數(shù)評(píng)｜火力發(fā)電與清潔能源問題

當(dāng)前環(huán)境污染問題已嚴(yán)重影響人民的身體健康，人民生活和生產(chǎn)活動(dòng)中化石燃料燃燒所產(chǎn)生的廢料是其中一項(xiàng)重要的污染源。從中國的能源組成來看，電力生產(chǎn)又不可能排除火力發(fā)電這一基本發(fā)電方式。燃油發(fā)電作為主要發(fā)電方式已被排除，生物質(zhì)發(fā)電只占很少份量，火力發(fā)電的能源主要就是燃煤和燃?xì)?，燃?xì)庵凶钪饕氖翘烊粴?。本文主要是討論利用天然氣和煤這兩種化石燃料發(fā)電產(chǎn)生的污染和清潔排放問題。

有人把天然氣歸之于“清潔能源”，而煤就籠統(tǒng)地被認(rèn)為是“非清潔能源”。本文不討論天然氣與煤在各種燃燒應(yīng)用領(lǐng)域上的比較，而專注于發(fā)電領(lǐng)域上的情況。在此，首先從2011年發(fā)布的中國國家標(biāo)準(zhǔn) GB 13223 � 2011《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(以下簡稱“國標(biāo)”)對(duì)“燃煤鍋爐”和“以氣體為燃料的燃?xì)廨啓C(jī)組”的大氣污染物排放規(guī)定，看看有關(guān)數(shù)據(jù)。

2011年國標(biāo)提出了前所未有的火電廠大氣污染物排放嚴(yán)格要求，在其表1中規(guī)定發(fā)電燃煤鍋爐及燃?xì)廨啓C(jī)組大氣污染物排放濃度限值，其中煙塵、二氧化硫和氮氧化物三種污染物以mg/m3為單位的排放濃度限值，對(duì)天然氣燃?xì)廨啓C(jī)組分別為 5、35和50，而對(duì)燃煤鍋爐則分別為 30、100和100。另外對(duì)重點(diǎn)地區(qū)的排放要求更嚴(yán)格，以其表2規(guī)定，對(duì)燃煤鍋爐的限值縮小至20、50和100，對(duì)天然氣燃?xì)廨啓C(jī)組則不變。

4年之后，2015年12月1日，環(huán)境保護(hù)部、國家發(fā)展和改革委員會(huì)和國家能源局以《環(huán)發(fā)[2015]164號(hào)文》發(fā)布了《全面實(shí)施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造方案》，比2011年國標(biāo)更嚴(yán)格，要求到2020年全國所有具備改造條件的燃煤電廠以及有條件的新建燃煤發(fā)電機(jī)組實(shí)現(xiàn)超低排放(即在基準(zhǔn)氧含量6%條件下，煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別不高于10、35、50毫克/立方米)。東部地區(qū)的超低排放改造要求在2017年總體完成。燃煤機(jī)組超低排放濃度的限值，除煙塵一項(xiàng)外，已達(dá)到國標(biāo)對(duì)天然氣燃?xì)廨啓C(jī)組的同等要求。

國標(biāo)在設(shè)定排放限值時(shí)，以其表4規(guī)定了對(duì)燃煤鍋爐和燃?xì)廨啓C(jī)組不同的基準(zhǔn)氧含量(O2)/%，對(duì)燃煤鍋爐是6%，對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)組是15%，并以下列的公式(1)進(jìn)行不同氧含量的大氣污染物排放濃度進(jìn)行折算：

無論基準(zhǔn)或?qū)崪y污染物排放濃度，都是基于排放氣體中的氧含量占總排氣量的百分比。這個(gè)百分比就是沖淡排氣中污染物的氧氣份量，同樣多的污染物用較多的氧氣來沖淡則測出來的污染物濃度就較低。由于計(jì)算燃煤鍋爐污染物排放濃度時(shí)是用較少的氧氣來沖淡，所以和燃?xì)廨啓C(jī)組比較“實(shí)際”排放污染物量的多少時(shí)應(yīng)折算到同樣的氧含量15%，折算公式應(yīng)是：

還有一個(gè)因素：在比較火力發(fā)電不同熱力循環(huán)的效率時(shí)，常常用發(fā)出單位電能(千瓦時(shí)kWh)所消耗的燃料熱能(千焦耳kJ)，即熱耗率[kJ/(kW?h)]來表示。在比較不同熱力循環(huán)對(duì)大氣的污染物排放時(shí)，也應(yīng)當(dāng)考慮到各自發(fā)出單位電能所產(chǎn)生的排氣量[m3/(kW?h)]。對(duì)天然氣燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組與燃煤機(jī)組進(jìn)行大氣污染物排放比較時(shí)可以取兩者各自較先進(jìn)設(shè)備發(fā)出單位電能所產(chǎn)生的排氣量來比較。目前已大量投入運(yùn)行的先進(jìn)天然氣聯(lián)合循環(huán)機(jī)組此數(shù)值大致上在4m3/(kW?h)左右;而先進(jìn)燃煤發(fā)電機(jī)組其值在3m3/(kW?h)左右，但不同機(jī)組的數(shù)值相對(duì)分散一些(煤質(zhì)不同有一定影響)，在作折算和比較時(shí)，對(duì)燃煤機(jī)組取比較保守的3.5m3/(kW?h)。

天然氣燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組與燃煤機(jī)組在同等基礎(chǔ)上比較時(shí)，實(shí)際達(dá)到的大氣污染物排放限值折算結(jié)果見以下表1和表2。

表1 大氣污染物排放濃度折算限值比較

表2 大氣污染物實(shí)際排放量折算限值比較

此處表2的污染物“實(shí)際”排放量是指產(chǎn)生相同單位發(fā)電量1kWh時(shí)，天然氣聯(lián)合循環(huán)機(jī)組和超低排放燃煤機(jī)組各自對(duì)大氣的污染物“實(shí)際”排放量限值。折算到同等排氣氧含量15%時(shí)，根據(jù)近似計(jì)算，燃煤機(jī)組按單位mg/(kW•h) 的煙塵、二氧化硫和氮氧化物的排放量限值分別是14、49和70，均低于天然氣燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組相應(yīng)的20、140和200。

一個(gè)企業(yè)對(duì)環(huán)境的污染包括排放對(duì)人體有害的三廢―廢氣、廢水、廢渣，現(xiàn)代社會(huì)對(duì)三廢的排放都有十分嚴(yán)格的要求。對(duì)火力發(fā)電廠來說，除了廢氣之外，無論天然氣燃?xì)廨啓C(jī)電廠還是燃煤電廠，廢水都是要經(jīng)過無害化處理后達(dá)到規(guī)定限值才允許對(duì)外排放的。廢渣就天然氣燃?xì)廨啓C(jī)電廠而言基本上沒有，而燃煤電廠現(xiàn)已普遍通過灰渣綜合利用變廢為寶，廢渣問題也處理掉了。因此，客觀地說，對(duì)電力能源進(jìn)行環(huán)境分析評(píng)價(jià)時(shí)，針對(duì)符合國標(biāo)《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》和“燃煤電廠超低排放”要求的火力發(fā)電廠，如果說天然氣燃?xì)廨啓C(jī)電廠屬于“清潔能源”，則燃煤電廠也屬于“清潔能源”。

這里說燃煤屬于清潔能源是限于采取了嚴(yán)格清除污染物措施的燃煤發(fā)電。一般家居或小型工商業(yè)用戶燃燒煤炭時(shí)難以達(dá)到那樣嚴(yán)格的污染物排放限值，這種應(yīng)用條件下作為清潔能源還是應(yīng)當(dāng)采用天然氣。例如現(xiàn)在對(duì)北方農(nóng)村冬季采暖要求盡可能“以氣代煤”或“以電代煤”，后者事實(shí)上還包括部分以“電煤”代替不清潔的“家居燃煤”。

就電力生產(chǎn)而言，天然氣燃?xì)廨啓C(jī)及其聯(lián)合循環(huán)機(jī)組相對(duì)于燃煤機(jī)組有其優(yōu)越的方面，例如快速啟停和負(fù)荷靈活性包括調(diào)峰等是明顯優(yōu)于燃煤機(jī)組，但是要在中國這樣自然資源多煤、缺油、少氣的大國大量采用就存在經(jīng)濟(jì)性和可行性的問題。以廣東省為例，脫硫、脫硝、除塵燃煤發(fā)電機(jī)組上網(wǎng)電價(jià)每千瓦時(shí)0.453元，而燃?xì)廨啓C(jī)組上網(wǎng)電價(jià)為每千瓦時(shí)0.715元，后者比前者高了58%，反映出發(fā)電成本很大的差異。像某些富于天然氣資源的國家那樣燃?xì)廨啓C(jī)組長期帶基本負(fù)荷在中國是不可行的。中國工程院院士倪維斗近期一次講演中引用了兩張圖，(參見：倪維斗：燃煤發(fā)電與智能電廠的構(gòu)想及建議【注】)，預(yù)計(jì)到2050年，全國一次能源消費(fèi)中煤炭仍占近40%，電力裝機(jī)容量煤電仍占30%(發(fā)電量的百分比則應(yīng)更多)，而天然氣占一次能源10%，其電力裝機(jī)容量少于10%。顯然在可見的將來在中國燃煤發(fā)電仍是必不可少的電力組成部分。

天然氣發(fā)電的排氣中，二氧化碳含量顯著少于燃煤發(fā)電，這是兩種燃料化學(xué)成分不同使然。火電廠廢氣排放中的二氧化碳“不是”屬于“對(duì)人體有害的三廢”，不屬于環(huán)保問題。盡管大氣二氧化碳濃度對(duì)全球氣候暖化到底有多大影響，科學(xué)界事實(shí)上還沒有完全的共識(shí);也盡管一百多年來大氣中所增加的二氧化碳絕大部分都是西方發(fā)達(dá)國家在其工業(yè)化過程中產(chǎn)生的，中國和其它發(fā)展中國家仍然愿意承擔(dān)平等以及共同但有區(qū)別地減少二氧化碳排放的責(zé)任，于2016年4月22日175個(gè)國家一起簽署《巴黎氣候變化協(xié)定》(2017年6月1日美國總統(tǒng)特朗普宣布退出)。中國政府一直承擔(dān)起所承諾的國際責(zé)任，全面采取節(jié)能和改造等各種措施減少二氧化碳排放，卓有成效，但近期絕不可能采用大量減少燃煤發(fā)電的做法。反之，繼續(xù)通過節(jié)能改造和建設(shè)效率更高的燃煤發(fā)電機(jī)組，也將對(duì)減少二氧化碳排放起積極作用。

近年來國內(nèi)外有的人不斷妖魔化中國的燃煤電廠，認(rèn)為是十惡不赦的污染之源，是霧霾的罪魁禍?zhǔn)?，?duì)此種指責(zé)必須予以堅(jiān)決駁斥和回?fù)?。而?duì)不明真相人云亦云的人們，應(yīng)向他們講清道理，說明事實(shí)真相，凝聚力量共同創(chuàng)造清潔美麗宜居的環(huán)境。