摘 要：IGCC發(fā)電技術(shù)具有明顯高效、節(jié)能和環(huán)保效果，是制氫以及CO2捕集封存最佳途徑，是具有發(fā)展?jié)摿桶l(fā)展前景的潔凈煤火力發(fā)電新技術(shù)。文章中綜述了我國能源結(jié)構(gòu)、電力發(fā)展狀況以及目前的環(huán)境問題，論述了我國發(fā)展IGCC的必要性、發(fā)展狀況、發(fā)展障礙和應(yīng)注意問題，說明我國應(yīng)該加速發(fā)展IGCC發(fā)電技術(shù)。

關(guān)鍵詞：IGCC；環(huán)保；節(jié)能；CO2捕集及封存

中圖分類號： X324 文獻標識碼：A

1 概述（IGCC簡介）

整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電（Integrated Gasification Combined Cycle，簡稱IGCC）是當(dāng)今國際上最引人注目的新型、高效的潔凈煤發(fā)電技術(shù)之一，是煤氣化多聯(lián)產(chǎn)領(lǐng)域中的重要部分，它采用煤或者生物質(zhì)等作為燃料，通過氣化爐將煤轉(zhuǎn)化為粗煤氣，粗煤氣經(jīng)過除塵、脫硫等凈化工藝成為潔凈的煤氣，供給燃氣輪機做功發(fā)電，燃機排氣給余熱鍋爐，產(chǎn)生的蒸汽去汽輪機做功發(fā)電，從而實現(xiàn)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電。IGCC是煤氣化技術(shù)，空分技術(shù)，煤氣凈化技術(shù)、高性能先進的燃氣輪機－蒸汽輪機技術(shù)以及系統(tǒng)整體化技術(shù)等多種高新技術(shù)的集成體。

IGCC具有高效、低污染、耗水少等優(yōu)點，而且為未來的煤制氫以及CO2的捕集和封存技術(shù)提供可能，它的發(fā)展符合中國能源的特點，符合中國電力的發(fā)展趨勢，符合中國建設(shè)節(jié)約型社會和可持續(xù)發(fā)展的要求，IGCC發(fā)展勢在必行。

2 嚴峻的能源和環(huán)境形勢迫使我國尋找清潔煤利用技術(shù)途徑

2.1 我國的能源結(jié)構(gòu)和電力發(fā)展需求

我國的能源結(jié)構(gòu)是貧油、少氣、富煤，煤炭占一次能源總消費量的75%以上。中國石油可采儲量約為50億噸，天然氣可采儲量為2萬億立方米，煤炭可開采儲量為7650億噸。如果統(tǒng)一換算成標準煤，中國百年內(nèi)可采用的資源總量約2萬億噸標煤。其中煤炭為15000億噸標煤，占75％；其他化石能源為1000億噸標煤，占5％；可再生能源為4000億噸標煤，占20％。由表1可以清晰看出我國三種能源的采儲量和可采用的年限。

隨著我國經(jīng)濟得發(fā)展，電力的消耗以難以置信的速度增長。在1995年，總的發(fā)電容量是217GW。5年之后，2000年，總發(fā)電容量達到了319GW。到2004年，達到了441GW。在接下來的2年來，總的發(fā)電容量分別是517和622GW，到2007年，供需基本上達到了平衡，有些地區(qū)也許還過剩。我國能源不像美國，沒有大量的天然氣和石油資源，主要的資源還是煤炭。煤資源豐富且相對比較廉價，占總開采化石能源的92.6％。所以煤炭仍然是發(fā)電的主要能源，這是不爭的事實，但是由于燃煤引起的環(huán)境問題給我國帶來了很大的壓力。

2.2 我國的環(huán)境問題

煤的開發(fā)和應(yīng)用已經(jīng)引起了嚴重的環(huán)境和生態(tài)問題。據(jù)統(tǒng)計，我國大氣污染中90％的SO2、71％的CO、82.5的CO2和NOx是由燃煤造成的。2007年2月，聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）公布了第四份氣候變化評估報告第一部分內(nèi)容《氣候變化2007：物理科學(xué)基礎(chǔ)》，指出從現(xiàn)在開始到2100年，全球平均氣溫升高幅度可能是1．8攝氏度至4攝氏度，海平面升高幅度是18厘米至59厘米，而造成這一趨勢的原因有90％可能是人類活動排放的二氧化碳、甲烷以及氮氧化物所致；二氧化碳的增加主要是人類使用化石燃料所致，而甲烷和氮氧化物的增加主要是人類的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動所致。

3 我國發(fā)展IGCC的必要性

能源和環(huán)境的嚴峻現(xiàn)實使我們不得不認真的考慮煤電的可持續(xù)發(fā)展問題，這是關(guān)系到我國建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會的一個重要問題。我國將長期依賴煤這種能源發(fā)電，所以煤的清潔應(yīng)用是可持續(xù)發(fā)展的能源系統(tǒng)時非常重要的。要緩解電力與資源、環(huán)境的矛盾，除現(xiàn)有火電機組降低污染物排放和提高循環(huán)效率、新增發(fā)電機組采用大容量和高參數(shù)潔凈煤技術(shù)之外，另一方面就是積極研究開發(fā)更加高效、更潔凈的煤制氫和氫能發(fā)電技術(shù)及二氧化碳埋存技術(shù)，以達到更高的發(fā)電效率，并且實現(xiàn)包括二氧化碳在內(nèi)的各種污染物的近零排放。

IGCC是目前最有前途的發(fā)電和燃料制備技術(shù)，不僅滿足電力發(fā)展的需求，還有滿足環(huán)境和氣候的要求。IGCC將中國的主要動力資源－燃煤與高效環(huán)保的燃機技術(shù)通過煤的氣化和清潔工藝有機的結(jié)合在一起，在發(fā)電效率和環(huán)保等方面具有無可爭議的優(yōu)勢。

IGCC電站還可以通過水氣變換反應(yīng)實現(xiàn)制氫和CO2。IGCC的不可避免的成為實現(xiàn)燃煤發(fā)電和其他用途的潔凈煤技術(shù)的最佳選擇。另外，目前制氫技術(shù)越來越引起人們的重視，而關(guān)鍵技術(shù)就是煤氣化為基礎(chǔ)的IGCC技術(shù)[25]。所以我國更應(yīng)該大力發(fā)展IGCC發(fā)電技術(shù)。

4 我國IGCC發(fā)展狀況

我國是一個以煤為主的能源生產(chǎn)和消費大國，在發(fā)展煤電技術(shù)過程中，已經(jīng)基本解決了傳統(tǒng)的粉塵、SOx和NOx污染排放問題，在研究開發(fā)以CO2減排為目的的未來發(fā)電技術(shù)和工業(yè)示范，主要集中在如下3個方面：

4.1IGCC發(fā)電技術(shù)：研究開發(fā)煤基氣化技術(shù)、低污染合成氣燃機技術(shù)、IGCC系統(tǒng)優(yōu)化集成、電站設(shè)計技術(shù)以及輔機設(shè)計技術(shù)，集成后建立典型的IGCC示范系統(tǒng)。由于經(jīng)濟發(fā)展等原因，在我國已經(jīng)建立的IGCC示范電站有：環(huán)渤海區(qū)域——天津，250MW級、干煤粉氣化技術(shù)、E型燃機；長三角地區(qū)——杭州，半山電站200 MW級、水煤漿氣化技術(shù)；珠三角地區(qū)——東莞，粉煤加壓密相輸運床氣化技術(shù)。

4.2IGCC發(fā)電與多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)：2003年，在兗礦開工建立一座煤氣化發(fā)電與甲醇聯(lián)產(chǎn)示范項目：激冷水煤漿氣化爐、年產(chǎn)24萬噸甲醇、6B燃機；山東兗礦集團正在榆林建立百萬噸/年煤間接液化制油示范工程，配有4臺低溫費托合成反應(yīng)器，40MW級燃機，4×25萬噸/年甲醇；山西潞安礦業(yè)集團正在潞安建立16萬噸/年油電聯(lián)產(chǎn)示范工程，配有單臺費托合成反應(yīng)器，40MW級燃機，1×16萬噸/年甲醇。

4.3未來發(fā)電技術(shù)預(yù)研究：根據(jù)我國的能源實際情況和研究基礎(chǔ)參與國際合作，對未來發(fā)電的主流技術(shù)進行研究，主要有：（1）研究開發(fā)單元技術(shù)：氫燃機、煤基CO2分離、純氧燃燒和煙氣CO2捕集等若干個單元技術(shù)；（2）研究開發(fā)系統(tǒng)技術(shù)：煤基氣化CO2分離的系統(tǒng)技術(shù)、燃煤電站CO2分離系統(tǒng)技術(shù)以及CO2利用和封存系統(tǒng)技術(shù)；建立試驗系統(tǒng)研發(fā)平臺和系統(tǒng)集成研究：研發(fā)平臺：氫燃機、煤基氣化CO2脫除、純氧燃燒試驗系統(tǒng)；建立常規(guī)燃煤電站CO2捕集、CO2驅(qū)油系統(tǒng)的半工業(yè)試驗裝置和煤基氣化的氫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)。

5 我國發(fā)展IGCC的主要障礙和應(yīng)該注意的問題

目前制約IGCC走向商業(yè)化的重要因素是比投資和發(fā)電成本較高，也就是IGCC發(fā)電廠的初始造價偏高。美國的第一個IGCC電站是$3，000/kW的成本在上世紀80年代中期建成的，其發(fā)電效率同常規(guī)燃煤電站相當(dāng)。在90年代中期到末期的6個IGCC電站的成本資金將在$1，500～$2，000之間，而發(fā)電效率將增長到40％。在未來的發(fā)電成本上將有更大降低，甚至可以達到$1，500/kw，而發(fā)電效率可以增長到50％以上。在中國目前的狀況下，IGCC的資金投資成本是$1，338/kW，幾乎是常規(guī)燃煤電站的2倍，所以限制了IGCC在中國的發(fā)展。在2010年以后，IGCC的建設(shè)成本將降低到少于$1100/kW。IGCC成本可以通過改進設(shè)備、優(yōu)化系統(tǒng)、提高性能、增大裝機容量、爭取批量生產(chǎn)等方式來突破這個經(jīng)濟問題。美國能源部能源研究中心（METC）對IGCC價格的預(yù)測見表2：

中國IGCC發(fā)展緩慢的原因不僅僅是資金問題，而且缺少IGCC的長期運行經(jīng)驗，建設(shè)周期長，關(guān)鍵技術(shù)的掌握問題。這需要特殊的政策和有效的市場刺激，需要環(huán)境政策和標準進一步的加強，需要產(chǎn)、學(xué)、研的有效結(jié)合和分工，需要有效的政府支持和監(jiān)督。

結(jié)語

我國發(fā)展IGCC應(yīng)該從我國整體能源、環(huán)境的大視角下出發(fā)，研究IGCC在整個能源系統(tǒng)中的位置，安排近期、中期、長期的戰(zhàn)略，加強國際合作，有國家和政府特殊政策的支持，把出發(fā)點和立足點放在培植我國自主創(chuàng)新能力上，集中全國優(yōu)勢力量，掌握有關(guān)關(guān)鍵技術(shù)，培植我國自己的IGCC多聯(lián)產(chǎn)的設(shè)計、系統(tǒng)集成、制造、運行的工業(yè)體系。

參考文獻

[1] 姜子明，杜宇. IGCC技術(shù)應(yīng)用的探討[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟，2012.

[2] 林汝謀，王應(yīng)時.IGCC技術(shù)在中國的發(fā)展前景──基于中美專家報告的綜評 [J].燃氣輪機技術(shù)，1997.