中国火电技术的发展方向和世界超超临界技术的最新发展

中国火电技术的发展方向和世界中国火电技术的发展方向和世界超超临界技术的最新发展超超临界技术的最新发展－－发展超临界发展超临界//超超临界机组的重大意义超超临界机组的重大意义清华大学清华大学热能工程系热能工程系毛健雄毛健雄全球全球COCO22浓度的变化浓度的变化17501750年（工业化前）：年（工业化前）：280ppm280ppm；；20002000年年:370ppm:370ppm；；20052005年年:379ppm:379ppm；；20082008年年:384.9ppm:384.9ppm（（NOAA)NOAA)联合国气候变化专门委员会（联合国气候变化专门委员会（IPCC)IPCC)预测，到预测，到20502050年，全球年，全球COCO22平均浓度将达到平均浓度将达到550ppm550ppm全球大气CO2浓度（ppm）美国和中国的美国和中国的COCO22排放量占世界总排放量的排放量占世界总排放量的4242％％从三个角度比较中国和美国与能源相关的从三个角度比较中国和美国与能源相关的COCO22排放量排放量年CO2排放量(2007年)累计CO2排放量(1800-2007年)人均CO2排放量(2005年)美国中国美国中国美国中国资料来源:美国能源部长朱棣文在清华大学的报告，2009年7月15日预测2100年时地球平均温度会增加6oC预测的地球温度上升oC地球温度变化oC年资料来源:IntergovernmentalPanelonClimateChange,2001Report气候变化的后果气候变化的后果美国能源部长朱棣文美国能源部长朱棣文：在冰河时代，地球的平均温：在冰河时代，地球的平均温度只是比现在低度只是比现在低66ooCC,,然而正是这然而正是这66ooCC的区别，使当的区别，使当时美国和加拿大领土终年被冰雪覆盖着。同样道时美国和加拿大领土终年被冰雪覆盖着。同样道理，如果地球平均温度上升理，如果地球平均温度上升66ooCC，不难想像，这会，不难想像，这会给地球带来多大变化。给地球带来多大变化。““增长的极限增长的极限””的作者，美国科学家丹尼斯的作者，美国科学家丹尼斯..梅多斯梅多斯说：说：““全球气候变化具有更大威胁的表现形式是：全球气候变化具有更大威胁的表现形式是：海平面上升、物种消亡、飓风及暴雨更加频繁和更海平面上升、物种消亡、飓风及暴雨更加频繁和更加难以预测，这将带来极度的干旱、粮食减产，以加难以预测，这将带来极度的干旱、粮食减产，以及依靠水源的其它市场能力的下降。及依靠水源的其它市场能力的下降。世界环保组织的先驱世界环保组织的先驱--罗马俱乐部副秘书长约格罗马俱乐部副秘书长约格..盖盖尔说尔说：：””如果不尽快找到解决气候变化后果的对如果不尽快找到解决气候变化后果的对策，气候变化将会带来大范围的饮用水紧张，最终策，气候变化将会带来大范围的饮用水紧张，最终会造成地球上大规模人口的饥饿和死亡。会造成地球上大规模人口的饥饿和死亡。如果地球平均温度上升如果地球平均温度上升44ooCC,,地球会怎么样？地球会怎么样？美国气象学家詹姆斯美国气象学家詹姆斯··汉森的最悲观预测汉森的最悲观预测：：如果大气中如果大气中COCO22浓度达到浓度达到550ppm,550ppm,地球平均温度将会上升地球平均温度将会上升44ooC,C,地球将变成无冰世界，海平面将上升地球将变成无冰世界，海平面将上升8080米米。地球上很。地球上很多地方将变成多地方将变成““灾难水世界灾难水世界””；；地球上更多的地方将变成沙漠，巴西亚马孙雨林将变成地球上更多的地方将变成沙漠，巴西亚马孙雨林将变成““亚马孙沙漠亚马孙沙漠””，美国大部分地区也将成为沙漠，世界各地，美国大部分地区也将成为沙漠，世界各地原来的沙漠将向外扩展，撒哈拉沙漠将吞噬欧洲南部和中原来的沙漠将向外扩展，撒哈拉沙漠将吞噬欧洲南部和中部；部；由于地表蓄水层的干涸，地球表面将会形成两个沿纬度方由于地表蓄水层的干涸，地球表面将会形成两个沿纬度方向的向的““干涸带干涸带””，一条，一条““干涸带干涸带””横跨中美洲、南欧、北非和横跨中美洲、南欧、北非和南亚，另一条南亚，另一条““干涸带干涸带””则横跨马达加斯加岛、南非、太平则横跨马达加斯加岛、南非、太平洋岛屿、澳大利亚和智利。洋岛屿、澳大利亚和智利。““干涸带干涸带””上土地形同荒凉沙上土地形同荒凉沙漠，无法适合人类居住；漠，无法适合人类居住；地球将遭遇地球将遭遇““第六次生物大灭绝第六次生物大灭绝””，充满酸性的海洋将导致，充满酸性的海洋将导致许多海洋生物灭绝，大量动物和植物也将遇到灭绝的厄许多海洋生物灭绝，大量动物和植物也将遇到灭绝的厄运。那时地球上大约只有运。那时地球上大约只有1010亿人亿人可能幸存下来可能幸存下来。。要避免由于温室气体排放而造成气候严重要避免由于温室气体排放而造成气候严重的变化，必需尽早实行大规模的的变化，必需尽早实行大规模的COCO22减排减排+25%~+85%+25%~+85%20502050--208020804.04.0--4.94.9710710--855855--30%~+5%30%~+5%20102010--203020302.82.8--3.23.2535535--590590--85%~85%~--50%50%20002000--201520152.02.0--2.42.4445445--49049020002000至至20502050年达到年达到该二氧化碳浓度值该二氧化碳浓度值需要的二氧化碳减需要的二氧化碳减排量排量达到该二氧化达到该二氧化碳浓度值所需碳浓度值所需要的时间要的时间达到该二氧化碳达到该二氧化碳浓度值时地球平浓度值时地球平均温度增加值均温度增加值（（ooCC))大气二氧化碳大气二氧化碳稳定的当量浓稳定的当量浓度值度值（（ppmppm))联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）最近对气候变化的评估结果要达到较低的二氧化碳浓度值，就需要全球更早采取二氧化碳减排行动资料来源:IPCC报告，2007控制气候变化要花多少钱？控制气候变化要花多少钱？从1010到2030年，有三个温室气体减排方案，分别将地球平均温度上升控制在（1）5oC,此时CO2减排的投资费用是26万亿美元；（2）3oC,此时CO2减排的投资费用是30.1万亿美元；（3）2oC,此时CO2减排的投资费用是35.2万亿美元资料来源:能源评论，2009年1月方案三方案三：将大气：将大气COCO22浓浓度控制在度控制在445445--490490ppm,使地球温度上升2.02.0--2.42.4ooC,C,投资费用为投资费用为35.235.2万亿美元万亿美元方案二方案二：将大气：将大气COCO22浓浓度控制在度控制在535535--590590ppm,使地球温度上升2.82.8--3.23.2ooC,C,投资费用为投资费用为30.130.1万亿美元万亿美元方案一方案一：将大：将大气气COCO22浓度控浓度控制在制在710710--855855ppm,使地球温度上升4.04.0--4.94.9ooC,C,投资费投资费用为用为2828万亿美万亿美元元2007年全世界的GDP总量是54万亿美元2007年美国的GDP总量是14万亿美元，占25%2007年中国GDP总量是3.2万亿美元，占6%火电厂污染物排放控制技术的发展火电厂污染物排放控制技术的发展1950s1980sSO2排放控制1970s1990s火电厂终端产品的回收和利用烟气脱NOXSO2今天的洁净煤发电技术，不仅要求粉尘、SO2和NOx等污染物的排放能满足日益严格的排放标准，而且是能达到SO2减排甚至是SO2接近零排放的技术2010-2020SO2,SO3,PM2.5汞NOxCCSCO2捕获和封存（CCS)CO2粉尘排放控制电力行业如何实现电力行业如何实现COCO22减排减排COCO22减排、减排、接近零排放接近零排放¾采用超临界/超超临界技术、IGCC等高效发电技术¾采用可再生能源（太阳能、风能和生物质能等）¾采用核电¾实行COCO22排放贸易¾实行清洁发展机制（CDM）¾开发和将CCS技术用于化石燃料电厂COCO22捕集和储存捕集和储存（（CCSCCS））改变能源结构，改变能源结构，采用非化石采用非化石燃料发电燃料发电最大限度地提最大限度地提高发电效率高发电效率执行京都议执行京都议定书实行定书实行COCO22定额排放定额排放为根本坚决燃烧化石燃料发电基本上不排放为根本坚决燃烧化石燃料发电基本上不排放二氧化碳的问题，现在全世界正在大力开发二氧化碳的问题，现在全世界正在大力开发的碳捕获和封存（的碳捕获和封存（CCSCCS）技术是否能够最）技术是否能够最终解决问题？终解决问题？CCSCCS何时才能解决问题？何时才能解决问题？CCSCCS是高投资的高能耗系统，要求减排的是高投资的高能耗系统，要求减排的COCO22越越多，为捕获和封存多，为捕获和封存COCO22所消耗的电力越大，因而所消耗的电力越大，因而为为捕获和封存为为捕获和封存COCO22而产生的而产生的COCO22越多。越多。CCSCCS最最终能否得到广泛推广应用，取决于技术、经济和终能否得到广泛推广应用，取决于技术、经济和政策，现在还很不确定。政策，现在还很不确定。常规燃煤火电厂将CO2直接排入大气燃煤CCS电厂是将烟气中的多数CO2捕集，然后将CO2液化。其CO2减排率超过75％以上。将液态的CO2通过管道或其它方式输送至合适的封存地点将液态CO2注入适合于封存的地下深层地质结构中，使其永不泄漏。超过一英里可能的其它CO2封存地点地下深层盐水层不可开采的煤层废弃的油/气田COCO22的捕集和封存技术－的捕集和封存技术－CCSCCS全貌全貌实现实现CCSCCS的三个主要技术措施：的三个主要技术措施：(1)(1)捕集和液化；捕集和液化；(2)(2)运输；运输；(3)(3)封存封存（1）CO2捕集和液化（2）CO2运输（3）CO2封存地下水层密封岩层密封岩层第一步进行CCS示范性项目第二步实现CCS商业化并制定政策和法规的的驱动力Overalleffortalsoimportanttomaintaincontinuity全球启动CCS在全球启动CCS之前，最重要的是要从第一步和第二步CCS的经验教训中学习到如何正确进行CCS项目欧盟全面启动CCS通过建立IGCC/氧燃料法新电厂/改造老电厂来启动CCS项目201520202025通过对现有电厂采用燃烧后捕集二氧化碳的技术来启动CCS项目201520202025第一步进行将现有电厂改造成燃烧后捕集二氧化碳的示，可更早启动CCS项目。重要的是进行整体的努力以保持CCS发展的持续性如果提早进行CCS的示范，就可提早在全球启动CCS项目全球CCS路线图CCS技术能够大规模推广应用的条件€60€40€20来源：PaalFrisvold，CCS:FromDemonstrationtoCommercialisation，China-EUCooperationonZeroEmissions,Beijing,28thOctober2009CO2的价格CCS的成本不可回收的CCS的成本国际能源署（国际能源署（IEAIEA）对）对CCSCCS工程的预测工程的预测2050年‐100200300400500600700CHINAUSAINDIAEEU + FSUODA到2050年全球有3400个CCS工程，其中中国有600个。按照这一预测，按照这一预测，到到20502050年，年，CCSCCS能够减少能够减少3030％的％的COCO22排放。排放。来源：BrendanBeck,IEACCSRoadmapandChina,China-EUCooperationonZeroEmissions,Beijing,28thOctober2009中国美国印度2050年全球五大经济体的CCS工程数比较OECD援助的发展中国家欧盟＋前苏联CCSCCS是高能耗系统，捕集是高能耗系统，捕集COCO22越多，供电越少越