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煤电与气电之间不能简单替代

信息来源:金联创 2020-10-15 08:39:42
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近年来,燃煤发电(以下简称“煤电”)比燃机发电(主要指以天然气为燃料的燃气轮机或燃气—蒸汽联合循环发电)更清洁的言论经常见诸媒体,但反驳声音也时有响起。认为煤电更清洁的主论点是,实施了大气污染物超低排放改造后的煤电比燃机发电更清洁。而反对者认为,煤电污染物排放在实际运行中还是远大于燃机发电,只不过是在超低排放要求中的排放限值比燃机发电排放限值低而已。笔者曾在2014年煤电大气污染物超低排放项目初起时专门写过文章,认为不宜直接比较煤电与燃机排放哪个更少。当前,“十四五”时期煤电与燃机到底该如何发展遇到了新选择,煤电与燃机发电谁更清洁的争论时而又现。

严格来说,燃煤发电与燃机发电哪个更清洁本身就是一个“模糊命题”,以往持不同看法的人是各自定义“清洁”内涵,划定比较范围,通过媒体隔空对话,少有面对面辩论,以致产生了各种认识上的错位,并对政府决策产生了一定影响。我国在推进煤电清洁发展中,用燃机发电的某些清洁性特点比喻煤电的清洁性更简单、直观、易传播。但同时,由于此种方法概念模糊,久而久之导致人们对煤电和燃机发电作用、地位的认识,以及政府部门在能源发展科学决策上产生偏差。笔者认为,有必要从专业角度分析和澄清。

将微观认识简单应用到宏观层面催生“模糊命题”

笔者分析,最初有人将微观层面的某个煤电项目的环保改造结果简单应用到宏观层面的煤电清洁性认识上;将特定条件下某项污染因子的治理成果简单推论到煤电整体“清洁化”层面上。显然,这种模糊而简单地比较法对于特定项目虽有标志性意义,对于减少煤电(或者燃机发电)行业大气污染物排放量具有示范性意义,但同时也对公众甚至决策者造成一定的误导,如在宏观层面上推动“以煤代气”(或“一刀切”式的“以气代煤”)等具有排他性的“二选一”政策出台。

实际上,即便是在微观层面上可以比较的煤电和燃机发电项目的3项污染物(二氧化硫、氮氧化物、颗粒物)排放浓度,也只是诸多环保因素中的一方面而已,且不见得能单纯从污染物浓度上看出对环境质量的影响。如,要在某市拟建一座火电厂,我们须知道是电量需要还是电与热需要;当地环保容量如何,二氧化硫与氮氧化物哪个是更为敏感的因素;燃料来源、水源、运输条件以及生产经营活动对当地经济发展、社会发展的影响等等。条件确定后,完全可分析出建煤电和建燃机哪个更合适,而不是只看污染物排放浓度。正如从北京到上海,可以选择飞机、汽车、高铁等出行方式,但如果从北京天安门到复兴门我们可能会选择步行。

所以,在一个具体项目的决策中,某方案的某一方面优势或劣势与其他条件的比较也是相对的。不宜把微观事项决策中的结果简单类比或者照搬到宏观事项决策中。从现实争论看,在比较煤电和燃机发电的清洁性时,大部分比较的只是国家或者地方政府颁布的《火电厂大气污染物排放标准》中三项污染物的“污染排放浓度限值”的大小,并不是比较单位产品生产过程中污染物排放量的大小,更不是比较其污染物排入大气环境后对当地环境质量影响的大小。

其次,即便能从排放标准比较中看出煤电和燃机发电的排放限值大小,也说明不了谁更清洁,即不能用评价“马”的标准来评价“牛”。如,燃机发电的二氧化硫排放限值是35毫克/立方米,燃煤发电排放限值是100毫克/立方米,这并不能说明燃机比燃煤机组更环保。正如高铁比汽车跑得快,不能说明高铁比汽车更好,因为高铁是高铁的标准,汽车是汽车的标准,各有各的作用和应用范围。因此,我国现行的《火电厂大气污染物排放标准》(GB13221-2011)(以下简称《标准》)对不同燃料、不同发电方式规定了不同的污染物排放限值,这是科学合理的,也是国际通行做法。

烟气含氧量折算后虽可比较出数值大小,但没有实质意义。《标准》规定,直接监测的大气污染物的浓度要折算成“大气污染物基准含氧量排放浓度”后才能与限值比较出是否超标。用基准含氧量折算是为了防止在监测点前用空气稀释污染物浓度的做法。煤电与燃机发电虽然都是“火电”,但燃煤锅炉、燃气锅炉、燃气轮机组的“基准含氧量”数值是不同的,分别是6%、3%和15%。

“基准含氧量”之所以不同,是因为不同燃烧装置的燃烧原理和工艺不同,燃料燃烧所需的过剩空气系数不同造成烟气中的含氧量不同。煤炭在电站锅炉中燃烧及通过负压烟道后,烟气中的氧含量约为6%;而燃机燃烧时需要更多的过量空气才能有更高的燃烧效率,烟气中氧含量约为15%。因此,将不同发电方式的典型工艺的烟气含氧量作为规定的基准氧含量。

显然,即使监测中得到煤电机组与燃机的排放浓度相同,其内涵也不同。如果将不同燃烧(发电)装置的排放限值按相同的“基准含氧量”折算比较,就会发现排放限值的大小排序发生变化。如《标准》规定,“天然气锅炉或燃气轮机组”的烟尘排放限值都为5毫克/立方米,若将燃机的基准含氧量按燃气锅炉折算,则燃机发电排放限值为25毫克/立方米(基准含氧量为3%)。再如,同样是用天然气发电,用燃机发电与用锅炉燃烧发电的氮氧化物排放限值分别为50毫克/标准立方米、100毫克/标准立方米,表面上看燃机发电比燃气锅炉发电的限值低1/2,但折算后燃机的限值为250毫克/标准立方米(3%基准含氧量),比燃气锅炉的排放限值反而高2.5倍。由于燃机比煤电的大气污染物基准含氧量高2.5倍,所以将燃机的排放限值乘以2.5再与煤电排放限值比较才具同基准下的比较意义。

不过,这只是比较了排放限值的数值大小,却得不出谁更清洁的结论。对于谁更清洁的比较,除了烟气中的污染物外,还有发电效率等更多因素。总之,用烟气排放浓度大小或排放限值大小的比较来判定煤电和燃机发电的清洁性是不科学的。

煤电与燃机发电的排放限值不能断定谁更清洁

《中华人民共和国环境保护法》明确提出:“国务院环境保护主管部门根据国家环境质量标准和国家经济、技术条件,制定国家污染物排放标准。”且规定了“省、自治区、直辖市人民政府对国家污染物排放标准中未作规定的项目,可以制定地方污染物排放标准;对国家污染物排放标准中已作规定的项目,可以制定严于国家污染物排放标准的地方污染物排放标准。”可见,由于不同地区的环境质量要求不同,不同地区的排放标准可以严于国家要求,同时,经济、技术条件也是制定排放标准的重要先决条件。

由于环保要求、技术条件、经济性三者之间互相制约、动态平衡,因此,排放标准限值并不是越严越好,而是一个互相协调的结果。根据环保法规和标准化法等有关规定,排放标准制定时要遵循一系列程序以满足实质性和程序性要求,保证标准制定的科学性、合法性。

《标准》从1991年颁布实施以来,历经1996年、2003年、2011年多次修订,就是不断适应环保、技术、经济三者之间新平衡的结果。同时,北京、上海、天津、广东等省级政府都颁布了地方排放标准,体现了我国区域发展和环保要求的不平衡性特点。国家通过政府部门联合颁布文件并在《政府工作报告》中提出要求,在全国范围内推进了比《标准》更严的燃煤电厂大气污染物超低排放要求。因此,从法律和科学上讲,煤电和燃机发电“标准”中的排放限值或超低排放规定中的排放限值,不论数值是否相同都不能断定谁更清洁。

判定煤电与燃机发电的环境影响要用法律规则

燃煤发电产生的环境问题有大气污染、水污染、固体废物污染等。在大气环境污染物中除了烟尘、二氧化硫、氮氧化物三项污染物外,还有在污染治理中可能产生的二次污染以及重金属排放问题。

针对这些问题,我国政府根据对环境影响的大小,吸纳国际经验,通过污染物排放标准、环境影响评价等环保管理手段,进行严格管理。如,《标准》中对燃煤电厂烟气中的“汞及其化合物”规定的排放限值是0.03毫克/立方米。因此,不论是燃机还是燃煤电厂,只要满足政府的环保要求,在环保上就是合法的。如果一定要对煤电、燃机的环境影响“说个子午卯酉”,那么就一定要用法律规则来评判。且评判时不应比较排放污染物的多少,而要评判谁更好地执行了排放标准。如果燃机(或煤电)超过排放限值规定,即便其排放量比另一方低也是不环保的,反之亦然。

我国燃煤电厂各种污染物排放限值是世界上最严格的,且由于经过十多年的污染强化治理,污染控制技术也是世界上最先进的。需要指出,现实中绝大部分生产活动对环境都有一定影响,关键不是看是否排放了某种污染物,而是要知道排放了多少、在环境中产生了多大影响(浓度多大)、持续了多长时间、是否符合环境质量或排放要求等。

一些专家对煤电或燃机发电排放进行比较,往往人云亦云、缺乏定量表述,不管是否达标(合格),这是一种没有法律和科学依据的臆测。随着时代的进步和人们环保意识的提高,环保要求总体不断趋严,技术不断发展,人们对环保投入的经济性认识也不断变化,这都使得排放标准更加科学、严格、法治。

“十四五”煤电和燃机发电要在能源转型中找准自身位置

从环保角度看,这也是一个宏观范畴的问题。不能从项目层面看宏观层面的问题,而要从煤电和燃机发电的全生命周期,从区域层面,更重要的是从经济、社会、能源、电力系统转型层面,从资源禀赋、能源安全、绿色发展、能源价格等约束性方面看煤电和燃机发电的功能和定位。

面向未来,煤电和燃机发展的关键性制约因素是二氧化碳排放约束问题。以往在比较“清洁”时,往往忽略这一因素,显然在“十四五”时期必须着重考虑。同样热值的天然气比煤炭的碳放量要低约40%,提高天然气比重显然有利于低碳发展,但也不能因为这一点就必须大力发展燃机。因此,不论是煤电还是燃机发电,都要从我国经济、社会、能源转型的大趋势中找到合适位置。

天然气需要积极发展,主要是用于灵活性电源和居民用气替代直接燃煤以及分布式能源电力系统。是否要“大力”发展天然气发电,取决于天然气的对外依存度、供气安全性以及价格等方面。煤电发展应因地、因网制宜,并严格限制新建煤电,防止碳锁定。一部分存量煤电要进行灵活性改造,为稳定电力系统提供更多支撑性保障,同时也要为解决城市生活污泥处理、掺烧生物质、热电冷联供以及促进区域和产业循环经济发展贡献力量。

特别需要指出的是,天然气发展战略与水电、核电发展,尤其是可再生能源的进一步大力发展、成本的进一步下降以及储能的发展有着重要关联。总体来看,经过“十四五”的发展,我国应初步形成以可再生能源逐步替代煤炭的战略,而不是在以气态燃料替代煤炭后再以可再生能源替代气态燃料,要形成具有中国特色的能源转型模式。

总而言之,首先,燃煤发电与燃机发电哪个更清洁是一个模糊命题,它模糊了清洁与低碳概念的不同、模糊了某一机组与整个行业的区别、模糊了个别排放中的个别污染因子与生命周期环境影响的区别、模糊了宏观能源结构调整与微观具体项目要求等。

其次,从企业层面看,不论是煤电还是燃机,其污染控制水平或清洁发展水平高低,要以排放标准或清洁生产指标标准为准绳进行判定,不能简单地以不同类型发电方式来比较、判定。

再次,从宏观层面看,是发展煤电还是发展燃机发电,要从清洁低碳安全高效的整体能源战略要求和经济社会发展的整体需求综合决策,而不是两种机组之间的简单替代。

最后,污染控制、清洁生产水平是随着技术进步、环保要求提高和经济性提高而持续提高的,但不论是针对煤电还是燃机发电,提出更为严格的环保要求,都应当是依法提出、依法实施。(作者:中国电力企业联合会专职副理事长王志轩)


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