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煤基多联产期盼政策东风
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煤基多联产盼政策东风——中国工程院院士倪维斗访谈
燃煤发电即火力发电一直是我国发电的主力，2008年火力发电量27793亿千瓦时，约占全部发电量80.95%。但由于环境污染和温室气体排放，业内呼唤绿色煤电的呼声越来越高。与此同时，煤化工也备受业界追捧。但对于发电和煤化工来讲，经济效益都是横在面前的一道坎。如果把两者结合起来，形成煤基多联产系统，达到效益最大化，可能就是一条出路。清华大学热能工程系教授、中国工程院院士倪维斗先生就是煤基多联产系统的倡导者之一。记者近日对倪维斗院士进行了专访。
技术渐趋成熟 多联产可以实现
记者：您提出了以煤气化为核心的多联产系统观点，具体来讲包括什么内容？
倪维斗：这是根据我国的资源禀赋特点提出的。与世界上其他国家不同，煤在我国一次能源消费总量中占的比例达70%。煤现在是、将来（直到2050年或更晚）仍将是我国能源的主力，预计到2050年煤炭将占能源消费总量的50% - 60%，但总量不会少于20亿吨标准煤。煤用于发电的比例将从目前的50%上升到2020年的70%以上，但是煤的直接燃烧发电已经引起严重的环境污染和温室气体排放。
除将煤用于发电外，现在煤化工也受到了空前重视。将煤气化后可以做成许多下游化工产品和液体燃料，包括煤制甲醇和二甲醚、煤制烯烃、煤制油等。当发电和煤化工两个系统单独运行时，对能源和资源的利用并不是最充分的，如果把发电和煤化工结合起来，使得温度、压力、物质的梯级利用达到最佳，实现效率最高、排放最小，两者各得其所，这就是煤基多联产系统的出发点。
具体来讲，以煤气化为核心的多联产系统就是以煤、渣油或石油焦为原料，在纯氧或富氧下气化后生成的粗合成气（主要成分为CO和H2），粗合成气通过净化可得到纯硫和净合成气；然后，以净合成气为原料来实现电、化、热、气的联产，即在发电的同时，联产包括液体燃料在内的多种高附加值的化工产品、城市煤气以及工艺过程热，它是将清洁煤发电和煤化工技术耦合的能源系统。
其中的洁净煤发电技术被称为整体煤气化联合循环（简称IGCC）发电技术，是洁净的煤气化技术与高效的联合循环技术的结合。纯IGCC电站的比投资费用高、在目前政策条件下发电成本高；操作灵活性和变负荷性能较低。而基于煤气化的多联产系统是将IGCC和煤化工技术耦合的能源系统（即IGCC多联产，简称多联产），是煤气化之后产生的合成气进入燃气轮机发电和生产化工产品，其比例可以调节，并且生产化工产品的驰放气可以进入燃气轮机发电，资源可以吃干榨净。IGCC多联产系统相比纯IGCC系统具有更好的经济性、更高的能量效率，以及更加灵活的运行操作性。
资源和环保呼唤煤的现代化利用，多年来的技术进步也提供了煤现代化利用的大好时机。我认为煤现代化利用的战略方向之一就是以煤气化为核心的多联产。
记者：目前国际上有煤基多联产系统的范例？
倪维斗：煤的现代化利用是中国特色，现在美国还只有IGCC和制氢的联产，真正用煤制化工产品，并且实现IGCC发电，山东兖矿集团算全球第一个。其实并不是什么都得外国做了中国才能做，我们中国有自己的特殊点，煤资源相对丰富就是中国的特殊点。美国能源体系中煤也就占到百分之二三十，中国达到百分之七十多，所以不能总是看国外的情况。
IGCC多联产系统不仅具有IGCC发电效率高、污染物排放低、可使用高硫煤、节水等优势，还可以通过多联产液体燃料和化工产品解决IGCC系统经济效益不佳的问题。国内企业在IGCC多联产领域走在了世界前列，兖矿集团在山东的IGCC联产甲醇装置属于世界首创，已实现长周期稳定运行，并实现了连续盈利。
记者：多联产系统中的煤化工这部分我们都比较熟悉了，那么现在我国IGCC技术是否成熟？
倪维斗：早在20多年前，当时的电力部就打算在烟台搞一个IGCC发电厂，当时很热闹，也做了很多准备工作，但因种种原因没有做起来。现在回过头来看，当时技术确实不太成熟。但现在情况有了很大变化：一是这几年中国的煤气化技术发展非常快，已经走上了世界先进的道路，当然还没有达到世界领先水平。我觉得中国水煤浆气化炉已经不比国际先进水平差，干粉煤气化技术再过三五年也能走到世界前列去。二是燃气轮机技术有了很大进步。燃气轮机被誉为先进制造业王冠上的明珠。20年前我们没有燃气轮机，近五六年来在国家发改委领导下，已经引进了多套成套设备。现在除了少量核心部件以外，其他部件中国都能制造。虽然核心部件这个皇冠还没有摘下来，但是我国已经从“十五”开始攻关燃气轮机，现在仍在努力，发改委在清华大学已成立一个燃气轮机工程中心，持之以恒地对燃气轮机的热部件的设计和制造进行攻关。
另外，国外的燃气轮机主要是烧天然气的，用来烧煤气化的合成气上还需要改进和适应。但是把燃气轮机改造成烧合成气的，这个并不太难，需要试验，下功夫很快就可以做到。总的来说，目前中国煤气化技术已经基本过关，燃气轮机技术大部分解决了，小部分没解决，短时间内可以先进口，但终归要国产化的。
首套装置效益可观 多联产值得期待
记者：从目前您掌握的数据看，多联产系统的经济效益如何？
倪维斗：“十五”期间，兖矿集团建成了国内首座IGCC发电与甲醇联产系统。2006年4月示范系统投入商业运行，总投资15.8亿元人民币。联产系统总能利用率达到了57.16%，较同比甲醇、电独立生产系统提高了3.14个百分点。供电效率、氮氧化物排放浓度、硫化物排放浓度等各项工艺指标良好，消耗指标均远远低于独立分产的指标。在运行过程中系统可靠，可柔性运行，即根据需要调整甲醇产量与发电的产量比。自2006年建成至2008年12月，该系统累计生产甲醇82.6万吨，燃气发电机上网发电量为9.2亿度，系统可用率逐年提高到93%，可靠性达97% ，为企业创造显著经济效益。每年可使50万吨环保限采的高硫煤得以利用。这些实践首次证明了我国发展IGCC多联产的可行道路。
具体算经济帐的话，由于去年受金融危机影响市场不稳定，甲醇价格忽高忽低，不太好算，但2006年和2007年兖矿集团这个系统是连续盈利的。毫无疑问的是，耦合了发电和化工的系统肯定比纯粹的IGCC发电和煤化工系统都要好。如果两者结合得好，把物质流、能量流、火用流（Exergy）的梯级利用做好，肯定效益好。多联产是个相对的概念，肯定比单个系统有优势。
记者：如果大规模产业化的话，多联产的经济效益会有保证吗？
倪维斗：兖矿现在已经证明多联产的可行性，当然我们希望做得大一点。我们正在积极准备在兖矿的基础上、采用更先进的技术在浙江做一个规模更大的项目。值得一提的是，经过兖矿这套系统的运行，我们还积累了新的经验。以前是将发电和甲醇生产并联的，现在发现采用串连方式效益会更好；反应器的压力可以再提高一点；用更新的催化剂可使得一次通过效率提高。有了这些经验，我们对做大规模的多联产系统更有信心，但这需要等待国家发改委的批准。
电遭遇上网难题 盼产业政策东风
记者：国家对IGCC发电的产业政策如何？
倪维斗：虽然纯IGCC发电技术上有了很大的进步，但是单位造价还是高。因为价钱高，所以国家发改委没有核准。IGCC发电基建投资大概需要1200美元/千瓦，但超临界、超超临界火力发电仅5000人民币/千瓦，约合700多美元/千瓦。可见，尽管IGCC发电的环境效益好了，二氧化硫、氮氧化物和颗粒物等减少了，但是电价上去了。所以国家发改委卡着IGCC也有道理，因为单纯的IGCC发电在目前政策条件下肯定亏本。
记者：可是从环保角度讲，煤基多联产毕竟是将来的发展方向！
倪维斗：对，IGCC多联产毕竟是将来的发展方向，而在能源领域，一种新技术的引入，需要很长时间，五年、十年、甚至几十年，从现在开始也不为早。一说“毕竟”，目前完全不批准IGCC就没道理了。尽管现在IGCC发电价钱高没优势，但是如果考虑到将来对污染物二氧化硫、氮氧化物、颗粒物、汞的控制要求，以及二氧化碳减排要求的话，加上可以通过多联产化工产品来降低成本，IGCC多联产就是将来的发展方向。
发改委领导认为应该多搞核电，这是对的，核电是要大量搞，但是满足不了国民经济发展对电力的需求。按照原规划，2020年核电装机容量达到4千万千瓦，即使再翻一番仍不能满足要求，煤的用量还是最大的，因此不能拿核电来否定煤基多联产，否定IGCC，而IGCC是多联产中的核心部分。发展核电在30年内不能解决我国的能源问题。我们算来算去还是要总账，中国在未来的几十年内到底要不要用煤，还要用多少。煤的地位不可动摇，怎么把煤用好是个不可回避的问题。
我自己体会到纯粹的IGCC优势是少一点。为什么不走IGCC多联产这一条道路呢？有电力投资公司人士在跟我交流时说，IGCC上面不批准，我就建议用IGCC多联产来申请项目，这样无论是从环境还是经济效益来看都好。
记者：在实现电力、煤炭、化工多行业协作方面，多联产面临怎样的障碍？
倪维斗：电力企业现在圈大量的煤矿，也开始搞煤化工。但对于化工企业做IGCC发电，就面临电上网的问题。如果发电规模太小，电力公司就不愿意吸纳，所以要把IGCC发电规模做大。其实多联产完全可以由电力公司和化工公司联合起来成立一个公司来做，由一个总工程师统一起来就可以了。实现煤基多联产应该从整体最优角度考虑，打破行业界限，使电力、化工等生产系统达到优化集成、降低生产成本，使煤的下游产品多样化。
IGCC多联产还面临电上网的问题。其实在国外太阳能等可再生能源是一家一户都能上网的。我国的电力是垄断行业，比较特殊，其它电源上网比较困难。这实际上是不对的。解决的办法就是让电力公司负责电上网的事。化工厂如果不跟电厂合作就只能产出自备电，自备电很可能用不完，这就是体制上的问题，不是技术上的问题。体制应该服从技术的发展，而不是倒过来！因此希望电力公司和化工公司一起做煤基多联产系统，电的部分由电力公司负责上网。
记者：您认为IGCC多联产现在面临的最大困难是什么？国家有什么资金支持吗？
倪维斗：现在国家发改委不批准IGCC发电，哪儿还有什么资金支持啊。很多电力公司想做，也做过计划，但是上面不批准，现在各个地方都在等着。不久前有个热热闹闹搞绿色煤电的项目，吆喝很高，但是没做起来。现在好多准备工作不好做下去，如设备投标、场地准备、人员准备、培训等。如国家不核准，这个项目的一百多号人的队伍也不能干活。没有能真正地发挥作用，“蹉跎岁月”，对国家、对人才、对发电公司都是很大的浪费。
特别值得重视的是，目前正值新一轮电力建设高潮，现在兴建的电厂将决定2020年以及以后的煤炭利用模式。但现在看来这些电厂的建设还是按照原来的老办法，IGCC发电挤不上去，现在电力公司愿意花钱建，但是发改委不批准。IGCC多联产是我国煤炭洁净利用的战略方向，市场也有需要，企业也愿意，我们着急就在这里。
万一IGCC多联产没赶上现在大规模兴建电厂这班车，因为根据环保的要求，最后还是不得不走到IGCC多联产上面去，到那时候就要花费更大的代价。虽然现在觉得贵可以不做，那就晚一点做，但晚一点做就得多花钱。因为技术路线锁定以后，如果再去重装改装更费钱了。建成后再改造不太容易。
我们错过这一时期，今后实施煤炭现代化战略将更为困难；继续按传统技术模式发展，将面临环境污染、能源安全、温室气体减排等一系列困难。如果延误过渡到以煤气化为基础的多联产技术的时机，将会显著增加将来中国治理空气污染的成本，难以控制未来的石油进口，并会大大增加减排温室气体的成本。在环保要求日益严格的条件下，多联产系统在经济上有优势。我国现代化的能源发展战略必须从现在开始考虑将来中国分阶段减排CO2的问题。
从应对未来需要的角度看，我国应当尽早开展多联产示范，并在整个装机容量中逐渐、适当地增加多联产的份额，以便增加应对未来实施减排的选择项和主动性，从全系统角度降低高增加成本的风险。这也是多联产在我国电力发展中的战略定位。
以煤气化为核心的多联产能源系统是我国可持续发展能源系统的重要组成部分，是一条符合我国实际的新型工业化道路，自主创新、跨越式发展的潜力很大。需要在国家发展和改革委员会、国家科技部的统一协调下，全局一盘棋，打破部门、行业界限，分阶段、按步骤予以实施！
（本文发表于《中国化工报》 2009年5月13日）
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