论文推荐|清华大学吴玉新教授:燃煤机组耦合农林生物质发电技术现状及展望

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清华大学能源与动力工程系吴玉新教授团队详细调 研了我国生物质资源现状、生物质混燃发电的耦合技术及国内外典型燃煤机组耦合生物质发电项目的运行情况,梳理出我国生物质混燃发电所面临的主要挑战,包括稳定低成本的生物质供应和加工产业尚未形成、高比例掺烧缺乏成熟技术、受热面沾污腐蚀问题亟待解决、生物质计量尚未形成标准等。未来应发展高比例生物质混燃发电技术 ,保证生物质掺混比例灵活可调,确定合理的补贴及运营方式,并按照掺烧比例由低到高开展工程示范项目。

燃煤机组耦合农林生物质发电技术现状及展望

郭慧娜1,吴玉新1,王学斌2,王志超3,张 缦1,黄 中1

1.清华大学 能源与动力工程系 热科学与动力工程教育部重点实验室

2.西安交通大学 能源与动力工程学院 热能工程系

3.西安热工研究院有限公司

研究背景

燃煤发电技术对我国电力供应安全性和稳定性起保障性作用,如何实现燃煤发电技术的降碳甚至零碳排放是值得研究的问题。 燃煤机组耦合生物质发电具有改造成本低、调峰灵活、运行安全的特点 ,然而该技术在我国的应用仍十分有限,为此,亟需分析该技术在我国所面临的挑战,并结合国内外先进经验和我国国情提出可行的解决方案。

研究内容

随着碳中和目标和碳税交易机制的深化,生物质耦合发电技术具有很大的发展潜力。为此,笔者详细综述了我国生物质资源现状 梳理了已有燃煤机组和生物质的耦合方式及其技术特点 、分析了不同生物质耦合发电技术对机组性能的影响 、综述了国内外典型燃煤机组耦合生物质发电项目的运行情况 。在此基础上,针对我国生物质利用的实际情况,分析了生物质混燃发电技术所面临的主要挑战,并提出了对应的措施及发展方向。

研究结论

1)燃煤耦合农林生物质发电技术 在欧洲等发达国家经过20余年的发展,已被证明是降低燃煤机组CO2排放的重要技术。而我国的农林生物质耦合发电应用并未充分发展,主要原因是原料成本偏高、政策补贴不到位和高比例耦合生物质混燃技术不成熟。

2)发展燃煤耦合生物质发电技术的核心环节是在全国范围内建立完善的生物质收集输运和交易体系,从根源上降低燃料成本、提高并规范燃料质量

3)发展先进的燃煤机组高比例混燃生物质技术,仍需要在生物质与煤混烧基础特性、高性能燃烧器、制粉系统的优化和匹配、生物质计量等技术领域开展深入研究

4)未来应发展高比例生物质混燃发电技术 ,保证生物质掺混比例灵活可调,确定合理的补贴及运营方式,并按照掺烧比例由低到高开展工程示范项目。

创新点

1)论文通过系统梳理 我国生物质资源特点及国内外混燃技术的发展现状 ,提出了适合我国国情的 生物质混燃发电技术的发展路径和亟待解决的问题

2)论文通过分析国外生物质混燃利用情况,指明了我国发展高比例生物质混燃技术的可行性和必要性,并据此分别在技术发展和产业链建立两个层次上提出未来值得开展的工作

重要图表

表1 燃煤电厂耦合生物质不同工艺对比

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图1 生物质替代单位热值动力煤燃料体积及烟气量变化

表2 国外典型生物质耦合发电机组应用情况

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表3 国内典型生物质耦合发电机组应用情况

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引用格式: 郭慧娜,吴玉新,王学斌,等.燃煤机组耦合农林生物质发电技术现状及展望[J/OL].洁净煤技术:1-12 [2022-03-05].DOI:10.13226/j.issn.1006-6772.CC22011201.

GUO Huina,WU Yuxin,WANG Xuebin, et al.Current status of the agriculture and forest biomass co-firing in coal-fired power plants[J/OL].Clean Coal Technology:1-12 [2022-03-05].DOI:10.13226/j.issn.1006-6772.CC22011201.

通讯作者

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吴玉新,清华大学副教授, 博士生导师。《洁净煤技术》青年编委,《煤炭学报》青年编委,《清华大学学报(自然科学版)》特约编委。主要研究领域为化石燃料的清洁燃烧技术、湍流多相反应流的高保真数值方法以及低碳节能应用。近年发表论文150余篇,授权专利20余项,出版专著1部。任职以来主持承担各类科技项目30余项,包括国家自然基金国际合作重点项目、青年项目、两机专项(专题)、国家重点研发计划(子课题)、国家科技支撑计划(子课题)、国家863项目子课题以及与国内外各大企事业单位的合作项目。其中高盐水回用油田注汽锅炉技术、高精度水冷热流计等技术获得企业应用推广。科技成果获得省部级一等奖3项、二等奖1项,行业一等奖5项,国家发明展览会金奖以及日内瓦国际发明展金奖各1项。

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「重点论文推荐」碳中和背景下能源发展战略的若干思考

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碳中和背景下能源发展战略的若干思考

论文 概要

“碳中和”是近期热点议题,源于气候变化,而气候变化是一个中长期问题。笔者阐述了碳中和的概念和内涵,对能源战略制定的原则进行了客观阐述,认为要以发展而不仅是压减的思路推动碳达峰,要多做加法而不能仅是减法,要把握好新增能力与淘汰落后的动态平衡,而不能以昨天的眼光规划明天的能源发展。同时,笔者认为推动绿色低碳科技研发,应坚持面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康。介绍了国际组织关于能源发展趋势的若干展望,认为氢在能源转型中将发挥重要作用。提出了实现我国碳达峰和碳中和的重点领域与任务,认为:降低能源使用中的碳排放,要以能源低碳化为抓手;加快推进煤炭行业的绿色低碳转型,要利用各种途径降低“过程”排放的碳,不断提高能源效率。并最后指出,要重视能源转型过程中的系统弹性,创新驱动能源绿色低碳发展。

作者简介

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周宏春(1956-),男,江苏盐城人。国家环境保护和循环经济领域知名专家。国务院发展研究中心研究员,原副巡视员,国务院特殊津贴获得者。雾霾治理总理专项顾问组16人成员之一,中国循环经济50人成员。中国循环经济协会专家委员会副主任、中华环境保护联合会政策顾问、中国建筑节能协会清洁供热产业委员会主任等。国家商务部内贸专家,国务院机关事务管理局节能专家,北京市讲师团专家。 同时,周宏春同志还是南京大学客座教授、南开大学“985工程”循环经济哲学社会科学创新基地学术领导小组委员、中科院生态中心客座研究员等;共发表论文500余篇,出版专著或参与编著20余部。

主要内容

笔者首先阐释了“碳中和”的概念,碳中和是在某个空间范围和某个时间段内通过多种途径抵消人为排放的二氧化碳。随后,他提出在碳中和目标下能源发展战略制定的前提和原则:以发展而不仅是压减的思路推动碳达峰;多做加法而不能仅是减法;把握好新增能力与淘汰落后的动态平衡;不能以昨天的眼光规划明天的能源发展;要加强顶层设计、重视系统治理,在“十四五”关键期、窗口期,应该为构建“清洁低碳安全高效能源体系”,实现“碳中和”、建设美丽中国做好制度性安排。

笔者介绍了国际组织关于能源发展趋势的若干展望。2050年碳循环利用的潜力为每年约1.5Gt二氧化碳,其减排成本约为100美元/t;生物质能源具有碳捕获和存储功能,是一种负碳排放路径;如果对土地利用、森林、海洋等进行科学管理,增长的生物量超过收获量,自然碳汇可以增加净储量并导致大气中碳储量的净减少;氢在能源转型中将起重要作用,当前来自化石能源的氢仍具有成本竞争力。

笔者认为,应当抓住新一轮技术革命的机遇,在碳中和“热”中保持“冷”思考,以探索适合中国国情的绿色低碳之路;要降低能源使用中的碳排放,应以能源低碳化为抓手,煤炭是能源安全的基础保障,其清洁与否与利用方式有关;要防范不切实际的能源转型,推动能源-化工-环保一体化,实现能源转型与减污降碳的协同;同时,应把提高能效放在优先位置,并从减少浪费入手,利用各种途径降低“过程”排放的碳,不断提高能源效率。

笔者指出,要重视能源转型过程中的脆弱性,必须把安全放在重要位置,应以能源安全为目标,以系统思维推动能源绿色低碳转型,并制定风险应对预案;同时,要推动绿色低碳技术实现重大突破,抓紧部署低碳前沿技术研究,加快推广应用减污降碳技术;应积极研发成本低、效益高、减排效果明显、安全可控、具有推广前景的低碳、零碳、负碳技术,并提高能源低碳化智能化水平。

笔者最后提出应完善绿色低碳政策和市场体系,政府市场两手发力,以尽可能低的成本降低碳排放强度;加快推进碳排放权交易,加快建设全国用能权、碳排放权交易市场,完善能源消费双控制度等若干建议。

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