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标题: 中国的节能减排比发达国家难得多==转
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中国的节能减排比发达国家难得多==转

南方周末    2008-03-06 12:47:43


  □林伯强  


      高昂的油气价格使得中国由煤向油气转换可望不可及,以煤为主的能源结构会是一个长期的环境问题。此外,今后即使中国有了“在其他低收入国家生产高污染产品”的实力,也没有低收入国家有足够的生产能力为中国提供如此数量的产品

  国情决定必须节能

  对比发达国家的发展进程,中国目前还处于能源高需求阶段,这一阶段能源需求是刚性的。

  到2020年,中国大约有3亿人口将迁移进城市居住和工作。城市人口能源消费是农村人口的3.5到4倍。城市化进程要求进行大规模城市基础设施建设和住房建设,需要大量的水泥和钢材,这些只能在国内生产。世界上没有哪一个国家能为中国生产这么多的钢材和水泥。2006年中国GDP占世界总量的5.5%左右,但是,钢材消费量大约占世界钢材消耗的30%,水泥消耗大约占世界水泥消耗量的54%。因此,对高耗能产业的需求也是刚性的。

  中国的能源动态表明能源消费增长过快。2003年到2007年间中国能源年消费总量都接近双位数增长,这是因为与能源密切相关的高耗能产业的快速增长,表明了城市化进程在加速。除非愿意减低经济增长速度和城市化进程,将很难减低能源的需求增长。

  中国能源需求总量的问题是相对于能源储量和人口而言的。以中国的人口,一旦消费,任何资源都将稀缺。中国能源需求总量的问题也是相对于国际市场而言的。不像小国家,需求可以通过国际市场满足而不影响国际市场价格。中国一旦大量稀缺,必将受到国际市场价格上涨的影响。由于人口众多,若不抑制需求,中国的能源希缺性可能会比其他国家严重,中国的国情决定必须节能。
  
  先恶化后改善的两大挑战

  如何理解中国的环境问题?发达国家发展进程的经济增长和环境的关系可以用环境库兹涅兹曲线来描述。之后该理论常被用来说明一个国家的整体环境质量或污染水平会随着经济增长和经济实力的积累呈先恶化后改善的趋势,也即经济增长和环境污染之间呈现倒U型的形状。

  中国或许可以最终走出一条倒U形曲线,但有两个问题决定了曲线的形状可能与发达国家很不相同。因为首先国际能源和环境背景不一样,高昂的油气价格使得中国由煤向油气转换可望不可及,以煤为主的能源结构会是一个长期的环境问题。

  此外,中国的消费量也决定了高耗能、高污染产品只能在本国生产,今后即使中国有了“在其他低收入国家生产高污染产品”的实力,也没有低收入国家有足够的生产能力为中国提供产品。因此,中国需要强有力的能源环境政策,如果不能改变曲线的总体发展规律,至少需要改变曲线形状的细节,例如让曲线变得更扁平或更早出现顶点。

  因此,中国必须节能减排,而且需要付出的努力会比发达国家大得多。这就有必要吸取发达国家的经验教训,根据中国国情,寻求有效的、最小成本的节能减排,尤其是战略和政策的突破和创新。
  
  政策创新

  发达国家的经验说明,提高能源效率和节能目标通常不一致。某种能源产品使用效率的提高将降低该能源的消费,然而,消费下降以及随后该能源使用成本的下降将引起需求的反弹,这就是能源经济学的反弹效应理论。许多研究证实了反弹效应的存在,反弹效应使得政府通过提高能源效率而进行节能的努力的结果将比预期更小。

  充分考虑反弹效应能更加准确地衡量和评估可能取得的节能减排效果。如果目前中央政府分发给各省的节能目标是以提高能源效率为主,不涉及市场价格,那么可能得到的结果就会小于目标。在环境评估上,反弹效应也将增加由于能源效率提高带来的温室气体减排预测上的困难。

  除非配合能源价格改革,提高能源效率不一定能降低能源消费总量,也不一定减少排放总量。然而,需要注意的是,提高能源效率,即使不能减少能源消费,也增加了社会福利,是一件好事。

  发达国家的经验还说明,节能减排应当以市场为主,政府行政为辅。大致可以将节能减排分为两个层面:首先是市场能解决的,也就是通过提高能源价格(反映稀缺和环境成本),依靠企业和个人自身动力进行节能减排。其次是市场不能解决的问题,需要政府通过行政手段,包括投入节能减排资金、绿色贷款、采取特殊政策等等。政府目前的节能减排重心主要是在第二层面。行政措施可能有短期效应,但经济社会成本会很大,且不是长效机制。

  能源替代理论研究整体经济或某一制造业部门的能源、资本和劳动之间的替代关系,它试图说明能源和其他生产投入要素在多大程度上是替代的或是互补的。

  许多研究对各国的能源替代弹性进行估计,结果是各国在不同时期的资本和能源有时具有替代性,有时具有互补性。发达国家的基本总结是:在经济发展的前阶段,新技术资本的投入需要能源配套,这时两者存在互补关系。而能源和资本的替代通常是随着能源价格的提高,节能技术的大量使用,通过节能为目的资本投入使得能源消耗下降。

  对比发达国家的发展进程,现阶段中国的资本投入更多地是伴随能源需求的增长,能源和资本是互补关系。由于中国迫切需要节能减排,那么,要使现阶段中国资本和能源之间出现替代关系,从而提高能源效率,首先要提高能源价格才能引导节能技术的大量使用;其次,节能减排需要资金投入。前者需要能源价格改革,后者需要政府的政策资金支持。

  (作者为厦门大学中国能源经济研究中心主任,电子邮箱bqlin@xmu.edu.cn)




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一种节能的好技术:




IGCC
开放分类: 发电、煤、能源利用

整体煤气化联合循环(IGCC-Integrated Gasification Combined Cycle)发电系统,是将煤气化技术和高效的联合循环相结合的先进动力系统。它由两大部分组成,即煤的气化与净化部分和燃气-蒸汽联合循环发电部分。第一部分的主要设备有气化炉、空分装置、煤气净化设备(包括硫的回收装置),第二部分的主要设备有燃气轮机发电系统、余热锅炉、蒸汽轮机发电系统。IGCC的工艺过程如下:煤经气化成为中低热值煤气,经过净化,除去煤气中的硫化物、氮化物、粉尘等污染物,变为清洁的气体燃料,然后送入燃气轮机的燃烧室燃烧,加热气体工质以驱动燃气透平作功,燃气轮机排气进入余热锅炉加热给水,产生过热蒸汽驱动蒸汽轮机作功。其原理图见下图
    IGCC技术把高效的燃气-蒸汽联合循环发电系统与洁净的煤气化技术结合起来,既有高发电效率,又有极好的环保性能,是一种有发展前景的洁净煤发电技术。在目前技术水平下,IGCC发电的净效率可达43%~45%,今后可望达到更高。而污染物的排放量仅为常规燃煤电站的1/10,脱硫效率可达99%,二氧化硫排放在25mg/Nm3左右。(目前国家二氧化硫为1200mg/Nm3),氮氧化物排放只有常规电站的15%--20%,耗水只有常规电站的1/2-1/3,利于环境保护。

整体煤气化联合循环发电的分类及作用

    由图中可以看出IGCC整个系统大致可分为:煤的制备、煤的气化、热量的回收、煤气的净化和燃气轮机及蒸汽轮机发电几个部分。可能采用的煤的气化炉有喷流床(entrained flow bed)、固定床(fixed bed)和流化床(fluidized bed)三种方案。在整个IGCC的设备和系统中,燃气轮机、蒸汽轮机和余热锅炉的设备和系统均是已经商业化多年且十分成熟的产品,因此IGCC发电系统能够最终商业化的关键是煤的气化炉及煤气的净化系统。具体来说,对IGCC气化炉及煤气的净化系统的要求是:

a) 气化炉的产气率、煤气的热值和压力及温度等参数能满足设计的要求

b) 气化炉有良好的负荷调节性能,能满足发电厂对负荷调节的要求

c) 煤气的成分、净化程度等要能满足燃气轮机对负荷调节的要求

d) 具有良好的煤种适应性

e) 系统简单,设备可靠,易于操作,维修方便,具有电厂长期、安全可靠运行所要求的可用率

f) 设备和系统的投资、运行成本低



1)喷流床气化炉

    喷流床是目前IGCC各示范工程中采用最多的一种气化炉。它是一种高温、高压煤粉气化炉,气化炉的压力为20-60bar,要求采用90%以上的颗粒小于100μm的煤粉,采用氧、富氧、空气或水蒸气作为气化剂,当以氧为气化剂时,气化炉炉膛中心的火焰温度可达2000℃。由于是高温气化,在产生的粗煤气中不可能含有很多碳氢化合物、煤焦油和酚类物质,煤气的主要成分是CO、H2、CO2和水蒸气,离开气化炉的热煤气温度在1200-1400℃,往往高于灰的软化温度。为了防止热煤气中已软化了的粘性飞灰在气化炉下游设备(余热锅炉)粘结堵塞,将除尘后的冷煤气增压后再返送回煤气炉的出口和热煤气混合,将热煤气的温度降低到比灰的软化温度低50℃,然后,热煤气再经过气化炉的余热锅炉(辐射和对流蒸汽发生顺)产生饱和蒸汽,同时使热煤气的温度降低到200℃左右,约50%的煤中灰分在气化炉高温炉膛中心变成液态渣,由炉底排出并通过集渣器送入渣池。

    煤粉灰中的以飞灰的形式随热煤气,帮煤气须经除尘、洗涤脱硫处理,成为清洁的煤气,再送往燃烧室。

    喷流床气化炉由于是煤粉高温高压气化,因此煤种适应性广,碳转化率高,能达到99%以上。

    当前在欧美各地IGCC示范厂所选用的喷流床气化炉有:美国德士古和CE炉,荷兰的Shell炉,德国的Prenflo炉。给煤方式有湿法水煤浆给煤(如德士古炉)和干法给煤(如 shell和Prenflo炉)。

    由于喷流床气化炉的单炉生产能力大,并且具有较高的效率,燃料适应性广,因而在今后发展大容量高效率的IGCC电站中具有强有力的竞争地位。

2)流化床气化炉

    流化床气化炉可以充分利用床内气固两相间的高强度的传热和传质,使整个床层内温度分布均匀,混合条件好,有利于气化反应的进行。同时,可以利用流化床低温燃烧,在燃烧和气化过程中加入脱硫剂(石灰石或白云石),将产生的大部分SO2和H2S脱除。由于流化床气化炉内的反应温度一般控制在850-1000℃,因此,它产生的焦油、烃、酚、苯和萘等大分子有机物基本上都能被裂解为简单的双原子或三原子气体,煤气的主要成本是CO和H2,CH4的含量一般少于2%。

  当前,用于IGCC系统的流化床气化炉有KRW炉,U-Gas炉和温克勒炉等。

3)固定床气化炉

    固定床气化炉是最早开发出的气化炉,它和燃煤的层燃炉类似,炉子下部为炉排,用以支承上面的煤层。通常,煤从气化炉的顶部加入,而气化剂(氧或空气和水蒸气)则从炉子的下部供入,因而气固间是逆向流动的。这种气化炉和燃煤的层燃炉一样,对煤的粒径有一定的要求。

    固定床气化炉有两种煤气出口集团的设计。粗煤气唯一出口位置设计在干燥区上面煤层的顶部,称为单段气化炉,此时出口处煤气的温度为370-590℃,在这煤气温度下,气的油和煤焦油等会发生裂解和聚合反应,从而生成彼一时质焦油和沥青。同时高温煤气穿过煤层时产生的剧烈干馏会使煤发生爆裂,产生大量煤尘,并随粗煤气一起带出气化炉。因而这种单段气化炉的粗煤气质量是比较差的。另一种设计是,有两个煤气出口,除了在干燥区上部的出口外,另一个则在气化区的顶部,煤气产量的一半从这个出口离开气化炉。由于流经挥发分析出区和干燥区的煤气量只有单段炉的,有利于防止由于煤的爆裂而产生的大量煤尘,而且不会产生彼一时质焦油和沥青。因此,两段炉产生的粗煤气的质量是比较好的。

    用于IGCC系统的固定床气化炉主要是鲁奇炉,世界上最早的德国IGCC示范厂采用的就是鲁奇固定床单段固态排渣气化炉。这种气化炉的最大缺点是,使用焦结性煤时,容易造成床体阻塞,使气流不畅,煤气质量不稳定。此外,由于煤在气化炉内缓慢下移至变成灰渣需停留0.5-1个小时,因而单炉的气化容量无法设计得很大。而且,排出的煤气中还含有大量的沥青、煤焦油和酚等,使煤气的净化处理过程十分复杂。为改善上述问题,强化煤的气化过程,英国煤气公司在固态排渣鲁奇炉的基础上,将其发展成液态排渣鲁奇炉。液态排渣气化炉由于其燃烧区的温度较高,因而有利于提高煤的氧化速率和碳的转化率,缩短煤在炉内的停留时间,对煤粒直径的要坟比固态排渣炉宽。但颗粒尺寸小于6mm的要限制在10%以下。液态排渣气化炉有以下特点:1)碳转化率是三种气化炉中最高的,排渣的物理热损失大。2)相对安全可靠;3)煤气生产能力有限,是三种炉型中能力最低的。

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楼上的在进行科普啊……





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QUOTE:
原帖由 莉吉亚 于 03月31日2008年 09:42 发表
楼上的在进行科普啊……

两年前看了一篇文章《煤能变得干净吗?》然后记住了IGCC技术这个东西,因此一说节能,第一反应就想起这玩意来了。

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