干货丨火力发电产业发展与前沿技术路线

时间:2019-03-03 09:38:52 来源:诺亚娱乐官网 作者:匿名


1项目背景

进入“十三五”期间,随着中国产业结构优化调整和转型升级的进程,经济发展逐步进入新常态。 2016年,中国6MW及以上发电厂的发电设备利用小时数降至3785h,6MW及以上的火力发电设备利用小时数降至4165h。造成这种现象的主要原因是“十二五”期间火电投资建设持续增长,经济社会发展放缓了电力需求,同时可再生能源发电迅速发展与火力发电竞争,共同产生火力发电能力。过剩的现状。作为中国发电的主要形式,火力发电长期占总装机容量和总发电量的70%。 “十三五”期间,火电行业正在转型升级。 2论文及其意义所解决的问题在第13年和第5年,中国的火力发电行业需要从集中和分布两个方面提出技术路线,明确尖端技术和产业发展的战略方向,更好地服务于中国的经济和社会需求。通过总结火力发电领域的行业概况,主要指标和尖端技术,本文分析了尖端技术和关键技术的技术和经济方面,应着重于突破和改进,并提出切割 - 集中和分布式火力发电的边缘技术路线。火力发电的研发战略提供了参考。论文的3个要点

1)行业概况。

根据中国的资源国情和各种形式的发电技术和经济形式,燃煤发电长期以来在中国的发电和火电领域占据主导地位。在当前的宏观经济和社会背景下,相关研究认为,中国煤炭消费和燃煤发电的比例已达到顶峰,未来将逐步下降。

2016年3月,国家发展和改革委员会与国家能源局联合发布紧急文件,敦促地方政府和企业放慢燃煤发电建设,解决产能过剩局面。随着政策的变化,煤电投资和建设逐步冷却下来。 2017年1月至2月,火电机组利用小时数同比小幅回升,产能过剩局面初步遏制。预计“十三五”末火电行业形势依然严峻,燃煤发电建设风险预警机制将继续发挥作用。2)指标水平。

2016年,中国6MW及以上供电标准煤耗降至312g /(kW?h),发电标准煤耗降至294g /(kW?h)。燃煤发电的煤耗和煤耗逐年呈下降趋势。当燃煤发电环境绩效指标采用排放性能评价时,2015年中国燃煤发电的烟尘,二氧化硫和氮氧化物排放性能分别为0.09,0.47和0.43g /(kW?h),二氧化碳排放性能根据电力的煤耗进行转换。在780g /(kW?h)水平,总排放性能已达到世界先进水平。

在燃气发电技术指标方面,中国使用的F级燃气轮机的单循环效率约为38%,联合循环效率约为58%。先进的G/H/J级燃气轮机的先进单循环效率和联合循环效率分别可达到41%和61%。燃气发电几乎不排放烟雾和二氧化硫。 F级燃气轮机的典型NOx排放性能约为0.30g /(kW·h),CO2排放性能约为450g /(kW·h)。它比燃煤发电具有一定的优势。

3)前沿技术。

在燃煤发电领域,近年来,与基础科学相关的前沿课题包括氧燃烧,化学链燃烧,镍基高温合金等。工程相关的尖端技术包括700°C超 - 超临界,二次再热,间接空气冷却,超低排放,碳捕获和封存(CCUS),煤基超临界CO2布雷顿循环,煤气化联合循环(IGCC),循环流化床(CFB)等。

在燃气发电领域,近年来的尖端技术主要包括:燃气联合循环(NGCC),太阳能 - 天然气互补联合循环(ISCC),微型燃烧发动机和分布式热电联产(CCHP)。和煤层气发电。近年来,燃气发电的装机容量和发电量迅速增加。其中,预计将在“十三五”末期和长期未来通过使用相对低成本的天然气来减少煤层气发电和页岩气发电等非常规燃气发电。单位电力成本并实现高增长。近年来,余热发电的装机容量和发电量迅速增加,已经在火力发电中占有一定比例。近年来出现了废热发电领域的前沿技术,主要包括有机朗肯循环(ORC),利用废热的超临界CO2布雷顿循环和斯特林循环。

各种类型的火电前沿技术都有不同的有利技术指标,其效率和规模是决定尖端技术产业化发展的两个关键指标。效率对发电形式的经济指标和环境指标具有重大影响,并且规模确定工业应用更适合集中或分布式发电。图1总结了各种类型的火力发电技术的效率和规模。

4)技术路线。

在“十三五”后期和长远的未来,中国需要从集中发电和分布式发电的产业发展的角度总结火力发电的前沿技术,并提出前沿技术路线。

集中高效的清洁发电路线(1号线)是一种高参数,高效率的前端发电技术,采用传统化石燃料,结合先进的燃烧技术,污染物控制技术和CCUS技术,实现高效清洁发电。代表性的技术组合是700°C超超临界或煤基超临界CO2布雷顿循环技术,结合化学链燃烧或富氧燃烧,综合去除技术,CCUS技术等,以实现提高的电源效率和排放性能。

集中式联合循环和多联产路线(路线2)是一种多代技术,将传统化石燃料与IGCC,NGCC,ISCC和其他联合循环技术相结合,并结合热电联产,热电联产和制氢技术。一种技术途径,以更高的整体效率提供多种产品,如电能,加热,制冷和氢气。

集中非常规燃料和使用路线(路线3)是使用CFB,超临界CO2 Brayton循环,燃气轮机用于非常规燃料(煤矸石,劣质煤,煤层气,页岩气,生物质,垃圾等)燃料适应技术,结合先进的燃烧技术和减排技术,实现更高的效率,更少的污染和废物资源的发电。

分布式火力发电技术路线(路线4)通过小型化和多样化的分布式发电形式,结合储能技术,热电联产,先进的热交换系统和智能,使用传统的化石燃料或非常规燃料。微电网等前沿技术可实现灵活的发电和供电,满足用户需求。代表性技术组合以微燃机,内燃机等为核心的分布式系统,配合余热回收,余热发电,储能技术,智能微电网等技术提供电能。 ,根据用户需要,加热,冷却,电源,淡水等。产品多样化。针对上述四条尖端技术路线的产业发展前景,该研究评估了累计装机容量的长期趋势,如图2所示。

集中高效清洁发电路线(1号线)的核心技术需要在短期内打破,长期的产业发展前景广阔。预计将在2040年左右成为中国主要的火力发电形式。集中式联合循环和多联产路线(2号线)的主要技术已经相对成熟的工业应用或示范项目,并将保持稳定的增长趋势。未来。

与集中式非常规燃料和使用路线(3号线)相关的技术相对成熟,但非传统燃料和独特用途的技术仍有改进空间。 3号线和2号线将共同成为集中火力发电的重要组成部分。分布式前沿技术路线(4号线)的尖端技术尚待成熟。预计4号线的累计装机容量增长率将高于未来的2号线和3号线,使分布式火力发电成为集中火力发电的有效补充。

4。结论

1)关键技术应侧重于“十三五”期间和未来的突破和改进,包括700°C超超临界,超临界二氧化碳布雷顿循环,IGCC和其他尖端技术。

2)在产业发展方面,中国的火力发电产业将在“十三五”期间和未来的政策指导下逐步转变为高效,清洁,低碳的发展方向。

3)本文总结的四条集中分布式前沿技术路线,可为火力发电的研发战略提供参考,推动尖端技术在集中发电,分布式发电等工业领域的应用,推进“十三五”规划。中国火力发电产业在未来和未来的转型升级。

引文信息

杨千鹏林伟杰王月明等火力发电产业发展与前沿技术路线[J]。中国电机工程学报,2017,37(13):3787-3794。

杨千鹏林伟杰王月明等火力发电产业发展与前沿技术路线图[J]。中国电机工程学报,2017,37(13):3787-3794(中文)。关于作者

杨千鹏(1989),男,工程博士,西安热电研究院有限公司和西安交通大学共同招聘博士后研究员,主要从事传统能源发电技术开发的研究工作战略。

林伟杰(1964),男,高级工程师,中国华能集团香港有限公司总经理,主要研究方向是电气工程。

王月明(1963),男,研究员,西安热电研究院有限公司副总经理(副院长),主要研究方向为火力发电。

何亚玲(1963),女,教授,中国科学院院士,主要研究方向是工程热物理。