guó)能源的基礎(chǔ)。我國(guó)一次能源以煤為主的基本格局在很長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)不會(huì)改變，由此也決定了發(fā)電以煤電為主的基本格局。未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間，我國(guó)煤電面臨的挑戰(zhàn)將更加嚴(yán)峻，可再生能源和其它新能源尚無(wú)法替代煤電。探索和推廣高效清潔的煤電技術(shù)，是解決未來(lái)煤電發(fā)展的最主要的道路。1大型高參數(shù)機(jī)組“十一五”期間，國(guó)產(chǎn)超臨界(supercriticalcoal-firedpowergeneration，SC)、超超臨界(ultra-supercriticalcoal-firedpowergeneration，USC)技術(shù)成為新建電廠的主力。截至2011年底，我國(guó)在運(yùn)行的吉瓦級(jí)USC火電機(jī)組達(dá)39臺(tái)。這些機(jī)組無(wú)論從發(fā)電效率、污染控制水平，還是從技術(shù)推廣難度、經(jīng)濟(jì)性和可靠性來(lái)看，都是未來(lái)一段時(shí)間煤電技術(shù)發(fā)展的主流方向。高參數(shù)和大容量是提高USC機(jī)組效率的兩條重要發(fā)展方向。2IGCC機(jī)組IGCC是將煤氣化與聯(lián)合循環(huán)相結(jié)合的一種高效、清潔發(fā)電技術(shù)。一方面，IGCC發(fā)電技術(shù)比起煤粉爐發(fā)電技術(shù)具有更高的效率，發(fā)展的初期小容量的效率就能與現(xiàn)有的USC媲美，且對(duì)SO2，NOx和粉塵的排放控制水平與燃機(jī)發(fā)電相當(dāng)。隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，該技術(shù)的效率將進(jìn)一步提升，加上其在進(jìn)行CCS和多聯(lián)產(chǎn)方面具有的優(yōu)勢(shì)，其競(jìng)爭(zhēng)力將逐步得到體現(xiàn)。但另一方面，系統(tǒng)較復(fù)雜，提高可靠性的技術(shù)難度較大；造價(jià)高，目前是USC的3倍，與700℃技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性比較有待深入研究。3循環(huán)流化床鍋爐循環(huán)流化床(CFB)最初是應(yīng)用于化工領(lǐng)域中的一種反應(yīng)器，引入電力系統(tǒng)后，逐漸由鼓泡流化床(BFB)鍋爐發(fā)展到CFB鍋爐。CFB鍋爐采用不同于煤粉鍋爐火炬燃燒的新型無(wú)焰燃燒方式，特別適用于燃燒劣質(zhì)煤、難燃煤及固體廢棄物，適應(yīng)了我國(guó)發(fā)電行業(yè)復(fù)雜的燃料來(lái)源特點(diǎn)，近年來(lái)在我國(guó)得到了快速發(fā)展。未來(lái)若干年CFB鍋爐的技術(shù)發(fā)展方向，一是繼續(xù)提高其設(shè)計(jì)建設(shè)和運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性和安全性，二是利用CFB鍋爐燃用難燃和特殊煤種。在我國(guó)，CFB鍋爐將長(zhǎng)期作為常規(guī)煤粉鍋爐燃煤發(fā)電的重要補(bǔ)充，在某些領(lǐng)域繼續(xù)得到快速發(fā)展。4燃煤發(fā)電機(jī)組的煙氣凈化技術(shù)粉塵、SO2和NOx是燃煤發(fā)電煙氣污染物控制中的3個(gè)最重要的項(xiàng)目。2012年，新的排放標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，不僅將NOx列為了普遍的控制項(xiàng)目，粉塵、SO2的排放標(biāo)準(zhǔn)也大幅度趨嚴(yán)，另外還增加了“汞及其化合物”限制，這帶來(lái)了新的技術(shù)需求。另外，近年在發(fā)達(dá)地區(qū)，對(duì)的關(guān)注將使得作為排放源之一的燃煤電廠需在該領(lǐng)域做好技術(shù)準(zhǔn)備，在控制具有優(yōu)勢(shì)的電袋除塵技術(shù)、先進(jìn)的靜電除塵技術(shù)需進(jìn)一步研究和示范。5CO2捕集、利用及封存技術(shù)(CCUS)2011年，我國(guó)燃煤電廠排放的CO2超過(guò)3*109t，占到我國(guó)CO2排放量的40%左右，是我國(guó)CO2最大的排放源。在應(yīng)對(duì)氣候變化的大背景下，CO2排放已成為影響我國(guó)燃煤電廠可持續(xù)發(fā)展甚至能源安全的重要問(wèn)題。在眾多的碳減排技術(shù)中，燃煤電廠CCUS技術(shù)是進(jìn)行大規(guī)模減排最重要的選擇，而CCUS的高能耗和大規(guī)模長(zhǎng)期封存的安全性是該技術(shù)必須解決的兩個(gè)最重要的問(wèn)題。CO2捕集技術(shù)燃煤電廠CO2捕集技術(shù)按照捕集方式主要分為燃燒后捕集、燃燒前捕集以及富氧燃燒富集。燃燒后捕集是在煙氣中進(jìn)行捕集的技術(shù)，一般采用化學(xué)吸收的辦法，是技術(shù)最成熟，適用性最廣的技術(shù)。但由于煙氣壓力和CO2濃度都很低，所以這種技術(shù)的捕集和壓縮能耗較大。通過(guò)開(kāi)發(fā)低能耗的吸收劑、與電廠熱力系統(tǒng)集成等方式，具有較大的降低能耗的空間。燃燒前捕集技術(shù)主要針對(duì)IGCC發(fā)電技術(shù)，在氣化爐后進(jìn)行水煤氣變換，分離成H2和CO2，在燃燒前進(jìn)行分離和捕集，是能耗較小的技術(shù)。但該技術(shù)在電廠中僅能與IGCC配套，而且大規(guī)模富氫發(fā)電等關(guān)鍵技術(shù)還不成熟。水煤氣變換在化工行業(yè)雖已成熟，但仍是燃燒前捕集流程中能耗占比最大的部分，因此低能耗的催化劑和工藝也是該技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。富氧燃燒富集CO2技術(shù)是對(duì)現(xiàn)有的燃燒技術(shù)進(jìn)行調(diào)整，利用高濃度的氧氣替換原有的空氣作為氧化劑，從而產(chǎn)生高濃度的CO2，然后通過(guò)深冷等方式將CO2進(jìn)行進(jìn)一步純化。這種技術(shù)能耗主要來(lái)自制氧，且需要對(duì)現(xiàn)有的鍋爐技術(shù)進(jìn)行改造。開(kāi)發(fā)低能耗大規(guī)模制氧技術(shù)是該技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。CO利用技術(shù)CO2的利用是指通過(guò)有關(guān)技術(shù)將捕集的CO2作為原料或產(chǎn)品創(chuàng)造環(huán)境或經(jīng)濟(jì)效益的過(guò)程，CO2的資源化涉及多個(gè)工程領(lǐng)域，包括原油開(kāi)采，煤層氣開(kāi)采、化工和生物利用等。CO2化工和生物利用技術(shù)是國(guó)內(nèi)外CO2利用的研究熱點(diǎn)，但是對(duì)于燃煤電廠規(guī)模匹配度不夠。CO2增產(chǎn)石油技術(shù)在美國(guó)已經(jīng)成熟，我國(guó)也開(kāi)展了研究和小規(guī)模的中試試驗(yàn)，一個(gè)油田可能