能源是人類社會發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，在人類終端消費中能源發(fā)揮著舉足輕重的作用。最近十幾年來，我國東北、華北地區(qū)秋冬季節(jié)持續(xù)的霧霾天氣引起了人們對環(huán)境質(zhì)量的普遍關(guān)注。我國煙塵、二氧化硫、氮氧化物、二氧化碳、一氧化碳等污染物2/3以上的排放量源于煤炭等化石能源的燃燒，煤炭的不清潔利用被認(rèn)為是霧霾天氣出現(xiàn)的最重要因素之一。2010年以來，山西省加強了對全省燃煤電廠排放的控制和監(jiān)管，分階段關(guān)閉了單機30萬kw及以下的非熱電燃煤發(fā)電機組，由于山西省是電力外輸大省，導(dǎo)致省內(nèi)電力供需矛盾加大。

2016年6月28日，國家能源局和環(huán)保部聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于印發(fā)2016年各省（區(qū)、市）煤電超低排放和節(jié)能改造目標(biāo)任務(wù)的通知》，山西省30萬kw及以上燃煤發(fā)電超低排放目標(biāo)為1602萬kw，發(fā)展超低排放燃煤發(fā)電技術(shù)符合國家能源發(fā)展戰(zhàn)略。與此同時，山西省煤層氣、天然氣等燃?xì)獍l(fā)電產(chǎn)業(yè)得到飛速發(fā)展。《山西省“十三五”戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》確定了2020年末燃?xì)獍l(fā)電產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略目標(biāo)，重點支持燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)項目建設(shè)，把發(fā)展煤層氣產(chǎn)業(yè)擺在了突出位置。

作為煤炭生產(chǎn)和消費大省，不斷改善能源結(jié)構(gòu)，合理發(fā)展燃煤發(fā)電和燃?xì)獍l(fā)電技術(shù)，對全省能源轉(zhuǎn)型跨越發(fā)展具有重要的社會意義和環(huán)境價值。本文介紹了山西省電力能源供應(yīng)格局，燃煤發(fā)電和燃?xì)獍l(fā)電的特點，在污染物排放數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，對如何進(jìn)一步深化燃煤發(fā)電和燃?xì)獍l(fā)電可持續(xù)發(fā)展提出了相應(yīng)的建議。

山西省能源及電力能源概況

1.山西省能源供應(yīng)格局

作為中國重化工基地和傳統(tǒng)能源大省，山西省一度形成以煤炭加工轉(zhuǎn)換、礦產(chǎn)品初加工為主導(dǎo)的經(jīng)濟(jì)增長結(jié)構(gòu)和高污染、高排放、高能耗的產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式。工業(yè)結(jié)構(gòu)的變動和資源稟賦的特征，決定了煤炭在山西省能源供應(yīng)中處于主導(dǎo)地位。在國內(nèi)燃?xì)馐袌龈咚侔l(fā)展的驅(qū)動下，山西省燃?xì)赓Y源的利用水平得以顯著提高。除了城市燃?xì)庵脫Q增長之外，新興的工業(yè)用氣需求也在燃?xì)馐袌鲋姓加泻艽蟮姆蓊~。

山西“十三五”規(guī)劃提出，未來五年將煤炭產(chǎn)量控制在10億t以內(nèi)，新能源占一次能源生產(chǎn)總量的比重由原來的5%提高至10%。通過能源供應(yīng)多元化，高碳能源低碳化的途徑推進(jìn)能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，促進(jìn)能源產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，已成為山西省能源發(fā)展的新常態(tài)，并引領(lǐng)我國在能源領(lǐng)域的轉(zhuǎn)型跨越發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計，2015年山西煤炭消費約4億t，天然氣、煤層氣等燃?xì)饫昧考s33億m3。目前，山西省已初步形成了以煤炭、煤層氣、天然氣、焦?fàn)t煤氣制氣、煤制氣、氫氣、頁巖氣、液化石油氣等為基礎(chǔ)的多元化、規(guī)模化能源供應(yīng)格局。

2.山西省燃煤發(fā)電的現(xiàn)狀與趨勢

作為煤炭資源大省，得天獨厚的資源優(yōu)勢使山西省電力結(jié)構(gòu)長期以來一直以燃煤發(fā)電為主，清潔能源占比較小，造成能源結(jié)構(gòu)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展不協(xié)調(diào)。在環(huán)保與節(jié)能政策的驅(qū)動下，省內(nèi)34戶主力煤電企業(yè)已有22戶逐步形成了“煤參電、煤控電、電參煤、煤電互參、組建新公司”的煤電聯(lián)營模式，通過技術(shù)改造，完全可以實現(xiàn)現(xiàn)有燃煤發(fā)電機組的超低排放。目前超低排放主要是在原有技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行改造與優(yōu)化，現(xiàn)有的燃煤發(fā)電機組均采取了煙塵控制措施，95%以上燃煤發(fā)電機組安裝了脫硫裝置，55%以上燃煤發(fā)電機組安裝了脫硝裝置，節(jié)能減排成果初步顯現(xiàn)。

水在燃煤發(fā)電過程中起著能量傳遞和介質(zhì)冷卻的雙重作用，節(jié)約用水對燃煤發(fā)電企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展極為重要。燃煤發(fā)電生產(chǎn)用水主要可分為熱力系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)兩大類。全膜水處理技術(shù)具有出水水質(zhì)穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)節(jié)能的優(yōu)點，在熱力系統(tǒng)鍋爐補給水工序中得到廣泛應(yīng)用。冷卻系統(tǒng)用水在燃煤發(fā)電中占有很大比重，沿海地區(qū)利用海水冷卻，用水量僅占直流冷卻的40%，解決了我國淡水資源短缺的問題，國內(nèi)需加大冷卻材料的研發(fā)力度。空冷技術(shù)比濕冷技術(shù)節(jié)水60%——70%，是山西省解決煤電企業(yè)缺水問題的有效措施，也是未來節(jié)約用水的發(fā)展趨勢。

煤炭清潔化處理是燃煤發(fā)電的重要環(huán)節(jié)，對煤炭利用率和經(jīng)濟(jì)效益具有重要影響。隨著國家對燃煤發(fā)電環(huán)保要求的不斷提高，煤炭洗選技術(shù)也取得了較為快速的發(fā)展，重介質(zhì)分選機、跳汰機、螺旋分選機等一大批先進(jìn)設(shè)備和新技術(shù)投入使用，為煤炭清潔化處理提供了重要保障。但我國在設(shè)備制造方面還不夠發(fā)達(dá)，很多大型選煤設(shè)備的耐用性和穩(wěn)定性都不達(dá)標(biāo)，仍然需要進(jìn)口。在煤炭清潔化處理技術(shù)方面，需要借鑒國外先進(jìn)技術(shù)，淘汰關(guān)停老、小機組，保證存量機組發(fā)電量，全面對新技術(shù)、新設(shè)備進(jìn)行推廣應(yīng)用，實現(xiàn)山西省電力產(chǎn)業(yè)提效目標(biāo)。

3.山西省燃?xì)獍l(fā)電的現(xiàn)狀與趨勢

我國埋深2000m以淺煤層氣地質(zhì)資源量約36.8萬億m3，山西省煤層氣儲量約占全國總量的1/3，為山西省燃?xì)獍l(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了便利條件。現(xiàn)有保德、古交、臨縣、昔陽、壽陽、大寧、長子、沁水等8個區(qū)塊的煤層氣已實現(xiàn)并網(wǎng)，日供氣量達(dá)到180萬m3。山西省內(nèi)雖然沒有天然氣資源，但有五條國家級天然氣主干管線過境山西，為山西省燃?xì)獍l(fā)電創(chuàng)造了豐富的天然氣過境氣源條件。

自2010年7月山西省政府提出“氣化山西”戰(zhàn)略以來，能源企業(yè)已成為構(gòu)建新型電力能源結(jié)構(gòu)的排頭兵。山西壽陽120mw級煤層氣發(fā)電機組、山西大寧32mw級礦井煤層氣發(fā)電機組、太原東山華能860mw級天然氣發(fā)電機組、太原嘉節(jié)電廠860mw級天然氣發(fā)電機等已投產(chǎn)運行;昔陽120mw級燃?xì)獍l(fā)電機組、保德燃?xì)?20mw級燃?xì)獍l(fā)電機組正在有條不紊推進(jìn)。燃?xì)獍l(fā)電在氮氧化物排放治理方面，研發(fā)出了低氮燃燒技術(shù)，正在進(jìn)一步推廣應(yīng)用。隨著全省燃?xì)獍l(fā)電裝機規(guī)模的不斷擴(kuò)大，山西省以煤電為主的電力能源結(jié)構(gòu)正在悄然發(fā)生轉(zhuǎn)變，燃?xì)獍l(fā)電將成為電力行業(yè)發(fā)展的新經(jīng)濟(jì)增長點。

燃煤發(fā)電和燃?xì)獍l(fā)電的特點

1.燃煤發(fā)電與燃?xì)獍l(fā)電技術(shù)

燃煤發(fā)電是指將煤炭或者煤矸石等的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的工藝過程。燃煤發(fā)電能量轉(zhuǎn)換過程是煤炭燃燒產(chǎn)生熱能，在電廠鍋爐、汽輪機和發(fā)電機及其輔助裝置的作用下轉(zhuǎn)換成電能。燃煤發(fā)電機組是燃煤發(fā)電的核心設(shè)備，主要由燃燒系統(tǒng)、汽水系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成。大容量、超（超）臨界燃煤發(fā)電機組在熱效率和供電煤耗方面有著明顯優(yōu)勢，得到了業(yè)內(nèi)人士的普遍青睞。研究表明，超（超）臨界機組的熱效率達(dá)到41%——48%，比同容量亞臨界燃煤發(fā)電機組的熱效率高3%——10%，供電煤耗也明顯低于其他機組，未來發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

燃?xì)獍l(fā)電技術(shù)是指利用天然氣、煤層氣等優(yōu)質(zhì)清潔能源發(fā)電的技術(shù)。燃?xì)饴?lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)具有效率高、污染小的優(yōu)點，是應(yīng)用最為廣泛的燃?xì)獍l(fā)電技術(shù)。其工作原理是燃?xì)膺M(jìn)入燃?xì)廨啓C燃燒室燃燒，產(chǎn)生高溫高壓氣流推動透平轉(zhuǎn)子和壓氣機旋轉(zhuǎn)，帶動發(fā)電機做功，輸出有效功發(fā)電;燃?xì)廨啓C排出的高溫氣體進(jìn)入余熱鍋爐把水加熱成高溫高壓蒸汽，推動蒸汽輪機旋轉(zhuǎn)做功發(fā)電。燃?xì)廨啓C、蒸汽輪機、發(fā)電機的轉(zhuǎn)軸相互連接，實現(xiàn)燃?xì)廨啓C、蒸汽輪機同時推動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)發(fā)電，輸出電能。燃?xì)獍l(fā)電機組運行靈活，能夠在30%——100%負(fù)荷下穩(wěn)定運行，調(diào)峰優(yōu)勢明顯。

2.燃煤發(fā)電污染排放情況

燃煤發(fā)電產(chǎn)生的粉塵、so2和nox等污染物嚴(yán)重污染環(huán)境，影響人們的正常生活。研究表明，在未來數(shù)十年內(nèi)這些污染物的排放總量依然較大。山西省2003年以后建設(shè)的燃煤電廠，提高了煤電企業(yè)的準(zhǔn)入門檻，采用gb13223—2003《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》。在新一輪的煤電整改過程中，太原二電廠、一電廠等燃煤發(fā)電企業(yè)已經(jīng)淘汰了一批落后設(shè)備，高效率、大容量、高參數(shù)的潔凈煤發(fā)電機組以及高效率的輔助設(shè)備如除塵設(shè)備、循環(huán)水泵、風(fēng)機、灰漿泵等已得到應(yīng)用。高新設(shè)備和技術(shù)的使用，提高了發(fā)電效率，降低了粉塵、so2、nox等大氣污染物的排放。經(jīng)過十余年的煤電升級改造，山西省基本達(dá)到國家環(huán)保部排放標(biāo)準(zhǔn)，但排放總量仍不容樂觀。以2015年為例，全國燃煤發(fā)電總量42102億kw·h，在排放達(dá)標(biāo)的情況下，煤電排放煙塵總量為310萬t，nox800萬t，so2800萬t。假設(shè)山西省剛好達(dá)到國家排放的標(biāo)準(zhǔn)，2015年山西省燃煤發(fā)電主要污染排放量中煙塵為74t/億kw·h，so2為190t/億kw·h，nox為190t/億kw·h。

控制電力產(chǎn)業(yè)污染減排是全面建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的重要內(nèi)容，需要持續(xù)進(jìn)行。近年來燃煤發(fā)電技術(shù)在污染排放方面取得了一系列進(jìn)展，部分企業(yè)實現(xiàn)了污染物的超低排放，但仍亟需大范圍淘汰產(chǎn)能落后的發(fā)電機組和設(shè)備，通過引進(jìn)先進(jìn)的脫硫、脫硝技術(shù)、新工藝和新技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，促進(jìn)電力產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。鼓勵保留下來的煤電企業(yè)在升級改造過程中向國際標(biāo)準(zhǔn)看齊，不局限于當(dāng)?shù)卣?guī)定的節(jié)能減排任務(wù)，積極追求更高的減排目標(biāo)。積極探索除塵、脫硫、脫硝減排過程中能使企業(yè)獲得利益的途徑，激發(fā)企業(yè)節(jié)能減排的積極性。

3.燃?xì)獍l(fā)電污染排放情況

以山西壽陽煤層氣熱電聯(lián)產(chǎn)項目為例，項目一期工程為120mw煤層氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組，年發(fā)電量7.23億kw·h。通過采用高空排放措施，污染物經(jīng)過遠(yuǎn)距離輸送、稀釋、擴(kuò)散，對項目附近環(huán)境影響甚微，使生態(tài)環(huán)境得到有效保護(hù)。項目能夠取代部分分散供熱小鍋爐，具有良好的環(huán)境效益，符合國家節(jié)能環(huán)保政策。每年可減排煤礦瓦斯5億m3，基本無so、煙塵排放，no排放濃度為50mg/m3，項目各排放指標(biāo)和國家允許排放指標(biāo)見表1。根據(jù)國家能源局提供的數(shù)據(jù)，煤礦瓦斯溫室效應(yīng)是so2的21倍，利用1億m3煤礦瓦斯相當(dāng)于so2減排150萬t。由此推算，項目每年可以減排二氧化碳750萬t。加快煤礦瓦斯（煤層氣）開發(fā)，提高利用率，可大幅度降低溫室氣體排放，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

表1 壽陽煤層氣發(fā)電機組污染物排放狀況

從燃?xì)獍l(fā)電各污染物排放指標(biāo)可以看出，燃?xì)獍l(fā)電機組基本無so2、煙塵排放，nox排放濃度較低，推廣燃?xì)獍l(fā)電技術(shù)對減少污染排放和霧霾防治具有重要意義。我國二、三線城市大型集中供熱系統(tǒng)沒有形成規(guī)模，供熱主要依靠分散的小鍋爐與家用小爐具，布局散亂、熱效率低，既浪費能源，又加劇環(huán)境污染。隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，建筑面積增加，給城市熱源和管網(wǎng)增加了很大的負(fù)擔(dān)，現(xiàn)有熱源和管網(wǎng)無法滿足今后增加的供熱需求，嚴(yán)重制約了城市的發(fā)展。燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)作為一種重要節(jié)能技術(shù)，不僅能產(chǎn)生電能還能產(chǎn)生熱能，是一種高效率的能源利用形式，具有節(jié)約能源、改善環(huán)境的綜合效益，可以考慮在山西省甚至全國進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

燃煤發(fā)電與燃?xì)獍l(fā)電的污染排放比較

對比燃煤發(fā)電和燃?xì)獍l(fā)電的污染物排放數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，燃?xì)鈾C組發(fā)電具有顯著的環(huán)保優(yōu)勢。與燃煤發(fā)電相比，燃?xì)獍l(fā)電機組平均可減排煙塵74t/億kw·h，so2190t/億kw·h，nox111t/億kw·h。以120mw級發(fā)電機組為例，燃?xì)獍l(fā)電每年比燃煤發(fā)電減排煙塵532t，so21374t，nox801t。這對于山西省甚至全國加快煤電節(jié)能減排改造具有顯著的示范效應(yīng)。此外，同等發(fā)電量下，燃?xì)獍l(fā)電技術(shù)排放的co2量僅為燃煤電廠的40%左右。

發(fā)展燃煤發(fā)電與燃?xì)獍l(fā)電的優(yōu)劣分析

山西省發(fā)展燃煤發(fā)電的優(yōu)勢在于煤炭儲量豐富，煤種多，煤炭運輸成本較低。通過燃煤發(fā)電污染排放數(shù)據(jù)分析不難看出，山西省燃煤發(fā)電污染排放即使全部達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)，累計排放量依然龐大，對生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重影響。空冷技術(shù)節(jié)水效果明顯，是山西解決煤電企業(yè)缺水問題的有效措施。隨著國家對環(huán)保要求的進(jìn)一步提高，煤電企業(yè)需要投入大量的資金用于節(jié)能減排，但是相關(guān)優(yōu)惠政策滯后，在上網(wǎng)電價不變而電煤價格上漲的情況下，如果補貼不到位，企業(yè)難以拿出更多精力減排。

山西省煤層氣儲量豐富，又有五條國家級天然氣主干管線過境山西，是山西省發(fā)展燃?xì)獍l(fā)電產(chǎn)業(yè)的一大優(yōu)勢。燃?xì)獍l(fā)電機組運行靈活，能夠在30%——100%負(fù)荷下穩(wěn)定運行，調(diào)峰優(yōu)勢明顯。采用低氮燃燒等措施后，燃?xì)獍l(fā)電煙塵、so2、nox等污染物減排，對項目附近環(huán)境影響甚微，能夠有效保護(hù)生態(tài)環(huán)境。燃?xì)獍l(fā)電成本較高，缺乏經(jīng)濟(jì)競爭力是燃?xì)獍l(fā)電大規(guī)模發(fā)展的瓶頸。為提高企業(yè)燃?xì)獍l(fā)電的積極性，可適當(dāng)提高燃?xì)獍l(fā)電的上網(wǎng)電價。鑒于燃?xì)獍l(fā)電企業(yè)的環(huán)保貢獻(xiàn)，相關(guān)部門可在稅收和政策方面給予一定傾斜。

山西省燃煤發(fā)電與燃?xì)獍l(fā)電的可持續(xù)發(fā)展需解決好煤炭與燃?xì)庵g的關(guān)系，根據(jù)山西省煤炭資源稟賦，大力推廣現(xiàn)有燃煤發(fā)電機組進(jìn)行超低排放以及余熱梯級利用。空冷技術(shù)廢水接近零排放，是山西省煤電企業(yè)節(jié)約用水的發(fā)展趨勢。煤炭清潔化處理技術(shù)改造，需要借鑒國外經(jīng)驗，淘汰關(guān)停老、小機組，保證存量機組發(fā)電量，實現(xiàn)山西省電力產(chǎn)業(yè)提效目標(biāo)。同時，整合省內(nèi)煤層氣、天然氣等燃?xì)赓Y源，鼓勵在人口密集的地區(qū)優(yōu)先建設(shè)一批燃?xì)獍l(fā)電和燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)項目，補充部分燃煤發(fā)電關(guān)閉的供電供熱缺口，并在全省有條件的地區(qū)進(jìn)一步推廣應(yīng)用。建議適當(dāng)加大氣電替代煤電比重，提高山西省燃?xì)饫寐剩瑴p少煙塵、so2、nox等污染物的排放，推動山西省及我國能源利用和發(fā)電方式的革新。

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