潔凈煤技術(shù)是關(guān)鍵

這樣一來，便面臨二氧化碳排放量問題。煤炭與其他化石燃料相比，二氧化碳排放量較多。如何在不排放二氧化碳的情況下發(fā)電是非常重要的。

如今，新興市場國家新建的煤炭火力發(fā)電站主要采用的是“超臨界發(fā)電”（SC）方式。日本有20座，中國也有近30座發(fā)電站采用超臨界發(fā)電方式。煤炭火力發(fā)電的工作原理是，利用鍋爐燃燒煤炭制造水蒸氣，然后將水蒸氣送到蒸汽渦輪處進(jìn)行發(fā)電。通過使這些水蒸氣處于超過水的臨界壓的高溫高壓條件下，可削減用于使水汽化的能量。

如果水蒸氣的溫度超過600℃左右，稱為“超超臨界發(fā)電”（USC）。日本在超超臨界發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域占優(yōu)勢(shì)，發(fā)電效率約為41％，為全球最高水平。在超超臨界發(fā)電方面，日本企業(yè)所占份額高達(dá)50％左右。雖然建設(shè)費(fèi)比超臨界發(fā)電高，但由于煤炭消費(fèi)量減少，因此從20年～30年的整個(gè)生命周期來看，超超臨界發(fā)電成本更低。

圖6　各國煤炭火力發(fā)電效率的變化 發(fā)達(dá)國家總體較高，新興市場國家總體較低。值得一提的是，近幾十年來，日本一直獨(dú)占鰲頭。

從日本國內(nèi)來看，已運(yùn)轉(zhuǎn)30年～40年的煤炭火力發(fā)電站逐漸增多。今后將會(huì)更新為超超臨界發(fā)電，或者更先進(jìn)的“煤炭氣化復(fù)合發(fā)電”（IGCC）。煤炭氣化復(fù)合發(fā)電的工作原理是，使煤炭氣化，旋轉(zhuǎn)燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)行發(fā)電。發(fā)電效率比超超臨界發(fā)電高2成左右。

在日本福島縣磐城市勿來町，曾由各家電力公司與電源開發(fā)公司主導(dǎo)實(shí)施了煤炭氣化復(fù)合發(fā)電實(shí)證實(shí)驗(yàn)。而且在2013年，日本的中國電力公司和電源開發(fā)公司也將在廣島縣大崎發(fā)電站內(nèi)開始建設(shè)改良型煤炭氣化復(fù)合發(fā)電驗(yàn)證設(shè)備。

圖7　煤炭氣化復(fù)合發(fā)電實(shí)證設(shè)備 日本潔凈煤發(fā)電研究所在福島縣磐城市勿來町進(jìn)行著實(shí)證實(shí)驗(yàn)。

在大崎實(shí)施的實(shí)證實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)在于，使煤炭在氧中氣化，而不是空氣中，廢氣全部轉(zhuǎn)變?yōu)槎�氧化碳。大崎還計(jì)劃進(jìn)行“二氧化碳捕獲及封存”（CCS）實(shí)證實(shí)驗(yàn)，因此廢氣全部為二氧化碳更易于進(jìn)行捕獲。

還有更先進(jìn)的使用燃料電池發(fā)電的構(gòu)想，稱為“煤炭氣化燃料電池復(fù)合發(fā)電（IGFC）”。日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)（NEDO）提出了到2030年將發(fā)電效率提高到55％的目標(biāo)。如果潔凈煤技術(shù)取得進(jìn)步，便可大幅減排二氧化碳。既然全球各國今后將繼續(xù)使用煤炭，那么這就是在技術(shù)方面占優(yōu)勢(shì)的日本應(yīng)該大力發(fā)展的領(lǐng)域。

圖8　提高煤炭火力發(fā)電效率的技術(shù)路線從現(xiàn)在的超超臨界發(fā)電發(fā)展到煤炭氣化復(fù)合發(fā)電，以至煤炭氣化燃料電池復(fù)合發(fā)電，發(fā)電效率將大幅提升。

圖9　各種發(fā)電方法每千瓦時(shí)的二氧化碳排放量煤炭火力的二氧化碳排放量較多，但煤炭氣化復(fù)合發(fā)電可媲美石油火力，煤炭氣化燃料電池復(fù)合發(fā)電接近天然氣火力。

新興市場國家的設(shè)備更新非常重要

目前，日本企業(yè)正在積極向全球各國推銷超超臨界發(fā)電技術(shù)及設(shè)備。亞洲各國正致力于新建煤炭火力發(fā)電站，而東歐各國則主要是進(jìn)行設(shè)備更新。從整個(gè)生命周期的成本考慮，許多國家傾向于選擇超超臨界發(fā)電，但新興市場國家由于初期投資較少，傾向于選擇超臨界發(fā)電。

在日本國內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效化自然是非常重要的，但如何提高新興市場國家發(fā)電站的效率，也是一個(gè)較大的課題。要在全球范圍內(nèi)削減二氧化碳排放量，這是必須面對(duì)并予以解決的問題。（日經(jīng)能源環(huán)境網(wǎng) 供稿）