整体煤气化联合循环

整体煤气化联合循环(IGCC)现状及发展趋势 供稿人：宋鸿 供稿时间：2009-12-23 关键字：整体煤气化联合循环(IGCC) 现状 发展趋势

一、IGCC行业发展概况

整体煤气化联合循环(Integrated gasification combined cycle，IGCC)是指将煤炭、生物质、石油焦、重渣油等多种含碳燃料进行气化，将得到的合成气净化后与高效的联合循环相结合的先进动力系统。这种系统不仅可以符合2005-2010年日益严格的脱硫脱硝除尘要求，而且可以符合2010-2020年排上日程的微颗粒（PM10、PM2.5）和金属元素（如汞）的排放要求，同时也克服了天然气供应不足和价格昂贵的问题，并具有延伸产业链，发展循环经济的技术优势。从系统构成及设备制造的角度来看，这种系统继承和发展了当前热力发电系统几乎所有技术，代表21世纪洁净煤发电技术的发展方向。

IGCC的研发始于二十世纪七十年代初，1972年在西德Lǔnen的Kellerman电厂建立了第一座IGCC装置，但世界上真正试运成功的第一座IGCC电站是1984年启动的美国加州Cool Water电站。Cool Water电站成功地验证了IGCC技术的可行性，跨过了原理概念性开拓验证阶段，使IGCC从此转上了较为稳健、有效的开发阶段。之后，美国、英国、荷兰、西班牙、德国、日本、印度等国纷纷建起了IGCC商用化示范电站，其中最受关注的是美国的Wabash River（1995）、Free town（1995）、Tampa（1996）和Pinon Pine电站（1996），以及欧洲荷兰的Buggenum电站（1994）、西班牙的Puertollano电站（1998）等。它们多已并入电网作商用化示范运行，证明能够实现有害物质零排放、利于环境保护（污染物排放量仅为常规燃煤电站的1/10，脱硫效率达99%，氮氧化物排放只有常规电站的15%-20%，耗水只有常规电站的1/2-1/3），净效率可达43%以上（高于超临界参数燃煤发电机组在同样净化要求下的最高水平），运行可靠性良好，其建设投资和运行成本基本上已具备竞争力。近年来，IGCC的发展呈现以下一些特征：

1、IGCC商业运行成必然

IGCC的技术日臻成熟，已进入300～400MW大容量机组的商业示范阶段，也就是第二代商用化示范电站。加强整体化，并采用最新技术，提高发电效率，成为世界能源界关注的白热点。现在新型工业燃气轮机的进气初温已达1430℃，用以组成的IGCC系统净效率应将超过50%。以先进的H级燃气轮机为核心的前置SOFC(固体氧化物燃料电池)、后置HAT(湿空气透平)循环的IGCC的发电效率将达到60%～70%以上。美国1998年4月推出的《综合国家能源战略》，要求2012年燃煤发电效率提高到60%以上，而目前发达国家火力发电厂的平均发电效率为37%左右。因此IGCC只要具备大规模商用化的技术和物质条件，就将立于不败之地。

目前，由于IGCC技术的发展、环保标准的提高和石油、天然气等能源价格走势等多重因素，IGCC正逐步从商业示范走向商业应用阶段。据统计，全世界已经运行的IGCC电站有59座，最高发电效率已达45%，为IGCC未来电站建设积累了丰富的经验。全球已经宣布或正在规划中的IGCC项目大约50多个（图1）。

从图1看出，全球只有少数几个IGCC项目被延期或取消，更多的IGCC发电厂将在2010-2013年以后实现商业运行。而且从国外的最新研究进展和发展趋势来看，经过多年的发展， IGCC 技术正在逐步走向大规模的商业运行。作为可持续发展的先进洁净煤技术， IGCC 将是未来能源系统的核心技术和重要基础之一。

图1 全球IGCC项目发展情况

资料来源：Status of the global IGCC project pipeline. Emerging Energy Research

2、煤气化容量持续增长

随着煤气化技术和燃机技术的不断发展和进步，IGCC朝着大容量、高效率、低排放发展，而全球煤气化容量虽然各年有所波动，但始终保持增长态势（图2）。根据www.gasification.com公布的调研数据，进入21世纪以来，IGCC行业发展迅速，2007年总容量约58000 MW，2008年接近60000 MW，而2009年还将继续增长，预计到2010年将有一个飞跃，自那以后，IGCC增长势头迅猛，预计2015年全球容量将较2007年增长72%（图3、图4）。

图2全球煤气化容量增长态势

资料来源：Gasification Technologies Council，ISTIS整理

图3 2004年和2007年全球煤气化容量增长调查

资料来源：http://www.gasification.org，ISTIS整理

图4 全球煤气化容量预测

资料来源：http://www.gasification.org，ISTIS整理

3、政府投资力度很大

自20世纪80年代起，美国、欧盟和日本等国政府分别制定和实施了IGCC研究、发展和示范的国家计划，投资持续增加。根据德国联邦银行2007年1月的研究报告，到2030年时全球对于煤气化这种低排放技术热电厂的投资额将会增加到100亿美元，其中中国就将超过20亿美元。

美国政府的投资政策由来已久。1985-2000年，美国先后部署了5轮“洁净煤发展计划”，其中先后资助建成了4座IGCC示范电站，总投资2117亿美元，占该计划总投资的31%。2002年实施了CCPI(Clean Coal Power Initiative)计划，历时10年安排4轮项目，总投资达20亿美元。2003年美国FutureGen计划研发和建立一个“零排放”的IGCC发电厂，当时总投资约10亿美元，能源部承担74%，其余由13家企业联盟分担，2007年选定伊利诺斯州的Mattoon作为示范基地，但总投资上升到18亿美元。2008年初该项目进行了重组，重点支持多座IGCC或其他先进燃煤电站示范CO2捕集与封存技术。根据美国能源部的报告，其2008年资助27个IGCC项目，资助额度约5400万美元，2009年资助额度将达到6900万美元，美国能源部还对资金的用途进行了分配，2008年的资助额55.8%用于先进气化技术，6.5%用于气体净化，21.9%用于空气分离（图5）。

欧盟也十分重视IGCC的发展，自2004年开始执行HYPO GEN项目，计划到2015年完成建设和示范运行，总投资达13亿欧元。该项目以建成煤气化为基础、生产电力和氢并进行CO2分离和处理的近零排放电站为目标。日本的IGCC实证试验从2001年开始到2009年，从国家得到30%的补助，由投资者与中央电力研究所筹措其余70%的分担金并招聘研究人员。

图5 美国能源部2008年IGCC项目资助情况

资料来源：http：//www.netl.doe.gov/2009，ISTIS整理

4、美国引领IGCC的开发

煤气化和燃气轮机技术是IGCC的两大核心技术，美国在这两方面具有雄厚的技术积淀，相应装备技术基本成熟。美国于1972年开始研究IGCC技术。1984年，美国集成两大核心技术在加州建成的冷水电厂是世界上第一座真正试运行成功的IGCC电厂，电厂的成功运行验证了IGCC技术的可行性。紧接着美国建造了Wabash River、Tampa、Pinon Pine等IGCC示范电站。因此，雄厚的煤气化、燃气轮机单元技术基础和30余年IGCC示范电站运行经验使得美国在IGCC技术方面充满自信，尤其是过去5年内的技术研发和示范成果，使得美国能够在很长时间内引领IGCC技术潮流。据EER（Emerging Energy Research）的报告，2007年全球煤和焦炭基IGCC新增容量为25500MW，美国占其中的59%，居世界首位，而这种优势将持续到2014年（图6）。另外，尽管美国开发IGCC技术卓有成效，处于遥遥领先地位，但是加拿大、澳大利亚和中国对IGCC的开发也明显增长，而欧洲到2015年之前IGCC都发展得相当缓慢。

图6 各国IGCC容量变化情况

资料来源：“Global IGCC pipeline by country”，Emerging Energy Research，ISTIS整理

5、老牌技术公司继续保持市场主力地位

壳牌（Shell）、鲁奇（Sasol Lurgl）、GE 、康菲石油公司（Conoco Philips）等公司是老牌的IGCC技术公司，它们也都以上下延伸的相关技术与产品为核心业务，在整个IGCC市场优势集聚，占主导地位。Shell公司特别突出，2007年运行中的采用Shell公司技术的IGCC煤气化容量为15637MW，预计2010年将增加17135MW。而2007年Shell技术占市场的28%，预计2010年将占45%，雄踞市场垄断地位。

GE公司在IGCC发展上注重形成技术的整体优势。2004年6月，GE收购德士古公司气化部，成为全世界第一个掌握IGCC全套核心技术的公司。以后，在对IGCC技术进行了一系列技术整合和整体优化的基础上，又提出了“标准化IGCC电站”的概念，通过标准化、规模化IGCC机组设备生产，形成GE公司在IGCC技术上的整体优势。同时，GE公司非常注重IGCC示范电站建设和运行经验的积累，先后参与建设了COOL WATER等IGCC示范电站(表1)，以示范工程带动IGCC技术研发，优化IGCC电厂设计，编制IGCC产业标准。

表1 GE公司IGCC部分项目实例

项目 容量（MW） 原料 GE提供的技术 Cool water示范工厂（美国） 120 煤 气化/发电

PSI Global（美国） 250 煤/石油焦 发电 Tampa发电厂（美国） 250 煤/石油焦 气化/发电 SUV（捷克） 350 煤 发电 Schwarze Pumpe（德国） 40 褐煤 发电 Pernis（荷兰） 120 残油 发电 Sarlux Sardinia（意大利） 550 焦油 气化/发电

ISAB（意大利） 510 石油沥青 气化 Api Energia Falconarai 280 焦油 气化

ExxonMobil化学（新加坡） 160 焦油 气化/发电 Valero Delaware（美国） 160 流化焦 气化/发电