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1、我国的能源现状与战略对策,倪维斗 清华大学教授 中国工程院院士 清华大学清华-BP 清洁能源研究与教育中心 指导委员会主席 2018年12月,内容,我国的能源现状 新能源的定义 以煤气化为核心的多联产能源系统 有关风电发展的思考 有关光伏发电发展的思考 有关中国的广义资源禀赋 关于CCUS的几点原则想法,内容,我国的能源现状 新能源的定义 以煤气化为核心的多联产能源系统 有关风电发展的思考 有关光伏发电发展的思考 有关中国的广义资源禀赋 关于CCUS的几点原则想法,中国可持续发展面临的五大能源挑战,能源需求总量巨大且快速增长，供应能力日趋紧张,液体燃料短缺，高度依赖进口，能源安全堪忧,常规环境
2、污染严重,农村和小城镇急需大量清洁、便利的能源服务,温室气体排放量巨大而且迅速增加,可再生能源的发展趋势（常规方案）, 来源：中国工程院，2008,中国石油需求预测,国内外不同机构对中国石油需求预测,2050年，我国石油进口5.6亿吨，占世界贸易总量32.5亿吨的17.23%。 石油贸易量难以任由我们想要多少就有多少！,天然气需求预测,2010 2050 Accumulate coal consumption: 1110*108 tce,1.8,1.2,0.96,0.68,0.40,一次能源消费预测最可能发展情景 Prediction of Primary Energy Consumption
3、Possible Scenario,2010 2050 Accumulate coal consumption: 830*108 tce,1.8,0.93,0.40,0.39,0.34,一次能源消费预测可持续发展情景 Prediction of Primary Energy Consumption Sustainable Scenario,CO2排放最可能发展情景 CO2 Emissions Possible Scenario,CO2排放可持续发展情景 CO2 Emissions Sustainable Scenario,应对全球气候变化，国际上可能留给中国的CO2排放空间已经非常小应及早主动
4、应对而不是被动减排,若要将未来全球温升控制在23摄氏度，2050年全球CO2排放需要比1990年减少50%左右，只能排放104亿吨(1990年208亿吨)，这也就是届时全球CO2排放的总空间。 即使发达国家承诺减排其中80%，发展中国家整体上也需要比2005年减排36%。 中国正处于CO2排放的上升期，面临国际上对我国CO2排放峰值出现时间和绝对值的要求（譬如2030年80亿吨，2035年90亿吨，2040年100亿吨等），在已经大力强化节能和发展核能和可再生能源的条件下，未来在碳减排上仍将处于被动状态。,不可改变的事实,煤现在是、将来仍是我国能源的主力。 70%50% 煤炭是中国最重要的能源
5、，生产和消费的数量大、比重高，短期内难以替代。 煤用于发电的比例将越来越大。 从目前的50%上升到70%以上，绝对量的增加更大。 煤的直接燃烧已引起严重的环境污染。 70%80%以上的SO2，NOX，汞，颗粒物，CO2等。 煤的直接燃烧很难解决温室气体减排问题。,煤的直接燃烧很难解决温室气体减排问题,处理气体的体积流量对比,处理气体的质量流量对比,大型燃煤电厂，60万、100万KW等级的机组利用超超临界蒸汽参数，效率4345%。若采用尾部烟气脱CO2，效率下降11个百分点，即效率变成3234%。要得到相同的有用点，需要消耗更多的煤，形成恶性循环。,烟气流量 1141m3/s 149,1atm,
6、合成气流量 7m3/s 207,27.2atm,烟气流量 3493t/h 149,1atm,合成气流量 363t/h 207,27.2atm,不可改变的事实（续）,车用液体燃料短缺根本上还得从煤基替代燃料上找出路。 石油缺口：2007年1.79亿吨，2010年2.5亿吨 粮食乙醇：生物柴油和玉米等纤维素合成的乙醇只能解决一部分液体燃料短缺问题。 煤基替代燃料 煤炭对我国来说也是稀缺资源，但相对于其它能源资源仍可“忍受”，若每年将煤炭产量的1/8用于车用液体燃料的生产，生产几千万吨的替代燃料，从总的能源供应角度不会带来很大的不平衡。 煤基醇醚燃料的替代成为我国能源发展的战略方向。,不可改变的事实
7、（续）,再生能源在2020年前不可能解决主要问题 风电：装机1亿kW，折合满负荷2500小时，约为火电的1/3，相当于火电3300万kW，是9.5亿kW总装机容量的3.5%。 太阳能：热发电最多几万kW示范，光伏发电，不会比风电多。 生物质能：可利用的农作物秸秆3亿吨标煤，可利用的森林3亿吨标煤，总量相当有限。不同于国外大农场，绝大部分生物质资源是高度分散的(中国小农经济)。人均耕地少，人均秸秆占有量少。绝对不能照搬外国的做法。 由于我国能源消费总量的急剧增长，可再生能源在2020年以前很难在总能源平衡中占有一定分量的比例，因此2020年以前可再生能源在份额上不能解决我国能源的主要问题。,资源
8、和环保呼唤煤的现代化利用！,内容,我国的能源现状 新能源的定义 以煤气化为核心的多联产能源系统 有关风电发展的思考 有关光伏发电发展的思考 有关中国的广义资源禀赋 关于CCUS的几点原则想法,新能源的定义因地、因时而不同。比如核电在中国是新能源，而在法国、美国则不是。 “能源”是一个广泛的称呼，有四大主要环节： 四个环节中的一个或几个环节有大的变化，且相对于在役主力能源而言，能大幅度地节约资源、大幅度减排的能源或能源技术即可称为 “新能源”。 例：煤的现代化利用，如以煤气化为核心的多联产系统,新能源的定义,内容,我国的能源现状 新能源的定义 以煤气化为核心的多联产能源系统 有关风电发展的思考
9、有关光伏发电发展的思考 有关中国的广义资源禀赋 关于CCUS的几点原则想法,煤炭现代化利用战略方向多联产,通过煤（或石油焦）气化和化工反应一次通过方式实现电力、液体燃料、化工产品、供热、合成气等的联产 。 多联产是 可持续发展的, 技术上有良好继承性和可行性, 有良好经济效益 和 环保性能，具有捕捉CO2的天性，是实现未来CO2捕捉和埋存的途径，它对于中国乃至世界都具有非常重要的战略意义。 不需要特殊的技术突破, 同现有技术是连贯一致的。 富集的 CO2容易捕捉和分离，易与天然气化工过程衔接, 即多联产具有捕捉CO2的天性。 这是中国CO2减排的战略方向。,整体煤气化联合循环（IGCC）,多联
10、产系统的简单阐释：一次通过法制甲醇,1、动力/化工过程耦合 2、两个过程均简化 3、经济性/可靠性提高 原因：联产高附加值液体燃料，降低了产品成本，可以简化系统，降低投资和运行成本，提高系统可靠性,特点：,多联产：资源/能源/环境一体化能源系统,多联产产品： 1、城市煤气 2、电力 3、热/冷 4、液体燃料 5、化工产品 6、氢气 7、纯CO2,多联产是推动IGCC发展的重要途径,IGCC发展了几十年，虽然技术在不断的成熟，系统的可靠性在不断增强，但是还有很多问题存在，其自身的一些缺陷仍然是阻碍其发展的关键。 比投资费用高，经济上仍然无法与常规燃煤电站相竞争； 系统还不够成熟，运行经验不够，可
11、靠性、可用率有待进一步提高； 操作不够灵活，一般只能用作基本负荷电站。 基于煤气化的多联产系统是将IGCC和煤化工技术耦合的能源系统，具有包括电力和化工产品的多种产品输出。,多联产系统的特点,有机的耦合和集成：电/热/冷/燃料/化工 不是多个生产过程简单的叠加：每种产品工艺流程/设备简化， 投资和运行成本降低 各流程优化组合，总体效益/污染最优 多个产品之间的“峰一谷”差调节互补 规模效应 高度“灵活”和“开放” 是一种概念，可以用于不同产品的生产系统 按照技术进步和投资分阶段逐步推进/添加 主要思想：从系统的高度对现有的技术进行集成和优化，从系统要效益，从耦合要效益,多联产：多维度梯级利用,
12、过程相互耦合，实现能量流、物质流、 流(Exergy)等的总体优化 氢碳比合理优化利用（若是一股脑烧掉太可惜） 尽量减少“无谓”的化学放热过程（Shift） 热量的梯级利用（过程内部和燃气/蒸汽联合循环） 压力潜力的充分利用（高压反应、各种膨胀） 物质的充分利用（如CO2）,随着越来越严格的环保规定, 煤气化多联产在经济上的优势将会越来越显著。,煤炭的高效洁净化利用评价指标研究,能源可持续发展综合指标值,引自：徐旭常院士，清华大学,兖矿集团高硫煤洁净利用技术集成体系,多联产实践经验及发展,完全具备系统化设计建设、长周期安全运转大型煤基多联产系统、产业化工程项目的综合能力自主知识产权的工艺及工程
13、、装备及控制、操作及运行等 解决学科及产业之间的集成耦合、控制优化，化、电、热合理匹配及灵活调峰等关键技术问题 系统中提高气化压力和加强热回收是节能的更有效措施。 优化H/C比运行，争取工艺技术及单元过程创新，模拟不变换、少变换及甲醇合成后气体不循环、少循环为特色的一次通过工艺，变并联为串联，这是实现系统提高能效、发挥装置产能和有效实施电、化调峰的重要措施和手段。 适应“多联产”工艺创新的净化技术、脱羰工艺技术应用、新型甲醇合成反应器的开发应用、压力能及冷量的回收、系统优化设计,多联产：综合解决我国能源问题的重要方案,有助于缓解能源总量要求 联合生产多种产品，效率提高可以减少总量需求；采用高硫
14、煤拓展了煤炭资源的利用。 有助于缓解液体燃料短缺 可以大规模地生产甲醇、二甲醚、F-T合成油和氢等替代燃料，缓解石油进口压力。 彻底解决燃煤污染问题 完全消除常规燃煤污染物排放，重金属等痕量污染物脱除更经济。,多联产：综合解决我国能源问题的重要方案（续）,有助于解决快速城市化引起的小城镇和农村洁净能源问题： 为具有天然气管道的城镇提供城市煤气 煤制DME可以作为LPG的补充或替代物，很可能是小城镇，尤其是住宅高度分散的农村地区的最终能源解决方案 满足未来减排CO2的需要 煤气化系统可以以较小的成本捕捉CO2,多联产发电未来情景讨论,此分析采用动化煤耗比1:1，动化比如何考虑？ 发电煤耗：300
15、 g/kWh，运行小时数：5000 h,实施煤炭现代化战略刻不容缓,目前正值新一轮电力建设高潮； 现在兴建的电厂将决定2020年及以后的煤炭利用模式； 错过这一时期，今后实施煤炭现代化战略将更为困难； 继续按传统技术模式发展，将导致环境、能源安全、温室气体排放等一系列困难。,实施煤炭现代化战略刻不容缓,如果延误过渡到以煤气化为核心的多联产技术的时机，将会： 显著增加将来中国治理空气污染的成本； 难以控制未来石油进口； 大大增加减排温室气体的成本。,车用替代能源发展,我国替代能源的主要发展方向和重点 从分析我国总体能源消费结构、分布及各行业能源利用状况和能源利用技术出发，明确替代能源发展的重点领
16、域及其重点方面； 在中国特定资源状况、技术基础和基础设施条件下，通过对各种可选择的替代能源技术开展基于国情和适合国情的综合评估，为选择和制定我国替代能源发展方向、路线和重点提供客观依据。 车用替代能源发展 混合动力（弱、中、强），纯电动，效率更高、排放更小的汽油机和柴油机，甲醇替代，DME替代，燃料电池都各有特点、市场潜力和发展阶段。将来的趋势是用多样化来满足区别化要求。,甲醇及相关产品发展与使用情况,M15已普遍用于山西几个城市，有数千辆出租车已多年使用M15; M100也在逐渐推广。太原市已用捷达，桑塔纳改装了几百辆出租车，运行情况良好。由于燃料便宜，司机每天可多收入30RMB。若干条城市区长途车亦用M100。 奇瑞汽车公司每年花费1600万RMB开发M85-M100甲醇小轿车。2007年4月，第一批10辆灵活燃料轿车送到太原进行了2个月M100甲醇燃料试运行，替代比平均为1.5（按热值应为2:1），节能效果明显。第二批12辆灵活燃料车于2007年10月送往太原，并在第
