【20100729讲课】我国的能源现状与战略对策

null我国的能源现状与战略对策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 *内容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——Ⅰ（常规 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ）可再生能源的发展趋势——Ⅰ（常规方案）Ⅰ 来源：中国工程院，2008中国石油需求预测——Ⅰ中国石油需求预测——Ⅰ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——Ⅰ天然气需求预测——Ⅰ一次能源消费预测——最可能发展情景 Prediction of Primary Energy Consumption–Possible Scenario 2010 – 2050 Accumulate coal consumption: ≈ 1110*108 tce 1.81.20.960.680.40一次能源消费预测——最可能发展情景 Prediction of Primary Energy Consumption–Possible Scenario 一次能源消费预测——可持续发展情景 Prediction of Primary Energy Consumption – Sustainable Scenario 2010 – 2050 Accumulate coal consumption: ≈ 830*108 tce 1.80.930.400.390.34一次能源消费预测——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——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 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——应及早主动应对而不是被动减排应对全球气候变化，国际上可能留给中国的CO2排放空间已经非常小——应及早主动应对而不是被动减排若要将未来全球温升控制在2~3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，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43~45%。若采用尾部烟气脱CO2，效率下降11个百分点，即效率变成32~34%。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）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（续）不可改变的事实（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。 资源和环保呼唤煤的现代化利用！内容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的几点原则想法煤炭现代化利用战略方向——多联产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）整体煤气化联合循环（IGCC）多联产系统的简单阐释：一次通过法制甲醇多联产系统的简单阐释：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：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 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 /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：多维度梯级利用多联产：多维度梯级利用过程相互耦合，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）null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、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）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多联产发电未来情景讨论此 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 采用动化煤耗比1:1，动化比如何考虑？ 发电煤耗：300 g/kWh，运行小时数：5000 h实施煤炭现代化战略刻不容缓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，并在第一批车的基础上进行优化。奇瑞公司准备在示范运行基础上中批量生产，第一批是2000辆，作为山西省出租车用。 上海华普汽车与上海焦化厂合作已成功完成M100甲醇燃料汽车所有的技术开发工作，并具备批量生产的条件。他们开发的车型不仅进行常规试验，还将试验轿车开到黑龙江漠河进行冬季寒带试验，到新疆吐鲁番地区进行高温试验，到青海进行高原试验，甲醇燃料轿车的表现优秀。 http://www.hdcmr.com/article/jzqb/11/05/18211.html甲醇及相关产品发展与使用情况（续）一汽集团准备把山西出省的运煤大卡车(柴油机，功率为250HP)改装成高压比、火花塞点燃的甲醇车。初步实验表明，替代比是(2.1~2.2):1，即热效率与柴油机相当。若进一步采用废气再循环（EGR)，以扼止爆震(detonation)，可以把替代比减少到1.9左右，即比原有柴油的效率更高。 这是一个十分值得研究的方向。若成功，甲醇的燃油系统简单，运输方便。 有关甲醇的一些问题，如：毒性，腐蚀，胶圈溶胀，泵，甲醛排放，冷启动……都已基本解决。 甲醇燃料发展和应用处在实验和示范阶段，需要与汽车发展统筹兼顾。甲醇及相关产品发展与使用情况（续）煤基替代燃料要理性发展煤基替代燃料要理性发展但是作为车用替代燃料，这是一个很大的系统工程，不同组织机构之间的协调非常必要，逐步采用需要几年时间，因此持续的耐心是必需的。 有关人士预计2020年我国汽车领域采用替代燃料、化工生产改用“煤头”可替代石油约7000万吨。煤制甲醇产量可达到6600万吨，二甲醚2000万吨，煤制烯烃800万吨，煤制油3000万吨，化工用煤量将达2.2~3.6亿吨。煤基替代燃料方面我们面临的关键挑战煤基替代燃料方面我们面临的关键挑战先进生产技术 提高转换效率 现状：MeOH – 50%，DME – 45% 高硫、高灰煤的使用（原料价格更低廉） 减少水消耗 在中国，富煤地区往往严重缺水 1 t MeOH – 7~8 t 水，1 t DME – 12 t 水 供水问题将成为大规模MeOH和DME生产的瓶颈 扩大生产规模，降低成本 MeOH：超过2Mt；DME：超过1Mt煤基替代燃料方面我们面临的关键挑战（续）煤基替代燃料方面我们面临的关键挑战（续）大型汽车公司必要的参与 奇瑞在2007年6月向汽油/甲醇双燃料车投入1600万 DME汽车、上海汽车公司、 Shomao Corp. … GM、Volvo、Toyota…参与十分必要 政府角色 中国是个强中央集权的国家，政府角色是必要的。加速 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 的起草和实施。 推动、财政资助和协调，促使不同机构一致努力。 二氧化碳的捕集、利用和埋存 (CCUS)内容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的几点原则想法目前世界风电总装机容量及预测目前世界风电总装机容量及预测 截至2009年，全球风电总装机容量已达159.213 GW，其中38.312 GW为2009年新增装机容量。 根据目前的发展形势和政策，预计2020年全球风电总装机容量将达到1900GW。1998-2010年世界风电新增装机容量及预测1998-2010年世界风电新增装机容量及预测2009年总装机容量前10的国家2009年总装机容量前10的国家 2009年，美国和中国风电市场发展居于领先地位 中国超过德国，位居全球第二，位居亚洲第一2009年新增装机容量主要国家占的份额2009年新增装机容量主要国家占的份额2009年装机容量增长率前10的国家2009年装机容量增长率前10的国家全球风电产业未来发展预测全球风电产业未来发展预测Prediction 海上风电场海上风电场到2009年底共有12个国家建立了海上风电场，其中10个在欧洲，中国和日本有小规模的安装。 海上风电总装机容量占到全球风电总装机容量的1.2%； 截至2008年底，已有1473MW的风电机组在海上风电场投入运行，其中99%来自于欧洲； 2008年，新增海上风电装机容量为350MW；2009年，新增海上风电装机容量为454MW，主要来自于丹麦、英国、德国、瑞典及中国。海上风电装机容量的增长速率为30% 在欧洲之外，中国已经开始在上海附近安装第一个主要的风场，容量21MW。2006-2009各大洲总装机容量2006-2009各大洲总装机容量null 欧洲的风电发展依然保持着领先的地位，北美洲和亚洲在风电市场份额上正处于迅速增长的阶段。主要地区风电增长率 (%)主要地区风电增长率 (%)亚洲是风能产业发展最快的地区，其次为南美洲，全球风电发展关注的重心已逐渐远离欧洲。各大洲风电场分布各大洲风电场分布 风电产业的重心正在从欧洲移向亚洲和北美洲2004与2009新增装机容量的比较2004与2009新增装机容量的比较 2004年，欧洲还主宰着世界风电市场，占据当年新增装机容量的70.7% 2009年，欧洲几乎失去了其领先地位，新增装机容量只占到全球装机容量的27.3%，位居第三名，位于南美洲的28.4%之后 亚洲成为各大洲的领头羊，在全部装机总量中占到40.4%，2008年为31.5%nullnull中国的小型离网型风电中国的小型离网型风电发展情况 2008年总容量79.757MW 据统计，2008年出口100kW以下离网型风电机组共38957台，比2007年增长50% 发展趋势 应用范围不断扩大。国内外分布式发电供电系统的推广应用进一步促进了千瓦级离网型风电机组的发展。 单机容量逐年增大。单机容量1kW以上的机组增加很快，产量达19139台，总容量为65MW，占年总容量的89.8%。 出口大量增加。 “风光互补发电”仍是发展方向。 发展建议：用于分布式供电系统并网风电并网风电风电场建设 中国风电场装机容量近6年来以大于100%的速率增长 2008年中国累计风电装机达到1210万kW；2009年，中国累计风电装机达到2580万kW，其中风电并网容量1613万kW（约2/3） 2008年风电上网电量约120亿kWh；2009年，风电电量269亿kWh，占总电量的0.74%（2009年全国发电量36506亿kWh）2007-2008分省累计风电装机容量2007-2008分省累计风电装机容量2008年分省新增装机容量2008年分省新增装机容量null新风电发展规划新风电发展规划2008年，国家能源局把发展风电作为改善电源结构的重要任务之一，分别再内蒙古、甘肃、新疆、河北和江苏等风能资源丰富地区，为2020年的发展目标开展了7个千万kW级风电基地规划工作。 甘肃酒泉千万kW级风电基地建设规划已经完成，率先进入实施阶段。2008年8月结束了380万kW规模的风电设备招标工作，标志着酒泉千万千瓦级风电基地建设工作已全面展开，加上原来已建和在建风电场项目，规模超过500万kW。 其他地区的千万kW级风电基地建设规划正在或编制中。新疆哈密规划5000万kW，内蒙古规划建设5000万kW，其中蒙西2000万kW，蒙东3000万kW；河北规划在沿海和北部地区共建设1000万kW；江苏规划建设1000万kW，其中近海700万kW。 风电制造企业面临激烈竞争风电制造企业面临激烈竞争2008年又有20多家企业进入风电整机制造领域，风电整机制造企业累计超过70家，产品已经安装到风场的约30家。 风电整机产能的扩大有利于缓解近两年中国风电机组供不应求的局面，也预示风电整机制造业的白热化竞争即将来临。 未来几年，风电设备需求会趋于稳定或增速减缓，市场容量有限。即使风电累计装机容量2010年达到2000 万kW、2020年达到1亿kW，从2011年到2020年的10年期间将增加8000万kW，平均每年新增800万kW。 目前风电整机制造业的生产能力仅金风、华锐、东汽3家企业的年产量就达到400万kW，这意味着其他60多家要竞争另一个“400万kW”。中国风电发展的特殊驱动力中国风电发展的特殊驱动力风电业主都是大型国营企业，例如大型的电力公司（大唐、国电等），它们都拥有60GW至80GW的装机容量 这些大企业主要从煤、石油化工和其他业务中得到大量收入，而风电仅仅是业务的很小一部分，风电的盈亏无关紧要 目前缺乏风电电量的数据，风电业主和地方政府只关心装机容量，不管风能资源到底如何 风电是政绩和企业业绩的标志性成果 风电如此热主要是出于政治的考虑，或是为了满足可再生能源的份额，对将来真正能发多少电兴趣不大中国风电发展的特殊驱动力中国风电发展的特殊驱动力外国公司抢滩中国市场 比如，德国、丹麦、印度等 国内国营、民营企业纷纷进入，目前已有很多家，将会大洗牌 进入方式：购买外国专利或合资生产，基本都不是国内R&D成果，没有自主知识产权！ 国产的MW级风电机都是仿制品，还需长期运行考察加以改造中国风电发展的特殊驱动力中国风电发展的特殊驱动力中国风电机制造商市场份额2009年国内风电机组制造商的前10名 当年新增容量市场份额前10名 达到88%风电发电的并网问题风电发电的并网问题风能资源丰富地区都处于电网末端，与电网建设不匹配 风电并网要求电网有旋转备用容量，控制系统。电网要求改造，增加成本 风电随机性对电网的扰动导致电网安全性下降 风电占电网的容量为5%至10%已是最大值，有些电力企业称风电为“劣质电”、“垃圾电”风电发电量的变化 （新疆某风场一年的发电量）风电发电的并网问题风电发电的并网问题大量耗电工业都需要低压直流电 电解铝工业（6%总电量）、氯碱工业 海水淡化 电解水 抽水灌溉 不并网可大幅降低风电设备投资 变浆距定浆距 无调速、调压、调相位要求，控制系统简化 采用弱励磁双凸电机，降低成本 据一般估计，风电机成本可降低30%到40%，从而实现每kW装机成本从10000RMB下降到6000RMB左右风电是否可以不并网？风电发电的并网问题风电发电的并网问题非并网风能利用的典型案例 ——风电与煤化工结合中间存储，消除风电随机性缺陷单位煤量的甲醇产量增加一倍！电解槽氢气氢气产品储氧罐氧气产品配气储氢罐简化风力发电系统水煤浆净化系统气化系统甲醇产品甲醇原料气甲醇合成系统煤水制浆水CO2风电发电的并网问题风电发电的并网问题国家科技部973课题“大规模非并网风电系统”拟解决三个关键科学问题 非并网风电系统的基本构成和运行规律 大规模非并网风力机设计及控制的基础理论研究 大规模非并网风电与高耗能产业耦合路径和边界条件的基础研究有关六个“风电三峡”的问题有关六个“风电三峡”的问题在当地没有需求，必须输出 新建输电线路！？投资，运行？世界上，没有听说有为风电建设输电线路的例子 电网运行的安全性（已有几起事故例子），低电压穿越。若河西走廊的风电三峡建造750kV线路，投资巨大(一百多亿)，而输送的是不到2000小时/年的风电，把这些不稳定的大量电能外送，受体是谁，如何消纳？ 打捆输出！？要建设多少其他电源才能打捆，若风电只占5%到10%？其他电源的规划、建设如何同步安排。弄不好是风电机在隔壁滩或沙漠中“晒太阳”有关风电机大型化的问题有关风电机大型化的问题目前有风电机越做越大的趋势风电机做大，单位造价不见得下降，反而上升，中国的技术水平在世界上相对较低，目前可靠运行才是最最主要的 在相当的时期内，1.5MW和2MW应该是主力机型 应该大中小结合，尤其是发展5kW到100kW的聚风式风电机（同样风轮直径，输出是不聚风的3倍），在此基础上增加蓄电装置（钒液流电池），组成分布式电网0.6MW0.8MW1MW1.5MW2MW2.5MW3MW5MW……有关海上风电的问题有关海上风电的问题海上风电造价要高得多 基础设施、防台风、运行费用 海上风电适合大型化 技术难度：5MW单个叶片长60到62米 个别示范，稳抓稳打，循序渐进，千万不要一哄而起 首先是江苏沿海滩涂的风电发展一个新能源产业的形式是一个完整的产业链一个新能源产业的形式是一个完整的产业链技术先进性，运行安全可靠性，良好经济性，批量建设可行性，形成标准化，系列化，规模化发展格局风力资源的深入调查与分析电网的接入与当地和附近地区的架构 风电电量的消纳，风速的预测（2~3天，5~6天）风电场的工程设计与规模当地的特殊条件风机的设计、制造、安装、 调试、起动设计: 气动、强度、机械设计、刚度、精度要求、材料 制造: 机械制造、材料、润滑油等 安装: 特殊吊装设备风机的检验与论证风机的运行与信息反馈系统电网的改造标准体系、论证中心、测试中心等包括设计、制造、运行等风电接入对电网的影响，谐波、低电压穿越等 电量的消纳，非并网的可能性，有关用户的配合等市场消纳政策的制定，利益相关者 的关系处理政策: 要细化、配套，围绕风电发展产业链，围绕将来市场 利息相关者: 业主、风机制造、地方政府、居民等经济性分析风电“过热”：只是装机容量大跃进，制造能力大跃进风电“过热”：只是装机容量大跃进，制造能力大跃进制造能力：三大家，五大家；70~100家 装机容量：2010-3000万kW， 2020-1.5亿kW 风力发电水平良莠不齐，总体水平低，每kW运行小时少，运行中全生命周期成本大 但不断扩大、高速扩张，最后是增加全生命周期成本，是最大的浪费！ 没有自我创新(有些小改小动),不掌握核心技术，最多只不过是一个制造大国 能力过剩、无序竞争、大洗牌是国家资源的浪费！风力资源的深入调查与分析风电场的工程设计与规模风机的设计、制造、安装、 调试、启动风机的检验与论证风机的运行与信息反馈系统电网的改造市场消纳政策的制定，利益相关者 的关系处理设计制造安装调试启动风电产业链的其它环节不匹配，且十分欠缺风电产业链的其它环节不匹配，且十分欠缺上游：资源，评估（科学） 中游：核心技术 国家层面：各种中心的建立，自主创新 政策层面 电网层面 市场消纳方面 …… 总体最多是“跛脚”跃进风力资源的深入调查与分析风电场的工程设计与规模风机的设计、制造、安装、 调试、启动风机的检验与论证风机的运行与信息反馈系统电网的改造市场消纳政策的制定，利益相关者 的关系处理下一步风电发展战略建议下一步风电发展战略建议扶持政策要细化、要配套，要围绕整个风电发展的产业链，围绕将来可能的市场 加强基础服务工作 建立标准体系，强制性认证体系。目前我国风电公共技术服务体系尚未建立，如国家级和大企业的风电技术中心、国家试验风场、国家级风电公共试验平台、国家风电设备检测认证中心等。 人员培养：设计、材料、调试人员的培养；风电是一个复杂的系统工程，从材料、零部件设计、制造、安装调试、运行维修、故障诊断……从微观到宏观的各方面人员。 电网配套：风场、电网、消纳同步进行。下一步风电发展战略建议（续）下一步风电发展战略建议（续）推进风电设备国产化，加强技术自主研发、自主创新能力。 建立以电量为主要考核目标(不是装机容量)的机制，从规划做起，以上网电量为规划目标。电量受体、电网输送、风电场建设等同步考虑。 又好又快，目前主要是解决好的问题，掌握关键技术，提高质量,使平均运行小时数（折合成额定负荷）达到2000h以上。我国不缺这些电量，2008年全国发电量为3.5万亿kWh，而风电仅为120亿kWh，不足0.4%。 培养“老母鸡”，形成真正具有自主知识产权的风电产业。大幅度提高风电制造业的进入门槛，避免低质量风机进入市场。下一步风电发展战略建议（续）下一步风电发展战略建议（续）没有自主创新，要么就是逐步沦为“打工”，要么就是被外资 “并吞”。 在关键技术上下工夫，在整个产业链上下工夫，在这两者的自主创新上下工夫……才能真正立于不败之地。 在新能源方面要有自主开发、自主创新，要有机制、体制创新，拥有自主的核心技术，不能只看热闹一时。 在好的基础上才有后劲，充分借鉴汽车行业的教训。 千万不要把风电变成“政绩工程”，或是各大公司扩张、争夺地盘、互相厮杀的混战战场。国家资源（纳税人的血汗钱）将会受到巨大的损失 跳跃式前进反而欲速不达，形成很大的浪费，这也是我国几十年来发展的经验与教训。内容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的几点原则想法原来是一个暴利行业，高能耗、高污染原来是一个暴利行业，高能耗、高污染利润高 ＄40万/吨（￥300万/吨） 由于利润巨大，民营、国营、地方政府纷纷投入 总产量超过全世界的需求，良莠不齐。这几年造就了十数位几亿级富豪 高能耗、高污染 1t多晶硅（7个9），25万kWh的电耗 每提纯1t多晶硅产生8t以上的四氯化硅，同时伴生大量三氯氢硅、氯气等废液、废气等 发电成本高 ￥5~6万/kW，现在可降至￥2~2.5万/kW 年满负荷运行小时数是1600h光伏产品基本用于出口光伏产品基本用于出口98%用于出口 全球金融危机，国内市场萎缩，价格下降，使完全依赖于国外订单的中国光伏企业遭遇寒冬。 中国全球第一的巨大光伏产能成了沉重的负担，并导致了严峻的社会问题。 一定程度地“绑架”了政府（税收、投资、就业、贷款……） 国内市场难以消化 当时的投资主要为了欧美市场（高价格、高利润）、国内并没有消化这个产业的规划，而且自我消化不了。 要内需消化，降低价格是唯一的出路！ 最近批准的甘肃省敦煌市10MW太阳能电厂项目的上网电价：￥1.09/kWh高成本是光伏发电大规模利用的重要约束高成本是光伏发电大规模利用的重要约束多少是比较合理的价格？ 没有规模化的生产，没有自我开发的能力，就不能实现有竞争力的成本 依靠引进技术、设备，难以降低成本——拿来主义是不行的。吃掉10年的合理折旧；此外，制造商需要不断的技术升级，企业也要不断投入。 必须具有核心竞争力的垂直一体化产业链与自主的知识产权，具有产品升级和产能扩张的能力 主战场应是大规模并网电站，“屋顶”可能不是我国发展PV的主战场。光伏发展的重要政策思路光伏发展的重要政策思路标杆电价￥1.09/kWh，可按地区光照等不同略有高低 在充分调研的基础上制定一个每年上网价降低幅度以减少国家补贴和扩大装机容量 注重扶持具有核心竞争力与自主知识产权的企业。警惕国外企业通过资本与技术来控制我国的PV产业。这类教训已经是很多了。外国资本肯定会这样做。 多晶硅与非晶硅薄膜电池比较多晶硅与非晶硅薄膜电池比较 非晶硅：铜铟镓硒、锑化镉等 多晶硅：耗材耗能多，价格下降空间少，能量回收期(energy pay back period)长，光电转换效率高：14~15% 薄膜：耗材、耗能少，价格下降空间大多晶硅与非晶硅薄膜电池比较（续）多晶硅与非晶硅薄膜电池比较（续）两者价格的比较 ￥14/Wp——晶硅电池有一定利润 ￥8/Wp——晶硅电池十分困难，对薄膜比较容易 要大规模进入市场：＄1.0/Wp (＄1000/kWp)是一个分水岭 非晶/微晶叠层PV——进入中试，有10%的转化效率几个大规模生产多晶硅及其组件的公司的态度几个大规模生产多晶硅及其组件的公司的态度无锡尚德、江西赛维、江苏徐州中能、福建石钧…… 2009~2010年，太阳能光伏发电价格可降至￥1.0/kWh 目前主要精力集中在多晶硅生产及其组件上，实际上还有系统方面的问题，系统方面的产业化水平要远落后于组件 四氯化硅污染的问题已基本解决几个关于产量的数据几个关于产量的数据以江苏徐州中能为例 2006年成立 一期1500 t/a 2008年 二期3000 t/a 三期 三条5000 t/a生产线 2009年生产多晶硅8 kt，占全球产量的15%（全球产量是100 kt/a左右） 按0.3 mm的切片，1 t多晶硅约1MW（1000 t多晶硅约1GW） 中能从开始生产以来，已生产15.4GW，即15 kt左右 目前国内已投产15个项目，产能为3.8万t/a；在建9个项目，产能2.0万t/a（单体比较小，千吨级，在成本方面下降有困难）∑=18000 t/a几个关于产量的数据（续）几个关于产量的数据（续）总的产能是很大的，基本上能满足全世界大部分的需求 国内内需能消化多少？若每年装机5、10、15GW，则近3年需多晶硅3万t，或年均1万t（此处未考虑薄膜） 我国的多晶硅产能大大高于内需，肯定有绝大部分出口,相当于耗能工业的产品出口（有的公司宣布，综合电耗已从25万kWh/t下降到12万kWh/t） 多晶硅出口价格按＄80/kg算 每万元GDP耗0.66 tce 宝钢的能耗强度 每万元GDP耗0.89 tce 从这个角度做多晶硅能耗强度低于宝钢。在目前我国产业结构调整之际是不是一个方向？几个关于产量的数据（续）几个关于产量的数据（续）据说，在我国先进、规模大的多晶硅生产工艺的成本 2007： ＄70 2008： ＄67 2009~2010： ＄40以下 这方面我们在世界上占有优势似乎也是件好事，关键是在科技进步方面如何维持有竞争力价格的优势。有关PV（多晶硅）制造过程中的能耗问题有关PV（多晶硅）制造过程中的能耗问题多晶硅材料电耗：25万kWh/t~12.5万kWh/t，考虑到组件和系统的其它能耗，取20万kWh/t 一般情况，多晶硅切片0.3~0.2mm，1t多晶硅可以做1MWPV，满负荷工作时数约1600h，能量回收期2~7年 如我国多晶硅生产达9万t/a，一年需耗电180亿kWh，大约是我国2008年所有风电发电量的1.5倍！ 所以，对可再生能源必须进行全生命周期分析，从整体最优、排放温室气体最小，经济上可以接受……来考虑问题。切忌为了局部利益而对整个经济、资源、环境带来损失。制定政策、统一协调十分重要，关键是如何消纳PV的电量制定政策、统一协调十分重要，关键是如何消纳PV的电量若装机容量为10GW，则年发电量为160亿kWh(满负荷工作时数约1600h) 如要国家补贴，每年的经费怎么考虑？ 目前国家为了支持可再生能源，从每度电中加2厘 2008年3.5万kWh×0.002≈70亿，实收40亿 每度电基本价￥0.38/kWh，风电需国家补贴约￥0.25/kWh 若风电2009年电量达200亿kWh，需补贴￥50亿 PV需国家补贴（按5GW算80亿kWh），约￥0.7/kWh，共需￥56亿 所以，国家的补贴是相当大的，用2厘/度的钱远远满足不了要求，要国家另做预算 即便如此，这些电量只占总电量的0.7%制定政策、统一协调十分重要，关键是如何消纳PV的电量(续)这里还没有计算电网的改造，需求端的适应，地方政府的激励，基础性研究工作的开展，示范工程的建立…… 目前，我国太阳能相关技术大部分是国外专利。生产技术进口，生产产品出口，是一种不健康的“两头在外”的状态。内需远远“消化”不了国内这样大规模的产品。 关键在于加大自主创新的力度，而不是以装机容量论英雄。 可见，可再生能源增长的艰巨，需全方位、多维度综合考虑，统筹安排，逐步推进。制定政策、统一协调十分重要，关键是如何消纳PV的电量(续)内容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的几点原则想法有关中国“广义资源禀赋” Comprehensive Resource Endowments 有关中国“广义资源禀赋” Comprehensive Resource Endowments 能源产业只能连续地、稳定地在不断累积中发展，必须和我国的广义资源禀赋相适应。 发展新能源要适合我国的广义资源的禀赋 发展重点、发展速度也不一样，不同国家有不同的新能源 国家应全局规划、有序发展、科学决策制定新能源发展规划 有关中国“广义资源禀赋”（续） Comprehensive Resource Endowments 有关中国“广义资源禀赋”（续） Comprehensive Resource Endowments 有限的资金：国家补贴用在哪里才是最优的，效果最大的 风电 120亿，200亿，400亿 PV 1GW，3GW，6GW 其它…… 补贴的需求大：一些投资大军把钱投向哪里？中国有很多需要补贴的方面： 社会保险、医疗、生态、水库移民、农村清洁能源(生物质颗粒、生物质气化裂解、沼气池等)、三江地区沙化、荒漠化…… 一味扩大生产能力，增加装机容量，不考虑整个产业链的协调发展，是否符合我们现阶段的发展方向？ 国家应全面考虑，在有限的补贴下，应该支持什么，什么方向是作用大，并且长远的。2020发电技术的CO2减排成本2020发电技术的CO2减排成本Source: McKinsey Company “Costs and Potentials of Greenhouse Gas Abatement in Germany”, Energy Sector Perspective, Berlin (2007)内容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的几点原则想法世界的发展处于一个“十字路口”世界的发展处于一个“十字路口”世界的发展到了一个关键时候，人类处于一个十字路口，人与大自然的关系要有根本性、大幅度的调整，温室气体就是核心表现。 人类对地球过度地索取，大自然严峻的惩罚将加速来到，并且程度越来越严重，可以完全抵消我们在各方面的努力。 人类活动所引起的气候变化将抵消所有我们在防治疾病、减少贫困、防止战争和保持生物多样性等方面所做的所有努力。世界的发展处于一个“十字路口”世界的发展处于一个“十字路口”地球的“承载力”已到了极限，从宇宙（或太阳系）来看，只有地球有生命。除了地球，人类无处可去！ 人祸→天灾→环境→生活质量下降（空气污染、水污染……）→贫富两极分化越来越大，社会不稳定，经济滑坡，战争…… 人类逐渐走向“美好”愿望的反面，必须开辟新的道路，有新的思维。中国的发展也走到一个“十字路口”中国的发展也走到一个“十字路口”中国也发展到了新的关键时刻，也是走到一个十字路口。 以前的发展模式从原则上也已是到了尽头，“潜力”已发挥殆尽。 负面的、长期积累的、内部深层次的矛盾也将加速显现——国际上，及国内： 能源、资源消耗，生态环境破坏，社会道德沦丧，诚信底线被撕破，荒漠化，沙漠化，生活质量下降，大量癌症村、铅中毒村的出现，社会的群发事件不断……中国的发展也走到一个“十字路口”中国的发展也走到一个“十字路口”发展的模式（包括工业、农业、社会……）的大幅度调整势在必行。 国家层次、地方层次的领导，经济界、科技界、各行各业，必须对这个问题有充分深刻的认识。 认识其必要性和紧迫性，并付诸于切切实实的行动,而不是停留在口头上，做一些表面文章。 不做好充分准备，将来会在新的大潮中更为被动、甚至于被抛弃。这是不以个人意志为转移的。 早行动！早主动！早行动！早主动！面对CO2减排问题是主动还是被动？不要老是依靠三个“借口”： 历史上中国CO2排放总量少 人均排放和发达国家相比要少 我国大量能源用于外贸加工，约占我国总能耗的25%，碳排放不应该算在我们头上？ 还有更激进的提法：气候变化（Climate Change），减排CO2是一些“居心不良”的国家对我国的阴谋。 世界已发展到今天这个地步，只有齐心协力才能共同面对。我国负有共同而有区别的责任。早行动！早主动！早行动！早主动！时代不同了，绝对平等是不可能的！ 结论：早行动，早主动！ 究竟我国CO2排放总量要上升到多少？目前是60亿t，最高是80亿t还是100亿t？什么时候到达这个顶点？ 这是一个负责任的大国必须回答的问题。 我国18亿人口，水资源短缺，荒漠化，沙漠化严重，对自然灾害抗拒能力差。从长期来看，全球减排CO2最大的受益国还是发展中国家，尤其是中国。实施CCUS战略——CCUS三阶段实施CCUS战略——CCUS三阶段CCUS: Carbon Capture, Utilization and Storage 中国CCUS目前已有很大的潜力，关键在于国家重视，全面安排。 按照我国国情走自己的路，不要老受国外的影响。 我国现代化的能源发展战略必须从现在开始考虑将来中国分阶段减排CO2的问题。 中国的CCUS战略可按三个阶段考虑，从易到难，积累经验，逐步推进。实施CCUS战略——CCUS三阶段实施CCUS战略——CCUS三阶段CCUS 应当尽快启动，三个阶段: 第一阶段：利用从天然气中分离出来的CO2强化石油开采（EOR）及回收煤层气（ECBM） 第二阶段：煤化工中的 CCUS 正在排空的至少有几千万吨CO2，这部分CO2的捕捉要比直接燃煤电厂容易得多。 2 t CO2/t MeOH、4 t CO2/t DME，生产过程中CO2的浓度和压力较高，捕集成本较低。将技术产业链从燃料制作扩展到CO2捕集、到EOR及ECBM的运输。 第三阶段：直接燃煤电厂中的CCUS 这是个耗能工程，比煤化工中的CCUS困难的多，对于燃煤电厂，因捕集减少11个百分点实施CCUS战略实施CCUS战略我国每年25亿-30亿tce怎么用，要有一个全面细致的规划，多少是直接燃烧，多少是气化，多少是多联产？这些宏观调控都是政府的责任。 要在2030年达到顶点（80亿），困难是极大的，若现在不采取断然的行动，将来困难更大。 有些“极端”措施都要考虑，如厉行节约，改变生活方式，总量控制，大力发展核能，大力发展可再生能源，煤炭的清洁利用，大小水电一起利用，大幅度提高资源开采、转化、输运和终端利用的效率……同时，相当规模地实施CCUS。打破行业界限，实施多联产能源战略打破行业界限，实施多联产能源战略从思想上，从规划上，从政策上，从具体安排上打破行业分割和垄断——这是关系到我国能源、环境、经济可持续发展的重大战略。 如果各行业，各利益集团各自为政，减排CO2是很难做到的，只能停留在表态上，口头上，最多只是做秀上！ 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，是未来实现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。中国企业500强肩负着减排CO2的重任中国企业500强肩负着减排CO2的重任中国企业的500强在CO2减排问题上负有重大、不可推卸的责任 中国的500强，实际上是500大，大而不强，主要是靠吃：行业垄断的红利，资源分配的红利，资金雄厚和融资方便的红利，国家政策的红利……成长起来的。 要进一步发展，绝不能再靠上面的几个红利，以扩张为第一要务，而是要在技术领先上下工夫，在科技上真正发力。 以减排CO2为一个主要抓手，是一个历史时机。谢谢！ Thank you for your attention!谢谢！ Thank you for your attention!