關于在現階段中國燃煤電廠二氧化碳捕集的可行性研究

王桂洲　歐克鵬

摘 要：對當代中國產能過剩對電力行業的影響和全球變暖原因與趨勢及電廠實際運行時負荷與效率的關系進行分析，簡介二氧化碳捕集技術（CCS）在中國的發展現狀。基于電廠效率和環保，建立模型，提出以適當提高電廠的負荷，利用多生產的電能進行二氧化碳捕集。然后通過分析二氧化碳的應用處理途徑和市場，進一步說明二氧化碳捕集回收的可行性。

關鍵詞：產能過剩；全球變暖；提高負荷；二氧化碳捕集；處理途徑；市場

中圖分類號： X701.3 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）26-193-2

1 中國的產能過剩現狀

在我國現階段很多傳統行業都出現了產能過剩的現象。例如，煤炭得到價格持續走低，鋼鐵產業嚴重產能過剩，許多用電集中的產業在國家的政策下減緩發展，因此電力需求逐漸減慢，但各大發電集團為了在隨后幾年能占據較大的市場，不斷有新的電廠投入營運。因此，發電機組利用小時越來越低。

我國火力發電占總發電的70%左右，這意味著火電機組的利用小時首當其沖，將進一步下降。隨著國家的電改政策，逐步推行電力競價上網。國家能源局指出傳統能源產能過剩矛盾加劇，煤炭行業可能將長期處于產能過剩的局面，而電力過剩也成為現階段持續惡化的另一局面。2015年全國發電設備平均利用小時為3969小時，同比降低349小時，降低至1978年的最低水平。[1]在全國用電需求進一步下降的情況下，到2015年底我國發電裝機已經達到151億千瓦，火電發電全年設備利用小時數本來應該在5500小時左右，卻降低到了4239小時，過剩產能已經超過20%。[1]另一方面，新能源不斷地發展，尤其是風能的發展在一定程度上沖擊了傳統火電行業。

2 全球溫室效應和環境污染與電廠的聯系

隨著經濟社會的發展，環境惡化已經成為全球亟待解決的問題，全球變暖已經帶來了相當大的危害，而引起全球變暖的主要因素是溫室氣體的排放。CO2是溫室氣體的主要組成部分，根據氣候模型預測，到2100年，全球的平均氣溫將上升1.4—5.8℃。火電廠生產中排放出的CO2量占CO2排放總量的30%左右。[2]在隨后的幾十年里，由于化石能源仍是主要的發電原料，CO2的排放必然將不斷地增加。火電廠仍是CO2的集中排放源，因而研究CO2的排放和捕集是當前的一份重要的工作。

3 現在中國電廠綠色煤電發展的現狀

CO2捕集技術主要包括三種方式的捕集，燃燒前的CO2捕集技術、燃燒后的CO2捕集技術和富氧燃燒技術。[3]“綠色煤電”技術作為基于燃燒前捕集的CCS技術，[4]適合于新建的燃煤電站，而中國現在很多行業產能過剩，不太可能建設大量的電廠。采用燃燒后的CO2捕集技術就是在燃燒后排放的氣體中捕集CO2。燃燒后CO2捕集技術具有廣泛的適用性，燃燒后技術還可以捕集大量的CO2，其量大可至80%—90%。捕集燃燒后的CO2的主要技術方法有：化學吸收法、物理吸附法及現代新方法。[5]華能集團在北京高碑店和上海市洞口電廠分別開展了3000t/a和100kt/a規模的燃燒后捕集的工業化示范，高碑店電廠CCS項目由華能與澳大利亞合作展開，于2008年開始運行。[6]

4 目前中國電廠的負荷情況及低負荷運行的危害

我國現在極大的推行保護環境的政策，火電機組不可避免地受到極大的影響。同時，新能源等清潔能源的發展，全國的火力發電機組的負荷率在不斷地降低，由2011年的72.74%減少到2013年的69.40%，[7]一般低負荷機組當負荷低于70%時其效率會急劇下降，煤耗率會增加，熱效率降低。基于此，可設想適當提高電廠負荷，用多發的電量用于CO2的捕集。

5 基于效率和環保建立模型

5.1 目的

目的：提高負荷加大發電量用于二氧化碳捕集

由以上分析可知，需要提高電廠的負荷率隨捕集二氧化碳的比例增大而增加，當全部捕集時即k=1時，需要提升負荷率為4.91%，電廠可根據實際情況來確定CO2捕集的比例。當CO2捕集的技術相當成熟時，捕集回收CO2不僅可以減少溫室氣體的排放，從另一方面相當于提高了電廠的負荷率，降低了機組的煤耗，提高了熱效率。

6 捕集后CO2的應用處理途徑和當前中國CO2市場的發展及經濟效益

6.1 應用處理途徑

CO2是可做許多產品的原料，如干冰、食品CO2氣體、焊接保護氣、煙絲膨脹劑等。CO2還可用于生產甲醇、甲酸、尿素等產品。[10]在石油開采領域，CO2氣驅強化采油（EOR）技術的應用，使得石油開采量得到提升，也可在油井中儲存相當量的CO2，強化煤層氣開采技術（ECBM）也正在開發中，[11]CO2的應用前景很寬廣。

6.2 當前中國CO2市場的發展及經濟效益

我國相當多的行業都需要二氧化碳，其中若用CO2全部代替氟利昂用于煙絲膨脹每年可消耗CO230萬噸，其他行業也可消耗相當量的CO2。經濟效益：可實現變廢為寶，實現循環再利用，延長電廠產業鏈。二氧化碳市場價約為800元/噸左右，二氧化碳捕集成本約550元/噸左右，每噸約可盈利250元。[2]可把我國的CO2排放量標準銷售給歐洲發達國家，可創外匯（每噸CO212.5歐元），所得盈利可以用于減輕CO2的捕集成本。[12]

7 展望

在人類的發展過程中，化石能源扮演著重要的角色，尤其是在工業革命之后，煤炭和石油的普遍使用，導致CO2的排量達到了前所未有的水平。中國作為發展中大國，主要能源來源是煤炭，而電廠又是CO2主要排放源。目前我國的CO2排放總量已居世界第二，[12]再過10年，我國的CO2排放總量很可能超過美國，成為世界上排放CO2總量最多的國家。[13]因此CO2的捕集回收急需大力發展。

在當今環保壓力和國內產能過剩的情形下，適當的提高電廠負荷不僅可以降低煤耗提高效率，而且可以大量捕集回收CO2，另外，CO2捕集后的問題也相當迫切，政府應該積極推進市場建立完善的CO2產業鏈。另外，國家應加大對CO2捕集技術研究的扶持力度，促進CO2捕集技術的發展與成熟，使其能夠更早的得到普及。

參 考 文 獻

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