1  回顾与现状

    1831年法拉弟发现电磁感应原理后，相继出现了三大发明：励磁电机、电灯、电话，从而引起电力技术革命。1882年世界第一座较正规的发电厂建成，容量671．5 kW，到1996年末全世界电力装机容量2．773 TW，发电量达11 601 TWh；我国1882年在上海建成第一个12 kW发电厂，到1998年装机容量277 GW，发电量1167 TWh。一个世纪以来，电力得到如此迅速的发展，是由于它在使用上的高效、清洁和方便，电不但给家庭带来光明、舒适，更是一个国家现代化、工业化的标志之一。
    在经济发展、社会进步的同时，人们认识到了一个严峻的现实：几亿年形成的矿物质燃料储量是有限的，地球自净化的环境容量也不是无限的，在经济高速发展进程中，人类过度消耗能源的同时，严重地污染了自己赖以生存的地球和空间，能源与环境是进入21世纪必须考虑的四大难题之首--能源、环境、人口和粮食。节约能源，抑制化石燃料的过度消耗；保护环境，净化人类生存的有限空间；开发与利用再生能源与新能源，带来在环境及价格上均有竞争能力的能源革命。既满足人类当前发展的需要，又不对后代人满足其需求的能力构成危害，这一“持续发展”已成为人类当前和未来共同遵循的迫切问题。
1．1我国能源形势
    我国是一次能源储量丰富的国家，但从可持续发展观点看，存在着十分严重的能源问题。
1．1．1人均能源不足，人均能耗低而单位产值能耗高我国人均煤炭探明储量为世界均值的51．3％，石油仅为11．3％，天然气只有3．78％。1996年，人均商品能源消费量为世界平均值的55％，为发达国家平均值的1／6；家庭人均用电量只有美国的2．4％；单位国民生产总值能耗（能源消耗强度）高于发达国家和发展中国家平均值。
1．1．2一次能源分布不均  煤炭探明储量中，山西、内蒙古及陕西占65．2％；可开发水能资源中，近67．8％集中在西南地区；松辽、渤海湾、塔里木和准噶尔盆地的石油资源占全国的52．6％；天然气总储量中，2／3分布在中西部，而经济发达的东南沿海地区则缺乏能源。
1．1．3我国是世界上少数几个以煤为主要一次能源的国家，是世界最大煤炭生产国与消费国。煤炭提供了70％的工业燃料和动力、60％的化工原料。80％民用商品能源。由于煤炭耗量大，而烟气净化装置又不完善和低效，使得环境污染成为我国经济发展的一大拦路虎。
1．1．4发电用能源占一次能源比重低电是优质。高效、可靠、清洁的二次能源，世界各国电力增长速度始终高于经济增长速度，发电用能源占一次能源比重逐年增大。1992年统计，这一比重为：加拿大60．8％、法国53．6％、英国36．3％、日本51．2％、德国36．9％、意大利32．2％、美国40．8％；但我国目前只有28．8％左右。
1．1．5能源利用效率低    初步分析表明，到2050年我国煤炭供应能力的极限为1857 Mtce、石油143Mtce、天然气239 Mtce；经济可开发水能全部开发利用为260 GW，年发电相当于229 Mtce；再加上核电装机200GW，年发电量相当于360 Mtce；可再生能源370 Mtce，于是一次能源总供应能力约3200 Mtce。但如果按目前大量增加能源消耗来支撑经济的增长，则2050年一次能源需求约为6000Mtce。显然，这是不可能的，也是不应该的，必须靠节约能源这“第六能源”和新能源来解决可持续发展对能源的要求。
    我国能源系统效率很低，以1992年为例：能源系统的总效率＝32％（开采效率）*70％加工、贮运、转换效率）*41％（终端利用效率）=9，2％，不到发达国家的1/2。为此必须依靠科学技术大力提高能源利用效率。
1.2我国电力工业概况
    我国电力工业，建国五十年来取得了举世瞩目的伟大成就（表1）。

    但是与国外电力工业相比有很大差距。
1．2．1电气化程度很低   1998年我国人均装机 0．222 kW，人均发电量只有927 kWh，为世界平均值的1／3，为发达国家的1／6～1／10，还有6000万人左右没有用上电；电能在终端能源消耗中的比例低，发电用煤炭消耗占煤类产量的比例远低于发达国家。
1．2．2单机容量小，供电煤耗高   我国200Mw以下机组占火电装机的58％，1997年全国平均供电煤耗408g/kWh，比世界先进水平高70～80g/kWh；
1．2．3电网薄弱，供电可靠性差
    长期以来，投资结构不合理（表2），使主网尤其城网、农网薄弱，输配电容载比低、线路“瓶颈”处多；陈旧低效设备多，仅64、73型高耗能变压器全国有20GVA待更换；线损高，比先进国家高2～3个百分点。1995年全国电网线损率为8．77％，其中110 kV及以下配网损失占60％；供电可靠性与国际水平差距大（表3）。

表2主要国家发、输、配电工程投资比

表3各主要城市供电可靠性比较

1.2.4实现可持续发展环境问题压力大

       我国是世界上少有的几个以煤炭为主要一次能源的国家，动力煤灰份高（28%～30%），含硫量大于）1％的煤炭占40％，发电能源构成中，煤电比例大，1995年为76.0％，由于经济、技术及环境标准等多方面原因，烟气除尘效率低，SO2排放处失控状况，我国酸雨面积已占国土面积的1／3。1997年统计，6MW及以上火电厂SO2排放约6．83 Mt约占全国工业排放量的30％。因此采取政策、技术、管理各方面的措施，实现防治结合、综合治理、提高能效、控制污染的目标，成为电力工业可持续发展的关键问题。
      电力是通往强国富民、可持续发展的桥梁，虽然近几年，由于全国经济结构的调整，使电力供需矛盾得以缓和，但这是用电低水平下的暂时缓和，进入21世纪后，为满足新世纪国民经济发展的需要，电力工业必将较快发展。
    江泽民同志在《正确处理社会主义现代化建设中的若干重大关系》1995．9.28）中指出：“在现代化建设中，必须把实现可持续发展作为一个重大战略。要把控制人口、节能资源、保护环境放到重要位置，使人口增长与社会生产力的发展相适应，使经济建设与资源、环境相协调，实现良性循环。”为实现这个目标，大力发展高效、洁净的“绿色电力”，必须成为下世纪我国电力工业发展的主旋律。

2   高效发电新技术

    提高发电效率既节约能源，又减少污染，是新建火电机组，改造在运发电机组的头等大事。
2．1发展超临界参数的大容量火电机组
    为提高热效率，各国火力发电机组都积极采用超临界参数的大容量机组（表4、表5）。

表4全世界大容量火电机组的单机容量及投运年份

表5我国火电机组单机容量变迁表

    美国第一台试验性超临界（31MPa，621/566/566°C）125MW机组于1957年投入运行，到80年代初期美国超临界机组投运了170套，占总装机容量25％，单机最大容量为1300MW；原苏联到1985年投运了185台超临界机组，占当时原苏联火电装机的50．5％；日本、德国及英国、意大利等国也不甘示弱，相继投入超临界机组，经近四十年努力，超临界技术日趋成熟，可靠性与亚临界机组等同，热效率明显提高（表6、表7）。超临界汽轮机热耗比亚临界机组低192．559 kJ／kWh，相对热效率改善约为2．5％。特别是丹麦Vestkraft电厂1992年投运的407 MW机组（25．1Mk，560／560℃），经优化设计和改进，供电效率达45．3％（供电煤耗272g/kWh），为超临界机组树立了榜样。

表6部分超临界机组可靠性举例

表7部分超临界机组经济性举例

      随着超临界机组技术的成熟、可用率提高及耐热材料研制成功，人们开始涉足超超临界机组（超超临界蒸汽参数界限规定为：24.1Mk，566℃）。缺乏能源及对超临界机组的设计与运行积累了一定经验的日本成为研究超超临界机组的开路先锋。日本川越电厂两台700 MW超超临界压力机组（31 MPa，566／566／566℃）分别于1989年和1990年投入运行，其热效率在100％和50％负荷下为41．9％和40％，比一般超临界机组（24MPa，538／566℃）热效率相对提高5％，最低稳定运行负荷为10％，自动化程度高，两台机组仅需一名运行人员。由于耐高温金属材料的开发成功，初参数为24.1 MPa，566／593℃的700 MW机组已在日本碧南电厂投运，初温为593／593，649／593℃机组的验证试验正在进行，超超临界机组最终目标拟达到34．3 MPa， 649／593／593℃，机组热效率可达44％。
      丹麦Nordjyllandsvaerket电厂3号机组， 1998年10月投运，蒸汽参数28．5 MPa，580／58O／580℃，燃用烟煤，由于采用一系列合理利用能源的技术，如13级抽汽回热、滑压运行、回收冷却器热量、调速马达、水充分利用、高度自动化等，使其在凝汽运行时热效率47％，最大抽汽运行时热效率为90％。它同时有良好的环保性能，采用低NOx燃烧器，在选择性脱硝（SCR）装置前后NOx分别为170～200mg/MJ和<=40mg/MJ；电气除尘器效率99．9％；还采用了湿法脱硫（FGD），副产品石膏用于生产水泥。
      我国己投入运行和在建的超临界机组有6 000MW，筹建中4200 MW，均为进口机组。目前已选定河南沁北电厂2×600 MW作为超临界机组国产化的示范项目。