世界能源现状及分析

1、世界能源现状及分析一一兼谈燃煤发电的开展与应用化学化工学院 20620211152180 安晓鸣一言以蔽之,当前全世界的能源使用结构仍然是以石油、天然气和煤三大传统能源为主,辅之以核能、风能、生物质能等清洁能源,并大力开发新能源.石油、天然气资源将在 2050年前被罄尽的看法已被公认.由于大量碳排放导致全球气温上升,破坏生态平衡的危机,用煤的简单和直接燃烧又受到限制.核能发电因其碳零排放和生产本钱低廉的特点,一度被认为是理想的未来能源, 自问世以来一直呈增长趋势.但其平安性和经受自然灾害的水平, 最近又受到人们质疑.日本福岛 事件后,大批核电工程工程下马,核能开展陷入停滞.太阳能的充分利用是一

2、条好出路,但由于占地面积大、太阳能电池的昂贵、低效和高污染,这一可再生能源当前尚难以大量开发利用.风力和潮汐发电亦属可再生能源,但亦受地域、节气和设备投资的限制.利用生物燃料能源有利于减少碳排放, 但和粮食生产、经济作物、其它动植物争土地和 空间会受到相当程度限制.几年前因生物质能大跃进导致粮食作物产量减少,推高了世界粮价,甚至在非洲酿成饥荒.而纵观众多新能源,甲烷水合物 (methane hydrate)又名可燃冰,在海洋大陆架深处和陆上永久冻土带有相当的蕴藏量,但目前开采利用在技术上尚有困难,大规模开发利用仍是遥遥无期.近年来如火如荼的页岩气资源,亦存在燃烧热值低、开采难度大并附带高污染等

3、等缺陷.总之为使人类社会健康开展,生活质量能持续改善, 在新能源开发和有效利用以及节约减排上还要作最大努力.目前世界上大规模投入运行并网发电的发电方式主要有四种,火力发电、核能发电、水力发电及风力发电.火力发电是传统火电厂采用的发电方式,也是目前世界上发电量最大的发电方式.火力发电一般以燃煤为能源进行燃烧发电.与其他能源相比,燃煤具有热值高、储量大、易运输等优点,一般认为世界上煤资源的储量尚能满足100200年的需求.但是燃煤会产生大量灰渣和CO2含硫的煤会产生硫酸,形成酸雨,更不必说燃煤带来的碳排放问题.截至目前,全世界核反响堆的发电量约占全球总发电量的近20%在一些工业化国家中核电占50犯

4、上.除极个别情况外,核电站有很好的运行记录,发电的可靠性高,在正常情 况下,对环境友好,无有害气体排放.但与此同时,核能发电的运行维护本钱高、核废料难 以处理也是无法回避的问题,如何克服民众对核能的恐慌情绪那么是绕不开的坎.水电站集蓄水、节流、防洪、发电等诸多功能于一身,在条件适宜的地区有极大的应用 潜力.但是水力发电的发电量完全取决于自然因素,有很大的波动性,这就造成了极大的资源错配与浪费.另外,水电站建设对自然环境和生物繁殖也有极大影响,像黄河小浪底这样的工程应当引起我们的警醒.风力发电近年来方兴未艾,笔者家乡就设有国华电力的风力发电厂.风力发电的前期建设需要天量的固定投资, 运行维护的人

5、力本钱也居高不下,而并网运行后的发电量却具有很大的波动性,可以说是一种清洁却不经济的发电方式.此外,风力发电机组需要占据广阔的土地,在选址上极为苛刻.我国一次能源禀赋结构是“富煤、贫油、少气,这些因素决定了煤炭是中国能源的基础.我国一次能源以煤为主的根本格局在很长时期内不会改变,由此也决定了发电以煤电为主的根本格局.未来相当长一段时间,我国煤电面临的挑战将更加严峻,可再生能源和其它新能源尚无法替代煤电. 探索和推广高效清洁的煤电技术,是解决未来煤电开展的最主要的道路.1大型高参数机组 五期间,国产超临界supercritical coal-fired power generation , SC

6、、 超超临界ultra-supercriticalcoal-fired power generation , USC股术成为新建电厂的主力.截至2021年底,我国在运行的吉瓦级 USC火电机组达39台.这些机组无论从发电效 率、污染限制水平,还是从技术推广难度、经济性和可靠性来看,都是未来一段时间煤电技术开展的主流方向.高参数和大容量是提升USC机组效率的两条重要开展方向.2 IGCC机组IGCC是将煤气化与联合循环相结合的一种高效、清洁发电技术.一方面,IGCC发电技术比起煤粉炉发电技术具有更高的效率,开展的初期小容量的效率就能与现有的USC媲美,且对SO2, NOx和粉尘的排放限制水平与燃

7、机发电相当.随着技术的进一步开展,该 技术的效率将进一步提升,加上其在进行CCS和多联产方面具有的优势,其竞争力将逐步得 到表达.但另一方面,系统较复杂,提升可靠性的技术难度较大；造价高,目前是USC的3倍,与700c技术的经济性比拟有待深入研究.3循环流化床锅炉循环流化床CFB最初是应用于化工领域中的一种反响器,引入电力系统后,逐渐由鼓 泡流化床BFB锅炉开展到CFB锅炉.CFB锅炉采用不同于煤粉锅炉火炬燃烧的新型无焰 燃烧方式,特别适用于燃烧劣质煤、 难燃煤及固体废弃物, 适应了我国发电行业复杂的燃料 来源特点,近年来在我国得到了快速开展.未来假设干年CFB锅炉的技术开展方向,一是继续提升

8、其设计建设和运行的经济性、环保性和平安性,二是利用CFB锅炉燃用难燃和特殊煤种.在我国,CFB锅炉将长期作为常规煤粉锅炉燃煤发电的重要补充,在某些领域继续 得到快速开展.4燃煤发电机组的烟气净化技术粉尘、SO2和NOx是燃煤发电烟气污染物限制中的 3个最重要白工程.2021年,新的 排放标准的实施,不仅将 NOx列为了普遍的限制工程,粉尘、 SO2的排放标准也大幅度趋 严,另外还增加了 “汞及其化合物限制,这带来了新的技术需求.另外,近年在兴旺地区,对 PM2.5的关注将使得作为排放源之一的燃煤电厂需在该领 域做好技术准备,在限制 PM2.5具有优势的电袋除尘技术、先进的静电除尘技术需进一步

9、研究和示范.5 CO2捕集、利用及封存技术CCUS2021年,我国燃煤电厂排放的 CO2超过3*109t,占到我国CO2排放量的40%左右,是我国CO2最大的排放源.在应对气候变化白大背景下,CO2排放已成为影响我国燃煤电厂可持续开展甚至能源平安的重要问题.在众多的碳减排技术中,燃煤电厂CCUS技术是进行大规模减排最重要的选择,而 CCUS的高能耗和大规模长期封存的平安性是该技术必须解 决的两个最重要的问题.CO2捕集技术燃煤电厂CO2捕集技术根据捕集方式主要分为燃烧后捕集、燃烧前捕集以及富氧燃烧富集.燃烧后捕集是在烟气中进行捕集的技术,一般采用化学吸收的方法,是技术最成熟,适用性最广的技术.

10、但由于烟气压力和CO2浓度都很低,所以这种技术的捕集和压缩能耗较大.通过开发低能耗的吸收剂、与电厂热力系统集成等方式,具有较大的降低能耗的空间.燃烧前捕集技术主要针对 IGCC发电技术,在气化炉后进行水煤气变换, 别离成H2和 CO2,在燃烧前进行别离和捕集, 是能耗较小的技术.但该技术在电厂中仅能与IGCC配套, 而且大规模富氢发电等关键技术还不成熟.水煤气变换在化工行业虽已成熟,但仍是燃烧前捕集流程中能耗占比最大的局部,因此低能耗的催化剂和工艺也是该技术开展的关键.富氧燃烧富集CO2技术是对现有的燃烧技术进行调整,利用高浓度的氧气替换原有的 空气作为氧化剂,从而产生高浓度的CO2,然后通过深冷等方式将 CO2进行进一步纯化.这种技术能耗主要来自制氧,且需要对现有的锅炉技术进行改造.开发低能耗大规模制氧技术是该技术开展的关键.CO2利用技术CO2的利用是指通过有关技术将捕集的CO2作为原料或产品创造环境或经济效益的过程,CO2的资源化涉及多个工程领域,包括原油开采,煤层气开采、化工和生物利用等. CO2化工和生物利用技术是国内外 CO2利用的研究热点,但是对于燃煤电厂规模匹配度不 够.CO2增产石油技术在美国已经成熟,我国也开展了研究和小规模的中试试验,一个油 田可能到达千万吨级