一 发展驱动力分析

      随着我国经济社会的快速发展，用电负荷迅速增长，给我国的能源供应带来了巨大的压力。能源问题已成为制约我国经济社会发展的重要因素。而在当前和较长的一段时期内，我国的一次能源和发电能源都将以煤炭为主，燃煤污染物排放量日益增大。煤炭燃烧过程中产生的SO2、NOx、粉尘和CO2是造成酸雨、光化学烟雾、雾霾以及温室效应的主要污染源，也使我国环境污染问题日益凸显。发展高效清洁发电技术把满足电力需求和控制环境污染进行综合考虑，对降低能源消耗、减少环境污染物排放、优化我国能源结构及促进能源可持续发展具有非常重要的意义，也是解决我国能源和环境问题的核心。发展高效清洁发电技术发展驱动力包括提高能源利用效率、劣质煤和准东煤高效清洁利用、发展清洁能源和可再生能源发电技术以及强化节能减排等几个方面。

      在提高能源利用效率方面，供电效率的提高可以有效降低燃料的消耗，从而降低污染物的排放。对于燃煤电厂而言，主蒸汽温度和压力参数的提高可以有效提高热效率。在超超临界机组参数范围的条件下，主蒸汽压力提高1MPa，机组的热耗率就可下降0.13%～0.15%;主蒸汽温度每提高10℃，机组的热耗率就可下降0.25%～0.30%;再热蒸汽温度每提高10℃，机组的热耗率就可下降0.15%～0.20%。目前，大容量超临界机组主蒸汽压力一般在24.5MPa左右，比亚临界机组热效率可提高2%～2.5%;而超超临界机组热效率己达到47%～49%，比同容量的超临界机组提高5%或更高。因此，发展高参数、大容量的超(超)临界机组，进一步提高再热温度至610℃/620℃，有利于提高我国燃煤火电机组的热效率，降低煤耗，同时采用先进的污染物排放控制技术，可将有害污染物排放降至最低。此外，采用二次再热技术其热耗率可较采用一次再热的机组下降l.4%～1.6%。700℃超超临界机组是燃煤发电技术发展的前沿，具有煤耗低、环保性能好和技术含量高的特点。机组蒸汽参数提高，可显著提高电厂效率，降低煤耗、减少温室气体和污染物排放，是实现火力发电行业可持续发展的不可缺少的途径。除了发展高参数大容量机组之外，采用清洁燃煤技术，发展整体煤气化联合循环(IGCC)发电技术也是提高能源利用效率的突破口，能够实现能量的梯级利用，提高整个发电系统的效率，较好地解决常规燃煤电厂固有的环境污染问题，是高效清洁发电技术未来重要的发展方向。

      在劣质煤和准东煤高效清洁利用方面，在我国以煤为主要一次能源的发电格局中，高效、低污染地利用劣质煤发电具有不可替代的作用。CFB锅炉具有能够稳定燃烧粉煤锅炉难以燃用的各种劣质煤、环保特性好、负荷调节范围广等技术优点。随着煤炭洗选率的提高，大最副产低热值燃料如矸石、洗中煤、燃泥以及采煤副产的尾煤，其规模化高效清洁利用，对于大型循环流化床锅炉有着重大需求。此外，我国对燃燃污染控制的新严格标准给传统循环流化床低成本污染控制水平提出了挑战。近期，我国在超临界循环流化床示范的成功，特别是低床压降节能型循环流化床技术和循环流化床超低排放技术上的突破为我国循环流化床技术发展指明了发展方向，即超低排放、低厂用电、高蒸汽参数的循环流化床;600MW等级超超临界循环流化床工程示范及其在褐煤与无烟煤两个煤种上的推进。我国褐煤水分大、热值低，使常规燃褐煤发电机组能耗高、厂用电率大及初始投资高。同时，我国褐煤主要产地内蒙古地区的水资源极度匮乏，需要发展高效、节能、节水、环保的褐煤发电技术，使褐煤机组实现综合提效，提高发电效率，节约水资源，降低煤耗并降低污染物排放，满足国家对内蒙煤电基地的建设要求。新疆准东煤储量巨大，煤质燃烧特性好，合理开发利用准东地区煤炭资源，研究准东煤锅炉燃烧技术，对保证准东煤电基地特高压直流外送配套电源项目安全稳定运行具有重要意义。

      我国以燃煤发电为主的电源结构造成了严重的环境污染问题，并且随着煤炭资源的消耗，发展清洁能源和可再生能源发电技术是优化我国能源结构、保障我国能源安全、减轻环境污染的有效途径。燃气轮机联合循环和分布式发电技术具有高效、清洁、低污染、启停灵活、自动化程度高等优点，是我国清洁能源发电技术的重要分支。可再生能源与传统化石能源结合的发电方案，不但有利于改善传统化石燃料发电技术的经济效益与环境效益，同时也提供了一种现阶段可行性较高的可再生能源发电方案，具有较好的发展前景。

      我国面临着能源供需矛盾尖锐、结构不合理和能源利用效率低的问题，《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006—2020年)》明确提出要坚持节能优先，降低能耗。攻克主要耗能领域的节能关键技术，大力提高一次能源利用效率和终端用能效率是我国能源发展的重大战略。城市供热行业的节能减排一直是国家和地方规划的重点工作，国家“十五”“十一五”以及“十二五”发布的节能减排五年规划中，均将供热行业节能减排列为重点。据统计，我国现有供热面积达100亿平方米，全国每年因供热消耗的标煤超过6亿t。热电联供在城市集中供热中的总供热量占比只有1/3左右，如果从新增热电联供装机、对现役凝汽式火电机组供热改造、对既有的部分供热小锅炉进行热电联供改造等方面入手，进一步加大发展热电联供的力度，将可形成1亿t标准煤以上的节能能力。因此，在技术层面，热电联供存在巨大的节能潜力，面临广阔的发展前景。此外，由于国际石油供应紧张，迫切需要开发新技术增加液体燃料的生产，同时传统化工产品的生产与发电技术分开导致系统生产效率低，因此多联产替代分产系统成为了必然趋势。最后，中国也将面临越来越严峻的温室气体减排压力，同时中国石油资源需求增长迅速，原油对外依存度不断增高，发展考虑二氧化碳捕集的煤液化或多联产系统以及利用捕集的二氧化碳提高石油采收率将优化能源结构、保障能源安全。因此CCUS将可能成为未来中国减少CO2，排放和保障能源安全的重要战略技术选择。

      二 影响发展的因素分析

      “十二五”期间，我国高效清洁发电技术取得了积极进展，超超临界发电技术、超临界循环流化床技术的能效水平已经达到国际先进水平，而在一些核心技术上与国外仍然有较大差距。目前，影响我国高效清洁发电技术的因素既有技术层面上的，也有管理和政策层面的，以及经济因素等。

      在提高能源利用效率方面，我国已在超超临界发电技术的应用层面达到国际先进水平，但高温材料方面仍然差距较大，设备制造方面尚存在进一步提升的空间。二次再热机组系统复杂，投资高，在目前的技术条件下，与一次再热相比，其获得的效率收益难以补偿投入的增加。在IGCC发电技术方面，目前存在的主要问题有：IGCC示范电站运行不稳定，缺乏成熟的经验：大容量煤气化设备、高温煤气除尘及脱硫技术有待进一步开发;装置系统复杂，造价高(1400～1700$/kWh);厂用电率高，高达10%～12%;燃气轮机叶片耐高温及磨蚀的性能需要进一步改进。

      在劣质煤和准东煤高效清洁利用方面，新环保标准下，循环流化床高效低成本脱硫方面需要实现技术突破。褐煤预干燥及水回收技术有待在600MW等级褐煤机组上应用并积累经验。准东高钠煤的利用上目前主要采用掺烧沾污性弱的煤种的方法，但这种方法只能减缓沾污，无法从根本上解决问题。

      在NGCC发电技术方面，燃气轮机技术是核心技术，我国在燃气轮机整体设计技术与发达国家还存在一定差距，其主要原因在于燃气轮机设计体系不完善，引进技术未能充分消化吸收，机械、航空部门存在技术壁垒，科研成果转化缓慢;高温部件材料及制造技术整体落后于西方发达国家，其主要原因在于国内研发力量分散，缺乏高端人才，对新技术的开发缺少延续性，同时国外高度保密高温部件材料及制造技术，拒绝技术转让;国内缺少燃气轮机低污染燃烧技术研发经验，缺乏全尺寸、全温、全压燃烧实验平台，且已建设完成的部分实验平台仍处于调试阶段，尚未开展实质性科研工作;我国燃气轮机热通道部件修复技术水平和产业有了一定程度的发展，但仍存在科研力量分散、缺乏统一协作、修复设备落后、缺乏修复工艺标准和规范和专业技术人才等突出问题，严重阻碍了我国燃气轮机热通道部件修复技术的研发步伐。

      在分布式发电技术方面，当前制约发展的关键因素在于：

      (1)科研力量分散并缺乏核心设备制造技术，项目初投资大。

      (2)行政体制障碍。分布式能源属于能源的综合利用，需要涉及燃气、电力、热力等多个部门，各部门缺乏统一协调，导致项目报批困难、手续办理复杂。

      (3)售电障碍。目前国家电力法规尚不允许分布式能源项目成为售电主体。

      (4)缺乏行业技术标准和规范。适用于分布式能源技术的热负荷计算标准、设备选型规范、燃气规范、电力并网规范以及施工、运维规范均尚未出台。

      (5)社会效益未得到合理体现。当前的电、热、冷价格不能体现分布式能源的环境效益和贡献，业主承担的技术和资金风险大。

      太阳能热与燃煤电站互补发电技术在国家相关政策的扶持及重大科研项目的推动下，相关理论研究已获得较大进展，但是相关的示范项目建设方面仍旧存在较大不足。目前，国外已有一些太阳能热与燃煤电站互补发电的示范电站，国内这方面的案例还很少，一方面是由于国内资金匮乏，另一方面相关学科的基础研究也相对国外差距较大。其中影响技术发展的主要因素有：①基础研究起步晚，发展慢：②示范项目匮乏，缺乏示范和带动作用;⑤政策倾斜不够;④光伏产业资源过于集中。

      在节能减排方面，目前普遍存在机组并网容量大、负荷系数低、利用小时少，严重影响机组运行能耗指标。在技术层面上，我国在役的热电联供机组仍普遍存在供热蒸汽参数高、损失大、效率低等问题。在标准层面，我国供热热网目前仍沿用20世纪60年代参数，住建部制定的一级热网供水标准为110～150℃;设计中常用的一级热网供水温度为120—130℃。但目前大多数地区，实际运行的一级热网温度已降至100℃左右甚至更低。一定程度上，目前的热网设计规范和标准与技术发展水平已不相适应。在管理层面，目前我国热源、热网分属不同行业部门，我国供热改造仍处于粗放型的“发现问题，解决问题”的发展阶段，基本上由热网侧和热源侧各自采取措施，缺乏对热源、热网和热用户进行系统地协同分析。

      多联产系统发展的影响因素有人才资源紧缺、资金紧张、实验平台少等。多联产技术的发展不仅需要科研人员提出新理论，更需要新理论的实验与工程实践，以及工程技术人才解决运行中出现的问题以及保证多联产系统的安全高效运转。

      我国CCUS技术在核心技术、关键装备研制、系统集成与全流程工程规模等方面仍有差距，尚没有百万吨等级的大规模示范。成本和能耗商、长期安全性和可靠性有待验证等问题仍然存在，需通过持续的研发和集成示范提高技术的成熟度。

      三 发展战略与建议

      为促进我国高效清洁发电技术在提高能源利用效率、劣质煤和准东煤高效清洁利用、发展清洁能源和可再生能源发电技术以及节能减排等方面取得进一步的发展，针对影响我国高效消洁发电技术发展的诸多因素，相应的发展战略和建议如下。

      在提高能源利用效率方面，建议进一步支持和强化基础材料科学研究，完善600℃等级超超临界国产材料的应用示范机制，确立更加科学的高温材料许用应力及许用温度的选择规范。开展二次再热紧凑型超超临界机组技术研究，提高经济技术指标，提高机组的安全性和可靠性，降低建设成本。有效整合电站主机设备制造企业、科研院所、高校、冶金企业联合攻关，发挥各自技术优势，形成具有核心竞争力的自主知识产权700℃超超临界燃煤发电技术。这需要进一步加大研发投入、入才培养，从国家层面进行科学的部署和管理，设立国家重大科技项目，支持发电装备制造企业国家重点实验室建设和产品试验基地建设。

      在IGCC发电技术方面，主要策略有：进一步发展适应多种原料的新型气化技术，探索以空气或以富氧为气化剂的气化炉以及高温干法除灰脱硫系统，简化系统，提高气化和系统效率、可靠性，降低投资和运行成本;通过单元技术的成熟和产品结构的多元化，走联产道路，提高IGCC技术的竞争力，降低造价和投资，提高资源利用率和经济性，并改善系统调峰性能;自行开发适用于IGCC的燃气轮机及其底循环;开发适用于ICCC电厂的CO2分离、捕集技术研究，突破关键技术，开发系统工艺，完成示范研究，实现煤基发电的近零排放;在现有深冷空分工艺不断改进、提高负荷跟踪能力和安全可靠性的同时，发展空气的膜分离技术，简化空分装置并降低厂用电率;完普IGCC系统中各单元的集成技术、系统优化技术、先进的控制技术，提高系统运行可靠性、负荷跟踪能力与负荷适应性。

      在劣质煤和准东煤高效清洁利用方面，在循环流化床商效低成本脱硫方面实现技术突破，单级炉内脱硫或两级炉内外脱硫实现二氧化硫<100mg/Nm3的目标。深入研究煤中取水褐煤发电技术，推动该技术在600MW等级褐煤发电机组上的工程应用，同时，完成超(超)临界设计技术集成研究，包括：褐煤预干燥、冷端优化、锅炉及热力系统优化、烟气余热利用、汽轮机热力系统优化等技术研究。对准东高钠煤的利用进行深入研究，开发合适的燃烧和控制技术，例如入炉前提钠技术、旋风炉液态排渣技术等。

      在发展清洁能源和可再生能源发电技术方面，要加强燃气轮机核心技术的研发，建议从以下5个方面发展。

      (l)要推动燃气轮机设计技术的发展，需全面开展燃气轮机总体设计、高性能压气机设计、商性能燃烧室设计、高性能透平设计、热部件冷却等关键技术研究，对能自足自身独立完成的关键技术，依托航空成熟技术优化集成，联合国内力量合力突破;对基础薄弱的关键技术，采用引进消化吸收、或国内外合作研究的方式加以掌握。在国家统筹安排下，形成以市场引领、企业主导、产学研用结合的技术创新体制，持续开展关键设计技术开发，依托于相关的产品和示范工程实现关键设计技术验证与改进，形成设计、制造、验证与改进的完善的体系，全面提升我国的燃气轮机设计水平。

      (2)为提高我国重型燃气轮机高温部件制造能力和水平，坚持新型材料和新技术自主研发是未来燃气轮机高温部件制造的必然选择。一方面要加大对新型材料和制造技术开发的投资力度，加强材料制造基础研究和试验能力建设;另一方面，针对具有发展潜力的新材料、新技术研发项目，应保证项目研发资金的延续性。

      (3)要推动我国燃气轮机高效低污染稳定燃烧技术的全面发展，需全面开展燃气轮机高效、低污染稳定燃烧技术的基础性研究。对上述技术的研发需制定相应的技术方案。在研究中，注重跟踪前沿再创新，形成具有自主知识产权的燃气轮机高效低污染稳定燃烧技术。对于开发的关键技术依托于燃烧试验平台及相关示范工程进行验证，促进科研成果转化和产业化。

      (4)要推动热通道部件修复技术及产业化的发展，建立完善和成熟的热通道修复技术开发体系(包括修复平台、人才培养、创新机制)是关键。建议我国统一规划，集中国内研发力量，走自主研究和消化、吸收相结合的道路，以产业发展为导向、以关键技术研究为重点，以示范电站为依托，有机结合基础研究和关键技术验证研究，建立并完善热通道部件修复技术开发平台和创新机制，形成完善的热通道修复技术开发与服务体系，培育一批具有核心竞争力和创新能力的跨专业复合型人才，全面提升我国的燃气轮机检修水平。

      (5)在燃气轮机分布式能源系统集成优化技术方面，建议集中研发力量，加强多学科交叉的基础课题研究及人才培养;加快设备国产化步伐，出台相关政策，以多种形式鼓励企业研发分布式能源核心设备，提升装备自主化水平;研究并制定完善的系统优化集成标准和设计体系;制定鼓励分布式能源发展的产业和财税优惠的具体政策，推进示范项目的建设;以市场化为导向，推动多能互补、多联产的新型分布式能源系统研究及商业化发展。

      针对影响互补发电技术发展的各项因素，提出互补发电发展战略与建议如下。

      (1)加强对已有太阳能热与燃煤电站互补电技术成果的总结，组织高层专家对太阳能热与燃煤电站互补发电技术成果进行进一步认定，促进形成一套完整的具有自主知识产权的技术体系。

      (2)在有条件的地区推广应用太阳能热与燃煤电站互补发电，尽快实现技术成果的产业化转变。通过示范电站的建设，形成完善的包括关键光热发电设备等的设计制造规程，形成设计、建设、施工、验收、运行维护等方面技术标准。

      (3)出台电价、财税、融资等相关激励政策，大力推动太阳能热与燃煤电站互补发电及其关联产业发展，建立以自有技术为主导的产业链，使之成为带动产业升级新的经济增长点。

      在强化节能减排方面，继续加大应用基础研发的投入力度，对热电联供机组具体建议如下。

      加强热电联供机组建设的区域能说规划，科学规划、合理布局热电联供集中供热。在有条件的地区适时发展热电冷联供技术，提高热电联供机组全周期运行效率和经济性。

      建立涵盖装备制造、电力、市政、环境等跨多行业的联合研发机构和产业技术创新联盟，开展热源、热网和热用户的协同优化研究。

      继续加大对热电机组的政策支持力度，国家有关部门在出台相关政策时，应充分考虑热电联供节能

      环保的作用，热电企业承担的社会和公共利益义务，考虑采取税收优惠以及贷款贴息等办法给予适当的支持。

      对多联产系统而言，国家相关部门应该对此技术分支设立中长期发展计划，强化理论与实际工程相结合。国内科研机构相对比较注重理论研究，对此应该强化相关研究领域的实验研究，对于已经建立的实验平台提高其在相关领域研究者之间的共享率，提高实验平台的利用率。由于我国在多联产核心技术方向的研究落后于国外，因此需要加强图际之间的合作与交流，对于国外比较成熟的技术可以采取技术引进、吸收、再创新。科技部门应加大本技术方向的资金投入，设立相关技术方向的中长期研究课题。

      CCUS技术发展方面，重点的技术创新建议：

      (l)新一代高效低能耗的CO2，吸收剂和捕集材料研发，研究并验证增压富氧燃烧、化学链燃烧等新型富氧燃烧技术。开展我国特殊地质构造条件下的地质利用技术研发，以及利用CO2开采页岩气、CO2驱水、CO2增强型地热系统、CO2生物固碳、联合地质封存等前沿技术研发。

      (2)开展百万吨级CCUS技术关键技术、设备、材料和系统优化技术研发。

      (3)开展多种源汇组合的CCUS全流程系统应用和推广，因地制宜地对不同CO2浓度气源的捕集、利用技术进行组合匹配，获得不同CO2气源条件的最优技术组合方案，整体推进大规模全流程CCUS系统应用，循序渐进地验证大规模CO2综合利用的技术经济性。

      对于后续发展得相关政策支持提出以下几点建议。

      (1)健全科技统筹协调机制，需要政府做好CCUS发展的顶层设计，分阶段逐步组织实施CCUS重大项目及重大工程，创新驱动CCUS及相关产业发展，统筹协调和调动各部门及地方资源，共同推进规划实施。组建由多学科、多领域高层专家参与的国家CCUS科技创新专家委员会，为规划实施提供战略决策与技术咨询。

      (2)加大政策性资金投入，加大政府对CCUS技术研发与示范的支持力度，加强跨行业、跨领域合作，推动关键共性技术的联合攻关和大规模全流程的CCUS技术示范工程建设。加强基础研究、技术研发、工程示范等工作的衔接。鼓励各地方与相关行业部门增加投入，寻求税收减免、后补助等财政支持方式，积极利用国际渠道筹措资源。

      (3)加强创新团队与人才建设，进一步推动和完善CCUS相关学科体系建设，鼓励有条件的高校和教育机构整合相关学科优势资源开设有关课程，加强专业人才培养：支持和鼓励高校、科研机构和大型企业建立高水平的实验室、研发中心和示范基地，培养与引进青年创新人才和工程技术人员。

      (4)推进CCUS技术标准体系建设，推进CCUS技术标准化和长期安全性评估标准制定，研究C02管道建设、封存选址、监测评价方法与标准，建立适合我国国情的CCUS技术标准与规范体系，严格把握CCUS示范项目的安全性指标，带动CCUS技术规范发展。

      (5)强化国际科技合作，把握国际CCUS技术发展趋势，积极开展CCUS国际科技合作，将CCUS技术纳入多边、双边国际科技合作，推动建立国际前沿水平的国际合作平台;基于国际视野推动我国CCUS技术研发和国际先进技术的引进、消化和再创新，统筹推动我国CCUS技术创新体系跨越发展。

      特别提示：以上资料整理自中国电机工程学会《动力与电气工程学科发展报告(2015)》。