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煤炭IGCC,救世主or梦魇?

发布:2015-02-16 10:26   来源:文|杨启仁 美国杜克大学研究员   阅读:258
摘要:位于天津滨海新区的临港工业区的华能天津GreenGen电站示范工程是中国第一个,也是目前唯一的整体煤气化联合循环(IGCC) 电站,该项目于2009年7月初正式开工建设。

 

    位于天津滨海新区的临港工业区的华能天津GreenGen电站示范工程是中国第一个,也是目前唯一的整体煤气化联合循环(IGCC) 电站,该项目于2009年7月初正式开工建设。一期建设一台25万千瓦的IGCC发电机组,原计划2011年建成投产。2011年12月调试期间发生爆炸事故, 投产时间因此延迟到2012年年底。投产後运行一直不稳定,才运转不到半年,就必须停产两个多月进行大修。根据财经国家新闻网的报道:华能IGCC电站的投资估计已经达到了每千瓦13000-14000元人民币。现在IGCC电站的上网电价每千瓦时约5毛,但电价成本接近9毛。据华能内部人士透露,目前IGCC电站不仅赔固定资产的折旧,也赔变动成本,基本上一个月亏一亿元。

 

    相比于常规燃煤发电技术,IGCC具有发电效率理论值高(实际值因为系统不稳定,个别电站的好坏差距相当大,甚至同一座电站在不同期间的变动也很大)、空气污染物排放低,水污染排放高而且废水难以处理等特点。IGCC一般被认为是洁净煤(clean coal)发电技术中的重要关键。

 

   在能源领域的常识就是煤炭是价格便宜但是污染排放很高的能源,所以开发洁净煤的利用技术,一直是世界各国政府与产业共同努力的目标。尤其是美国政府,数十年来一直支持洁净煤技术的发展。美国1940到1950年间发展煤制油失败後,在1980年代又建设了大平原煤制气项目,大平原投产一年後就破产重组,美国政府用纳税人的钱大笔补贴,成为美国能源政策史上的一个大丑闻。之後美国在洁净煤技术的发展重点就转向IGCC。

 

   全球IGCC电站发展史

 

   全世界第一座IGCC示范电站是位於荷兰的在1994年完工开始运转的Buggenum电站,装机容量为253MW。电厂总造价约8.5亿荷兰盾,依当时汇率换算美元後, 单位造价约 US$1865/kW。

 

   刚开始运转的前几年,Buggenum电站的系统稳定性非常差,大小问题不断出现,气化炉的可用率在开始运转的前三年都低於30%。经历了五年的调整检修并修改设计之後系统才渐渐趋於稳定。

 

   全世界第二座IGCC示范电站是位於美国印地安纳州的Wabash电站,该项目属于老厂增容改造,所以造价会比从头新建电厂的费用略低,改造後装机容量262MW,1995年11月转入商业运行。电厂总造价4亿3千8百万美元,其中美国能源部补助50%。单位造价约 US$1672/kW。

 

   刚开始运转的前几年,Wabash电站的系统稳定性也是很不好,前四年的系统可用率依序为:18.6%, 35.4%, 58.7%, 40.1%。经过几年调整检修之後,Wabash电站的系统可用率已经可以达到70%以上。

 

   全世界第三座IGCC示范电站是位於美国佛罗里达州的Polk电站,装机容量250MW,1996 年底完工商转。电厂原本总预算3亿零3百万美元,其中美国能源部补助49%。建厂期间预算透支,实际总造价约为6亿零7百万美元,如果直接用这个实际总造价除以装机容量,算出来的单位造价约 US$2428/kW。

 

   然而美国能源部的报告对於电厂的单位造价并不是这样直接除,而是以隔夜资金成本(overnight capital cost)来表示,也就是假设厂区规划、申请许可、厂房建设都可以在一夜之间完成的假想状况,是在不算利息,也不考虑建厂过程发生任何意外事故或是人为延误的理想状况下去估计,他们根据Polk电站建厂经验估计新建像这样250MW规模的IGCC电厂隔夜资金成本单位造价约为US$1650/kW。美国能源部对於Polk电站的评估报告还指出: 如果是兴建更大规模的电站,由於规模经济的缘故,单位造价还可以降到US$1300/kW。

 

   这样的成本估算方式一定会低估IGCC的真实成本。因为像IGCC这样构造复杂发展又还不成熟的技术,建厂过程中各项意外与错误的机会很大,一旦有所延误,成本就会大幅上升。至於规模经济的说法更是全凭想像,对於经验不足的技术,贸然扩大规模只会使出错的机会加大,成本很可能会更高,而不是更低。因为采用了这种不切实际的估价方式,尽管事实经验中IGCC电厂的单位造价全都在US$1600以上,但是美国政府的绝大多数评估报告中,几乎都评估IGCC的单位造价会在US$1100/kW到US$1400/kW左右。

 

   全世界第四座IGCC电站是西班牙Puertollano 电站,装机容量335MW。这个电站的设计较为复杂,除了气化炉同时使用煤炭跟石油焦,而且还用天然气来弥补气化炉产出的不足。Puertollano 电站中复循环发电机组部份於1996年先以天然气运转,1998 年气化部份完工後IGCC开始商转。刚开时的前几年,煤炭气化炉产出较低,以天然气弥补。因为有天然气来弥补气化炉产出不稳定的缺点,所以Puertollano 电站的热效率是这些IGCC示范电站中最高的,估计约为45%。(当然,如果把气化炉整个废掉,乾脆采用天然气复循环发电,热效率还可以提高到50%到60%左右。)Puertollano 电站单位造价约 US$2073/kW。

 

   全世界第五座IGCC电站是日本勿来(Nakoso)发电所10号机。装机容量250MW,2007年完工。这个机组的设计特点在於气化炉是使用空气而非纯氧,所以节省了氮氧分离的成本与能源损耗。一般认为纯氧气化炉的废气中二氧化碳浓度较高,有利於提高二氧化碳补集效率与降低补集成本,但是设计建造勿来发电所IGCC的三菱重工则认为使用空气气化可以大幅提高整体机组效率,即使加上二氧化碳补集,整体的效率仍然高过纯氧IGCC加上二氧化碳补集系统的效率。目前我还没找到勿来发电所IGCC的造价资料。

 

   全世界第六座IGCC电站就是据报道一个月亏一亿的华能IGCC。根据报道中所说的每千瓦13000-14000元人民币,换算成美元单位造价大约在US$2080/kW到US$2240/kW附近。这里要为华能说句公道话,华能IGCC造价跟其他国家的经验比起来完全是合理的。只是因为那些鼓吹洁净煤技术的人吹牛都吹太大,才会造成GreenGen今天的窘境。

 

   全世界第七座IGCC电站是美国印地安纳州的Edwardsport电站,装机容量618MW,於2013年六月完工商转。原本建厂前估计总造价约13到16亿美元,结果建厂过程预算透支,一再追加,最後完工时总造价约35.5亿美元,单位造价大约在US$5750/kW。

 

   全世界第八座IGCC电站是美国密西西比州的Camper电站,装机容量582MW,原本预定於2014年五月完工。原本建厂前估计总造价约22亿美元,结果建厂过程预算也是透支,一再追加,目前已经追加到61亿美元,单位造价已经超过US$11600/kW,完工日期也延到2016年上半年。

 

   IGCC技术,会是救世主吗?

 

   鼓吹IGCC技术的人常用的一种说法是:随着技术逐渐进步成熟,IGCC的成本将越来越低,而随着电厂规模加大,规模经济也会降低单位造价。但从现实经验来看,刚好相反。新建的IGCC电站一座比一座贵,规模最大的Camper电站更是贵的离谱。华能IGCC虽然一个月亏一亿,但是跟美国的这两个最新的IGCC电站比起来,其实已经算是很便宜了。

 

   我们从这些以建成的IGCC电厂的经验中可以看出来,大部分的IGCC电厂在完工时结算出来的总造价都比当初开工时估计的要高出两三倍。事实上,这样的现象不只是在IGCC出现,对於还不成熟的新技术,尤其是复杂的大型工程建设,如此幅度的预算透支可以说是屡见不鲜。那些做可行性评估报告的人,都有强烈的诱因要刻意低估成本,使计画可以通过,他们才能继续承接设计规划的案子。至於建厂完成後,这个厂是不是很快就会破产倒闭,那就不关他们的事了。

 

   Google在2007年时提出了Re < C的愿景,希望藉由发展技术让可再生能源变得比煤炭更便宜。IGCC洁净煤技术的发展,意外反向的提前实现这个C > Re的愿景,如果未来燃煤发电都采用IGCC技术,那麽燃煤发电就会比可再生能源还要贵得多。

 

   华能GreenGen的发电成本,已经比风力发电贵一倍,跟太阳光伏发电成本接近。而美国这两座最新的IGCC电厂造价又比GreenGen贵了好几倍。按这样的趋势发展下去,C > Re的愿景已经指日可待。

注:部分数据来源互联网,仅供参考 (责任编辑:刘霞

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