中国洁净煤技术发展面临的挑战

CCT 2001.3 1 中国洁净煤技术发展 面临的挑战 俞珠峰 二00六年七月 CCT 2001.3 2 目录 g中国近几年能源消费情况 g中国面临的能源问题 g中国的能源发展战略 g中国发展洁净煤技术的作用 g中国洁净煤技术发展面临的挑战 g中国洁净煤技术发展所需的支持 g结论 CCT 2001.3 3 中国近几年能源消费情况 0 2 0 0 0 0 4 0 0 0 0 6 0 0 0 0 8 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 2 0 0 0 0 1 4 0 0 0 0 1 6 0 0 0 0 1 8 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 1 9 9 0 1 9 9 5 2 0 0 0 2 0 0 1 2 0 0 2 2 0 0 3 2 0 0 4 万t c e 原 煤原 油天然气水 电 g随着中国经济快速增长，近些年能源消费总量快速上升 一次能源消费构成变化情况 来源：2005年中国统计年鉴 CCT 2001.3 4 g一次能源消费结构中煤炭比例上升，但终端能源结构中煤炭比 例下降 coal 67% hydro 7% gas 3% oil 23% 0.0% 10.0% 20.0% 30.0% 40.0% 50.0% 煤 炭 及 制 品石 油 及 制 品电 力热 力天 然 气 2 0 0 0 2 0 0 3 终端能源消费构成及变化 来源：2005年中国统计年鉴 2004年一次能源消费构成 来源：2005年中国统计年鉴 中国近几年能源消费情况 CCT 2001.3 5 其中：其中： 煤煤炭：炭：2929- 3030亿吨亿吨 石石油：油：4.55.54.55.5亿吨亿吨 天然气天然气 ：1800200018002000亿亿mm3 3 发电装机：发电装机：11121112亿亿KWKW g要满足2020国内生产总值比2000年翻两番的目标 n2020一次能源需求总量将翻一番，达到约30亿tce。 1 6 . 6 1 8 . 8 1 7 . 5 1 7 . 81 8 6 2 . 4 7 6 . 2 7 2 . 8 6 6 . 5 4 7 . 7 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 9 9 02 0 0 02 0 1 02 0 2 02 0 3 02 0 4 02 0 5 0 年 % 煤炭 石油 天然气 水能 核能 中国未来能源需求预测 CCT 2001.3 6 中国面临的能源问题 g能源供应问题 n能源供应紧张 ?区域性能源紧张问题严重 n能源安全问题 ?主要石油安全供应问题 n能源经济问题 ?与能源品种相关的能源成本问题 ?大量能源生产需要的经济投入 ?高质量的清洁能源需要大量经济投入 近年中国石油供应结构 来源：中国统计年鉴、中石油和化工协会 - 50.0 0.0 50.0 100.0 150.0 200.0 250.0 300.0 350.0 1990 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 Mt 国内生产量净进口量 CCT 2001.3 7 中国面临的能源问题 g能源环境问题 n SO2、酸雨问题 ?是世界上最大的 SO2排放国； ?酸雨面积占国土面积30%。 ?每年造成经济损失上亿元。 n 粉尘、颗粒物、可吸入物 ?困扰大城市和北方城市 ?63.2%城市超过国家二级标准 （0.20mg/m3） n NOx、N2O、光化学现象 n 温室气体排放 历年我国S O 2排放量 2 2 . 5 5 2 1 . 5 9 1 9 . 2 7 2 0 . 9 2 2 . 6 6 2 3 . 7 1 9 . 4 81 9 . 9 5 1 5 1 7 1 9 2 1 2 3 2 5 1 9 9 51 9 9 61 9 9 71 9 9 81 9 9 92 0 0 02 0 0 12 0 0 22 0 0 3 2 0 0 4 S O 2 排放量，M t 历年我国烟尘排放量 1 0 . 9 5 1 0 . 4 9 1 0 . 1 3 1 4 . 5 2 1 5 . 7 3 1 7 . 4 4 1 0 . 5 9 1 1 . 6 51 1 . 5 9 8 1 0 1 2 1 4 1 6 1 8 1 9 9 5 1 9 9 6 1 9 9 7 1 9 9 8 1 9 9 9 2 0 0 0 2 0 0 1 2 0 0 2 2 0 0 3 2 0 0 4 烟尘排放量，M t CCT 2001.3 8 能源可持续发展的三个基准 g 用3个基准衡量能源对于可持续性发展的贡献 1. 满足需求的可获得性 2. 用户端的可到达性和可负担性 3. 社会的可接受性和兼容性 CCT 2001.3 9 g可获得性 n节能 ?人均能源资源量低 ? 石油、天然气、煤炭探明可采储 量分别为世界平均值的11.1%、 4.3%和55.4% ?人均能耗水平低 ? 为世界平均水平近一半，OECD国家 的1/6，美国的1/11 ?单位GDP能耗高 ? 能源的70%以上用于工业。 ? 钢铁、有色、电力、化工等8个高耗 能行业的单位产品能耗比世界先进 水平平均高40% ? 单位建筑面积采暖能耗相当于外气 候条件相近发达国家的2- 3倍 能源可持续发展的三个基准 可获得性 0 2 4 6 8 1 0 人均能耗，t o e / 人 1 9 8 01 9 8 51 9 9 01 9 9 51 9 9 9 中国人均能耗与世界比较图 中国世界平均O E C D美国 满足需求 节能、增加供应量 CCT 2001.3 10 1.4 1.642.56 47.62 （估算） 天然气 （Trillion m3） 5.9610021300102100石油（Mt） 92.720400010421005570000煤炭（Mt） 占目前全国探明 可采储量的比例% （按同等发热量） 探明可采储量探明地质储量资源量 n增加能源供应量 ?中国能源资源 ? 化石能源探明储量中煤炭占 92.7% ? 煤炭的可获得性最好，是可靠的能源 能源可持续发展的三个基准 可获得性 来源：中国资源利用战略研究，刘江，中国农业出版社，2002.11 中国化石能源探明可采储量 CCT 2001.3 11 能源可持续发展的三个基准 可获得性 n 世界石油和天然气资源 两种资源、两个市场 ?世界石油储采比41年。探明储量中 国占2.1%，美国占2.7%。 ? 2003年全球消费36.36亿吨，中国占 7.6%，美国占25.1%。 ?世界天然气储采比67年。中国储量 占1%，美国占3%。 ? 2003年全球消费261.9亿M3,，中国 占1.3%，美国占24.3%。 ?近年国际纷争都围绕着石油 ?全世界关注中国2020年石油需求 2003世界天然气探明储量175.78万亿M3 9 . 2 % 8 . 9 % 8 . 9 % 5 . 5 % 4 . 2 % 6 3 . 3 % 中东 欧洲及欧亚大陆 南美和中美 非洲 北美 亚太地区 2003世界石油探明储量，11477亿桶 3 5 . 4 % 7 . 8 % 7 . 7 % 4 . 2 % 4 . 1 % 4 0 . 8 % 中东 欧洲及欧亚大陆 南美和中美 非洲 北美 亚太地区 来源：BP世界能源统计2004 CCT 2001.3 12 n世界煤炭的可获得性 ?世界煤炭储采比192年。 ?探明储量中国占11.6%，美国占 25.4%。 ?2003年全球生产25.19亿toe, 中国占33.5%，美国占21.7% ?全球消费25.78亿toe，中国 占31.0%，美国占22.3% 。 3 4 . 2 % 7 . 4 % 5 . 3 % 2 4 . 8 % 2 8 . 1 % 0 . 2 % 中东 欧洲及欧亚大陆 南美和中美 非洲 北美 亚太地区 2003世界煤炭探明储量9844.53亿吨 能源可持续发展的三个基准 可获得性 CCT 2001.3 13 能源可持续发展的三个基准 可达到性 中国几个城市的能源可供性及经济性比较 油品和重油天然气煤炭 天然气油品和重油煤炭 天然气是煤炭的3倍多 天然气 油品和重油 煤炭 天然气是煤炭的近4倍 同等热值能源价格比 2200元/t2200元/t2200元/t轻油 1500元/t1500元/t1500元/t 重油 (41.80 MJl/kg) 1.2元/m32.1元/m31.8元/ m3 天然气 (35.32 MJ/m3) 120元/t（自产高硫煤） 300元/t以上（外地购进） 350元/t左右260元/t左右 煤炭 (20.90 MJ/kg) 主 要 能 源 价 格 油制品、天然气、煤炭、水能、 沼气 油制品、天然气、煤炭 油制品、天然气、煤炭、部 分可再生能源 可供能源 重要能源消费城市 自产高硫煤、天然气和水能 主要能源消费城市 能源输入，远离能源产地 首都，2008奥运会举办城市 能源主要靠外供 重庆上海北京 来源：城市能源价格调查 g可达到性和可负担性 n能源安全供应：国内国外资源、能源储备、运输保障 n能源经济问题可负担性 CCT 2001.3 14 ?国际煤炭价格有很强竞争优势 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 198719921997200220072012201720222027 US$/tce 原油 天然气 煤 实际的和预测的国际燃料价格，19872030 能源可持续发展的三个基准 可达到性 来源：WEC报告 IEA和WECIIASA预测 煤炭占世界能源供应比例： 2000年 26 %, 2010 25%， 2020年 24 %, 2050 年22 % 世界煤炭需求总量将上升 CCT 2001.3 15 g各国能源消费结构取决于资源条件和经济条件 n世界能源消费总量居前十位的国家 ?美国、中国、俄罗斯、日本、德国、印度、英国、韩国、巴西和伊 朗，共消费世界58.3%的能源。 能源可持续发展的三个基准 可达到性 以石油为主国家：沙特( 56%)、韩国( 51%)、日本( 48%)、巴西( 48%)、 美国( 46%)、德国(39%)石油生产国或经济发达国家 以天然气为主国家：阿尔及利亚 (70%)、俄罗斯 (55%)、伊朗 (52%)、 英国(39%) 天然气生产国或经济发达国家 其中以煤炭为主国家：中国 (66%)、印度(56%) 煤炭生产国和发展中国家 煤炭消费量居前六位：中国、美国、印度、日本、俄罗斯、德国 石油消费量居前六位：美国、中国、日本、俄罗斯、德国、韩国 天然气消费居前六位：美国、俄罗斯、英国、德国、韩国、日本 CCT 2001.3 16 g社会利用能源所考虑的问题 ?可支撑经济发展 ?能满足日益增长的人民生活需求 ?IEA: 到2030年, 无法得到能源或能源来源不稳定的人口数减少一半 ?可满足不断严格的环境需求 ?区域环境：减排SO2、TSP、PM10、PM2.5，符合污染物排放标准 ?全球环境：减缓气候变化 ?提高燃烧效率：目前 ?碳埋存: 正在进行研发，2020之后应用 能源可持续发展的三个基准 可接受性 CCT 2001.3 17 中国能源发展战略 g节约优先、立足国内、煤为基础、多元发展 g国民经济和社会发展第十一个五年规划（纲要） n优化生产和消费结构，构筑稳定、经济、清洁、安 全的能源供应体系 n有序发展煤炭生产 n积极发展电力 n加快发展石油天然气 n大力发展可再生能源 CCT 2001.3 18 加强节能 提高能效 以煤为主 多元化发展 可再生能源和 氢能利用 能源/技术发展 节 能 和 提 高 能 效 洁 净 煤 技 术 石 油 安 全 体 系 先 进 核 能 技 术 大 型 水 电 工 程 电 力 输 配 系 统 可 再 生 能 源 利 用 氢 能 与 燃 料 电 池 中国能源发展战略 CCT 2001.3 19 g美国能源结构调整 n增加本国石油、天然气、煤炭和电力产量 ?2002年美国能源消费总量2293.0Mtoe ?石油39%、天然气26%、煤炭24%、核电8、水电3% ?2002年煤炭产量9.40Mtce，世界第一位，占世界总量23.7% n发展以煤炭为基础的洁净煤技术 ?美国能源资源：石油40年，煤炭220年 ?煤炭目前最廉价，不少洁净煤技术已实现商业化 n今后10年拿出100多亿美元，加强能源基础设施建设 ?其中用于煤炭清洁燃烧技术的开发和应用占20亿美元 CCT 2001.3 20 g提高能源效率，减少能源消费总量 ?燃洗选加工煤，提高燃烧效率 ?超临界机组效率发电可达42- 45%； ?IGCC供电效率达45以上； ?先进工业锅炉技术，可提高锅炉热效率20个百分点。 g减少环境污染 ?选煤可降低煤灰分5080%，脱硫约40%。洗100Mt动力煤，可减排SO2 600 700Kt，去除矸石1015Mt，还可减少大量无效运输。 n循环流化床燃烧劣质煤，实现炉内脱硫，脱硫率8090； n采用烟气净化技术可实现燃烧后脱硫，脱硫率达90以上。 n多联产：提高能源效率，实现资源综合利用，减少污染 中国发展洁净煤技术的作用 CCT 2001.3 21 g以本国资源为主，满足未来能源需求，保障能源安全供应 n石油和天然气不能满足日益增长的市场需求 n近期内，可再生能源不可能成为主要消费能源 g改变终端能源消费结构 n将更多的煤炭转化为电力和油、气 g提高中国能源/技术水平，逐渐实现合理化 n现行工业结构以煤为基础能源, 许多技术水平落后 ?煤炭提供约75%的工业燃料, 75%的电力, 60%的化工原料 ?淘汰污染大、效率低下的工艺、技术和设备 g以较低的成本保障经济发展和运行 n实现能源、经济、环境协调发展 n带动相关产业发展，促进区域经济发展 中国发展洁净煤技术的作用 CCT 2001.3 22 g以保障能源安全供应为主线，协调解决资源供应短 缺、利用效率低下和环境污染严重三大问题 g三大类发展方向 n节能提效、减少污染 清洁燃烧及发电 n替代燃料油、弥补石油短缺 煤化工 n跟踪世界未来技术发展 多联产 中国洁净煤技术发展面临的挑战 CCT 2001.3 23 煤炭的清洁燃烧及发电 g目标：节能提效、减少污染 g工作方向1：提高燃煤质量 n2002年中国商品动力煤平均硫分约为0.8，平均灰分23.0%。近 两年由于煤炭供应紧张，产品质量有所下降。 n选煤 ?三种主要工艺，跳汰、重介、浮选。 ?2005年全国原煤入洗量近700Mt ，其中国有重点煤矿的原煤入洗量 394Mt，较2002年增长78.3%。动力煤入洗量少。 n配煤 ?现有动力配煤生产线约300余条（其中近40%为电厂自备），年生产能 力5000多万t，年生产配煤量达4000多万吨。 CCT 2001.3 24 n煤炭加工技术将得到快速发展 ?能量效率均大于95%； ?所需投资和成本均较低； ?燃用洗选煤可提高效率、减 少污染物排放、降低锅炉维修 成本,不会显著增加总成本 ?随着西部大煤田的开发，大 型高效选煤厂会逐渐增多； ?到2010年原煤入洗量有可能 达到10亿吨。 投资和产品成本 0 3 6 9 1 2 选煤型煤水煤浆配煤 投资和产品成本（元/ G J ) 投资 元/ G J产品成本 元/ G J 煤炭加工技术的投资和成本 煤炭的清洁燃烧及发电 CCT 2001.3 25 煤炭的清洁燃烧及发电 n工作方向2：发展高效燃煤技术和脱硫技术 ?超临界机组+烟气脱硫 ? 近两年新上电厂大部分用超临界机组，300MW和600MW级超临界机组 成为主力机组。 ? 国产600MW超临界燃煤示范电站 河南沁北电厂于2004年底并网发电， 国产1000MW级超超临界参数示范 浙江玉环电厂正在建设之中。 ? 国家要求新上机组必须安装脱硫装置FGD。 ? 石灰石- 石膏法脱硫技术已实现自主知识产权，投资下降至200元/KW。 ? 截止2003年底，已建成、正在建设及已招标烟气脱硫装置的总装机容量 约45315MW，约占总装机容量的16%，其中石灰石- 石膏湿法脱硫占 FGD总容量的84.2%。 CCT 2001.3 26 煤炭的清洁燃烧及发电 ?循环流化床燃烧技术（CFBC） ?是中国未来发电技术的重点发展方向之一，主要用于劣质煤电 厂和热电联产。 ?容量最大的300MW等级循环流床锅炉的示范工程正在四川内 江白马电站建设中。 ?国产容量200MW以下的CFB锅炉已实现商业化应用， 300MW 容量自主知识产权的CFB锅炉正处于研发和生产阶段。 CCT 2001.3 27 煤炭的清洁燃烧及发电 g未来燃煤发电 n预测2020年发电量需求5.32万亿kWh ，装机11.1亿kW，其中煤电装机5.8 亿kW，占63%；耗原煤18亿吨，占全 国62%。 n随着煤炭价格升高，对大机组，超临 界机组具有竞争优势；对小机组，循 环流化床锅炉竞争力强 n国家发展布局：对新增燃煤机组，以 超(超)临界 (配套FGD)为主力机组， 以CFBC发电机组作为补充。将重点 发展超临界机组配烟气脱硫 效率比较 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 超临界循环流化床常规亚临界 供电效率（% ） 成本比较 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 01 0 02 0 03 0 04 0 05 0 0 煤价（元/ t ） 成本（元/ M W . h ） 6 0 0 M W 超临界发电 6 0 0 M W 常规亚临界发电 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? CCT 2001.3 28 煤炭转化技术 煤化工 g目标：替代部分燃料油、弥补石油短缺 n中国政府于2005年底开始加强替代石油战略研究。发展重点将放在煤基 液体燃料和生物质液体燃料。全国发展煤化工热情很高。 n煤炭气化 ? 在用气化技术：固定床气化（鲁奇炉） 、流化床气化、气流床气化（ Texaco 、Shell、GSP等） ? 干煤粉加料的Shell技术和GSP技术正在引进之中 ? 已具有自主知识产权水煤浆多嘴气化技术 ? 中国是国外煤气化技术转移的重点市场。 CCT 2001.3 29 煤炭转化技术 煤化工 n煤炭液化 ?直接液化： ? 开发了纳米级煤液化催化剂。 ? 在上海建成6t/d工艺开发装置， 2005年10- 11月连续投煤18天， 共消耗原煤105.9吨。得到过渡油品16.1吨，石脑油6.1吨，柴油 29吨，成型残渣29.7吨。 ? 神华煤液化示范工程正在内蒙鄂尔多斯市建设。一期三条生产 线，总规模300万吨/年。一期第一条生产线100万吨/a将于2008 年投产，重点解决大型工程装置的技术和工程建设问题。 液化油成品油 煤 加氢提质加工 CCT 2001.3 30 ?间接液化 ? 中科院山西煤化所的低温浆态床FT合成技术，已开始建设1 6 万吨 / 年工业示范工厂。 ? 兖矿集团的低温浆态床FT合成技术，已建成5 0 0 0 吨油品/ 年中试 装置，2 0 0 4 年连续运行4 7 0 6 小时；正在进行1Mt/a间接液化示范厂 建设的前期准备工作。 ? 兖矿集团的高温浆态床FT合成技术，正在进行中试装置的建设。 煤炭转化技术 煤化工 煤 气化精炼合成 合成油合成气成品油 CCT 2001.3 31 煤炭转化技术 煤化工 n煤制甲醇及下游产品 ?全国甲醇总生产能力约600万t/a，在建规模大 ?甲醇制取石油化工替代品（二甲醚、烯烃、燃料油等）成为新 方向 ?燃料甲醇的示范应用（M15、M85、M100）正在山西、河南、 四川、陕西等省进行。山西省有几百辆甲醇燃料车在运行 ?已生产出二甲醚燃料样车；二甲醚作为民用燃料替代LPG正在 进行示范应用。 g20102020年将是中国煤化工产业化主要发展时期。 g到2020年，有可能形成3000- 5000万吨的石油替代能力。 CCT 2001.3 32 n预计2020年，原油总需求量为4.5- 5亿吨，供需缺口2.5- 3亿吨 。 煤炭转化技术 煤化工 能量效率比较 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 直接液化低温合成二甲醚 转化技术 能量效率（% ） 煤耗 0 0 . 0 1 0 . 0 2 0 . 0 3 0 . 0 4 0 . 0 5 0 . 0 6 0 . 0 7 0 . 0 8 直接液化高温合成低温合成甲醇二甲醚 煤耗（t c e / G J ) 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 直接液化低温合成二甲醚 投资和运行成本（元/ G J ) 投资产品成本 财务内部收益率 0 5 1 0 1 5 2 0 直接液化低温合成二甲醚 I R R ( % ) CCT 2001.3 33 煤基多联产 g目标：跟踪世界未来技术发展 n多联产系统煤气化、化工合成、发电等单元的联合，特点是高效、 灵活、洁净、经济 nI G C C 煤气化