每年要烧掉16亿吨煤炭的燃煤发电，却能成为未来低碳电⼒的推动者？
我们这⼏⼗年的研究，主要就是跟着国家的重⼤需求。国家需要什么样的煤电，我们就研发什么样的技术。
煤炭与低碳如何联系到⼀起？下⾯这张照⽚这是内蒙古呼和浩特⼤唐托克托电⼚。它是⼀座现代化的燃煤发电⼚，装机容量为672万千瓦。它主要是给北京供电，北京每三盏灯⾥，有⼀盏就是托克托电⼚点亮的。
像这样现代化的燃煤发电⼚，在我们国家有超过1000座。它们实现了氮氧化物、⼆氧化硫和粉尘等常规污染物超低排放，达到了世界的先进⽔平。
我们国家燃煤发电占电⼒供应的60%，是发电的主⼒，它每年要烧掉16亿吨煤。煤的主要成分是碳，燃烧排放的是⼆氧化碳，所以煤电是⼆氧化碳排放的⼤户。
我们国家每年排放100亿吨的⼆氧化碳，其中煤电占了42亿吨。既然会排放这么多⼆氧化碳，那我们能不能不⽤煤炭？能不能只⽤可再⽣能源？我们⽤下边的两个例⼦来回回答这个问题。
在美国得克萨斯州，可再⽣能源占24%。在去年（2021年）2⽉份的极端天⽓情况下，可再⽣能源⼏乎停⽌了。那个时候，电⼒的短缺⾮常明显，价格提升了200倍，有四五百万家庭的⽣活受到了影响。
我们国家的情况有点复杂，去年各地⽅电⼒的缺⼝达到了10%-20%，所以在当时拉闸限电很普遍。特别是在东北的辽宁，在极端条件下，有⼏天⻛⼒发电骤减，甚⾄⼏乎没有电了。电⼒缺⼝继续扩⼤，为了防⽌电⽹的崩溃，我们⽆选择地进⾏拉闸限电，这给⼯业⽣产和⽣活造成了很⼤的影响。
随着新型电⽓化的发展，我们对稳定电⼒输出的要求更加苛刻。所以在不稳定的可再⽣能源和要求苛刻的稳定电⼒输出之间存在⼀个⽭盾。
因此，我们需要有⼀个巨⼤的电源，在不稳定的可再⽣能源和稳定电⼒输出之间达成平衡。
那么怎么实现调峰？有的⼈说，储能可以解决这个问题。但是别忘了，我国煤电⼀年烧掉16亿吨，储能的技术还不能够实现这种⼤规模的⻓周期的调峰。
从刚才的两个例⼦中，我们可以看出电⼒的缺⼝问题不是⼀时的，⽽是⼏天的，缺⼝有上千万千瓦，⽽先进的储能单机容量只有10万千瓦，它的功率输出只有1万千瓦，并且是短时的。在时间和功率尺度的累积计算，实际上它们差了3到4个数量级。
那么，先进国家是怎么来解决这个问题的呢？欧美可再⽣能源的⽐例是⽐较⾼的，达到了20%甚⾄50%。欧洲⽤天然⽓作为原料进⾏燃⽓轮机发电，解决调峰问题。美国⽤⻚岩⽓，⻚岩⽓的成分跟天然⽓的成分是相当的，主要也是甲烷。
⽤天然⽓作为燃料的燃⽓轮机发电，具有⾼效清洁的好处。⽐⽅说在同样的电⼒条件下，⽤天然⽓发电排放的⼆氧化碳的量是煤炭发电的55%，我们也可以把天然⽓称作是⼀个相对低碳的能源。那么，我们国家是不是也可以⽤天然⽓呢？
然⽽，我们国家的现状是富煤、缺油、少⽓。天然⽓只占化⽯能源储量的3%，⽬前接近50%的天然⽓依赖进⼝，⽽且主要是⽤来保障⺠⽣，所以⽤天然⽓来调峰是不⼤可能的。那么我们怎么办？⽬前，我们主要是燃煤发电，煤电是唯⼀选择，因为煤最便宜，储量最⼤。
我们这⼏⼗年的研究，主要就是跟着国家的重⼤需求，国家需要什么样的煤电，我们团队就研发什么样的技术。
20世纪80年代，正值改⾰开放的时期，经济发展迅速，当时我国煤炭的品质参差不⻬，需要实现煤炭的⾼效燃烧，同时解决燃料适应性的问题。因此我们就开发了⼀种叫循环流化床锅炉的技术，通过它来实现煤的清洁⾼效燃烧。
2000年以后，我们的经济快速发展，对电⼒的需求也逐步地提⾼，这个时候我们⾯对的是怎么能提⾼发电效率和发电能⼒这个问题。因此，我们就研究⼤容量⾼参数锅炉，从中低参数到超⾼压，⼀直到超临界参数，我们都进⾏了研发和应⽤，使得供电的煤耗从2000年的392克降低到2010年的333克每度电，实现了显著的降低。
2010年，雾霾成为了社会的焦点，怎么样解决雾霾的问题也成了我们⼯作的焦点。通过对燃料燃烧过程的控制，我们实现了氮氧化物的超低排放，直接达到了国家的标准。到现在为⽌，我们国家90%以上的发电⼚都实现了超低排放。也可以这样说，燃煤发电的污染，已经不再是⼤⽓污染的主要来源。
在双碳背景下，我国对煤电⼜提出了新的挑战，那就是调峰的问题。我们过去的发电装置都是按照⾼负荷要求设计的，⽽现在⽤于调峰的装置，要求是在低负荷下运⾏。⽽在低负荷的时候，⽬前的发电装置烧得不好，升负荷也很慢，这是固体燃料的⼀个特殊的特点。因此我们就在想，怎么样能够让煤炭烧得⽐较好？
我们想到了⽓体燃烧，像现在家家户户使⽤的煤⽓灶调节起来⾮常⽅便，⽕苗可⼤可⼩，炒菜的时候⽕⼤⼀点，煲汤的时候就⼩⼀点，燃烧也稳定。
⽽很早之前，很多⼈家⽤蜂窝煤进⾏采暖和做饭。要点燃蜂窝煤是很困难的，需要引⼦，⽕柴是点不着的。⽽当蜂窝煤点燃了之后，你很难调节⽕的⼤⼩，想要⽕⼤，要去吹⻛，想要⽕⼩的时候，我们常常需要把锅端⾛来解决这个问题。
所以可以看到，固体燃烧⽐⽓体燃烧要难，但我们现在⼜没有天然⽓，那怎么⽤煤来解决这个问题呢？我们就提出⼀个设想，能不能让煤炭像⽓体⼀样得好烧？
我们通过机理的分析和各种实验想到了⼀个办法，这个办法就是热改性。也就是说，把煤的⼀部分加热燃烧，⽤⾃身的热量来实现整个煤粉的改性，使得它⽓化⼀部分，还留有⼀部分固体。
最后，我们通过反复的实验和研究，达到了⼀个基本的指标，即当⽓体占60%，固体占40%的时候效果最好。它的规模性、成本和经济性满⾜了我们⼤规模的煤炭的燃烧使⽤。
在理解这些机理的情况下，我们就想让技术实⽤化。⼀般来讲，从机理到⼩试、中试到⼯业运⽤是⾮常难的，很多的技术在机理上很好，但是在⼯业应⽤上就是很难。
我们的团队经过近⼗年的努⼒，做了上百次⼤型的试验，累计了3000多⼩时的试验时间，仅改性装置不同的结构，我们就使⽤了超过50个试验部件。这些部件现在都成为了“⼫体”，但也为我们的成功奠定了基础。
那么有了这个基础之后，刚好⾰命⽼区⼭东蒙阴有个⼯业园区，园区⽩天上班、晚上歇⼯。所以给园区提供蒸汽的蒸汽锅炉要求⽩天⾼负荷⽣产，到了晚间则需要超低负荷来进⾏热备。他们找了很多⼈，很多常规的技术都⽆法满⾜这⼀要求。这个时候他找到了我们，我们就把热改性的技术⽤在上边，形成了预热燃烧的锅炉，最后达到了这个要求。
2020年我们国家⻛光发电的装机容量占24%，然⽽实际的发电量不到10%，其中出现了⼤量的弃光、弃⻛，主要原因就是我们没有⼀个充分的、低成本的电源保障来⽀持上⽹。⽽到了2060年，我们将会有⼤量的可再⽣能源接⼊，特别是⻛电和太阳能，怎么样能够实现它稳定的供出？我们就是要解决煤电调峰的问题。
我们相信，预热燃烧技术可以使得电⽹能敞开怀，全部接受可再⽣能源的接⼊，并保障电⼒的稳定输出，⼤幅地降低⼆氧化碳的减排，为双碳⽬标奠定基础和保障。