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2016-09-17

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??????? 瞄准提高燃煤火力发电的效率、减少碳排放的目标，日本电力正在发展的清洁煤技术，是下一代燃煤火力发电设备的关键方向。

??? ??? 1 煤碳仍是发电的主要能源

??????? 与石油和天然气储存比较，煤在世界许多国家储量丰富，分布广泛。就其供应而言，煤是所有化石燃料中既稳定又经济的燃料。许多国家依赖于煤，并把它视为主要的发电燃料。在全球范围内，煤是最为普遍使用的能源，据粗略估计，40%的发电是由煤产生的，包括一些能源高消耗的国家。例如，中国有大约80%的发电是由煤产生的，而美国则少于50%。

??????? 朝前看，燃煤火电站的数量在未来仍有增长趋势，我们相信，为了满足日益增长的需求，燃煤火力发电仍将扮演重要的角色。

??????? 与此同时，由煤燃烧以及其他化石燃料产生的CO₂、温室气体以及由燃煤火电站产生的CO₂约占世界能源CO₂排放的30%。由于一些新兴国家，如中国、印度等对能源的需求持续上升，超出了这些国家煤使用的极限，因此，减少燃煤火力发电的CO₂排放，已经成为世界性的难题。

图1资源储量的地理分布

图2 ?2009年国家或地区的能源发电量的分类

图3 全球能源发电装机容量的估计数据

图4 全球不同能源CO₂排放的估计值

?????? ?2 日本电力前沿技术的应用遍及全世界

??????? 减少燃煤火电站C0₂排放的一个有效途径是提高发电效率。如果发电效率能够做得更好，那么仅此一项就能使燃料费用降低，同时使C0₂排放减少。日本燃煤火电站运用的USC技术使蒸汽压力提高，温度尽可能达到最高水平，从而使发电效率高于亚洲，以及欧洲和美国的燃煤电站效率。这种借助自主创新力开发的前沿技术使得日本电力的能源利用达到最高水平。

??????? 日本电力运用积累的知识和技术，大幅度地提高了燃煤火电站的转换效率，降低了世界范围内的CO₂排放，避免能源资源浪费。如果日本高性能的燃煤火电技术能够在世界新建造以及现有燃煤电站上被采用的话，据估计，到2030年，全球CO₂排放量将减少10?.87亿t。这个数据要远超日本的年CO₂排放量，日本2010年的CO₂排放量为10.19亿t。

??????? 尤其在亚洲，对电力的需求仍在持续增长，在供电方面，预计燃煤火电站仍将扮演主要的角色。预计到2030年，如果按照目前水平增长的话，亚洲的电力及其设备容量要比现在翻番。在其他一些亚洲国家仍在大量使用相对来说效率水平较低的亚临界技术，现正在逐步向技术成熟的高效电站转变。因此，日本电力的目标是为亚洲的经济增长贡献力量，通过利用日本的清洁煤技术来降低对环境的影响。

图5 亚洲能源发电装机容量（预估）

图6 全球燃煤火电站平均热效率发展趋势

设计热效率（%，总效率，LHV）

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图7
日本电力燃煤火电站的发电效率

??? ??? 3 目标：达到零排放

??????? 日本电力目标：进一步提高燃煤发电的效率，实现低碳性能。目前正在对下一代不同发电技术开展研究，并且在生物质燃料的联合燃烧利用方面取得进展。

??????? 关于IGCC系统*¹，日本电力计划建造一座170MW的示范电站，该电站在Osaki选址，与Chugku电力公司联合开发，由Wakamatsu研究学院承接的EAGLE*²开发计划已获得成果。而且，继续对整体式煤气化燃料电池联合系统（IGFC）*³开展研究，其目标是：大幅度提高发电效率，使CO₂排放明显降低。日本电力在先进超超临界（A-USC）*⁴技术领域同样也取得进展，该技术将在USC*⁵前沿技术的基础上更进一步提高发电效率。

??????? 最终，将努力实现技术创新，通过采用具有CO₂捕捉和碳储存（CCS）技术的IGCC、IGFC系统来最终实现燃煤电站的零排放目标。

*PCF:燃粉煤电站

图8 日本电力燃煤火力发电新技术的开发进度

图9 下一代燃煤发电技术

附录

示例1：采用前沿技术装备更新老火电站

??????? 1? Isogo火电站的技术改造

??????? 1996年，采用最新技术对Isogo火电站2台原265MW机组的改造工程开始启动。该项目的任务是：按照Yokohama市改善环境的计划要求，提高供电的可靠性和有效性，同时解决设备老化问题。新1号机（600MW）于2002年4月投入运行，新的2号机（600MW）紧接其后于2009年7月投入运行。

??????? 由于Isogo火电站位于主城区，日本第一个防污染协议与Yokohama市政府签订，重点是根据早期安装的烟气脱硫装置，制订出一套环境保护措施。Isogo火电站首台机组的改造集中运用了日本电力的洁净煤技术，并采用了主蒸汽压力为25MPa，进汽和再热蒸汽温度分别为600℃和610℃的USC技术，这对于火电站而言是最高标准。日本电力为此极大地改善了该电站的热效率水平，使2号机组的再热蒸汽温度上升至620℃，比1号机组提高了10℃。相比其他工业国家，Isogo火电站由于安装了最新的环保设备，由发电产生的SO_X和NO_X排放已大大减少。就发电效率和对环境的影响而言，Isogo火电站代表了清洁燃煤技术的最高标准。

??????? Isogo火电站在改造项目实施期间，为保障发电的可靠性，采用了一个“build,scrap,and build”的创新性方法，这需要运用一些独创技术。由于原发电设备仍在运行，新1号机组只好建造在一个约为12公顷面积的狭窄位置上。新1号机组投入运行后，就关停老机组，并将其搬离，让位于新2号机组。

Sources:

??? Overseas (2005 results) Emissions: OECD Environmental Data Compendium 2006/2007

Amount of power generated: IEA Energy Balances of OECD Countries, 2008 Edition

Japan (2010 results) Materials published by The Federation of Electric Power Companies of Japan

Figures for Isogo and J-POWER derived from results for 2011

图10 火力发电每一单位SO_X和NO_X排放的国际比较

??? ??? 2 Takehara火电厂新1号机工程（设备替换）

??????? Isogo火电站改造后，日本电力继之对坐落在Hiroshima Prefecture的Takehara火电站设备进行更新改造，该电站1-3号机组目前仍在运行，总功率为1 300MW。1号机功率为250MW，从1967年商运至今已工作了45年；2号机为350MW，1974年投运，已投运38年，急需解决由设备老化导致的故障。计划用功率为600MW的新1号机对1号和2号机组进行更新改造。为应对全球变暖，采用最新的现代化设备将减少SO_X和NO_X排放对环境的影响，能大大改善能源的利用率，向低碳型社会迈出一大步。对环境的评估正在进行中，新1号机预计要到2020年投运。

图11 日本电厂之一

示例2：下一代燃煤火电技术的开发

??????? 1 （oxygen-blown）IGCC技术的大范围示范性试验

??????? 1.1? EAGLE 工程

??????? 自2002年以来，日本电力Wakamatsu 研究院研发部门参与到燃煤电厂效率提高、CO₂排放减少至零的EAGLE试点工程。EAGLE工程的目标是开发一台氧气气化炉，旨在验证IGCC系统并创立在煤气化过程中由气体产生的CO₂的分离和捕捉技术。

??????? 通过EAGLE工程的实践，日本电力取得了世界上低温气体的最高效率，验证了煤气化炉能从不同煤种——即燃粉煤火电站在生产中能从低品质煤（（次烟煤和褐煤））到高品质煤（烟煤）中均可以获得高效率的气化效果——从而确立了oxygen-blown煤气化技术。由于产生的气体主要由CO和H₂组成，因此，oxygen-blown煤气化技术具有分离和捕捉CO₂的特点。为此，日本电力正在开创一种从气化过程中可以高效分离和捕捉CO₂的技术。

??????? 1.2? Osaki CoolGen工程

??????? 日本电力和Chugoku 电力有限公司（ChugokuElectric Power Co.,Inc.）从EAGLE工程项目中取得了收获并积累了经验，两家企业在2009年成立了合资公司，即Osaki CoolGen Corporation公司，开展了针对IGCC和CO₂分离和捕捉技术的大量商业化验收试验。该项目计划于2012年开始启动170MW的oxgen-blown IGCC示范电厂（日处理1100吨煤）气化工程的建设。预计到1016年，将对电厂的可靠性、经济效益和系统的可操作性程度展开试验研究。预计从2020年开始，计划对CO₂的分离和捕捉技术开展测试和验证。然后根据这些验证结果，再进一步提高IGFC系统的效率，这将把燃料电池与oxgen-blownIGCC系统进行整合。开发这些技术的目的是完成由国家委员会之前确立的CoolGen Project工程项目（该项目于2009年6月由经济部、天然气和能源资源贸易和工业咨询协会提出，主张通过综合利用IGCC，IGFC和CCS技术，来最终实现“燃煤火力发电零排放”的目标）。

??????? 2? CO₂分离和捕捉技术的发展

??????? 目前已有数个国家在CCS调研和试验项目中取得进展。CCS处理过程包括由大量排放源产生的CO₂的分离和捕捉，以及地下永久掩埋技术。在CCS的3个不同的要素中，即CO₂分离和捕捉、运输和贮存，从用户的角度看，日本电力主要把焦点放在前者，因为这些技术必须针对电厂进行设计，而且，CO₂分离和捕捉设备在整个CCS处理中成本最高。我们相信，从Oxygen-blown煤气化产生的气体中分离和捕捉CO₂的技术，在未来颇具发展潜力；并且业已证明，与EAGLE试点项目相关的化学吸附技术具有成本优势，我们自2010年以来一直在开展物理吸附的试验，相关项目预计要到2013年年底完成。

??????? 日本电力正在抓紧研发燃粉煤火电厂的CO₂分离和捕捉技术，这是目前燃煤电厂通行采用的技术手段。日本电力与MHI合作，在2007年到2008年间，已在Matsushima 火电厂展开了化学吸附方法的试点运用；另外，利用富氧燃烧方式参与了Callide Oxyfuel工程项目，这项工作是在澳大利亚昆士兰州的Callide A 电厂实施的。预计在2012年到2013年间开展示范运行，这个日澳联合项目将成为全球首个在现有电厂利用富氧燃烧方式对整体式CCS和地下储存系统进行测试的项目。

图12 日本电厂之二

上海市闵行区翻译协会 编译

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