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在未來(lái)數十年內，煤將繼續保持其在世界能源市場(chǎng)的基礎地位。新技術(shù)有望將燃煤發(fā)電廠(chǎng)的溫室氣體的排放降為零，從而對環(huán)境保護做出巨大貢獻。

煤炭行業(yè)風(fēng)頭正盛。其中的原因不言而喻：世界人口不斷增長(cháng)，人類(lèi)對能源的需求不斷增加。此外，很多國家都有很大的煤炭?jì)α?，因此，它們除了煤炭之外也不?huì )使用其它類(lèi)型的能源資源，尤其是石油和天然氣。這種發(fā)展趨勢的缺點(diǎn)很明顯：煤電站每生產(chǎn)一度電排放的二氧化碳幾乎是燃燒天然氣的聯(lián)合循環(huán)電廠(chǎng)的兩倍。并且，世界經(jīng)濟也離不開(kāi)煤。當前，全球41%的電能來(lái)自煤電廠(chǎng)；在中國，這一數字可能達到80%以上。僅2006年一年，中國就有174座500兆瓦級的煤電站上馬。根據西門(mén)子預測，由于可再生能源資源使用量的劇增，從現在到2030年，全球煤電的比例將從41%下降到32%。然而，在這一期間，燃煤發(fā)電的值實(shí)際上將從目前的83,000億度增至105,000億度。

無(wú)論對于電力工程公司還是能源管理集團，都應該以較有利于環(huán)保的方式設計并建造燃煤發(fā)電廠(chǎng)。多年以來(lái)，為了實(shí)現“二氧化碳捕集和儲存”技術(shù) (CCS)，全世界可謂是不遺余力。根據發(fā)電廠(chǎng)類(lèi)型來(lái)劃分，分離二氧化碳以及其它因燃煤而釋放的氣體的主要方式有三種：

→在煤燃燒以前，先通過(guò)整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)技術(shù)（IGCC）將煤進(jìn)行氣化，然后分離出其中的二氧化碳（燃前捕集）；
→在傳統的蒸汽發(fā)電廠(chǎng)進(jìn)行二氧化碳的分離工序（燃后捕集）；
→最后一種方法是蒸汽發(fā)電廠(chǎng)使用的全氧工藝。

傳統的蒸汽發(fā)電廠(chǎng)使用空氣助燃，而全氧燃燒概念則是使用純氧來(lái)對煤或者天然氣進(jìn)行助燃。用純氧取代空氣可以避免大量氮氣參與燃燒過(guò)程，因為氮氣在空氣中的比重為四分之三，可是它對燃燒過(guò)程沒(méi)有任何幫助。如果其參與燃燒還會(huì )產(chǎn)生大量的氮氧化合物。燃燒之后的廢氣成分主要是二氧化碳和水汽。通過(guò)簡(jiǎn)單的冷凝水過(guò)程，二氧化碳就能從中分離出來(lái)。

位于德國 Freiberg 的公司測試工廠(chǎng)里，西門(mén)子專(zhuān)家正在開(kāi)發(fā)氣化煤的設備，并研究不同類(lèi)型的煤在氣化過(guò)程中的不同反應。

久經(jīng)考驗的技術(shù)。在技術(shù)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，西門(mén)子著(zhù)重于前兩種方案，即燃前捕集技術(shù)和燃后捕集技術(shù)。“這三種方案的技術(shù)發(fā)展水平還有很大的差距。”西門(mén)子火力發(fā)電集團位于Freiberg的子公司西門(mén)子燃料氣化技術(shù)公司業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)部的Christiane Schmid博士說(shuō)，“現在只有IGCC技術(shù)已經(jīng)通過(guò)了大量檢測，在天然氣加工行業(yè)，已經(jīng)有許多從混合氣體中分離二氧化碳的實(shí)例。”早在上世紀90年代，西班牙Puertollano和荷蘭Buggenum就已經(jīng)建造了IGCC電廠(chǎng)，西門(mén)子為它們提供了電廠(chǎng)組件并負責設備的組裝。“所有這些電廠(chǎng)都表明了IGCC概念的可行性，”工藝專(zhuān)家Schmid解釋說(shuō)，“但是目前二氧化碳分離技術(shù)尚未列入議事日程。”

為何世界上至今還沒(méi)有一座大規模的二氧化碳低排放發(fā)電廠(chǎng)？原因有很多，而且各不相同。Guido Schuld 是西門(mén)子燃料氣化技術(shù)有限公司的總經(jīng)理，他指出：“目前還沒(méi)有出臺相關(guān)的法律法規和政策，特別是在二氧化碳儲存方面。另一方面，對于客戶(hù)而言，成本還不是很明朗。因為目前還很難預測采用二氧化碳分離技術(shù)的IGCC電站的成本究竟是多少。”鑒于以上諸多的不確定性，我們似乎可以斷定，*座引進(jìn)二氧化碳分離技術(shù)的IGCC電站的建設可能還需幾年的時(shí)間。

Schuld指出，IGCC電廠(chǎng)的關(guān)鍵部件是氣化器和燃氣輪機。這兩種部件都是西門(mén)子產(chǎn)品組合的一部分，而氣化器是西門(mén)子在2006年中期才獲得的一項技術(shù)，當時(shí)西門(mén)子通過(guò)收購現在位于德累斯頓附近Freiberg的西門(mén)子燃料氣化技術(shù)公司獲得了這項技術(shù)。在1990年之前，該公司屬于Deutsches Brennstoffinstitut（德國燃料研究所）。Freiberg位于原先的東德，20 世紀 70 年代初，為了能夠使用褐煤，東德意志政府投資開(kāi)發(fā)氣化技術(shù)。在當時(shí)，這一技術(shù)稱(chēng)為“干供給系統”，最開(kāi)始是作為理想方案研發(fā)出來(lái)的。如今事實(shí)證明，該技術(shù)具有決定性的競爭優(yōu)勢。為什么？因為有了這一技術(shù)，不管什么煤種都可以進(jìn)行氣化。

對煤進(jìn)行氣化有不同的途徑，其中一種是把煤以松軟的液態(tài)注入氣化爐，這就表示首先要把煤和水充分混合在一起。Schuld 解釋道：“這一技術(shù)主要適用于昂貴的無(wú)煙煤和硬煤，褐煤和其它低熱值的煤根本不適合這種方式。但事實(shí)是，這些品級較低的煤在諸如中國和印度等新興工業(yè)國家的儲量很大；美國和澳大利亞的情況也是如此。那么，這些國家的客戶(hù)對西門(mén)子氣化爐技術(shù)的需求之大也就不言而喻了。”

二氧化碳捕集和存儲技術(shù)的競爭優(yōu)勢到底有多大？看看使用該技術(shù)的發(fā)電廠(chǎng)的使用壽命有多長(cháng)就知道了。Schuld 指出：“一旦客戶(hù)決定建設一座氣化廠(chǎng)，他就得要計算出長(cháng)達 20 - 25 年的預期運營(yíng)成本?？墒?，價(jià)格固定的購煤合約有效期只有幾年。之后，煤從哪里來(lái)？是什么類(lèi)型？成本又是多少？這些問(wèn)題的答案無(wú)人可以預知。然而，采用我們的技術(shù)，客戶(hù)在發(fā)電廠(chǎng)的整個(gè)使用壽命里都能高枕無(wú)憂(yōu)了。因為他能使用世界上多種類(lèi)型的煤，根據自己的需求購買(mǎi)便宜的煤。”

現有的洗滌設施。在使用二氧化碳捕集與存儲技術(shù)的諸多方案中，燃前捕集非常適合新型發(fā)電廠(chǎng)。而第三類(lèi)技術(shù)方案，即燃后捕集則可應用于現有的發(fā)電廠(chǎng)。在這種工藝中，二氧化碳從燃燒后的廢氣中分離出來(lái)。西門(mén)子火力發(fā)電集團下的發(fā)電廠(chǎng)化學(xué)處理部門(mén)的經(jīng)理Rüdiger Schneider博士說(shuō)：“在目前這樣一個(gè)中間階段，現有發(fā)電廠(chǎng)中用于分離二氧化碳的洗滌設備是能夠進(jìn)行技術(shù)創(chuàng )新的組件。”

在一個(gè)位于法蘭克福的二氧化碳檢測實(shí)驗室中，西門(mén)子的專(zhuān)家們在此研究如何將二氧化碳從廢氣中分離出來(lái)。二氧化碳被吸附到一個(gè)吸收器之中，通過(guò)特殊的洗滌劑處理之后再釋放出來(lái)。

通過(guò)低溫二氧化碳洗滌過(guò)程，廢氣中 90％的二氧化碳都可以被集中在一個(gè)吸收器之內；隨后經(jīng)過(guò)二氧化碳洗滌媒介，即一種特殊的液體的處理，二氧化碳就實(shí)現了碳脫離。“然后我們將裝滿(mǎn)二氧化碳的吸收器放進(jìn)一個(gè)解吸附器當中，再次把洗滌劑注入其中，通過(guò)加溫先將其中的溫室氣體處理掉。這樣，此過(guò)程會(huì )再次開(kāi)始循環(huán)，”Schneider 解釋說(shuō)。

在位于法蘭克福 Hoechst 工業(yè)園中的實(shí)驗室里，Schneider 和他的項目組成員在過(guò)去三年里一直集中精力研究二氧化碳的洗滌劑，目的是找到一種既能很好地與二氧化碳結合，又能隨著(zhù)溫度升高立時(shí)與之分離的洗滌劑。“多虧實(shí)驗室的*設備，我們才能夠對二氧化碳洗滌過(guò)程的方方面面進(jìn)行*地分析。”Schneider 說(shuō)道，“分析結果表明，我們的新型化學(xué)二氧化碳洗滌工藝在廢氣中殘留的洗滌劑很少，與傳統工藝相比而言，洗滌過(guò)程所耗費的能源也更少。”

走向商業(yè)化。為了使火力發(fā)電廠(chǎng)在最短的時(shí)間里能變得更加環(huán)保，西門(mén)子與 E.ON 電力公司并肩合作，使位于哈瑙附近的Staudinger煤電廠(chǎng)的一個(gè)二氧化碳分離試點(diǎn)裝置于2009年9月正式投入運行。Schneider 指出：“我們目前面臨的一大挑戰就是如何在維持高效率的同時(shí)，阻止微量的有害洗滌劑在廢氣中排放而對環(huán)境造成負面影響。我們的目標是進(jìn)一步發(fā)展新型二氧化碳分離技術(shù)，使其能夠在 2020 年實(shí)現大規模的商業(yè)化應用。”

因此，在接下來(lái)的十年之中，因為有了全氧燃燒、燃前捕集和燃后捕集技術(shù)，我們就可以放心燒煤，再也不用擔心會(huì )造成環(huán)境污染了。