IGCC：“最環(huán)；痣娬尽庇錾骐y題
被譽為“最環(huán)保火電站”的IGCC電站，能否化解成本居高不下的尷尬，并贏得政府部門的更多支持和市場的最終認可？
這是一次意義非凡的“搭積木游戲”。重約1360噸的爐子被分為三段，其中最重的一段有560噸之多。亞洲最大的1600噸級履帶吊車將其依次吊起，起吊高度超過100米，然后小心翼翼地組裝在一起，由此創(chuàng)造了中國火電建設(shè)史上單件設(shè)備吊裝的新紀錄。
高高聳立的爐子，看上去就像是運載火箭的箭身。10月30日，被譽為中國“最環(huán)；痣娬”的華能集團天津IGCC示范電站進入建設(shè)的關(guān)鍵節(jié)點，作為電站核心設(shè)備之一的氣化爐安裝到位。
目前，常規(guī)火電站煤炭利用的方式基本上是直接燃燒，其能源利用效率低，而且排放大量二氧化硫、氮氧化物、汞、煙塵等污染物，是中國空氣污染的主要肇事者之一。不僅如此，火電站排放的二氧化碳還是全球變暖的重要貢獻者。IGCC，即整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電(Integrated Gasification Combined Cycle)，則首先將煤炭轉(zhuǎn)化為以一氧化碳和氫氣為主要成分的合成煤氣，然后經(jīng)過凈化，去除煤氣中的污染物和雜質(zhì)，變?yōu)榍鍧嵉臍怏w燃料，再送入燃氣輪機內(nèi)燃燒，實現(xiàn)燃氣-蒸汽的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電。
該電站位于天津濱海新區(qū)臨港工業(yè)區(qū)，距離天津市區(qū)約40公里。它預(yù)計在明年6月試運行，最終有望實現(xiàn)包括二氧化硫、二氧化碳在內(nèi)的污染物的近零排放。
不過，“最環(huán)；痣娬”光環(huán)的背后，是成本高居不下的尷尬。在中國，常規(guī)火電站的投資約為每千瓦5000元人民幣，而IGCC示范電站高達每千瓦1萬余元，比常規(guī)火電站高出1倍多。
在中國未來的低碳發(fā)展道路上，IGCC電站能否生存，并幫助火電站徹底改變污染大戶和溫室氣體排放大戶的形象？
綠色煤電起步
10月上旬，在天津參加聯(lián)合國氣候變化談判會議的美國自然資源保護委員會(NRDC)代表團，專程參觀了華能天津IGCC示范電站工地。
約2000名工人和工程師在工地上忙碌。電站附近是產(chǎn)量欠佳或幾近枯竭的油田，這恰恰體現(xiàn)了電站設(shè)計者選址時的巧妙安排——電站收集的二氧化碳氣體可以注入附近的油田，在實現(xiàn)碳封存的時候增加油田的產(chǎn)量，使其煥發(fā)“第二春”。
該示范電站去年9月動工，第一階段是在明年運行25萬千瓦級的發(fā)電機組；接下來，進一步研發(fā)相關(guān)技術(shù)，并在2015年建成40萬千瓦級的發(fā)電機組。負責(zé)建設(shè)示范電站的是綠色煤電有限公司，該公司的最大股東為華能，大唐、華電、國電、中電投、神華、國開投、中煤能源均有參股，美國的博地能源(Peabody Energy)也占有6%股份。
讓NRDC團隊印象深刻的是，這一示范電站由中國自主開發(fā)、設(shè)計、制造并建設(shè)。除了從西門子進口的燃氣輪機，其他關(guān)鍵設(shè)備基本上是中國公司生產(chǎn)。10月30日安裝的第一臺日處理2000噸干煤粉的加壓氣化爐，即由華能下屬的西安熱工研究院研發(fā)，上海鍋爐廠有限公司負責(zé)制造。
西安熱工研究院還將其技術(shù)推廣到海外，美國未來燃料公司的賓夕法尼亞州IGCC項目成為其第一個海外用戶。“合同已經(jīng)簽了，正在做設(shè)計。”同時擔(dān)任西安熱工研究院總工程師和綠色煤電有限公司總工程師的許世森告訴本刊記者，“費用有兩塊，一塊是專利費， 一塊是將來的設(shè)備費用。首先得給我們使用專利費，有兩三千萬元人民幣。將來還有設(shè)備費用，那就比較高了。”
與美國杜克公司正在印第安納州建設(shè)的IGCC示范電站相比，大量采用中國本土技術(shù)、財務(wù)控制也相對較好的天津IGCC示范電站成本要低得多。前者的投資高達每千瓦約4660美元，后者為每千瓦1萬多元人民幣。即使按照購買力來衡量，二者也相差較大。
但如果與中國的常規(guī)火電站相比，其成本仍然高出太多。算上脫硫脫硝裝置在內(nèi)，常規(guī)新建火電站的投資約為每千瓦5000元人民幣，不到天津IGCC示范電站的一半。畢竟，煤炭氣化后生成的合成煤氣對燃氣輪機的要求高得多；煤炭氣化需要大型的制氧設(shè)備；IGCC系統(tǒng)相當復(fù)雜，設(shè)備尚未完全成熟——這些都意味著造價的大幅度增加。
今年5月底，亞洲開發(fā)銀行宣布為華能天津IGCC項目提供1.35億美元貸款，同時提供500萬美元贈款。該贈款來自亞洲開發(fā)銀行的“氣候變化基金”，旨在幫助減少新技術(shù)應(yīng)用的風(fēng)險和降低成本。此外，科技部也通過高技術(shù)研究發(fā)展計劃(“863計劃”)的重大項目，提供了部分研發(fā)經(jīng)費。
盡管如此，這座第一階段25千瓦級投資約28億元人民幣的電站如果得不到足夠的政策補貼，恐怕難以避免虧損的命運。當然，在許世森及其同事看來，這是一筆著眼于未來的投資。
他表示，隨著今后IGCC電站建設(shè)規(guī)模的擴大和技術(shù)的進步，成本降低30%至50%是完全有可能的。這樣的情形下，IGCC電站的成本仍將高于常規(guī)火電站，但它具有后者難以比擬的一些優(yōu)勢。
“污染會很低，接近天然氣的水平，這是常規(guī)燃煤電廠未來很長時間內(nèi)所達不到的。它的效率會超過常規(guī)的燃煤發(fā)電技術(shù)。如果將來二氧化碳減排，也有一定優(yōu)勢，收集二氧化碳的成本相對較低。”許世森說。
兗礦試驗
華能天津項目是中國第一座主要以發(fā)電為目標的IGCC電站。在此之前，兗礦集團率先進行了IGCC相關(guān)技術(shù)─煤氣化發(fā)電應(yīng)用的嘗試。在山東省滕州市，兗礦國泰化工有限公司一套被稱為“煤氣化發(fā)電與甲醇聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)”的工業(yè)示范裝置已有四五年運行歷史。
中國科學(xué)院能源動力研究中心主任肖云漢告訴本刊記者，這套裝置能夠在兗礦最終建成，其間經(jīng)歷了種種波折和艱辛。
早在上世紀80年代，歐洲、美國等實施IGCC計劃之際，中國政府也打算在江蘇建立一座1萬千瓦級的IGCC試驗電站。這一項目不幸中途夭折。
到了上世紀90年代，中國重新將IGCC提上議事日程，并在《21世紀議程》中向世界鄭重宣布，到2000年在山東煙臺建成裝機容量為20萬至40萬千瓦的IGCC示范電站。但由于前期研發(fā)缺乏、電站關(guān)鍵技術(shù)需要全部引進、工程造價太高等原因，該項目至今未能開工建設(shè)。
所幸的是，在科技部“863計劃”支持下，相關(guān)研究得以進行。華東理工大學(xué)潔凈煤技術(shù)研究所與兗礦集團合作，研發(fā)了日處理1150噸的水煤漿氣化技術(shù)商業(yè)示范裝置，在此基礎(chǔ)上形成的氣化爐產(chǎn)品如今已銷售40多臺，其中與美國煉油企業(yè)瓦萊羅能源公司的技術(shù)轉(zhuǎn)讓合同即價值1600萬美元。此外，肖云漢的研究團隊與兗礦集團合作，優(yōu)化、設(shè)計系統(tǒng)和改造燃氣輪機系統(tǒng)。
目前，IGCC的燃氣輪機是GE、西門子、三菱等國外公司的天下。但肖云漢表示，中國第一臺自主研發(fā)的燃氣輪機明年可能正式投入電站運行。
肖云漢說，他們與國內(nèi)各大煤電企業(yè)有過接觸，最后達成合作意向的并不是煤電企業(yè)，而是對于技術(shù)創(chuàng)新一直比較注重的兗礦集團。
與純發(fā)電的IGCC電站不同，兗礦集團選擇將煤化工與發(fā)電結(jié)合在一起，推出投資15.8億元的“煤氣化發(fā)電與甲醇聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)”，可年產(chǎn)甲醇24萬噸，發(fā)電6萬千瓦。這套系統(tǒng)在2005年10月建成，并在約半年后投入商業(yè)示范運行。煤炭氣化、凈化后產(chǎn)生的合成煤氣，一路被輸送到煤制甲醇轉(zhuǎn)化裝置，未反應(yīng)的氣體和另一路煤氣則被輸送到燃氣輪機裝置。
兗礦集團副總經(jīng)理張鳴林說，這一系統(tǒng)實現(xiàn)了燃氣發(fā)電與甲醇生產(chǎn)這兩個差異特別大的單元之間的匹配，可以保證煤炭有效成分的高效利用，“使發(fā)展中國家在潔凈煤發(fā)電領(lǐng)域也占有一席之地”。
與純IGCC發(fā)電相比，該項目在經(jīng)濟上也更具有競爭力，發(fā)電成本比較接近燃煤蒸汽電站。而發(fā)電成本增加的部分，多少還可以從煤化工的部分得到補償。
當然，該項目與100%發(fā)電的IGCC還有距離，它以化工為主，發(fā)電僅占較小的一部分。
兗礦集團提供的數(shù)據(jù)顯示，與煤制甲醇和發(fā)電的獨立生產(chǎn)系統(tǒng)相比，這套系統(tǒng)的能源利用效率提高了3%以上；與同規(guī)模常規(guī)燃煤蒸汽發(fā)電站相比，二氧化硫和氮氧化物排放量分別下降八成多和四成多，二氧化碳的排放量也減少一成多。
張鳴林告訴本刊記者，運行財務(wù)數(shù)據(jù)顯示，這個不斷擴產(chǎn)改造的項目是兗礦集團所有煤化工項目之中盈利能力最好的，過去三年新增利稅9.46億元。
示范項目受阻？
從1972年德國斯蒂克電站投入運行算起，IGCC技術(shù)已有約40年歷史。但由于價格便宜的天然氣大量被發(fā)現(xiàn)，其發(fā)展受到極大影響。據(jù)統(tǒng)計，至2007年全球建成的IGCC裝置僅有26座，總裝機容量不過區(qū)區(qū)的450多萬千瓦，其中尚在運行的純發(fā)電的IGCC電站為五座，其余均是在石化或化工企業(yè)使用的多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)。
但IGCC仍被普遍認為是一種很有前景的潔凈煤發(fā)電技術(shù)。即使在幾乎完全依靠進口煤炭的日本，也于2007年9月在勿來市建成25萬千瓦的IGCC商業(yè)示范項目，并正將其技術(shù)在澳大利亞等國外市場推廣。
在中國，多家企業(yè)也開始表現(xiàn)出對于IGCC技術(shù)的熱情。幾大發(fā)電集團提出了各自的IGCC商業(yè)示范項目，上海電力則準備利用石油煉制副產(chǎn)品石油焦來建設(shè)IGCC示范項目，但均未獲得國家發(fā)改委的批準。實際上，以IGCC電站身份獲批建設(shè)的只有華能天津示范電站。
今年9月，中國發(fā)展研究基金會在北京舉辦的“清潔煤技術(shù)利用國際研討會”上，國家發(fā)改委副主任兼國家能源局局長張國寶表示，他知道很多業(yè)內(nèi)人士對國家發(fā)改委和他本人有意見，但他認為IGCC技術(shù)經(jīng)過多年發(fā)展之后成本仍然過高，大規(guī)模商業(yè)化的時機并未成熟。
清華大學(xué)教授倪維斗則在多個場合質(zhì)疑國家發(fā)改委的態(tài)度。這位中國工程院院士承認，高成本的IGCC大規(guī)模商業(yè)化時機確實未成熟。但他表示，通過煤炭或石油焦的氣化和化工反應(yīng)，同時實現(xiàn)電力、液體燃料、化工產(chǎn)品、供熱、合成氣等的多聯(lián)產(chǎn)，在經(jīng)濟上將更具有可行性，是當下IGCC的發(fā)展方向。而且，IGCC可以使二氧化碳在發(fā)電環(huán)節(jié)之前即釋放和富集，便于二氧化碳的捕捉和封存，對全球溫室氣體減排具有戰(zhàn)略意義。
因此，倪維斗呼吁先建設(shè)幾個示范項目，積累經(jīng)驗教訓(xùn)，“如果延誤過渡到以煤氣化為核心的多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)的時機，將會顯著增加將來中國治理空氣污染的成本，難以控制未來石油進口，大大增加溫室氣體減排的成本。”
這位IGCC的堅定支持者對本刊記者說：“我愿意和張國寶先生公開辯論。”不過，在前述研討會上，張國寶發(fā)言之后即離場，沒有給倪維斗這樣的機會。
華能天津示范項目25萬千瓦一期工程的發(fā)電效率預(yù)計為41%，尚不及當下最先進的100萬千瓦超超臨界燃煤蒸汽電廠43%的發(fā)電效率。但肖云漢說，隨著技術(shù)的發(fā)展，IGCC與多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)還有15個百分點的潛力可挖，效率可望超過55%，成本下降一半。
倪維斗甚至認為，隨著新技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)電效率的提高，即使不考慮其在環(huán)境污染治理和溫室氣體減排的優(yōu)勢，IGCC與多聯(lián)產(chǎn)的經(jīng)濟指標也可能超過超超臨界蒸汽發(fā)電。
清華大學(xué)教授焦樹建還說，IGCC可以使用高硫煤、石油焦等廉價燃料，以降低成本。
有業(yè)內(nèi)人士呼吁放開示范項目審批時表示：“中國這么大的國家，批幾個示范工程有什么難處？會有什么影響？如果不經(jīng)過示范，就永遠不知道利弊得失。”
肖云漢也說，中國不能被動等待國外IGCC技術(shù)和空談，而應(yīng)支持自主研發(fā)技術(shù)的IGCC示范項目，并提供合理上網(wǎng)電價等政策。
曾經(jīng)主持建設(shè)日本勿來IGCC示范電站建設(shè)的東京大學(xué)教授金子祥三，與中國同行的觀點比較類似：“先有蛋還是先有雞，這是一個扯不清的問題。IGCC電站的成本確實高，但如果因為成本高而不去建設(shè)，它的成本就不可能降下來。”
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