党的十八届五中全会通过了《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十三个五年规划建议》(以下简称《建议》),提出实现“十三五”时期发展目标,破解发展难题,厚植发展优势,必须牢固树立创新、协调、绿色、开放、共享的发展理念。绿色是永续发展的必要条件和人民对美好生活追求的重要体现。必须坚持节约资源和保护环境的基本国策,坚持可持续发展,坚定走生产发展、生活富裕、生态良好的文明发展道路,加快建设资源节约型、环境友好型社会,形成人与自然和谐发展现代化建设新格局,推进美丽中国建设,为全球生态安全作出新贡献。
一、热电联产是绿色发展的重要手段
《建议》提出:推动低碳循环发展。推进能源革命,加快能源技术创新,建设清洁低碳、安全高效的现代能源体系。提高非化石能源比重,推动煤炭等化石能源清洁高效利用。
由此可见,清洁能源替代和电能替代将成为我国能源发展方式的重大转变,在能源消费、能源供给、能源技术和能源体制方面,都将带来巨大变革,成为推动可持续发展的重要驱动力。在初期,将实行“传统能源的清洁高效利用”和“清洁能源开发利用”双轮驱动、协同推进。因此,在“传统能源的清洁高效利用”中,大力发展热电联产成为首选措施之一。
电能替代是实现终端能源消费高效化、低碳化的必然要求。电能的终端利用效率最高,可以达到90%以上。电能替代是解决能源环境问题的有效途径。电能是清洁、零污染的能源。从电力生产利用全过程来看,火力发电也会排放二氧化硫和氮氧化物,但电力行业可以采取脱硫脱硝等办法集中处理污染物。经脱硫脱硝处理后,电能的硫化物排放量远低于原煤、焦炭和柴油,氮化物排放量远低于原煤、焦炭、汽油、柴油和天然气。未来,随着清洁能源的发展,大量清洁能源发电不排放污染,电能替代的环保优势将进一步显现。
从我国情况来看,目前全国热电装机已超过2.5亿千瓦,热电行业将加速发展。“十三五”时期将改造3.5亿千瓦火电装机为热电机组,使热电占总装机比重从2013年的20.3%上升为2020年的近40%。全国近60万台燃煤小锅炉也将由热电联产部分替代。因此,热电行业在能源绿色发展中的作用将越来越明显。
二、热电联产的节能原理
当动力设备只用来供应一种能量(电能或热能)时,这种能量生产称为单一能量生产,如凝汽式发电厂只供应电能,供热锅炉房只供应蒸汽及热水;又如由凝汽式发电厂的锅炉直接供应蒸汽至热用户,虽同时供应两种能量,但其生产过程仍属两种能量的分别能量生产。若采用背压式汽轮机,同时又用其发汽供热,这种的动力设备就成为一种简单的,纯的联合能量生产。
当采用的动力设备同时送出电能和热能两种能量,而且供热是全部或部分利用热 变为功过程中所不可避免的冷源损失的热量来进行的,这种能量生产过程即称为联合能量生产,这种的发电厂称为热电厂。
简言之,“热电联产”就是锅炉蒸汽经抽凝式汽轮机或背压式汽轮机,发电后供热的运行过程,是一台汽轮发电机组生产电和热二种能量,并向用户供应电和热两种能量。装有背压式汽轮机和抽凝式汽轮机的发电厂称为热电厂。
热电分产虽然工艺流程相对热电联产简单,但是存在难以克服的技术障碍,影响了节能减排和能源的合理利用,主要有:一是凝汽式发电难以避免大量的冷端损失和汽轮机熵增损失;二是燃煤工业锅炉能耗高,污染大,用能极不合理;三是热电分产不符合能质匹配、能源梯级利用的原则。热电联产非常有效地克服了热电分产难以解决的问题,是合理、高效、清洁利用能源的重要技术措施。综合来看,热电联产相比热电分产效率高30%左右。
三、热电联产的节能减排趋势
一是综合能效指标进一步提高。全国新建燃煤发电项目原则上要采用60万千瓦及以上超超临界机组,平均供电煤耗低于300克标准煤/千瓦时(以下简称克/千瓦时),到2020年,现役燃煤发电机组改造后平均供电煤耗低于310克/千瓦时。显然,热电联产在热效率和热电比达到相应要求时,平均供电煤耗低于300克标准煤/千瓦时是完全可以实现的。同时,目前征求意见中的《热电联产管理办法》也应对热电机组认定标准进行相应提高。
二是全面推广超低排放。在2020年前,对燃煤机组全面实施超低排放和节能改造,东、中部地区要提前至2017年和2018年达标。对超低排放和节能改造要加大政策激励,并加大优惠信贷、发债等融资支持。
三是环保工程系统化。对炉后的除尘、脱硫、脱硝不再单一实施工程建设和改造,而是以环保岛形式进行系统集成、协同治理。
四是环保治理内容多样化。除对除尘、脱硫、脱硝进行超低排放外,今后对重金属、三氧化硫、二氧化碳也会纳入治理范围,特别是《巴黎协定》的签订,将长期促进我国节能减排工程的推进和碳交易市场的发展
综上所述,热电行业在能源利用与环境保护方面具有独特的优势,必将成为绿色发展的重要措施。
作者:刘博 山东省热电设计院院长,中国电机工程学会热电专业委员会副主任委员,中国节能协会热电产业联盟副理事长,山东节能协会热电专业委员会主任委员。