效率世界第一“外三”改写传统煤电定义

编者按：习近平总书记近日在上海考察时指出，当今世界，科技创新已经成为提高综合国力的关键支撑，成为社会生产方式和生活方式变革进步的强大引领。他在2014年国际工程科技大会上做主旨演讲时指出，实现梦想、应对挑战、创造未来，动力从哪里来？只能从发展中来、从改革中来、从创新中来。推动能源生产消费方式变革离不开创新。“创新驱动”成为国家能源战略。最近，本报推出大型策划“能源生产消费变革·大家谈”的姊妹篇“能源生产消费变革·创新纪”。重点关注节能减排的新知识、新技术、新产品，改善管理运营的新方法，提高生产效率的新方式，优化资源配置的新机制，行业改革发展的新动态、新进步。同时我们也关注行业解决老问题的新进展，发展中出现的新问题。我们期待为这变革创新的伟大时代纪年，为行业创新纪事，为创新者纪传。我们的记者将深入行业的各个方面，去探寻、发现和纪录。我们也热切期盼广大读者积极和我们联系，推介你们生产实践中的发明创造。中国，上海。浦东东北角，长江入海口畔。这儿正吸引着全世界的目光。因为新鲜出炉的中国（上海）自由贸易试验区就坐落在这儿。不过，早从2008年开始，这儿就持续吸引着全世界火力发电业界和能源业界的目光。因为世界上最清洁、最有效率的燃煤发电厂也坐落在这儿。它的名字叫上海外高桥第三发电有限责任公司（“外三”）。避不开的“外三”在长江入海口南岸的这块滩涂边，一共布置了8台燃煤发电机组，共500万千瓦发电能力，分属三个发电公司：外一、外二和外三。上世纪90年代初最早建设的4台机组，每台容量为30万千瓦。第二批又建设了两台90万千瓦机组。2005年7月开始，第三波建设展开，两台100万千瓦超超临界机组分别于北京奥运会前夕的2008年3月和6月先后建成投产，是为外三，上海申能控股，与国电电力和上海电力分别持有外三40%、30%、30%的股份。这些年外三很出名。但相信很多人都有和记者一样的想法，外三是100万千瓦超超临界机组，水平高点儿很正常。不过，外三最出人意表的地方在于，他们的水平似乎高得有点儿离谱了。据说，从一开始他们就压根儿没把进口机组“放在眼里”，建设期间就展开了大刀阔斧的改造。他们直奔煤电世界纪录而去。这份信心，甚至是“狂野”来自于哪儿？了解外三的人知道，那儿有一个“创新狂人”：总经理冯伟忠（有关冯伟忠同志的事迹见后续报道）。在冯伟忠的“操盘”下，从工程的策划起，外三就开展了一大批科技创新项目，研究出了一系列的节能减排等专门技术。在后续建设运营改造过程中，外三共创造了“直流锅炉蒸汽加热启动和稳燃技术”等12项世界首创技术和“大型超超临界机组FCB（孤岛运行）技术”等6项国内首创技术；目前已取得中国国家专利局授权专利28项，尚有一批专利技术正在申报过程中。于是，几乎是从一出生开始，外三就吸引了全世界业界的目光。投产当年，外三就创出全世界最低的实际运行供电煤耗：287克/千瓦时。这还是在只有74%的负荷率的情况下。此后每年，在持续的技术创新的推动下，都大幅刷新供电煤耗世界纪录——就像田径世界博尔特脚下不断刷新的百米世界纪录一样。到2013年，国际煤电界由外三创造的纪录已进入280克/千瓦时以下，达到276克/千瓦时左右（折合净效率44.5%）。外三这两台蒸汽温度600摄氏度等级机组的效率水平，已与国际上正在研发的，并计划在10年后才能投入商业运行的下一代蒸汽温度700摄氏度等级高效超临界机组的期望效率相当。这很快就吸引了国际媒体的注意，素来挑剔的美国《华尔街日报》、德国《明镜》周刊等纷纷向外三派出记者调查。最后，“世界最高效的电厂在上海”的新闻传遍世界。在国际能源界流传的一个趣闻的主角有点儿夸张地牵涉到外三和日本首相。在2013年10月7日召开的亚太经合组织CEO峰会的招待会上，日本首相安倍晋三就日本经济的未来发表演讲。他多次提到印尼的东爪哇项目，声称新电厂将由日本提供世界最先进的技术，能效达到43%。美国代表陂特·陈博士当场向安倍提问，是否了解中国上海外高桥第三发电厂的能效已超过了45%。现场一阵骚动。安倍扭头询问随员数分钟之久后，回答说他会研究一下这个事情。从这次提问之后，安倍再没有提及过东爪哇项目。《中国电力报》多次报道外三。2009年，本报同仁曾断言：外三可以被模仿，但不可能被超越。6年过去了，时间仍在证明本报记者的判断。吊诡的是，也许是因为表现过于突出，以至于更加难以让人相信。对于很多人，不亲身见闻，再多的报道似乎也很难让人信服。外三在众多的报道之下，可能变得更加真实，也可能变得更加虚幻。就拿记者来说，在2014年5月29日走进外三之前，对外三也一直将信将疑。但有越来越多的人在研究外三，学习外三。2014年3月起，《中国电力报》报推出大型策划报道“能源生产消费变革·大家谈”。在采访众多专家过程中，就传统能源清洁利用议题，外三被专家们高频度提及。这些专家包括：著名农业生态学家、中国农业大学生物质工程中心主任程序，清华大学气候政策研究中心主任齐晔，清华大学化工科学与技术研究院院长金涌院士，中国工程院原副院长、国家能源委员会专家咨询委员会副主任杜祥琬院士，清华大学原副校长、动力机械工程专家、中国能源学会会长倪维斗院士，清华大学教授、《清洁煤燃烧技术》教科书作者毛健雄，原能源部总工程师秦中一。如果我们继续采访下去，这个名单相信还会很长很长。就我们了解，神华集团董事长张玉卓，华润电力董事局主席周俊卿，大唐集团董事长陈进行，国电集团原总经理朱永芃，全国政协副主席、科技部部长万钢，原国家电监会主席、现国家发改委副主任、国家能源局局长吴新雄等都对外三赞赏有加。没有一个电厂能像外三那样受到专家和业界的集体眷顾。外三，已经成为能源生产消费变革躲不过去的关键词。外三已经是一种现象，显著的现象。就像平原中拔地而起的大山，想从视野中忽略它，已经越来越困难。“外三”什么样？5月29日上午，记者来到外三。紧密挨在一起的三个电厂，都只有一半的烟囱在冒 “烟”（其实绝大部分是水蒸气）。看来，在电力需求大幅缓和的情况下，外高桥这样的发电重镇得以从容检修，准备迎战夏季用电高峰。进入外三办公楼，首先进入记者眼帘的是大厅正前方显眼的显示屏。上面在实时显示正在运行的8号机组的有关参数（7号机组停运检修）：2014年5月29日星期四09:43:107号机组：检修8号机组：负荷955.38mw，综合厂用电率2.56%，今年累计供电标准煤耗274g/kwh,二氧化硫排放35.27mg/m3，氮氧化物排放25.55mg/m3，烟尘排放10.6mg/m3这是一组什么样的数据？这是让任何业内人士都大吃一惊的数据。先看电厂最重要的经济运行指标：供电煤耗。这个指标衡量火力发电厂每向外提供1kWh电能平均耗用的标准煤量（单位：克/千瓦时）。它是按照电厂最终产品供电量计算的消耗量，所以是对火电厂最重要的考核指标。世界范围内，中国以外公认技术指标最好的燃煤发电厂是丹麦NORDJYLLAND电厂3号机组，由于实施了二次再热超超临界技术，并有超低温冷却海水的得天独厚的优势，其实现的实际运行供电煤耗为286.08克/千瓦时。我们发现，这项“原世界纪录”比外三差了10克/千瓦时——而10克/千瓦时是煤电行业通常所称的一代技术的差距。再看日本排名第一的燃煤电厂矶子电厂新1号机组。设计净效率43%，2009年实际运行净效率40.4%（折合年平均供电煤耗304克/千瓦时）。其号称世界IGCC最高效率的日本勿来电厂25万千瓦机组，满负荷运行净效率也仅42%，折合供电煤耗292.5克/千瓦时，比外三在77%年平均负荷率下的实际运行煤耗还高了16克/千瓦时。国内方面。年初，中电联发布的年度行业报告中有这样一句话：“2013年，全国火电机组供电煤耗321克/千瓦时，提前实现国家节能减排十二五规划目标（325克/千瓦时），煤电机组供电煤耗继续居世界先进水平。”这就是说，外三供电煤耗水平比已居世界先进水平的全国水平足足低了45克/千瓦时。这是全国平均水平。除了外三，全国最好水平是什么？恰巧，有媒体不久前报道，“2007年11月，某电厂四台机组全部建成。资料显示，该电厂的效率高达45.4%，‘供电煤耗’272克/千瓦时，比全国平均供电煤耗366克/千瓦时低94克/千瓦时。”细心的读者马上会发现并疑惑，这比外三的水平还要高！不过，略有训练的业内人士一眼就能看明白“数字游戏”背后的玄机：这不可能是“供电煤耗”，而很可能是“发电煤耗”。供电煤耗约比发电煤耗高15克/千瓦时。并且，这也不是“实际运行指标”，而是 “性能试验值”。“资料显示的”，恰是资料上的理论可能，它是在满足了全部的最优条件后的理论指标，而不是现实中运行的指标。现实中运行起来，受各种因素影响，实际运行指标会差很多。一般情况下，实际年平均运行煤耗要比性能试验煤耗高出约12~15克/千瓦时。按此推算，这家电厂当时的实际运行供电煤耗约在300克/千瓦时的水平。事实上，电厂一旦建成，机组的性能就已确定，对于一个管理良好的电厂，若无大规模的技术改造，要降低哪怕1克/千瓦时都非常困难。所以业内素有“十年磨一克”的说法。再看厂用电率。厂用电是指发电厂在生产过程中自身所使用的电能，它一般占到电厂发电量的5%以上。5%看似是一个小数字，但是对于像外高桥这样的500万千瓦级发电基地来说，对应的负荷就是25万千瓦，足够一个中小型城市的供电。5月29日上午9:43，外三的综合厂用电率是2.56%。这是一个低得让人难以置信的数字。但电厂人员告诉我们，就在前几天，这个数字还要低，为2%。因目前已进入夏季工况，多开了循环水泵，所以厂用电率上升至2.5%左右。而就在一年前，这个数据还在3.54%（仍然是世界最好水平）。这一最新纪录，外三相当于又节约了3万千瓦的负荷。再看排放水平。记者查看了当时正在运行的8号机组今年以来的累计平均排放统计数：二氧化硫32.96mg/m3，氮氧化物16.61mg/m3，烟尘9.92mg/m3。这又是一个什么水平？我们可以比较即将于7月1日起实施的被称为“史上最严”的我国煤电烟气排放新标准。对于上海、北京等重点地区，燃煤发电机组三大污染物SO2排放限值由原来的200mg/m3降低至50mg/m3；NOx由原来的450mg/m3降低至100mg/m3；烟尘由原来50mg/m3降低至20mg/m3。外三排放水平相当于最新国家标准的66%、16.6%、49.6%。这是世界最好水平的表现。如果这还不够直观，还可以再比较我国天然气发电烟气排放限值：SO2，35mg//m3；NOx，50mg//m3；烟尘，5mg//m3。除烟尘排放外，外三的排放水平优于燃气电厂排放限值。其中，被认为对PM2.5贡献最大的氮氧化物排放水平，更是只有燃气排放标准的1/3左右。外三还有数不清的纪录。但以上这些关键指标，足以勾勒出外三的主要轮廓和外貌。外三什么样？可以把外三看成一组世界纪录：276g/kwh（供电煤耗）、2.56%（厂用电率），32.96mg/m3（二氧化硫排放），16.61mg/m3（氮氧化物排放），9.92mg/m3（烟尘排放）。打个比方。如果你对北京奥运会还有印象，一定包括两个人：水池中的菲尔普斯（独揽8块金牌），跑道上的博尔特（将人类百米速度带进9秒7以内）。外三就是燃煤发电行业中的他们。一马当先，一骑绝尘。“外三”可信吗？亲眼看到外三，只是满足了记者最浅层次的好奇心。记者更想知道的是，外三是真的吗？记者在职业职责和知识能力范围内做了力所能及的调查，多方求证。首先，记者直接问了外三当家人、总经理冯伟忠。记者直接告诉了他长久以来的怀疑，并表示仍不敢相信，没有证据相信——“别告诉我新闻报道是证据，更别说自己准备的材料”。冯伟忠显然对记者的怀疑有足够的准备。或者换个说法，对自己有足够的信心。他甚至对记者不礼貌的怀疑表示了赞赏。他说：“做假的确很多。”他向记者爆了很多料。一个大家都知道的事实是，外三参加了一次行业竞赛后，就再没有参加。他告诉记者，就如煤耗指标上的“文字游戏”，不但有新闻媒体因为不够专业而以讹传讹，更因为业内从业者故意混淆视听（甚至时有发生偷换“发电煤耗”和“供电煤耗”以及“性能试验煤耗”和“实际运行煤耗”概念的现象）。冯伟忠将这一现象称为“煤耗中的雾霾”。至于外三，他回答得很简洁，没有任何假。他告诉记者，做假很难做这么多年。做假也很难做到国际上——仅去年四季度，日本就派了两个大型代表团来外三调研。几年来，世界主要发达国家及主要的发展中国家的电力高层都先后来外三参观考察，冯伟忠本人也曾8次应邀赴美、日、欧、澳等做主题报告。国际能源署清洁煤中心（IEACCC）确定，将于今年9月在上海召开国际研讨会，重点介绍外三先进的洁净煤技术并参观外三。冯伟忠进一步告诉记者，机组投产后，他就召开专题会议，部署采取各种加强措施，将煤耗等统计数据做成“铁案”。煤耗计量的准确性，“数量”和“热量”是关键。因此，外三就在这两个方向着手抓。在数量的计量上，共有5道关，其中入厂三道：装船单，船水尺，入厂皮带秤，这三道数据要核对。而每船煤尽可能在指定点堆放，至少同类煤合堆。入炉煤两道：皮带秤，给煤机。这两道也要核对。在分类煤堆用尽后，入厂煤和入炉煤再进行校核。对于热量分析，一方面，组建了煤分析室，每份煤样分送华东电科院和自己的煤分析室。为确保可信度，建厂的第一、第二年的煤耗计算全部用电科院数据，自己分析的数据仅作参考。从第三年起才开始启用自己的煤分析报告，但仍然用外送的分析报告进行比对，确保万无一失。最后，冯伟忠告诉记者，外三的排放监测设备直接由上海市环保局监控；而供电煤耗和厂用电率，他甚至请认证中心做了认证。从2009年至今，也就是从他退出某大机组竞赛那时候起，他连续3年请中电联认证中心做年度全厂实际供电煤耗和综合厂用电率的认证。而这种认证，在全行业都属于首次，至今独一无二。中电联认证中心至今总共就发出了外三的这几份煤耗和厂用电率认证。6月5日上午，记者致电中电联认证中心。该中心罗勇主任证实了外三的说法。“认证是国际上的通行做法，在行业内处于起步阶段。我们是国家认证认可委员会批准成立的，是行业权威的认证部门，是独立第三方。”但到目前为止，这样的认证证书只发给了外三。除外三外，最近北京京能的草桥热电厂也在申请认证。罗勇饶有兴致地向记者介绍了对外三的认证过程。外三申请认证时正是外界的怀疑和猜忌最盛的时候。“说实话，我们也怀疑，我们更感到压力。”中电联认证中心组织了可靠性中心、标准化部以及行业的诸多专家做了大量信息采集、核查工作。最后，在请示了中电联理事长孙玉才后，认证中心发出了第一张煤耗和厂用电率认证证书。接着，记者致电上海环保局。于外三投产第二年2009年设立的上海环保局总量控制处负责对煤电等重点行业直接监管。该处的赵建植博士告诉记者，在他的工作过程中，他认为外三的数据是可信的。他介绍，外三排放在线监测装置跟市环保局是联网的，“我们的环境监测中心每天有专人去查看。”此外，“每季度我们会再带设备去现场测量，进行对比监测。”赵博士说，“我工作过程中没有曾出现较大偏差的印象。”赵博士还应询介绍了上海市煤电行业的排放水平。他介绍，上海地区煤电排放总体水平较好。其中，外三的氮氧化物排放水平明显领先，最为突出；SO2排放也处于领先水平。烟粉尘排放方面，外三坚持用传统的经济效率较高的电除尘技术，排放水平在排放限值的一半左右，达到了布袋除尘和湿式电除尘的水平。最后，还有一个重要的问题，涉及外三的经济账。在商言商，企业的目标主要是利润，没有利润一切都是浮云。外三在经过所有这些节能减排的技术改造后，大幅降低的供电煤耗只能说明运行中的平均可变成本降低。不过，大型发电厂的固定成本甚巨。外三会不会为了追求世界纪录，在改造的投入上不计成本，极大推高固定成本和平均总成本，从而得不偿失？记者从申能了解到的情况是，“由于技术改造不但节能效果显著，还简化了系统，提高了安全性，显著降低了投资，故项目的总投资并没因为这些技术改造的实施而增加。”外三是上市公司申能股份旗下的股份制公司，记者相信此言不虚。经过此番求证，加上各位专家的推介，记者确信，外三是真的。“外三”意味着什么？真的外三意味着什么？就外三而言，它意味着效益。200万千瓦级的燃煤电厂年发电量在115亿千瓦时左右。平均低于全国供电煤耗45克/千瓦时的水平，意味着外三每年比同行要节省51.75万吨标煤，也相当于多赚3亿元以上。这只是经济效益。社会效益也许更大。达到燃机排放水平的外三，在为上海乃至华东地区源源不断提供大量动力的同时，也在为越来越珍贵的资源——碧水蓝天做着实实在在的贡献。如果上海实施市场化的排污权交易机制（这一天应该不远），外三一定会在减排市场上赚到大钱——它可以将节省下来的排污权卖给其他企业。这还都是容易观测到的效益。精神上的呢？外三是世界冠军。是的，中国上海的外三是全球NO.1。中国的世界第一还不多，现代工业领域的顶级创新相比就更少。世界第一的外三，带给外三人的幸福和快乐，外三人这一份精神上的富足，有多少人能比？就全国煤电而言，外三更意味着效益。目前我国每年燃煤发电量在4万亿千瓦时左右。如果全国煤电供电煤耗能达到外三的水平，就相当于要少烧1.8亿吨标煤——这既意味着天文数字的经济效益，也意味着为子孙后代节约了资源，更意味着环境条件的改善。不说外三的低排放水平，就说少烧数亿吨煤，减少了多少排放。当然这不现实。将存量煤电更新，至少二三十年以内不现实。不过，使增量煤电向外三看齐，应该是现实的。目前，我国每年新增煤电规模仍达4000万千瓦左右。如果这些电厂的能效和排放都达到外三的水平，就意味着我国每年将多出二十个外三，世界顶尖的外三。此外，外三的大量节能和环保的创新技术都是通用技术，如能在全行业推广，其能耗若都能降低2-3%，则全国的存量机组每年能减少消耗4000-6000万吨标准煤，而污染物的减排更是可观。当煤电的排放达到气电的水平时，外三很自然地便和能源战略发生了关系。围绕能源资源的定义、能源结构布局、能源对外利用以及由此导致的能源地缘政治，都将一定程度改写。能源生产消费变革有了新的内涵，能源安全也有了新的内涵，由此导致的环境安全乃至国家安全的选择空间，也有了更多的可能。外三综合排放水平对环境的影响几乎可以忽略不计，这让很多已经让人习以为常甚至刚刚确立的观念失去了逻辑前提。比如控煤、压煤上气，比如煤电不宜建在城市和中东部、远距离输送煤电。外三的实践已经证明，燃煤发电甚至可以超越燃气发电，变得更清洁，更环保，与环境更友好。而这些洁净排放的新技术还具有节能和降低成本的特点。运用这些新技术，完全可以放心的在大城市建设绿色煤电。因此，不少专家建议，除在煤矿坑口可以建设燃用煤矸石、劣质煤的空冷机组外，应禁止建设燃用普通动力煤甚至优质烟煤并对外送电的空冷机组。新建长距离输电线应仅限于输送水电，可再生能源及燃用煤矸石、劣质煤的空冷发电。对于普通动力煤，特别是优质烟煤，应优先供应富含水资源的沿江和沿海经济发达地区，并在这些地区建设外三这样的洁净排放的高效燃煤机组。既能大幅降低发电煤耗，又能大幅降低输电损耗。同时，国家亦应尽快制定远高于环保新标准的“洁净”燃煤排放标准和配套政策，以作为在严控地区新建煤电的准入门槛。并作为鼓励对现有燃煤机组改造为清洁煤机组的引导。冯伟忠建议，作为国家层面的政策制定，应从整个国家的高度去考虑 “全过程”和“全口径”的能源利用效率和排放。国家层面的调控，应根据我国的资源特征及保护环境的目的出发，从原来的“控煤”，转变为“控排放”。再将眼光放大至全球能源利用。我们有理由思考,外三是否已经重新定义煤电，乃至重新定义了化石能源？人类历史潮流中早就发生并正持续着的从煤炭石油等固体液体燃料向气态燃料和新能源的转变，会否有所减缓？在煤炭式微的时代，外三突兀而出，为煤电，为煤炭做出了不但是有力的，而且更是惊人的辩护。