IGCC-煤氣化聯合循環發電站

IGCC（Integrated Gasification Combined Cycle）整體煤氣化聯合循環發電係統，是將煤氣化技術和高效的聯合循環相結合的先進動力係統。它由兩大部分組成，即煤的氣化與淨化部分和燃氣-蒸汽聯合循環發電部分。IGCC技術把高效的燃氣-蒸汽聯合循環發電係統與潔淨的煤氣化技術結合起來，既有高發電效率，又有極好的環保性能，是一種有發展前景的潔淨煤發電技術。
在目前技術水平下，IGCC發電的淨效率可達43%～45％，今後可望達到更高。而汙染物的排放量僅為常規燃煤電站的1/10，脫硫效率可達99%，二氧化硫排放在25mg／Nm3左右。（目前國家二氧化硫為1200mg／Nm3），氮氧化物排放隻有常規電站的15%--20%，耗水隻有常規電站的1/2-1/3，利於環境保護。
不過，“最環保火電站”光環的背後，是成本高居不下的尷尬。在中國，常規火電站的投資約為每千瓦5000元人民幣，而IGCC示範電站高達每千瓦1萬餘元，比常規火電站高出1倍多。

被譽為“最環保火電站”的IGCC電站，能否化解成本居高不下的尷尬，並贏得政府部門的更多支持和市場的最終認可？

這是一次意義非凡的“搭積木遊戲”。重約1360噸的爐子被分為三段，其中最重的一段有560噸之多。亞洲最大的1600噸級履帶吊車將其依次吊起，起吊高度超過100米，然後小心翼翼地組裝在一起，由此創造了中國火電建設史上單件設備吊裝的新紀錄。

高高聳立的爐子，看上去就像是運載火箭的箭身。10月30日，被譽為中國“最環保火電站”的華能集團天津IGCC示範電站進入建設的關鍵節點，作為電站核心設備之一的氣化爐安裝到位。

目前，常規火電站煤炭利用的方式基本上是直接燃燒，其能源利用效率低，而且排放大量二氧化硫、氮氧化物、汞、煙塵等汙染物，是中國空氣汙染的主要肇事者之一。不僅如此，火電站排放的二氧化碳還是全球變暖的重要貢獻者。IGCC，即整體煤氣化聯合循環發電（Integrated Gasification Combined Cycle），則首先將煤炭轉化為以一氧化碳和氫氣為主要成分的合成煤氣，然後經過淨化，去除煤氣中的汙染物和雜質，變為清潔的氣體燃料，再送入燃氣輪機內燃燒，實現燃氣-蒸汽的聯合循環發電。

該電站位於天津濱海新區臨港工業區，距離天津市區約40公裏。它預計在明年6月試運行，最終有望實現包括二氧化硫、二氧化碳在內的汙染物的近零排放。

不過，“最環保火電站”光環的背後，是成本高居不下的尷尬。在中國，常規火電站的投資約為每千瓦5000元人民幣，而IGCC示範電站高達每千瓦1萬餘元，比常規火電站高出1倍多。

在中國未來的低碳發展道路上，IGCC電站能否生存，並幫助火電站徹底改變汙染大戶和溫室氣體排放大戶的形象？綠色煤電起步

10月上旬，在天津參加聯合國氣候變化談判會議的美國自然資源保護委員會（NRDC）代表團，專程參觀了華能天津IGCC示範電站工地。

約2000名工人和工程師在工地上忙碌。電站附近是產量欠佳或幾近枯竭的油田，這恰恰體現了電站設計者選址時的巧妙安排——電站收集的二氧化碳氣體可以注入附近的油田，在實現碳封存的時候增加油田的產量，使其煥發“第二春”。

該示範電站去年9月動工，第一階段是在明年運行25萬千瓦級的發電機組；接下來，進一步研發相關技術，並在2015年建成40萬千瓦級的發電機組。負責建設示範電站的是綠色煤電有限公司，該公司的最大股東為華能，大唐、華電、國電、中電投、神華、國開投、中煤能源均有參股，美國的博地能源（Peabody Energy）也占有6%股份。
讓NRDC團隊印象深刻的是，這一示範電站由中國自主開發、設計、製造並建設。除了從西門子進口的燃氣輪機，其他關鍵設備基本上是中國公司生產。10月30日安裝的第一台日處理2000噸幹煤粉的加壓氣化爐，即由華能下屬的西安熱工研究院研發，上海鍋爐廠有限公司負責製造。

西安熱工研究院還將其技術推廣到海外，美國未來燃料公司的賓夕法尼亞州IGCC項目成為其第一個海外用戶。“合同已經簽了，正在做設計。”同時擔任西安熱工研究院總工程師和綠色煤電有限公司總工程師的許世森告訴本刊記者，“費用有兩塊，一塊是專利費， 一塊是將來的設備費用。首先得給我們使用專利費，有兩三千萬元人民幣。將來還有設備費用，那就比較高了。”

與美國杜克公司正在印第安納州建設的IGCC示範電站相比，大量采用中國本土技術、財務控製也相對較好的天津IGCC示範電站成本要低得多。前者的投資高達每千瓦約4660美元，後者為每千瓦1萬多元人民幣。即使按照購買力來衡量，二者也相差較大。

但如果與中國的常規火電站相比，其成本仍然高出太多。算上脫硫脫硝裝置在內，常規新建火電站的投資約為每千瓦5000元人民幣，不到天津IGCC示範電站的一半。畢竟，煤炭氣化後生成的合成煤氣對燃氣輪機的要求高得多；煤炭氣化需要大型的製氧設備；IGCC係統相當複雜，設備尚未完全成熟——這些都意味著造價的大幅度增加。

今年5月底，亞洲開發銀行宣布為華能天津IGCC項目提供1.35億美元貸款，同時提供500萬美元贈款。該贈款來自亞洲開發銀行的“氣候變化基金”，旨在幫助減少新技術應用的風險和降低成本。此外，科技部也通過高技術研究發展計劃（“863計劃”）的重大項目，提供了部分研發經費。

盡管如此，這座第一階段25千瓦級投資約28億元人民幣的電站如果得不到足夠的政策補貼，恐怕難以避免虧損的命運。當然，在許世森及其同事看來，這是一筆著眼於未來的投資。

他表示，隨著今後IGCC電站建設規模的擴大和技術的進步，成本降低30%至50%是完全有可能的。這樣的情形下，IGCC電站的成本仍將高於常規火電站，但它具有後者難以比擬的一些優勢。

“汙染會很低，接近天然氣的水平，這是常規燃煤電廠未來很長時間內所達不到的。它的效率會超過常規的燃煤發電技術。如果將來二氧化碳減排，也有一定優勢，收集二氧化碳的成本相對較低。”許世森說。兗礦試驗

華能天津項目是中國第一座主要以發電為目標的IGCC電站。在此之前，兗礦集團率先進行了IGCC相關技術─煤氣化發電應用的嚐試。在山東省滕州市，兗礦國泰化工有限公司一套被稱為“煤氣化發電與甲醇聯產係統”的工業示範裝置已有四五年運行曆史。

中國科學院能源動力研究中心主任肖雲漢告訴本刊記者，這套裝置能夠在兗礦最終建成，其間經曆了種種波折和艱辛。

早在上世紀80年代，歐洲、美國等實施IGCC計劃之際，中國政府也打算在江蘇建立一座1萬千瓦級的IGCC試驗電站。這一項目不幸中途夭折。

到了上世紀90年代，中國重新將IGCC提上議事日程，並在《21世紀議程》中向世界鄭重宣布，到2000年在山東煙台建成裝機容量為20萬至40萬千瓦的IGCC示範電站。但由於前期研發缺乏、電站關鍵技術需要全部引進、工程造價太高等原因，該項目至今未能開工建設。

所幸的是，在科技部“863計劃”支持下，相關研究得以進行。華東理工大學潔淨煤技術研究所與兗礦集團合作，研發了日處理1150噸的水煤漿氣化技術商業示範裝置，在此基礎上形成的氣化爐產品如今已銷售40多台，其中與美國煉油企業瓦萊羅能源公司的技術轉讓合同即價值1600萬美元。此外，肖雲漢的研究團隊與兗礦集團合作，優化、設計係統和改造燃氣輪機係統。

目前，IGCC的燃氣輪機是GE、西門子、三菱等國外公司的天下。但肖雲漢表示，中國第一台自主研發的燃氣輪機明年可能正式投入電站運行。

肖雲漢說，他們與國內各大煤電企業有過接觸，最後達成合作意向的並不是煤電企業，而是對於技術創新一直比較注重的兗礦集團。

與純發電的IGCC電站不同，兗礦集團選擇將煤化工與發電結合在一起，推出投資15.8億元的“煤氣化發電與甲醇聯產係統”，可年產甲醇24萬噸，發電6萬千瓦。這套係統在2005年10月建成，並在約半年後投入商業示範運行。煤炭氣化、淨化後產生的合成煤氣，一路被輸送到煤製甲醇轉化裝置，未反應的氣體和另一路煤氣則被輸送到燃氣輪機裝置。

兗礦集團副總經理張鳴林說，這一係統實現了燃氣發電與甲醇生產這兩個差異特別大的單元之間的匹配，可以保證煤炭有效成分的高效利用，“使發展中國家在潔淨煤發電領域也占有一席之地”。

與純IGCC發電相比，該項目在經濟上也更具有競爭力，發電成本比較接近燃煤蒸汽電站。而發電成本增加的部分，多少還可以從煤化工的部分得到補償。

當然，該項目與100%發電的IGCC還有距離，它以化工為主，發電僅占較小的一部分。

兗礦集團提供的數據顯示，與煤製甲醇和發電的獨立生產係統相比，這套係統的能源利用效率提高了3%以上；與同規模常規燃煤蒸汽發電站相比，二氧化硫和氮氧化物排放量分別下降八成多和四成多，二氧化碳的排放量也減少一成多。

張鳴林告訴本刊記者，運行財務數據顯示，這個不斷擴產改造的項目是兗礦集團所有煤化工項目之中盈利能力最好的，過去三年新增利稅9.46億元。

示範項目受阻？

從1972年德國斯蒂克電站投入運行算起，IGCC技術已有約40年曆史。但由於價格便宜的天然氣大量被發現，其發展受到極大影響。據統計，至2007年全球建成的IGCC裝置僅有26座，總裝機容量不過區區的450多萬千瓦，其中尚在運行的純發電的IGCC電站為五座，其餘均是在石化或化工企業使用的多聯產技術。

但IGCC仍被普遍認為是一種很有前景的潔淨煤發電技術。即使在幾乎完全依靠進口煤炭的日本，也於2007年9月在勿來市建成25萬千瓦的IGCC商業示範項目，並正將其技術在澳大利亞等國外市場推廣。

在中國，多家企業也開始表現出對於IGCC技術的熱情。幾大發電集團提出了各自的IGCC商業示範項目，上海電力則準備利用石油煉製副產品石油焦來建設IGCC示範項目，但均未獲得國家發改委的批準。實際上，以IGCC電站身份獲批建設的隻有華能天津示範電站。

今年9月，中國發展研究基金會在北京舉辦的“清潔煤技術利用國際研討會”上，國家發改委副主任兼國家能源局局長張國寶表示，他知道很多業內人士對國家發改委和他本人有意見，但他認為IGCC技術經過多年發展之後成本仍然過高，大規模商業化的時機並未成熟。
清華大學教授倪維鬥則在多個場合質疑國家發改委的態度。這位中國工程院院士承認，高成本的IGCC大規模商業化時機確實未成熟。但他表示，通過煤炭或石油焦的氣化和化工反應，同時實現電力、液體燃料、化工產品、供熱、合成氣等的多聯產，在經濟上將更具有可行性，是當下IGCC的發展方向。而且，IGCC可以使二氧化碳在發電環節之前即釋放和富集，便於二氧化碳的捕捉和封存，對全球溫室氣體減排具有戰略意義。

因此，倪維鬥呼籲先建設幾個示範項目，積累經驗教訓，“如果延誤過渡到以煤氣化為核心的多聯產技術的時機，將會顯著增加將來中國治理空氣汙染的成本，難以控製未來石油進口，大大增加溫室氣體減排的成本。”

這位IGCC的堅定支持者對本刊記者說：“我願意和張國寶先生公開辯論。”不過，在前述研討會上，張國寶發言之後即離場，沒有給倪維鬥這樣的機會。

華能天津示範項目25萬千瓦一期工程的發電效率預計為41%，尚不及當下最先進的100萬千瓦超超臨界燃煤蒸汽電廠43%的發電效率。但肖雲漢說，隨著技術的發展，IGCC與多聯產技術還有15個百分點的潛力可挖，效率可望超過55%，成本下降一半。

倪維鬥甚至認為，隨著新技術的應用和發電效率的提高，即使不考慮其在環境汙染治理和溫室氣體減排的優勢，IGCC與多聯產的經濟指標也可能超過超超臨界蒸汽發電。

清華大學教授焦樹建還說，IGCC可以使用高硫煤、石油焦等廉價燃料，以降低成本。

有業內人士呼籲放開示範項目審批時表示：“中國這麽大的國家，批幾個示範工程有什麽難處？會有什麽影響？如果不經過示範，就永遠不知道利弊得失。”

肖雲漢也說，中國不能被動等待國外IGCC技術和空談，而應支持自主研發技術的IGCC示範項目，並提供合理上網電價等政策。

曾經主持建設日本勿來IGCC示範電站建設的東京大學教授金子祥三，與中國同行的觀點比較類似：“先有蛋還是先有雞，這是一個扯不清的問題。IGCC電站的成本確實高，但如果因為成本高而不去建設，它的成本就不可能降下來。”