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J-POWER于20世纪80年代成立,是一家国有电力批发商,并根据政府政策推广进口煤发电,是日本最大的煤电运营商。
煤炭和核能的价格低于天然气,因此煤电和核电是日本最佳的基荷电力能源选择。进口液化天然气包含液化成本和运输成本,价格更高。国际能源署(IEA)的数据表明,美国、欧洲和日本的煤炭和天然气的相对价格不尽相同[4]。就发电而言,美国的煤炭价格几乎与天然气相当,而日本的煤炭价格远低于天然气。
福岛核事故之前,日本在本世纪并没有建立新的燃煤发电项目。鉴于煤电会增加日本的碳排放,环境部(Ministry of Environment, MoE)否决了所有煤电项目的环境影响评估(Environmental Impact Assessments, EIAs)。然而,在关停所有核电站后,日本首都圈面临严重的电力短缺问题,这迫使东京电力公司(TEPCO)不得不针对2.6GW的基荷电力进行招标。但投标者却不愿对煤电项目投标,因为即使中标,也可能会在环境影响评估过程中受到MoE的阻碍。这令负责能源供需管理的日本能源、贸易和工业部(Ministry of Energy, Trade and Industry, METI)十分担忧。
为了解除潜在投标者关于这方面的担忧,METI和MoE达成了一项协议。如果新建化石能源发电项目能够满足两个条件,MoE就不会阻碍其后续的环境影响评估过程,消除了投标者向东京电力公司投标的后顾之忧。第一个条件是使用最佳可用技术,这意味着只有超超临界技术符合条件。第二个条件是电力部门规定了与政府2030年能源结构和碳排放目标一致的排放上限,项目的碳排放量必须符合此标准。MoE公布了不同燃料类型(煤和天然气)和工厂规模的投标者需满足的能效标准[5]。例如,一个1000MW燃煤电厂的总能源效率(LHV)必须达到45%。
目前,日本有17GW的新建煤电项目,它们分别处于从环境影响评估的早期阶段到建设期的不同阶段[6]。所有项目都计划使用超超临界技术以达到政府要求,但是超超临界技术并不适用于小型燃煤电厂,因此还包括一些没有使用该技术的小型电力项目。这些小型项目利用生物质燃料混燃实现减排。
2016年2月,由于MoE担忧新建项目的数量日益增多,METI宣布修订两条现行法规。其中一项修订案规定,电厂的能源效率标准必须与2030年国家能源目标一致;另一项修订案规定,电力零售商必须采购一定的非化石能源份额,以实现2030年国家能源目标。
这两个修订案都允许采用“合作行动”实现目标。电力部门的35个主要参与方合作制定了一个框架,以共同实现这一目标。
2016年5月,牛津大学史密斯企业与环境学院(Oxford Smith School of Enterprise and Environment)发布了一份名为《日本的燃煤电厂与搁浅资产:环境相关风险的披露分析》报告[7,8]。但其中一些假设是错误的[8]。首先,该报告夸大了日本煤电项目的数量,报告称日本燃煤电厂累计装机容量将达到28GW。然而日本政府称煤电装机容量最高将不超过17GW。这份报告也提到了8个J-POWER的新建项目:竹原(Takehara)、高砂(Takasago)、山口县(Nishiokinoyama)、大崎Coolgen、鹿岛( Kashima)电厂、横滨(Yokohama)、新横须贺(Shin Yokosuka)和横须贺(Yokosuka)。但事实上,横滨、新横须贺和横须贺3个项目并非J-POWER的项目。
Arima教授指出,牛津大学这篇报告最大的问题在于未考虑日本的能源政策和2030年的国家能源目标[8]。它只是将注意力放在了环境方面,没有考虑到日本的能源安全和经济。该研究直接假设煤电对人类有害,并且否定了日本对廉价可靠电力的需求。值得注意的是,新建燃煤电厂将采用最先进的洁净煤技术,几乎能够百分之百地消除硫氧化物、氮氧化物和颗粒物的排放(取决于煤的特性)。通过高效电厂以及应用CCS技术,可以减少碳排放。
日本是超超临界洁净煤技术的全球领先者,并将继续通过研发进一步改进该技术。因此,日本已经建立了低排放燃煤电厂。例如,J-POWER的矶子电厂(Isogo Power Station)采用日本最先进的洁净煤技术,不仅实现了45%的能源效率(LHV),而且减少了烟道气,硫氧化物排放量低至几个ppm,氮氧化物排放量低于10ppm,颗粒物的浓度低于5ppm。
现代化高效低排放的矶子电厂(IsogoPower Station)
矶子电厂位于日本人口第二大城市横滨,距离横滨市中心仅6公里,距离东京市中心30公里。它是一个十分独特的都市燃煤电厂,采用了世界上最先进的洁净煤技术。
矶子电厂内部
最初,矶子电厂有2个265MW的亚临界锅炉。旧电厂在20世纪60年代开始商业化运行,35年来一直为日本提供基荷电力。1996年,政府批准了一项更新计划。与客户和横滨市探讨之后,新电厂设计了2×600MW的机组,能够达到最高的能源效率和最低排放(全球燃煤电厂中)。其锅炉和汽轮机采用超超临界技术,机组的蒸汽参数为600℃/25MPa,再热蒸汽温度为610℃。该电厂采用干式DeSOx系统减排。
如图4所示,由于采用这种先进的DeSOx和DeNOx系统,矶子电厂的硫氧化物和氮氧化物的排放低于其他发达国家化石燃料电厂的排放。
图4 日本拥有世界上硫氧化物、氮氧化物排放最低的火电厂[9-11]
目前,J-POWER、中国电力株式会社和其他几家公司正在研发富氧整体煤气化联合循环发电(Oxygen-Blown Integrated Coal GasificationCombined Cycle)技术。该项技术旨在提高能源效率,从合成气中经济地捕集CO2,利用超超临界技术进一步提高效率并减少碳排放。IGCC技术的商业化目标预计于21世纪20年代初实现;整体煤气化燃料电池发电(Integrated Coal Gasification Fuel Cell Combined Cycle, IGFC),是未来进一步提高能效的研发方向。日本仍将努力在洁净煤技术方面继续保持世界领先地位,此外,提供充足的预算和投资创新技术十分重要。
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