循环经济：火电厂转型发展之路

国家能源局原总工程师 韩水

火电发展现状及面临的挑战

我国以煤为主的资源禀赋决定了煤炭在能源构成中的地位，煤炭仍然是我们国家能源消费的主体，这点从国家领导一直到各个阶层都有共同的认识。从现在数据来看，以燃煤为主的火电承担着日益繁重的电网辅助服务任务，为电网安全运行和消纳新能源作出了巨大的贡献，同时火电企业也面临转型升级的压力。这几年循环经济发展过程中，找准了火电定位发挥优势弥补不足。

火电厂尽管取得了一些成绩，但是也面临诸多的困难和挑战：作为以化石燃料为主的传统生产模式，火电发展必然受到资源和生态环境的制约。电力市场化进程加快，火电参与市场竞争，要求企业加快生产和经营模式转型。火电作为基础产业为经济社会提供服务，同时社会也为火电企业分担成本，这些外部成本将逐渐转由火电内部消化。清洁能源的快速发展助推了能源转型升级，火电企业必须经历由大规模发展转向高质量发展的过程。

这里有几个约束。首先是煤炭消费的约束，要求在2020年一次消费比重由现在的62%下降到58%，还有三年的时间；其次是水资源的约束，水是制约我们煤电发展的主要因素；再次是生态环境的约束，有几个要求：“十三五”控制温室气体的方案要求大型发电集团单位供电的二氧化碳排放控制在500克，2016年的预计是580～600克，我问过几个发电厂，可能比这个数字要高，在700～800克左右。要求2030年非化石发电量占全部发电量比重50%，这个难度也非常大。我们承诺到2030年二氧化碳比2005年下降60%～65%，发改委对外承诺“十三五”期间单位GDP的碳排放降低18%，碳排放的压力非常巨大。

结构调整的压力，就是非化石能源在一次消费中的比重，我们测算2020年达到15%没有问题，但是到2030年达到20%问题就非常大。煤价从2017年初开始一直在高位，火电厂运营艰难，部分企业亏损，还听说亏损量比较大。火电厂的发电成本还会进一步提高，如果再考虑二氧化碳排放的限制，火电的发电竞争力会大大下降。

电力市场的压力也非常大，火电特别是煤电没有优先发电权，是靠竞争占据市场地位。辅助服务的要求，随着用电负荷峰谷差逐年增大，特别是市场化建设越来越好，要求火电厂提供辅助服务的愿望越来越高。以上是我们面临的挑战，这些挑战我们要能应对。

循环经济是火电厂转型发展的新模式

我们引入了循环经济，事实上循环经济很早就提出来，从2003年就有了一个《清洁生产促进法》，国务院也发了《关于加快发展循环经济的若干意见》。

国家发改委对循环经济的定义是：循环经济是一种以资源的高效利用和循环利用为核心，以减量化、再利用、资源化为原则，以低消耗、低排放、高效率为基本特征，符合可持续发展理念的经济增长模式，是对大量生产、大量消费、大量废弃的传统增长模式的根本变革。

循环经济的主要技术路线：第一就是资源的高效利用、资源的循环利用和废弃物的无害化排放。第二个层面主要是企业内部的循环以及产业园区内部企业和企业之间、产业之间、生产区域之间的循环。第三就是社会循环，实现经济效益、社会效益和生态效益的最大化。

我认为循环经济要与火电厂的发展相结合，主要是火电厂的利益和国家利益相统一，是火电厂化解传统生产和资源约束矛盾的最佳选择，是减少污染的有效途径，是提高经济效益和市场竞争力的重要措施，是能源供给和消费侧革命的客观要求，同时也是经济发展大局和回报社会的重要保障。循环经济是火电可持续发展的机遇。这些是我对循环经济重要意义的认识。

（一）内部循环

一是围绕减少燃煤。包括：实施汽轮机通流部分的改造、改变频调速；淘汰落后产能，退役、关停低效率、高污染火电机组；新建高效机组；热能回收利用，特别是上海外三电厂广义回热的利用等。要鼓励热电联产，以大代小，尤其要大力发展热电联产的背压机组。

二是节约用水。包括：排污水、脱硫废水等回收处理、再利用、充分利用本企业生活废水；在富煤贫水地区实施燃煤提水技术，既可减少电厂对水资源的依赖，又可以提高发电效率；在富煤贫水地区建设空冷机组，可减少电厂对水资源的使用。我们国家保护水资源和火电厂内部节水工作做得非常好，据不完全统计，2016年是每千瓦耗水率1.3千克，世界领先。我们的空冷机组使用率接近20%。

三是综合利用废弃物。废弃物发电，我所知道的废弃物发电有煤层气发电、煤矸石发电、余热发电、生物质发电、垃圾焚烧发电等。实施清洁燃烧和脱硫、脱氮、烟气除尘治理，使烟气排放达到规定的标准；实现真正意义上的发电废水零排放，脱硫废水、除灰水、排污水全部回收利用；全部粉煤灰和渣实现综合利用；全部脱硫石膏的综合利用；回收直排循环水的热能，减少循环水对江河湖海的热污染。

（二）与相关行业耦合循环

一是热电联产。通过改造，提高已建热电联产机组的供热能力，扩大已建热电联产机组的供热面积。淘汰效率低、污染大的分散式热电联产机组，建设效率高、污染小的集中式热电联产机组，改分散供热为集中供热。鼓励建设背压机组供热替代分散燃煤锅炉供热。石油化工、纺织印染等符合国家产业政策的，以供热需求为主的企业应建设热电联产自备机组。

二是综合利用。粉煤灰综合利用，用于水泥、制砖、筑路、净化等。石膏综合利用，用于装饰材料、建筑材料、盐碱地复垦等。余热利用，用于循环水供热、循环水养殖等。

三是废弃物发电。煤层气发电。煤炭生产过程中产生的瓦斯，经回收可用于发电；煤矸石发电。煤炭生产过程中产生的矸石，可用于发电；余热、压、气发电。钢铁、冶金、石油、化工等行业在生产过程中产生的余热、余压和余气可用于发电；生物质发电。木屑、秸秆、谷壳、甘蔗渣等农林和农产品废弃物可用于发电；垃圾焚烧发电。垃圾收集后，热值较高的可用于发电。

（三）参与全社会的循环

一是耦合发电。耦合生物质发电。燃煤机组直接掺烧、气化掺烧或直接燃烧农林、农产品废弃物发电。生物质能源国家每年总量有4.6亿吨，但是我们使用率只有7.6%，现在北部地区还在焚烧秸秆等生物质。生态循环，就是燃煤电厂参与社会的循环；耦合污泥发电。燃煤机组掺烧水处理污泥发电；耦合垃圾发电。燃煤机组掺烧或直接燃烧垃圾发电；耦合光热发电。

二是生态循环系统。利用燃煤烟气脱硫石膏改良盐碱地，一方面变盐碱荒地、低产田为良田，另一方面解决了每年数以千万吨计的脱硫石膏的处置问题，减少了占地及二次污染，实现了变两废为一宝，是真正的循环经济；生物质燃烧利用过程中排放的二氧化碳与生物质生长过程中光合作用所消耗的二氧化碳相平衡，因此生物质能是一种二氧化碳零排放的清洁能源；土地、能源、环境（固碳、减排——气候变化，废弃物处置），以土壤改良为龙头，生物燃料为核心的生物质能源——生态农业循环经济系统。

三是综合利用循环系统。随着城镇化建设逐步深入，集污水处理、垃圾发电、生物质发电、集中供热为一体的综合性环保电站可以优化资源利用，减少环境污染，提高城市服务质量。

四是灵活性改造。灵活性改造有利于火电厂提高市场竞争力，降低发电成本。灵活性改造分成两个部分，一个是运行灵活性，运行灵活性快速启停还有深度调峰、快速爬坡；另一个是燃料灵活性的改造。灵活性改造不仅仅是指运行侧，也指燃料侧，我们到丹麦去学习，实际上重视的是燃料侧的灵活性改造。

发展循环经济要依靠科技创新

主要有高效煤电技术、清洁煤电技术、提升灵活性和废弃物发电、新型煤基发电技术。这方面我们都有标志性的示范基地和示范电站，也包括现在的示范工程。

刚才华润电力胡敏总裁说利用冯伟忠的技术，在华润铜山一期30万千瓦机组进行的亚临界升温改造，排放能降30克、达到280克。现在国家30万以上亚临界机组有943台、3.57亿千瓦，占比是36.4%，是火电的主力机型，升级改造的任务非常重。早先我们尝试过亚临界机组跨代改造，造价太高被叫停了，因为不符合我们节能改造的要求，不具有经济性。现在铜山搞的亚临界升温改造如果成功了，不仅对我国影响重大，对世界也有重大影响。很高兴华润电力明年就能完成第一台改造。

高效发电是指提高参数发电。华能集团承担了700度材料研究，但700度材料商业化运用还很遥远。我们提出在“十三五”是630度，这是在材料技术能够满足要求的情况下，我们发展630度超超临界技术，包括国电（现在的国能投）泰州电厂二期的2台100万千瓦机组。

清洁发电就是超低排放改造。“十三五”期间，预计全国将累计实施超低排放改造5.8亿千瓦，到2020年，煤电行业主要大气污染物的排放量下降约60%。到2020年，全国所有具备改造条件的燃煤电厂力争实现超低排放（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）。这个任务预计可以完成。除了超低排放对大气污染改造，我们要综合解决水资源污染、土壤固体排放污染和重金属污染问题，尤其是废水对环境的污染，还有重金属特别是汞对环境的污染，这些问题也逐渐提到了日程。

在全国煤电机组全面实施超低排放改造的同时，约有1.1亿千瓦的机组无法实现超低排放，可通过技术攻关解决：一个是循环流化床锅炉超低排放改造，我们希望加快对循环流化床超低排放的改造。一个是西南地区的高硫煤W型锅炉超低排放改造，这是国家在超低排放中留下的两个遗憾，希望加大科技攻关力度，这也是循环经济的一个重要组成部分。

煤炭清洁高效利用的重大科技专项有很多，包括：华能集团的新型高碱煤液态排渣锅炉关键技术，国电电力的超低氮氧化物煤粉燃烧技术，浙江大学的燃煤过程有机污染物排放控制技术，华中科技大学的富氧燃烧高效低成本运行关键技术与示范以及燃煤过程中砷、硒、铅等重金属的控制技术等。

清洁发电还有新型煤基发电。以煤的低碳发电技术为主攻方向，主要围绕大型煤气化发电技术、煤的清洁燃烧技术、煤基二氧化碳减排技术等研发新型煤基发电模式。发展的重点是降碳，我们做的第一个就是IGCC发电示范基地，现在还在总结，关键是要论证IGCC在中国是否还要继续。第二个攻关项目就是整体的燃烧循环，以燃料电池发电为主攻方向，围绕固体氧化物燃料电池技术、熔融碳酸盐燃料电池技术、直接碳燃料电池技术等研发新型煤基发电模式。IGFC在日本都做过示范基地，我们国家还没有，我们认为这也是循环经济当中非常重要的一个示范。

煤电的灵活性改造，主要是提高运行灵活性和燃料灵活性。提高运行灵活性，就是提高已有煤电机组（包括纯凝与热电）的调峰幅度、爬坡能力以及启停速度，为消纳更多波动性可再生能源，灵活参与电力市场创造条件。提高燃料灵活性，就是利用已有的煤电设备，掺烧/混烧生物质（秸秆、木屑等农林残余物和城市污泥），实现生物质原料的清洁利用，减少大气污染。依据成本选择使用不同品种（品质）的燃料。

技术路线包括：采用蓄热技术实现热电机组热电解耦运行；运行调试、设备优化和控制系统优化，降低锅炉最小稳燃负荷、减少机组出力；机组的启动优化，负荷率提升能力优化，低负荷运行效率优化等。

综合利用粉煤灰。目前粉煤灰利用还不广泛，特别是经济不发达地区，我们曾经对粉煤灰厂污染黄河做过一次调查，确实粉煤灰没有利用，特别是满了以后风一刮对环境影响特别大，粉煤灰还要加大综合利用，以及二次污染治理，特别是里面含的重金属。

石膏的利用。燃煤电厂烟气脱硫产生的石膏可以用来改良盐碱地。

还有三余发电。我国火电中余热、余压、余气发电占比较小，装机容量仅占2.3%，发电量占2.5%，我国高耗能产业较多，三余发电大有可为，这也是参与社会循环的非常重要的方面。

废弃物耦合发电，特别是生物质耦合发电。耦合发电具有造价低、效率高、污染小的优点，鼓励火电厂因地制宜，开展耦合农林、农产品废弃物，垃圾焚烧、光热和煤层气发电等技术。现在有多条路线，生物质成型燃料、气化的技术路线、独立破碎燃烧的技术路线等。国外专家不太理解，为什么中国对气化感兴趣？我们认为气化是可以得到补偿或者是补贴电价。有些耦合技术，计量还有困难，计量标准是非常重要的。另外应该注意耦合发电还有一个关键的技术就是掺烧比例。

国家应对火电厂循环经济给予政策支持

火电厂循环经济关系到电力工业健康、可持续发展，关系到全面实现小康社会和民族复兴大计。政府行业主管部门应负责火电厂循环经济的组织领导，制定政策、组织科技攻关、实施试验示范。

我们认为循环经济需要政府导向，要组织领导、法规制度、价格资金、科技攻关等方面的支持。要从攻关阶段就开始立项科研经费；试验示范阶段也要给一些政策；推广阶段要出台一些政策特别是电量市场交易权重等。

发展背压机组非常重要，关键在政策落实。对待背压发电，应该规定：装机容量不受国家燃煤电站总量控制目标限制，不占火电装机总量控制指标；鼓励社会资本以多种投融资模式参与建设；鼓励背压热电企业组建售电公司，对其供热范围内的用户开展售电、售热综合性业务；容量电价以各类采暖型背压燃煤热电联产机组平均投资成本为基础，电量电价执行本地区标杆电价；实行发电优先上网、电量全额优先收购；与其他热源同等的补贴支持政策等。

提升电力系统调节能力。电源侧要规划布局一批抽蓄、燃气调峰电站、供热电站和蓄能设施，通过火电灵活性改造提高在役机组调节能力。健全辅助服务市场机制，调动各方参与调峰积极性。电网侧要优化电网建设，加强网源协调；增强受端电网适应性；增加跨省跨区网络互济能力；改进电力灵活调度方式，提升智能水平，加强区域资源调剂优化。负荷侧要加强电力需求侧管理，建立需求侧参与系统调节机制。建立峰谷分时电价，鼓励可中断负荷、电动汽车、用户侧储能等措施参与调峰，推动电能替代。

建立节能低碳电力调度管理办法。鼓励火电机组深度调峰，鼓励清洁能源优先发电，鼓励火电高效清洁发电。要明确各类电源调度顺序：煤电机组中，亚临界机组优先深度调峰和轮停，超超临界机组原则保持70%以上负荷率；提高清洁高效电厂负荷率，进一步优先调度非化石能源发电和高效清洁煤电，这个政策对循环经济的影响也是非常巨大的。

激励机制建议。针对耦合发电和调峰辅助服务市场，区分试点阶段和推进阶段，分别实行不同的激励政策，如补偿机制和两个细则的考核。对耦合发电的鼓励政策应该包括优先发电权，发电价格还有政府补贴，这样才能保证企业和社会的经济效益。

节约资源，保护环境，循环利用是循环经济的精髓。火电厂作为传统模式生产电力的企业，一直致力于依靠科技进步和管理创新，把节能增效、减少排放、综合利用视为提升企业综合竞争力和管理水平的常规工作。如今，循环经济赋予了火电厂这些常规工作新的含义，使火电厂的视野由企业层面延伸到其他行业乃至全社会，我们的工作更有意义，更有成就感。发展循环经济是火电厂振兴之路。