毛健雄清華大學(xué)熱能工程系教授，曾任清華大學(xué)熱能工程系副主任，長(zhǎng)期從事熱能工程和清潔煤燃燒發(fā)電技術(shù)等方面的教學(xué)、科研和國(guó)際交流工作，至今已有50多年。他于1993年被聘為英國(guó)煤炭科學(xué)研究院顧問(wèn)，1995年被英國(guó)DeMontfort大學(xué)授予榮譽(yù)技術(shù)博士學(xué)位稱號(hào)，1999年被選為英國(guó)能源學(xué)會(huì)會(huì)員。他所從事的主要教學(xué)和科研工作包括：燃燒理論和燃燒設(shè)備、鍋爐設(shè)計(jì)和潔凈煤技術(shù)、清潔煤燃燒發(fā)電技術(shù)、超臨界和超超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)以及燃煤電站二氧化碳捕獲和封存技術(shù)等。
清華大學(xué)熱能工程系教授——毛健雄
“煤電可以做到氣電的排放水平”
記者：您認(rèn)為霧霾形成的原因是什么?
毛健雄：現(xiàn)在全國(guó)很多區(qū)域產(chǎn)生的大范圍霧霾天氣，不能完全歸罪于煤，煤只是其中的一部分。煤到底在一個(gè)地區(qū)的大氣污染中占有多大比例，要看這個(gè)地區(qū)的具體情況。霧霾中PM2.5形成的原因很復(fù)雜，主要不是燃煤排放的粉塵，另外還有硫氧化物、氮氧化物和酸性氣體等其他化石燃料燃燒的排放物，其中氮氧化物可能起著更大的作用。這些污染物在大氣中混合產(chǎn)生氧化反應(yīng)和光化學(xué)反應(yīng)，二次產(chǎn)生氣溶膠這種非常微小的顆粒物。而氮氧化物和硫氧化物產(chǎn)生的源頭大部分是化石燃料的燃燒和汽車(chē)尾氣的排放，可能汽車(chē)尾氣的排放是更主要的。
還有一點(diǎn)，因?yàn)楝F(xiàn)在火電廠煙氣脫硝主要采用向煙氣中噴氨并通過(guò)催化來(lái)與氮氧化物反應(yīng)而脫除，而這個(gè)過(guò)程中有一部分沒(méi)有反應(yīng)的氨氣會(huì)隨著煙氣排放到大氣中，通過(guò)光化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氣溶膠。同時(shí)氨水的運(yùn)輸、儲(chǔ)存和氣化過(guò)程中也會(huì)有一部分泄露。
記者：出于環(huán)境治理特別是霧霾治理的考慮，現(xiàn)在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的力度在加大，您如何看待煤炭的前景?
毛健雄：中國(guó)的能源資源中，煤炭占主體地位。我認(rèn)為在未來(lái)幾十年內(nèi)，煤炭的主體地位難以改變。我們已經(jīng)是世界大能源消費(fèi)國(guó)，電力總裝機(jī)容量也是世界，一次能源消費(fèi)里面煤炭占70%以上，發(fā)電量中火電發(fā)電量占70%以上。所以能源結(jié)構(gòu)改變起來(lái)很難，因?yàn)榭偭炕鶖?shù)太大，煤炭消費(fèi)的量太大。我認(rèn)為，到2050年，中國(guó)的火電發(fā)電量占全部發(fā)電量的比重能降到50%以下就不錯(cuò)了。
長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，煤炭也是世界主要能源。
從儲(chǔ)量來(lái)看，天然氣和石油的儲(chǔ)量比起煤炭差得很遠(yuǎn)。我認(rèn)為未來(lái)四五十年內(nèi)煤仍是中國(guó)位的能源。
記者：您是研究煤炭燃燒的，您認(rèn)為煤炭如何來(lái)清潔利用?
毛健雄：從發(fā)電來(lái)說(shuō)，現(xiàn)在的環(huán)保技術(shù)已經(jīng)可以把煤電做到接近燃?xì)獍l(fā)電的排放水平，把煙塵降到每立方米5毫克以下、氮氧化物降到每立方米50毫克以下，都沒(méi)有問(wèn)題。目前上海外高橋三廠(以下簡(jiǎn)稱“外三”)的煙塵排放做到了11毫克/立方米，二氧化硫25毫克/立方米和氮氧化物25毫克/立方米，其實(shí)外三還可以做到更低的排放。
現(xiàn)在火電廠除塵技術(shù)中有一種濕法電除塵器，減排的效果很好，可以達(dá)到5毫克/立方米的排放，達(dá)到了燃?xì)獾呐欧潘剑覍?duì)減少PM2.5的排放也會(huì)有一定的作用，現(xiàn)在很多火電廠在電除塵器改造時(shí)在考慮采用這種技術(shù)。如果要使煤電達(dá)到氣電的排放標(biāo)準(zhǔn)，選擇濕法電除塵技術(shù)可能是重要方向。如果從長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮，煤電的粉塵排放標(biāo)準(zhǔn)肯定還要更加嚴(yán)格向氣電看齊，例如達(dá)到5~10毫克/立方米，這樣對(duì)濕法電除塵技術(shù)就應(yīng)該加以重視，積累經(jīng)驗(yàn)，降低成本，加以推廣。
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外三”的高低位布置技術(shù)是一個(gè)重大創(chuàng)新
記者：既然煤炭燃燒可以做到跟天然氣一樣清潔，那我們現(xiàn)在還有必要大量進(jìn)口天然氣和發(fā)展煤制氣嗎?毛健雄：現(xiàn)在美國(guó)的頁(yè)巖氣已經(jīng)在大規(guī)模的生產(chǎn)并且比較便宜，美國(guó)的方向也很明顯，就是用大量的燃?xì)獍l(fā)電來(lái)取代燃煤發(fā)電，但現(xiàn)在美國(guó)的煤電發(fā)電量還是，美國(guó)要把所有的煤電都搞掉，那是不可能的。從全世界來(lái)看，煤電仍是主力電源，煤電發(fā)電量占所有發(fā)電量的40%以上。澳大利亞90%是煤電，中國(guó)是70%，美國(guó)是40%。
中國(guó)要壓煤上氣，但是不可能把將近9億千瓦的煤電替代掉，畢竟我們受到天然氣資源的限制，而現(xiàn)在燃?xì)獍l(fā)電只有4000萬(wàn)千瓦的規(guī)模。換一種思路，如果燃煤電廠能夠做到和天然氣電廠的排放一樣清潔，我們?yōu)槭裁床豢梢栽谘睾４蟪鞘卸喔阋恍┫裢馊@樣的燃煤電廠，它的效率、排放跟燃?xì)怆姀S至少是一樣的，而且能源成本低多了。
我并不是反對(duì)上天然氣發(fā)電機(jī)組，而是認(rèn)為節(jié)能減排還是要抓煤本身，用天然氣是解決不了問(wèn)題的。
當(dāng)然天然氣也有優(yōu)勢(shì)，就是天然氣發(fā)電可以聯(lián)合循環(huán)，能源利用效率可以達(dá)到60%，這是煤炭比不了的。因此，如果中國(guó)有大量天然氣，就可以用來(lái)建天然氣聯(lián)合循環(huán)電廠，如果天然氣的價(jià)格跟煤一樣，肯定沒(méi)人去建燃煤電廠。但是現(xiàn)實(shí)是我們沒(méi)有那么多天然氣，而且天然氣又很貴，所以只能選擇煤炭。
外三的總經(jīng)理馮偉忠進(jìn)行了一系列的技術(shù)創(chuàng)新，使外三的供電煤耗降低到276克/千瓦時(shí)，達(dá)到了世界的水平。
他還有一個(gè)新的方案叫做“高低位分軸布置的汽輪發(fā)電機(jī)組技術(shù)”，運(yùn)用這項(xiàng)技術(shù)，可以利用現(xiàn)有的材料、設(shè)備和技術(shù)平臺(tái)，使單位造價(jià)在與目前超超臨界機(jī)組相當(dāng)?shù)那疤嵯拢瑱C(jī)組效率再相對(duì)提高約5%，使供電效率達(dá)到48.9%，并使煙塵排放達(dá)到5毫克/立方米、二氧化硫15毫克/立方米、氮氧化物20毫克/立方米。2011年，該技術(shù)通過(guò)了國(guó)內(nèi)外專家的評(píng)審，認(rèn)為“采用典型的并已有使用業(yè)績(jī)的高、中、低壓缸模塊進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整、組成的135萬(wàn)千瓦二次再熱雙軸機(jī)組，使用現(xiàn)有的高溫材料，可達(dá)到目前世界上超超臨界機(jī)組發(fā)電效率的水平，技術(shù)方案先進(jìn)、可行”。
記者：提高火電廠的效率很難嗎?馮偉忠的技術(shù)有哪些先進(jìn)的地方?
毛健雄：火電行業(yè)有一句話叫“十年磨一克”，如果真正想通過(guò)改造把機(jī)組效率大幅度地提高，是非常困難的。
為了把火電效率進(jìn)一步大幅度提高，現(xiàn)在世界上歐盟、美國(guó)、日本和中國(guó)均在開(kāi)發(fā)700攝氏度等級(jí)的超超臨界發(fā)電技術(shù)，這個(gè)技術(shù)的關(guān)鍵是研發(fā)能夠在700攝氏度高溫下長(zhǎng)期安全運(yùn)行的高溫鎳基金屬材料，但它的價(jià)格是現(xiàn)在600攝氏度材料的10倍以上，電廠需要幾根近百米長(zhǎng)的這種主蒸汽和高溫再熱蒸汽管道，單就這幾根管子的成本就會(huì)占整個(gè)電廠投資的25%。
在未來(lái)的幾十年內(nèi)，中國(guó)都將會(huì)是“以煤為主”，將來(lái)二次再熱的700攝氏度超超臨界機(jī)組的應(yīng)用主戰(zhàn)場(chǎng)還是在中國(guó)，因?yàn)闅W洲、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)燃煤火電的需求已經(jīng)很小了。運(yùn)用700攝氏度超超臨界技術(shù)可以將火電凈效率從48.9%進(jìn)一步提高到52%(供電煤耗236克/千瓦時(shí))。歐盟從1998年就開(kāi)始啟動(dòng)700攝氏度超超臨界發(fā)電技術(shù)的研發(fā)，預(yù)計(jì)其示范廠的投運(yùn)的時(shí)間將是在2020年以后，中國(guó)的700攝氏度超超臨界示范廠也可能在2020年后建成。一旦700攝氏度超超臨界技術(shù)的示范取得成功，其在市場(chǎng)上推廣的瓶頸就是如何大限度地縮短必須采用昂貴的鎳基合金的主蒸汽和高溫再熱蒸汽管道的長(zhǎng)度。
而馮偉忠的高低位布置是一個(gè)重大的創(chuàng)新。他的思路是把汽輪發(fā)電機(jī)組的高溫高壓缸直接布置到鍋爐的出口，從而大大縮短了需采用昂貴的700攝氏度耐高溫材料管道的長(zhǎng)度，為此他解決了由此產(chǎn)生的一系列技術(shù)問(wèn)題，如高溫高壓管道短化后熱膨脹的吸收和熱應(yīng)力的消除等。
此時(shí)汽輪發(fā)電機(jī)組的低壓缸還是布置在原來(lái)的低位位置采用常規(guī)的普通材料管道。這就是用600攝氏度的高溫材料去實(shí)現(xiàn)700攝氏度的超超臨界機(jī)組的效率。因?yàn)橥馊啓C(jī)是西門(mén)子的技術(shù)，鍋爐是阿爾斯通的，所以馮偉忠把他的方案交給這兩家做了評(píng)估、論證，兩家都給予高度評(píng)價(jià)。西門(mén)子火力發(fā)電集團(tuán)產(chǎn)品業(yè)務(wù)部的專家認(rèn)為“本技術(shù)能大大提高火力發(fā)電機(jī)組的凈效率，是改革高污染發(fā)電行業(yè)成為低排放綠色產(chǎn)業(yè)的機(jī)遇”。
據(jù)我所知，該項(xiàng)目的初步可行性研究也已于2013年12月審查完畢，目前已完全具備條件在外三廠擴(kuò)建端的現(xiàn)有場(chǎng)地上開(kāi)展示范性項(xiàng)目建設(shè)。遺憾的是，馮偉忠的方案已經(jīng)提出來(lái)五年了，本來(lái)大家希望在“十二五”期間可以看到一臺(tái)這種世界上效率高、排放低的燃煤示范機(jī)組，但是因?yàn)樯虾Ｈ济夯痣婍?xiàng)目限批的原因，現(xiàn)在還在等待。
“提率是降低碳排放的根本”
記者：既然有這么好的率低排放的煤電技術(shù)，為什么沒(méi)有推廣開(kāi)來(lái)?
毛健雄：實(shí)際上馮偉忠的一系列創(chuàng)新技術(shù)現(xiàn)在正在逐漸推廣，我覺(jué)得對(duì)一個(gè)新的創(chuàng)新事物要有一個(gè)認(rèn)識(shí)的過(guò)程，據(jù)我了解，現(xiàn)在越來(lái)越多的的電力公司正在和馮偉忠和外三合作，例如華潤(rùn)電力和神華集團(tuán)就已經(jīng)和外三簽訂了技術(shù)合作的協(xié)議。
一系列合作項(xiàng)目正在進(jìn)行之中。
記者：為什么先進(jìn)的煤電技術(shù)出現(xiàn)在外三?
毛健雄：馮偉忠這個(gè)人也算是個(gè)奇人，他初中都沒(méi)畢業(yè)，從電廠當(dāng)學(xué)徒工出身，全部是自學(xué)，數(shù)理化和各種專業(yè)理論，包括英文，他在國(guó)際會(huì)議上可以用英文發(fā)言，所以他不僅具有燃煤火電廠機(jī)、爐、電的整個(gè)系統(tǒng)的全面經(jīng)驗(yàn)，而且有深厚的理論基礎(chǔ)，他的每一個(gè)創(chuàng)新都以理論為指導(dǎo)，但又不墨守成規(guī)，而是敢于和善于逆向思維，或叫創(chuàng)新思維，想人之不敢想。他深知在火電廠不能只靠大膽，凡事必須非常科學(xué)、有根據(jù)、有把握。他的每一個(gè)技術(shù)創(chuàng)新都親自做計(jì)算機(jī)模擬，模擬的計(jì)算機(jī)軟件都是他自己設(shè)計(jì)的，因此他年年創(chuàng)新，個(gè)個(gè)成功。外三的廠用電率只有2%，這是不得了的，他搞了一個(gè)集中調(diào)頻的創(chuàng)新，不是一個(gè)馬達(dá)用一個(gè)調(diào)頻器，而是用與主汽輪機(jī)抽汽驅(qū)動(dòng)一個(gè)調(diào)頻汽輪發(fā)電機(jī)組來(lái)對(duì)全廠的馬達(dá)進(jìn)行集中調(diào)頻，又多發(fā)了電，又節(jié)了能。馮偉忠的成功，還在于他的十分刻苦和付出，我到過(guò)外三廠多次，廠里的同志告訴我，他是全廠早上個(gè)到廠，晚上后一個(gè)離廠的人，他從來(lái)沒(méi)有星期天和節(jié)假日。他是廠長(zhǎng)兼黨委書(shū)記，白天他要對(duì)全廠的，安全和低排放的運(yùn)行進(jìn)行指揮、領(lǐng)導(dǎo)和管理，他的創(chuàng)新工作全是在晚上下班后和節(jié)假日進(jìn)行的。當(dāng)然，馮偉忠的創(chuàng)新能夠把外三變成一個(gè)安全、和低排放的先進(jìn)燃煤火電廠，還因?yàn)樗幸粋€(gè)非常好的團(tuán)隊(duì)和一個(gè)理解和支持他的上海申能公司的領(lǐng)導(dǎo)。
記者：未來(lái)碳排放將是煤電無(wú)法回避的問(wèn)題，您認(rèn)為從技術(shù)創(chuàng)新的角度如何解決這個(gè)問(wèn)題?
毛健雄：解決二氧化碳問(wèn)題，步應(yīng)該是大限度地提高煤電的效率，這樣就把煤電排放的二氧化碳降到低。
第二步才是二氧化碳捕集和封存技術(shù)也就是CCS，但是這個(gè)技術(shù)是一個(gè)高成本和高能耗的技術(shù)。就拿效率來(lái)說(shuō)，火電廠如果采用CCS系統(tǒng)，就會(huì)把現(xiàn)有效率吃掉10%，所以有一句玩笑話--“辛辛苦苦50年，一下回到解放前”，就是煤電效率從30%提高到40%用了50年，CCS一上馬，50年白搞了。同時(shí)由于中國(guó)煤電的體量又很大，在中國(guó)大規(guī)模采用CCS來(lái)減排二氧化碳的前景以及如何采用現(xiàn)在還很難說(shuō)。
現(xiàn)在聯(lián)合國(guó)對(duì)全球二氧化碳排放的控制目標(biāo)是不使全球平均氣溫上升超過(guò)2攝氏度，中國(guó)現(xiàn)在已經(jīng)是世界上大的二氧化碳排放國(guó)，不管怎么說(shuō)，二氧化碳排放控制是中國(guó)煤電將來(lái)面臨的一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。
即使將來(lái)必須采用CCS技術(shù)，那么基礎(chǔ)也應(yīng)該是的煤電。如果本來(lái)效率就很低，再使用CCS就很難搞下去。所以從這個(gè)角度來(lái)講，今天大限度地提高火電廠的效率，不僅是為了今天的節(jié)能減排，也是為了將來(lái)減排二氧化碳打基礎(chǔ)。所以今后中國(guó)的火電廠，除了少數(shù)的熱電聯(lián)產(chǎn)之外，必須走馮偉忠的道路，當(dāng)然，隨著技術(shù)的進(jìn)步，CCS本身的能耗也會(huì)降低。
如果現(xiàn)在全國(guó)火電效率都提高到外三現(xiàn)有的水平，甚至于到高低位布置的水平，則煤電每度電產(chǎn)生的二氧化碳會(huì)降低20~35%，效率越高，每度電產(chǎn)生的二氧化碳越少。現(xiàn)在美國(guó)的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)有了二氧化碳的排放限制要求，歐洲則早就有了，將來(lái)若干年內(nèi)如果中國(guó)也有這方面的要求，中國(guó)的火電效率將迎來(lái)一個(gè)大幅提高的過(guò)程，因?yàn)榄h(huán)境政策標(biāo)準(zhǔn)是驅(qū)動(dòng)一切環(huán)保技術(shù)發(fā)展的動(dòng)力。
編輯部：
