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中电联秘书长王志轩清洁煤电有利于治霾

2018-11-03 00:48:10

中电联秘书长王志轩:清洁煤电有利于治霾

文/中电联秘书长王志轩

近年来,我国很多地区雾霾天气频发且有越来越严重之势,已经成为政治、经济、生活领域的重要事件。每当雾霾侵袭,“燃煤大户”的火电企业就一次次受到关注甚至被口诛笔伐。国务院《大气污染防治行动计划》(简称“国十条”)中提出了各地要采取压减煤炭消耗的措施,鼓励采用天然气,引起了全国各地一片削减煤炭的行动,使天然气严重告急,发改委称今冬明春缺口达100亿立方米以上。

从我国煤炭消费来比例来看,一半为电力所用,而且从单一行业来看,电力燃煤是排放二氧化硫、烟尘、氮氧化物的最大污染源。那么,是不是就可以说电力行业就是雾霾产生的最大祸首?回答是否定的。我国煤电发展的清洁水平总体已达到世界先进水平,清洁的煤电不仅不是雾霾的祸首,而且还是雾霾的克星。

一、清洁煤电有利于治霾

研究表明,我国雾霾产生原因除了自然因素外,燃煤排放、机动车排放、建筑施工扬尘等是重要原因。笔者认为,燃煤虽然是造成雾霾的重要原因,但不是电厂的燃煤,而是大量的工业锅炉、炉窑及生活散烧燃煤(以下非电燃煤)。

同时,因气象条件、地理环境、地区功能、产业结构等条件不同,各地雾霾成因也不同、各种污染因素在霾中所占的比重也不同,不能一概而论燃煤在雾霾影响中占了多少,从而“一刀切”地采取不合适的对策。

燃煤对雾霾的形成主要体现在三个污染物方面,一是煤炭燃烧排放的烟尘细颗粒,包括细煤灰及没有完全燃烧的炭粒等固态物质,这也是肉眼能看得到烟囱冒浓烟的原因。燃烧不完全烟气中的炭粒多则烟色偏黑,如果燃烧完全则以煤灰为主烟色偏灰白,如果煤中水分含量过高时,烟囱冒出的是偏白色的水蒸气烟雾,这也是人们常常误把电厂冷却塔蒸发的水蒸汽混同为烟囱排烟的原因。

二是燃煤排放的二氧化硫。二氧化硫是煤中的可燃硫燃烧后生成的,其产生量与煤的含硫量成正比。我国电煤含硫量平均为1.2%左右,高可达5%以上,低的可至0.3%以下。二氧化硫通常是无色、强烈刺激性气味的气体,所以不能从烟囱是否冒烟,判断出二氧化硫浓度的高低。

三是燃煤产生氮氧化物。氮氧化物不仅来源于煤中的含氮化合物,而且主要来源于空气中的氮在高温燃烧中形成。电厂排放的氮氧化物99%左右是一氧化氮。一氧化氮无色、无味,但在空气中很快被氧化成二氧化氮,二氧化氮具有刺激性。二氧化硫和氮氧化物都是形成细颗粒物的前体物质。现有的工程技术已可以把烟尘、二氧化硫、氮氧化物的排放控制在环境要求之内。燃煤烟气中含有微量的汞等重金属,通过现有的除尘、脱硫设施可以脱除烟气中一半以上有毒有害的汞。

燃煤电厂的污染控制水平达到了世界先进水平,对环境质量的影响不断减少。我国煤电环保工作经过几十年的发展,尤其是近十年的发展污染控制水平有了显着的提高。电站锅炉采用的除尘器效率平均为99.5%左右。有脱硫装置的机组2012年底比2005年底增长近13倍,全国脱硫机组占煤电机组比例接近100%,其中烟气脱硫机组比例约为90%,脱硫效率在90%左右(美国还有20%多的机组未装脱硫装置)。

从上世纪九十年代起,电站锅炉大规模采用低氮燃烧器和低氮燃烧方式控制氮氧化物排放;近几年已大规模开展烟气脱硝装置建设,全国已投运烟气脱硝机组容量约2.3亿千瓦,占火电机组容量的28.1%,规划和在建的烟气脱硝机组已超过5亿千瓦。由于这些污染控制装置发挥了巨大的减排的作用,在发电量持续增长、燃煤量不断增加的情况下,全国燃煤电厂每年烟尘排放总量从1980年的399万吨,下降至2012年的151万吨,每千瓦时(即每度)电的烟尘排放量由1980年的16.5克降至2012年的0.4克;二氧化硫排放量由2005年的1300万吨降至2012年的883万吨,每千瓦时火电排放量由2005年的6.4克下降至2012年的2.26克;每千瓦时的氮氧化物排放量也由2005年的3.6克下降至2012年的2.4克。

同时,近20多年来把设的燃煤电厂根据环评批复要求,除城市供热电厂外,绝大部分纯发电的建设在对环境影响相对较小的地方,且电厂属于高架源(高烟囱)排放,加上烟气抬升的高度,对近地面环境的影响较小。同时,随着我国对火电大气污染物排放标准不断趋严,新修订的排放标准限值已比发达国家还要严格;在我国新环境空气质量标准修改以来,以减少PM2.5排放为目的的烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放标准和各种环保要求全面趋严,新一轮的电厂污染控制的技术改造正在进行,燃煤电厂对环境的影响不断减少。

同样燃煤量条件下,燃煤电厂燃煤排放污染与散烧煤相比要小得多。如我国东部某电厂煤电装机500万千瓦,年用煤1200万吨,每年排放的二氧化硫、烟尘总量分别约为2万和1万吨;如果这么多煤炭用于散烧,二氧化硫将排放量约20万吨,烟尘排放量虽然与燃烧锅炉的方式和除尘方式不同差别很大,但比电厂的排放量要高出数倍到数十倍。

再如,北京一个热电厂燃煤占北京市的燃煤总量的4%,但排放的烟尘占全市排放量约为十万分之五。更重要的是煤的散烧一般是在人群密集的地方且为低源排放,由于燃烧不完全,污染排放中的一氧化碳、炭黑要比电厂高得多,倾倒灰渣的污染也要大得多。

因此,不能简单地说燃煤就排放多,排放多就影响大。从全国来看,2012年全国共燃煤39.3亿吨,而电力行业消耗19.7亿吨,其他工业和民用消耗近20亿吨,全国大气污染物排放总量和影响可想而知。但是在我国现在二氧化硫排放统计、核算中大量的散烧煤排放的污染物并不完全清楚,实际排放量应远大于公布的数据,不全面的数据放大了电力污染排放的占比,造成过低估散烧煤排放对环境的影响。

煤电是高效利用煤炭的行业。我们还可以从能源利效率看电厂燃煤和散烧煤的区别。2012我国火电厂供电煤耗325克/标准煤,煤电发电效率为世界先进水平。尤其是热电联产的电厂由于对能量进行了梯级利用,使煤炭能量的80%转化为电能和热能,比工业锅炉和散烧煤的能源利用效率高很多。城市通过用燃煤热电厂供热可以替代几十乃至上百座供热锅炉,在大大提高能源效率的同时,也极大改善环境。

电厂对污染物排放控制具有规模效应。要控制同样多的燃煤污染物排放量,在电厂安装设备和运行设备,比在千家万户都进行污染治理的社会成本要低。对于小锅炉而言,高效的除尘、脱硫等污染控制设备往往比燃烧装置(锅炉)本身还要贵,而且环保不易监管。现代化燃煤电厂的大气污染控制设备投资一般占总投资的%;除每千克烟尘、二氧化硫、氮氧化物成本分别在元左右,治理这3种污染物分摊到每千瓦时电量共需增加4分钱左右。

但是如果对电厂实行过严的排放标准,超过了污染控制的经济范围,则过严部分所付出的代价要大大高于电厂污染控制的平均成本,也会高于大大高于全社会平均成本。如要将烟尘排放量浓度由每立方米30毫克降到20毫克,新增设一台湿式除尘器,则每小时去除1千克烟尘的投资需要上百万元,每千克烟尘的治理成本要高于全社会平均成本数倍仍数十倍。

我们需要深思的是,为什么恰恰是在电力污染排放快速下降的同时,我国的雾霾却越来越严重?这不仅对我国大气污染控制的方向、方法、政策提出的疑问,而且提醒我们如果继续把煤电当成雾霾的罪魁祸首,不仅继续迷失在对环境认识的“雾霾”中,而且会又一次贻误了加快恢复蓝天的时机。

二、面对以煤为主的国情、面对雾霾何以解燃煤之忧?

1、充分认识煤炭在中国能源中的地位。不论我们是否喜欢,中国以煤为主的能源结构和以煤电为主的电力结构既是过去几十年的写照,虽然我们一直在努力改变这个现状,尤其是近几年几乎是不计代价地发展可再生能源,但这种以煤为主的能源结构仍然会持续到未来二三十年。能源安全供应是经济大社会大厦的根基,替代煤炭不是凭愿望凭热情就可以一蹴而就,靠可再生能源来解决当前的雾霾问题是杯水车薪、远水不解近渴。在正视现实的基础上才能寻找出正确方法。

2、充分认识能源结构调整的目的。现实中往往是把能源结构调整本身当成了目的,人们只是记住了要调整结构,而往往忽略或忘记了为什么调整结构。这种为了发展清洁能源而发展清洁能源,为禁煤而禁煤的做法,往往忽视了能源系统的复杂性,其结果产生了风电弃风、水电弃水、天燃气短缺、污染物排放总量下降但环境质量恶化的现象。调整能源结构的目的是构建安全、高效、清洁、经济、有利就业的多目标优化的能源电力系统。如果为了只保障能源安全、经济而忽略高效、清洁,必然是污染环境、浪费资源的不可持续发展;但只关注高效、清洁,忽略安全、经济,则不仅影响社会稳定同样也不可持续。

我们必须高度重视的是,煤炭是高碳能源,同等热量的煤炭与天然气比二氧化碳产生量大(同等发热量下,原煤二氧化碳排放系数约为天然气的1.6倍),这也正是我国在应对气候变化方面现实的长期巨大压力,控制温室气体排放是调整能源结构的最主要的目的,也是重塑能源体系的关键。但是,二氧化碳不是产生雾霾的污染物,不能将二者混为一谈。

3、以电力为核心优化煤炭利用是解决燃煤雾霾污染的关键性措施。电力工业是能源加工行业,是把低品位的能源转换为高品位电能的能源转换行业,不是能源消耗行业,应该在全社会合理利用能源的角度和解决雾霾的角度重视煤电。

一是要提高“三个比重”,即煤炭转换为电力的比重、电能在终端能源消费中的比重、电力排放污染物的比重。

在化石能源为主尤其是煤炭为主的情况下,“三个比重”的高低,反映了环境清洁、社会发达的程度。发达国家煤炭90%以上大都转换为电能,而我国长期以来只为50%多;电能在终端能源消费中的比重虽然已经与发达国家基本持平,但由于我国天然气短缺,使终端能源消费中天然气比重低,提高电力比重仍有很大空间;电力行业二氧化硫排放占全国排放比例仍然远远低于其他国家。

美国1980年电力行业产生的二氧化硫占总排放量的65.4%,1988年上升为74.4%;1970年到1980年,德国全国排放的SO2总量由375万吨下降到320万吨,但电厂排放却由191万吨上升到215万吨。近些年我国燃煤总量是不断提高的,但电力二氧化硫的比重却大幅降低,所以环境污染实际上是加重了。需要重点指出的是,提高电力污染物排放的比重,并不是要通过降低电力污染物的排放水平、增加电力污染物的排放总量来实现,恰恰相反,是要通过用煤结构的调整和不断提高电力污染治理水平和减少电力污染物排放总量的约束下实现。

二是要提高清洁煤电发展水平。

第一,要加大煤炭的洗选力度,使大部分发电企业能够获得优质、经济、保障可靠、稳定的煤质,提高电厂综合效益。

第二,洗选后的煤泥、煤矸石等也要通过循环流化床等清洁煤发电技术转化为电能、热能,而不能让其流入到其他污染控制水平低的行业和居民使用;在全社会煤量一定的条件下,不宜强制或鼓励电厂用优质煤而将劣质煤“挤”到民间使用。

第三,在天然气、电能等清洁能源还不能快速完全替代散烧煤的阶段,要让居民和其他企业使用优质、低硫、低灰分的洗煤和型煤以减轻对环境的污染,同时要改进散烧设备和工业锅炉、窑炉的燃烧效率,制订合适的排放标准并严格监管。不要试图通过一味提高技术难支撑、经济不合算的强制性排放标准来控制污染,这不仅难以做到而且要付出更高社会成本。合适的排放标准,严格的监管,要比高标准但执行不了要好得多。例如,日本大气污染控制的经验是就是对小型的污染源采用的是染料替代的政策。

第四,继续在城市鼓励发展煤基热电联产,在天然气长期缺乏的形势下,以热电联产的电厂替代供热锅炉仍是重要措施。

第五,电厂煤质的稳定性和负荷的稳定性比起煤质的优劣更为重要,政府要完善煤炭供应的市场机制,化解煤电矛盾,鼓励和支持企业建立电煤煤配中心,加强配煤和煤质管理。发电设备运行在最佳状态才能体现出优良效率和污染控制的最好效果,要从电力系统基本全社会优化的角度,调度运行好燃煤发电设备。频繁的大型燃煤机组调峰和长期低负荷运行,不仅降低效率而且对污染控制设备尤其是脱硝系统的运行产生严重影响。因此不能单纯为了可再生能源的调峰,使电力系统效率和环保效益降低而得不偿失。应当建立和完善补偿机制。

第六,优先考虑坑口、路口电厂的建设,避免煤炭全国大“旅行”,由于大型柴油运输车是产生PM2.5和重要污染源,要尽量减少电煤在公路上大“旅行”,既挤占道路资源形成大拥堵,又浪费石油、更是促长了雾霾。

第七,因地制宜加快以电代煤,以电代油的力度。虽然由煤转电损失了大约60%的煤炭能量,而且电力作为质量最高的能源再转回质量低的热能,从热力学的角度看似乎不合算,但应综合考虑到电能的清洁性、可控性、方便性、安全性以对提高人们生活质量的重大作用。

目前,在城乡居民家庭中已经有大量电力用于供热和炊事,这是人们自由选择的结果,相信也是居民经过综合比选后的结果。政府及电力部门应当进一步通过完善峰谷电价和阶梯电价,提供条件和提高服务质量促进以电煤。电动汽车的大力发展是解决城市环境质量的关键性甚至是根本性措施,虽然煤电也要消耗化石能源和排放污染物,但对我国而言用煤代油更有现实和战略意义,而且煤炭的污染可以控制,并可以通过电站的布局进一步改善城市的人群众密集地区的环境质量。

4、科学合理制定燃煤电厂的污染控制水平。要有合理的排放标准,过宽则对环境造成污染,过严则成本—效益递减,使全社会成本增加,得不偿失。不论从科学发展的角度看,还是从发达国家成功控制燃煤电厂污染的经验看,都应当采用“最佳可行技术”即BAT技术来确定污染排放标准,并坚持新建电厂从严、环境敏感的地方从严、经济发达地区从严的总原则。

5、用天然气替代煤炭要科学有序。我国天然气非常缺乏非常珍贵,应优先用到最需要的地方。天然气的首要使命是替代民用散烧、供热锅炉及工业锅炉燃煤,其次为了燃气调峰和民用经济性建设燃气发电,再次是用于建设燃气供热电厂,最后是用于发电调峰。应当在现阶段限制甚至禁止用天然气供热替代燃煤供热电厂。只有当天然气民用不足的矛盾逐步得到缓解时,再加大用燃气机组替代煤电机组的力度,使燃气机组替换煤电成为电力调峰的主力。

6、完善考核机制,转变监管方式,促进煤炭的优化利用。

一是在环保考核机制上,要建立以可监测的环境质量数据为依据的考核机制。污染物总量控制、能源消费总量控制都是以“标”为的,不是以“本”为的,且由于我国的污染物排放总量基本上是“算”出来的,导致了人为因素和助长了“上有政策,下有对策”人尽皆知的现象。

体现在具体措施上往往不是以是否有利于环境质量改善为目的制订措施,而是以是否完成减排数字为导向采取措施,这也就不难理解为什么减排往往在排放量大但对环境质量影响小电力行业,为什么除尘、脱硫设备短期内频繁改造,为什么政府部门与央企、国企直接签减排状,为什么在2010年未在部分地区节能减排目标完成不了时让电厂停止发电而出现缺电促使柴油机发电大增的情况。如果考核机制不改变的这样的情况还会发生的。

二是在污染控制措施的管理上要转变方式。雾霾、PM2.5产生的重要原因并有电力企业这样污染控制水平先进且达标排放的“大户”的作用,更重要是上亿辆机动车、千百万不达标甚至是不采取任何治理措施的小污染源汇集以农用秸秆燃烧等污染的作用。因此,应把环境监管从重在电厂高架电源的“点源”的监管上,向纵横交错的“线源”(机动车)和无数个小排放源的“面源”转变。

关键词:

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