清洁能源在发电技术中的应用

清洁能源在发电技术中的应用

凤思琪

青岛鸿瑞电力工程咨询有限公司青岛崂山266100

摘要：电力是现代化电气设备与各类电器中不可或缺的基础性动力。以我国电力生产的分布状况看，常规燃煤火力发电占了非常大的比重。常规燃煤火力发电不仅浪费大量的煤炭资源，还对大气环境造成巨大的污染。为将石化能源消耗降到最低程度、降低二氧化碳等气体排放、清洁高效的发电技术成为关注的热点。

关键词：发电技术；清洁能源

2016年我国煤炭消费量占比仍高达62%，较全球一次能源消费平均水平高出34个百分点，石油、天然气、非石化能源占比均不及全球平均水平；2017年我国能源消费总量44.9亿吨标准煤，其中煤炭消费占能源消费总量的60.4%[1]。考虑我国资源状况，煤炭仍将维持第一大一次能源来源的地位，但其消费占比有望持续降低，或在2025年降至50%以下。此外，我国并非油气资源大国，石油对外依存度约为65%，天然气对外依存度或在2020年达到46%[2]，采用清洁火力发电技术，提高燃煤发电效率，降低碳、烟尘、氮氧化物、硫化物排放，加速向非化石能源转型是我国能源发展的必然方向。

1洁净煤

清洁煤技术是指在煤炭从开发到利用全过程中，旨在减少污染排放与提高利用效率的加工、燃烧、转化和污染控制等新技术的总称。不断提高燃煤利用率，提高机组效率，降低排放一直是火电行业研究的主要方向之一。

1.1超超临界机组

蒸汽参数愈高，热效率也随之提高。在超超临界机组参数范围的条件下，主蒸汽压力提高1MPa，机组热耗率可下降0.13%～0.15%；主蒸汽温度每提高10℃，机组热耗率可下降0.25～0.30%；再热蒸汽温度每提高10℃，机组热耗率可下降0.15%～0.20%。汽轮机热耗率每降低100吉焦/千瓦时，供电煤耗就节省3.5克/千瓦时。我国超超临界发电机技术已经很成熟，2017年国电电力供电煤耗降低至299.55克/千瓦时，首次突破300克/千瓦时大关；泰州公司两台100万千瓦燃煤机组经过改造后，供电煤耗已达266.83克/千瓦时，位居国内同类机组最优行列[3]。

1.2循环流化床

循环流化床燃烧技术以其燃料适应好、在清洁燃烧特别是燃烧劣质煤方面具有污染物排放低、燃烧效率高等特点。自2013年内江白马600MW循环流化床示范电站建成以来，超超临界循环流化床发电机技术日趋完善，部分超超临界电站已经进入招标实施阶段。

1.3超低排放

我国已经突破大型燃煤超低排放发电技术，燃煤电厂大气污染物排放达到甚至优于国家天然气发电排放标准，即烟尘不高于5毫克每立方米、二氧化硫不高于35毫克每立方米、氮氧化物不高于50毫克每立方米。

新建煤电机组要求全部为超低排放，并且国家正在对现有机组进行超低排放技术改造，全国累计完成煤电超低排放改造6.4亿千瓦以上，提前完成2020年改造5.8亿千瓦的目标。

2清洁高效的能源

在我国大力倡导和实施节能减排的今天，火力发电逐渐从最初的单一能源模式向多元化模式发展。除了上述提到的清洁高效火力发电技术，还包括核能发电、水力发电、太阳能发电、地热能发电等清洁高效发电技术。

2.1天然气发电

天然气作为我国主要的清洁能源，将成为今后火力发电技术与能源结构革新的主要能源。天然气具有发热量高、易燃烧的显著特征，在经过燃烧之后排放的污染物少等优点。今后的清洁高效火力发电技术的研发与运用过程中，要进一步拓展天然气的使用规模。

2.2核能发电

核能是最为先进、最清洁的能源，通过利用可控的核聚变来代替石化能源现已演变为人类可利用率最高、规模最大的商品能源。核能虽然属于清洁能源，但消耗铀燃料，不是可再生能源，而且几乎所有的国家都不能保证核电站的绝对安全，但核电生产过程中的安全问题不会阻止人类开发和利用核能的脚步。

2.3水力发电

由于水资源的可再生循环特点，水力发电的可再生性是非常显著的发，发电效率高达90%以上，发电成本低，发电起动快，数分钟内可以完成发电，调节容易，单位输出电力之成本最低。因此，世界各国只要有充分的基础条件就大力建设水力发电厂。合理开发西部水力资源、实现西电东送，对于解决国民经济发展中的能源短缺问题、改善生态环境、促进区域经济的协调和可持续发展，无疑具有非常重要的意义。

2.4风力发电

风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。我国风能资源丰富，可开发利用的风能储量约10亿kW，其中陆地上风能储量约2.53亿kW，海上可开发和利用的风能储量约7.5亿kW。根据全球风能理事会GWEC发布《全球风电报告2017》。2016年全球新增风电装机容量54，642MW，2017年为52，492MW；累计风电装机容量达到539，123MW，较2016年同期（487，279MW）增长11%。2017年中国风电装机容量在全球比例为34.9%。风电发展到目前阶段，其性价比正在形成与煤电、水电的竞争优势。随着中国风电装机的国产化和发电的规模化，风电成本可望再降。

2.5太阳能发电

太阳能是最原始的能源，地球上几乎所有其他能源都直接或间接来自太阳能。太阳能主要有两种转化方式：一种是将太阳热能直接转化成电能，如光伏发电；另一种方式是采用聚光技术将太阳光聚焦在吸热器上，加热吸热器中的传热介质加热蒸发器，以驱动汽轮机带动发电机发电，如光热发电。

20世纪70年代以后，各发达国家积极研究太阳能光伏发电，促使技术不断更新换代，光伏组件成本大幅度下降，从而使得太阳能光伏发电成为当今发展最迅速的高科技产业之一。2009年推出太阳能光电建筑应用示范工程与金太阳示范项目，促使太阳能光伏发电开始向民用领域渗透。根据德国太阳能协会统计数据，2016年全年全球光伏发电新增装机容量为70GW，而中国新增装机容量达到34GW，优势明显4。风光储多能互补项目逐步应用，工厂企业的分布式屋顶光伏、渔业光伏、光伏农场、智能微网、家庭光伏已经蓬勃发展，而且将普及到千家万户。根据世界能源组织的预测，2020年光伏发电量将占全球发电总量的1%，到2040年将达到20%左右。

光热发电目前有四种技术路线：槽式，塔式，菲涅尔式，碟式。目前技术相对成熟并开始商业化推广的主要是槽式和塔式；线性菲涅尔式和碟式斯特林式由于技术成熟度的原因，目前还较少商业化的开发。光热电站通过配置储热系统可以实现连续发电，可以满足电网连续稳定运行的需求。光热电站发电机成本比常规火电高，但随着工艺和材料科技水平的不断提高，光热电站单机规模不断提高，光热发电单位千瓦成本正逐渐下降。2018年1月努奥二期工程全球最大单机容量（200MW）的槽式光热机组在摩洛哥并网发电。迪拜马克图姆太阳能园区第四期700MW光热发电项目电价为0.48元/kWh，已非常接近传统燃煤项目电价。

我国光热电站发展前景广阔，我国西北部地区，有丰富的太阳能资源，光热电站可以利用戈壁、盐碱地、荒漠等自然条件不好的土地。截止到2016年年底，我国已建成的光热发电装机容量约为24.2MW，国家能源局公布首批20个光热示范项目在2018年底将有300MW并网发电其余700多MW将陆续在2020年发电。根据“十三五”规划，2020年光热装机规模为5GW，后续示范项目规模约为3GW以上。

太阳能是一种取之不尽用之不竭的清洁可再生资源，利用太阳能发电是开拓新能源、保护环境和节能减排的有效途径。尽管现阶段光热发电还无法在成本等方面与光伏发电竞争，但由于可以解决能源储存难题及具有与电网并网明显优势性，光热发电更具有向替代能源发展的潜力。

3结束语

综上所述，在一段时期内以燃煤为主的火力发电仍将在我国发电占产业中据绝大比重，新能源发电机技术在高速蓬勃发展，新能源正在逐步替代传统石化能源。高效清洁新能源的研究和应用仍是我国现阶段最主要的节能减排措施，合理发展水电，稳步发展核电，大力发展风电、光伏、光热发电，提高发电效率、降低发电成本是解决能源短缺、降低环境污染的长期策略。

参考文献：

1我国清洁燃煤技术实现突破，供热供暖锅炉加速升级[EB/OL]http：//www.xinhuanet.com/2018-04/09/c_1122651649.htm2018-04-09/2018-05-01.

22018年中国一次能源消费量、全社会用电量、GDP能耗及清洁能源发电占比分析[EB/OL]http：//www.china-nengyuan.com/news/123338.html2018-04-12/2018-05-01.

3国电电力299.55克/千瓦时供电煤耗怎样炼成[EB/OL]http：//www.cpnn.com.cn/zdzg/201804/t20180417_1065512.html2018-04-17/2018-05-01.

4莫一波，杨灵，黄柳燕，徐琼鹰，陈海峰.各种太阳能发电技术研究综述[J].东方电气评论，2018，32（01）：78-82.