倪维斗院士：从黑色煤炭到绿色煤电 ——中国工程院院士谈煤电转型升级

在“双碳”目标及高质量发展的背景下，大力发展新能源是实现低碳转型的必然要求，是实现经济安全可持续发展的国家战略。

 

倪维斗院士

 

9月16日，在优清商学院举办的研讨班开班仪式上，中国工程院院士、清华大学能源与动力工程系教授倪维斗表示，在“双碳”目标下，煤电如何实现低碳发展是最大的挑战，风能和太阳能发电无法适应“源随荷动”的基本要求，均不具备调峰调频、无功补偿的能力，不可能完全取代煤电实现碳中和。风能和太阳能发电最大的问题是间歇性和不稳定性，大容量的风光电源必须要有大容量的可调节电源，如火电和其他储能技术，因此当前要不断探索风光电发电与煤电协调健康发展机制。

 

改造升级

 

进一步提高煤电净效率

 

大型煤电在我国电力生产中的基础支撑作用难以替代。据国家统计局数据，2022年末全国发电装机容量25.6亿千瓦，其中火电装机容量13.3亿千瓦。并网风电装机容量3.7亿千瓦，并网太阳能发电装机容量3.9亿千瓦。2022年，我国非化石能源发电装机占总装机容量的49.6%。煤电占总装机容量的43.8%。倪维斗表示，我国已建成的大容量超超临界参数和亚临界参数机组的总容量有8.91亿千瓦，这些机组及其配套设施、输配电系统的资产总量高达10万亿元，已成为火电的主力机组，通过引进、消化和创新，现在具有我国独创技术的超超临界参数和改造的亚临界参数煤电机组的供电效率和超低排放水平均处于世界领先地位。

 

倪维斗认为，如果以全新的生产、储能和不稳定的风光发电系统来代替上述煤电系统的电量生产能力，其投资和运行成本的高企可想而知。先进煤电具有基本清洁、高效、可靠的特征，应重视建设先进煤电及改造现有机组（低碳），发展煤与生物质燃料混烧（低碳），通过升级改造提升煤电净效率，耦合混烧生物质减少二氧化碳排放，采用CCUS最终实现煤电的净零排放。

 

亚临界机组改造

 

挖掘调峰潜力

 

在我国煤电中占据较大比重的亚临界机组是倪维斗十分关注的领域。他认为，若在我国现役3.5亿千瓦亚临界机组中全面推广大幅提效综合升级改造技术，按照供电煤耗降低30克/千瓦时保守计算，年利用小时数4500小时测算，年节约将超过4700万吨标准煤，减排二氧化碳超1.27亿吨，大气污染物排放也将大幅降低。

 

除了节能减排的直接效益，倪维斗也很看重亚临界机组改造的调峰潜力。他指出，若亚临界机组整体提升20%的深度调峰性能，则可以腾出7000万千瓦调峰容量，增加3.5亿千瓦风光类新能源的消纳能力，大幅提升风光类新能源和煤电的兼容性，保障电网安全。

 

在倪维斗看来，高温亚临界综合升级改造可应用在超临界机组，平均煤耗下降值大于30克/千瓦时，也可应用于13.5万千瓦以下的热电联供小机组，煤耗可降低60~100克/千瓦时。若能全面推广，可有效降低未来煤电机组的煤耗水平，同时有力支撑电网对风光新能源的消纳，创造巨大的减碳空间和经济效益。

 

耦合发展

 

推动煤电零碳化转型

 

据倪维斗介绍，生物质能作为火电燃料，总量巨大，目前国内生物质资源可转换为能源的潜力约为5亿吨标准煤。如加以发展，今后可超过10亿吨标准煤。

 

倪维斗提出了一系列关于建立基于生物质新型生态能源系统的建议，其中一条是“要通过技术创新，大力发展超级能源生物质燃料”，超级芦竹就是近年来关于超级能源生物质燃料的一项重大突破。大力发展和推动生物质燃料产业，大规模开发和推广利用广大的边际土地种植高产速生的能源植物如超级芦竹等，解决生物质燃料的大规模生产和可靠替代及可靠供应问题。他还提出，可以借鉴国外大型燃煤机组进行生物质耦合混烧直至100%生物质燃料替换技术。

 

“我国煤炭转型一定要建立在新能源可靠替代的基础上，也就是应先立后破，大力发展生物质发电取代煤电，最终实现煤电的零碳化转型，因此现有煤电升级改造（低碳）+生物质混烧（零碳）+碳捕集、利用和封存（负碳）的技术路径，就是我国煤电低碳转型之路。最终与风光一起，形成确保我国能源安全的低碳发电系统，从而确保我国在2060年前实现碳中和目标。另外，也需制定强有力地推动煤电耦合生物质发电的能源政策。”倪维斗如是说。