對大型熱電站、熱電聯(lián)供站或供熱中心進(jìn)行煤改氣的改造在中國是一個(gè)已經(jīng)爭議了好幾年的話題。
將燒煤炭改為燒天然氣,簡稱為煤改氣。在中國,煤改氣的初衷是為了減少燃煤產(chǎn)生的大氣污染,其次亦可減少二氧化碳的排放,有利于全球氣候保護(hù),其本意很好。
對大型熱電站、熱電聯(lián)供站或供熱中心進(jìn)行煤改氣的改造在中國是一個(gè)已經(jīng)爭議了好幾年的話題。最近煤改氣有了大規(guī)模擴(kuò)大的趨勢。
衡量一項(xiàng)政策是否合理,是不是好,應(yīng)該有定量的指標(biāo)來衡量。在能源領(lǐng)域,全球公認(rèn)的主要定量指標(biāo)有4個(gè):
1)經(jīng)濟(jì)效益;
2)能源安全;
3)環(huán)境保護(hù);
4)氣候保護(hù)。
下面以比較有代表性的華北市場為例進(jìn)行分析。
從第1項(xiàng)指標(biāo)——經(jīng)濟(jì)效益上看,市場天然氣價(jià)格為3元/立方米左右(家庭用天然氣價(jià)格有政府補(bǔ)助),1立方米天然氣的熱值為10千瓦時(shí)左右,按單位熱值計(jì),天然氣的市場價(jià)格為0.30元/立方米左右。
而5500大卡的煤炭價(jià)格在480元/噸左右,按單位熱值計(jì)算,為480元/噸÷(5500大卡/公斤*1.162千瓦時(shí)/1000大卡)÷1000公斤/噸=0.075元/千瓦時(shí)。即:按一次能源的單位熱值計(jì)算,天然氣的價(jià)格是煤炭的4倍左右。
燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電+輸變電的最高效率為50%左右,燃?xì)獍l(fā)電的一次能源成本為0.30元/千瓦時(shí)÷50%≈0.6元/千瓦時(shí);燃煤發(fā)電+輸變電的最高效率為40%左右,比燃?xì)獾?0%左右,燃煤電力的一次能源成本為0.075元/千瓦時(shí)÷40%≈0.19元/千瓦時(shí)。燃?xì)獍l(fā)電的一次能源成本比燃煤發(fā)電要高0.40元/千瓦時(shí)左右。
如果是熱電聯(lián)供用于供暖,則由于燃?xì)鉄犭娐?lián)供的總熱效率高,雖然燃?xì)鉄犭娐?lián)供發(fā)電比例高,其單位熱值的供熱量仍與燃煤電站基本相當(dāng)。
因此,是發(fā)電還是熱電聯(lián)供,對燃?xì)獍l(fā)電與燃煤發(fā)電成本差異的影響不大。
按照第1個(gè)指標(biāo)——經(jīng)濟(jì)效益,天然氣發(fā)電比煤炭發(fā)電成本差得多,單位發(fā)電量的一次能源成本差距居然達(dá)到了3倍左右。
現(xiàn)在我們看第2個(gè)指標(biāo)——能源安全。
中國的煤炭資源儲藏豐富,主要是自產(chǎn),進(jìn)口量占總用量的5%左右,國內(nèi)煤炭生產(chǎn)能力過剩,因此無能源安全之虞。
而中國天然氣的儲量和產(chǎn)量按人均計(jì)算,都很匱乏,現(xiàn)在總用量的30%左右是進(jìn)口的,趨勢是上升,而且有相當(dāng)一部分是用液化天然氣船跨越遠(yuǎn)洋進(jìn)口的。
2015年12月,由于裝載進(jìn)口液化天然氣的船沒有及時(shí)到達(dá),京津冀部分地區(qū)天然氣供應(yīng)出現(xiàn)了短缺,迫使北京給非住宅建筑減少供暖,很多建筑的室內(nèi)溫度下降到14℃左右,工業(yè)用氣不足導(dǎo)致京津冀使用天然氣的大批企業(yè)停工。
為了提高天然氣供應(yīng)的安全性,很多國家有天然氣儲備,德國就有大約能滿足三個(gè)月用量的天然氣儲備,而京津冀地區(qū)的儲備很有限,冬季經(jīng)常鬧“氣荒”,而建設(shè)液化天然氣的儲備能力,需要巨額投資。
顯然,在第2項(xiàng)指標(biāo)——能源安全方面,天然氣的能源安全性遠(yuǎn)低于煤炭。
就第3項(xiàng)指標(biāo)——環(huán)境保護(hù)來說,燃煤發(fā)電的主要環(huán)境問題是燃燒煙氣產(chǎn)生的大氣污染。
不過,今天把燃煤煙氣按燃?xì)鉄煔獾呐欧艠?biāo)準(zhǔn)處理,在技術(shù)上已不是問題,成本也不會超過0.10元/千瓦時(shí)。
而因?yàn)槿細(xì)廨啓C(jī)中的燃燒溫度很高,因此燃?xì)馊紵龝r(shí),產(chǎn)生大量的氮氧化物,脫硝處理費(fèi)用也不菲,而且脫硝工藝極易將氨釋放到大氣中。
當(dāng)然燃煤發(fā)電站的單位容量建設(shè)成本比燃?xì)飧咭恍?。把燃煤比燃?xì)飧叩沫h(huán)保成本和單位發(fā)電容量建設(shè)成本加上,達(dá)到和燃?xì)馔瑯拥沫h(huán)境影響效果,燃?xì)獍l(fā)電成本仍然至少比燃煤發(fā)電成本高0.20元/千瓦時(shí)。
用燃?xì)馓娲济喊l(fā)電或熱電聯(lián)供,每發(fā)1千瓦時(shí)的電力,比起燃煤發(fā)電減少大約60%左右的二氧化碳,即會減少大約0.47公斤左右的二氧化碳排放。
按上述燃?xì)獍l(fā)電成本仍然至少比燃煤發(fā)電成本高0.20元/千瓦時(shí)計(jì)算,燃?xì)馓娲济喊l(fā)電或熱電聯(lián)供,二氧化碳減排的成本大于0.2元/千瓦時(shí)÷0.47公斤/千瓦時(shí)x1000公斤/噸=425元/噸。
中國對風(fēng)力發(fā)電的補(bǔ)貼是約0.2元/千瓦時(shí),但風(fēng)力發(fā)電幾乎不排出二氧化碳,于是風(fēng)力發(fā)電的二氧化碳減排成本約為0.2元/千瓦時(shí)÷0.78公斤/千瓦時(shí)x1000公斤/噸=256元/噸。也就是說,煤改氣的二氧化碳減排成本比風(fēng)電要高66%左右。
現(xiàn)在中國碳交易市場上的二氧化碳交易價(jià)格僅為20至50元/噸。如果用碳交易來頂替煤改氣實(shí)現(xiàn)二氧化碳減排,則只有煤改氣二氧化碳減排成本的1/20~1/8。
當(dāng)然這個(gè)價(jià)格實(shí)在是太低了,不利于促進(jìn)二氧化碳減排,未來應(yīng)當(dāng)大幅提高。
據(jù)報(bào)道,國家發(fā)改委氣候司的蔣兆理副司長認(rèn)為,未來中國碳交易市場上的二氧化碳合理交易價(jià)格應(yīng)該為200至300元/噸比較合理。
即使是這個(gè)人們普遍認(rèn)為難于達(dá)到的價(jià)格,煤改氣的二氧化碳減排成本與之相比仍然要高出40%~100%。
需要注意的是,由于我國的煤炭開采能力發(fā)展過快,而近年來煤炭需求量下降很大,使煤炭價(jià)格大幅下降,很多煤炭企業(yè)嚴(yán)重虧損,并造成了一定的就業(yè)人數(shù)下降。
在這種情況下,大規(guī)模煤改氣會對煤炭開采業(yè)雪上加霜。
煤炭是一個(gè)夕陽產(chǎn)業(yè),從現(xiàn)在起,中國的煤炭產(chǎn)量可能將在未來幾十年里始終處于下降通道。但在一段時(shí)間里如果下降過快,會在煤炭也產(chǎn)生很大的經(jīng)濟(jì)虧損,增大金融風(fēng)險(xiǎn),并造成很大的就業(yè)壓力。
中國增加進(jìn)口天然氣增加的是天然氣生產(chǎn)國的就業(yè)和收入,減少的是中國煤炭行業(yè)的就業(yè),降低的是中國煤炭行業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。
綜上所述,大規(guī)模煤改氣:經(jīng)濟(jì)效益很差;能源安全很差;環(huán)保效益的改善可以用燃煤發(fā)電的煙氣改造替代;二氧化碳減排成本過高,遠(yuǎn)不如燃煤+其它眾多的二氧化碳減排方法。
所以,在熱電站或熱電聯(lián)供電站用燃?xì)獯笠?guī)模替代燃煤,顯然不適合中國國情。
中國現(xiàn)在有大約2.5億千瓦左右的熱電聯(lián)供機(jī)組,大部分為燃煤熱電聯(lián)供機(jī)組。
如果在其中將1億千瓦的燃煤熱電聯(lián)供機(jī)組改為燃?xì)鉄犭娐?lián)供機(jī)組,按每千瓦發(fā)電能力年發(fā)電4000千瓦時(shí)電力計(jì),每年要發(fā)電4000億千瓦時(shí),每千瓦時(shí)增加0.20元的發(fā)電成本,每年總計(jì)要增加發(fā)電成本800億元!
綜上所述,要達(dá)到與煤改氣同樣的環(huán)境保護(hù)效果和氣候保護(hù)效果,對燃煤發(fā)電站/熱電聯(lián)供站的煙氣進(jìn)行更清潔的處理排放,再加上二氧化碳排放減排成本低的減排措施,比起燃?xì)獍l(fā)電,要經(jīng)濟(jì)得多,能源供應(yīng)要安全得多。
即便是在發(fā)達(dá)國家,現(xiàn)在燃煤發(fā)電站/熱電聯(lián)供站仍然占有很重要的地位,例如,面積不到1萬平方公里的德國魯爾工業(yè)區(qū),有1000萬千瓦左右的燃煤電站/熱電聯(lián)供站;而德國首都柏林市最大的百萬千瓦級的燃煤熱電聯(lián)供站距柏林市中心只有10公里左右。
順便說一句,2015年大氣中PM2.5的年均濃度,德國魯爾區(qū)的各個(gè)城市為12~16微克/立方米,柏林市為17微克/立方米,三亞為17微克/立方米,張家口為34微克/立方米,上海為54微克/立方米,北京為80微克/立方米。
供熱鍋爐與熱電站和熱電聯(lián)供站的上述指標(biāo)差異相似,此處就不贅述了。
不過,在醫(yī)院、學(xué)校和賓館等需要熱量的場合,因?yàn)樾⌒腿济哄仩t的燃煤煙氣處理成本過高,用小型燃?xì)忮仩t或分布式燃?xì)鉄犭娐?lián)供實(shí)現(xiàn)煤改氣,綜合效益較好;
另外,在大型柴油機(jī)動(dòng)車上用燃?xì)馓娲加?,不僅燃料成本會顯著降低,而且燃燒尾氣的污染物會大幅降低。
當(dāng)然,如果有一天中國發(fā)現(xiàn)了大量的天然氣資源,燃?xì)鈨r(jià)格大幅下降,則一切另當(dāng)別論。
【作者:中德可再生能源合作中心執(zhí)行主任陶光遠(yuǎn)】