火力發電廠節能減排的現狀與對策
目前我國發電廠主要以火力發電為主，這樣不僅消耗大量的煤炭資源，而且給環境造成較大的污染。節能降耗不僅可以滿足日益增長的能源需求，而且可以有效配合環保工作的進行。文中通過分析我國發電廠的現狀，提出了節能減排是我國實現短期戰略目標的重要途徑。總結了國內外火電廠節能減排的先進方法，探討了我國火力發電廠節能減排的對策與措施，主要包括從源頭引進先進的除污設備，采用特高壓電網輸電，末端采取虛擬電廠以及切實落實和執行節能減排的法律法規等。通過這些對策的實施，期望能很好地完成國家提出的能耗降低目標。
2006年6月，黨的十六屆五中全會提出“十一五”能耗要比“十五”降低20%，電力行業是節能降耗的主要領域之一。目前我國的火力發電廠機組約占全國總裝機容量的74.5%，而火電機組的70%以上是燃煤機組，這與我國的能源結構有關，我國是一個多煤、貧油、少氣的國家，預計一次性能源中，其中90%是煤炭資源。根據國家統計局發布的《2006年中國統計年鑒》中的數字，2005年我國能源生產總量的構成是：原煤礦75.4%，原油12.6%，天然氣3.3%，水電、核電、風電7.7%，清潔能源的總比例不到10%，加之從效益分析，清潔能源投入大產出小，適應納入長期能源戰略，而電廠的節能減排見效快，適應當今環境和能源的需求，具有實際意義。本文在分析我國目前發電廠發電及其污染特征的基礎上，提出一些節能減排的對策與措施。
自動化技術與電廠節能減排
節能減排是關系經濟社會可持續發展的重大戰略問題，是國家確定的經濟社會發展的重大戰略任務。電力行業既是優質清潔能源的創造者，又是一次能源消耗大戶和污染排放大戶，因而也是國家實施節能減排的重點領域。
截止到2007年底，我國的發電總裝機容量已經超過7億千瓦，其中火電超過了5.5億千瓦，火電占整個發電總裝機容量的77.7%，而且，火電運行發電量的比重更大，占到82.86%。見表1。
表1 中國2001-2007年裝機容量和發電量
雖然國家一直在努力對發電結構進行調整，但煤電還是占很大比重，根據我國的電力戰略規劃，2030年前電力工的發展仍將以火力發電為主。據估計，2020年我國裝機容量將達14億kW，其中火電約9.5億kW。因此，火電廠的節能減排任重而道遠。
盡管我國節能減排的形勢嚴峻，但在國家的大力倡導下，電廠的節能減排工作還是取得了一定的成效，2007年，我國6000千瓦以上火電廠的電廠供電煤耗為356克/千瓦時，比2006年的367克/千瓦時降低了11克/千瓦時，是近年來下降幅度最大的一年。相當于全年6000千瓦以上火電廠生產節約標煤2423萬噸，占全年發電耗用標煤量的2.75%。在國家和電力企業的共同努力下，預計到2020年可以降低到320克/千瓦時，接近或達到世界先進水平(如圖1所示)。
圖1 我國電廠供電煤耗發展趨勢圖
在減排方面，2007年全國電力二氧化硫排放量比上年減少9%，為近年來全國二氧化硫年排放總量首次下降做出重要貢獻。2007年全國新投運10萬千瓦及以上火電廠煙氣脫硫機組容量達到1.1億千瓦，同比增長4.8%。其中新建機組脫硫裝置比例達70%，現有機組改造為30%;60萬千瓦及以上脫硫裝置約6040萬千瓦，占55%。截至2007年底，全國火電廠煙氣脫硫裝置投運容量超過2.7億千瓦，占全國火電機組容量的一半左右，與“十五”末相比火電廠煙氣脫硫機組容量增加了53倍以上。保證了目前主要火電機組SO2排放濃度控制的達標排放。
另外，國內全部300MW級以上機組均安裝了較高效率電除塵器或布袋除塵器，保證除塵器出口粉塵濃度控制在100mg/Nm3。截至到2007年末，國內火電機組已安裝煙氣脫硝裝置26000MW以上，該部分安裝了煙氣脫硝裝置的火電廠早就和部分設置低NOX燃燒器的機組實現了NOX的達標排放。
以上節能減排成果的取得，和國家相關法律、政策、措施的實施以及電力企業對節能減排政策的重視是分不開的。推進節能減排向更高目標推進，離不開科技進步這臺“發動機”。
自動化技術的提高及廣泛應用是實現節能減排的關鍵
在電力企業，無論是其生產效率的提高還是節能減排目標的實現，都和企業的信息化及自動化水平密切相關。所有的生產工藝和環保工藝都離不開自動化。我國電力企業經過20多年尤其是近10多年的快速發展，自動化和信息化水平已經達到了相當高的水平。分散控制系統(DCS)、基于計算機的專用控制系統和各類優化軟件控制系統的實施和應用，實現了生產過程的實時監測、快速控制和優化運行。多種信息管理系統的應用以及與自動化系統的有效集成，實現了生產過程和企業管理的一體化。
實時/歷史數據庫能實時采集并儲存電廠DCS、其他專用控制系統和輔助控制系統等各自動化系統的實時和歷史數據，建立全廠信息共享數據平臺，并基于數據庫平臺實現全電廠生產過程的實時監測、經濟指標計算與分析等高級應用功能，可以為發電廠節能降耗提供分析和安全性評估服務。
自動化技術在電廠應用的新突破
隨著國內自動控制技術的大力開發和成功應用，自動化技術在電廠的應用取得了重要突破。
第一是電廠主機組的集中控制實現了多機一控。目前國內眾多的運行電廠，絕大多數是一個控制室控制兩臺機組，也有一個控制室控制一臺機組的。隨著電廠自動化水平的提高，近幾年開始發展到三臺機組一個控制室、四臺機組一個控制室，甚至開始嘗試更多臺的機組一個控制室。比較典型的成功實例是華能玉環電廠，由中國電力工程顧問集團華東電力設計院設計的自動控制系統，已經實現了四機一控方式，取得了很大成功如圖2所示。
圖2 華能玉環電廠四機一控控制室布置圖
第二，就是電廠輔助車間系統實現了網絡化集中控制。電廠除了主機即鍋爐、汽輪機和發電機及相關系統外，還有許多輔助系統，包括煤處理系統，水處理系統，灰渣處理系統，燃油系統等，這些輔助系統往往需要一個單獨的控制系統，需要單獨的控制室來控制它。隨著設計水平的提高和控制技術的進步，逐步把地理位置相近和工藝性質相同的輔助系統實施集中控制。例如本世紀初建設投運的湖南益陽電廠，把十幾個輔助系統的十幾個控制室，縮成三個控制室，前進了一大步。再如由中國電力工程顧問集團華北電力設計院設計的大唐王灘電廠，把所有的輔助控制系統都整合到一起，集和成一個控制系統，自動控制水平得到了很大提高。
第三是基于現場總線的控制系統已開始得到應用。現場總線在電廠的應用已有近十年的時間，開始是局部的零星小系統，后來發展到完整的輔助車間系統如華能玉環電廠的水處理系統，最近則開始在主機組中大規模運用。例如，由中國電力工程顧問集團華東電力設計院設計的華能金陵電廠和由中國電力工程顧問集團東北電力設計院設計的華能九臺電廠，已將基于現場總線的控制系統全面應用于主機組的設計中，目前這兩個項目正在建設中。
第四是本土自動化企業自動控制技術的進步。近10年來，以和利時股份有限公司為代表的幾家本土自動化企業發展很快，他們敢于創新，研發能力很強，持續投入力度大，后勁足，加上國家和一些國有電力公司的支持，當然最根本的原因是本土企業自身能夠開發出電廠需要的自動化產品，這一切使得本土自動化企業的電廠業務進展很快。由中國電力工程顧問集團西北電力設計院設計的國華錦界電廠，采用了和利時股份有限公司的DCS，實現了國產DCS在600MW機組的首次成功應用。目前，1000MW機組采用國產DCS的時代也已經拉開序幕。
自動化技術的未來發展方向
從國內企業的自動化發展水平看，盡管控制技術已經達到了較高水平，但在自動控制技術的數字化、網絡化、智能化、安全儀表等幾方面仍有進一步的發展空間。首先，數字化的發展空間較大。網絡化應加強各系統的無縫鏈接，在保證信息安全的前提下，使信息交流更加通暢。智能化主要體現在優化控制軟件方面，企業要開發出更加適應發電生產過程更為優化的運算模型來指導控制過程 ，以促進節能減排。如果從電廠安全方面來講，安全儀表也是非常重要的。一旦危及電廠安全的事故發生，安全儀表可以實施自動報警，使各種運轉系統及時停止，保護設備免受損失，從而也把電廠損失減少到最小限度。
電力企業節能減排的前景廣闊
我國現階段火力發電企業的節能減排工作盡管取得了明顯的成效，這主要是在國家和政府的大力推進下取得的。國家和電力企業今后若能從以下幾方面改進的話，我國的節能減排將會取得更大的成效。一是國家應完善節能減排的法律、法規和獎懲措施。法律、法規的制定應注重可操作性和長期性，獎懲措施的力度要大力加強，獎懲措施要和企業的經濟效益掛起鉤來，引導企業權衡利益關系后，主動地引進促使節能減排的相關技術，從根本上降低消耗，減少排放，實現資源的循環利用，這是從根本上抓節能減排。二是隨著國家對節能減排的倡導以及社會的進步，電力企業的社會責任意識也在加強，逐漸對節能減排從被動接受轉為主動行動。三是自動化企業尤其是本土自動化企業加強研發控制技術，進一步提高對節能和減排控制產品的開發力度，為節能減排提供技術支持和系統方案。這樣，經過幾方面的共同努力，我國電力系統的節能減排必定前景廣闊，為中國和世界的環境更美、人們生活更幸福作出貢獻。