數(shù)評｜火力發(fā)電與清潔能源問題

當前環(huán)境污染問題已嚴重影響人民的身體健康，人民生活和生產(chǎn)活動中化石燃料燃燒所產(chǎn)生的廢料是其中一項重要的污染源。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氣，燃氣中最主要的是天然氣。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)布的中國國家標準 GB 13223 � 2011《火電廠大氣污染物排放標準》(以下簡稱“國標”)對“燃煤鍋爐”和“以氣體為燃料的燃氣輪機組”的大氣污染物排放規(guī)定，看看有關(guān)數(shù)據(jù)。

2011年國標提出了前所未有的火電廠大氣污染物排放嚴格要求，在其表1中規(guī)定發(fā)電燃煤鍋爐及燃氣輪機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，對天然氣燃氣輪機組分別為 5、35和50，而對燃煤鍋爐則分別為 30、100和100。另外對重點地區(qū)的排放要求更嚴格，以其表2規(guī)定，對燃煤鍋爐的限值縮小至20、50和100，對天然氣燃氣輪機組則不變。

4年之后，2015年12月1日，環(huán)境保護部、國家發(fā)展和改革委員會和國家能源局以《環(huán)發(fā)[2015]164號文》發(fā)布了《全面實施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造方案》，比2011年國標更嚴格，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)電機組實現(xiàn)超低排放(即在基準氧含量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。燃煤機組超低排放濃度的限值，除煙塵一項外，已達到國標對天然氣燃氣輪機組的同等要求。

國標在設(shè)定排放限值時，以其表4規(guī)定了對燃煤鍋爐和燃氣輪機組不同的基準氧含量(O2)/%，對燃煤鍋爐是6%，對燃氣輪機組是15%，并以下列的公式(1)進行不同氧含量的大氣污染物排放濃度進行折算：

無論基準或?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。由于計算燃煤鍋爐污染物排放濃度時是用較少的氧氣來沖淡，所以和燃氣輪機組比較“實際”排放污染物量的多少時應(yīng)折算到同樣的氧含量15%，折算公式應(yīng)是：

還有一個因素：在比較火力發(fā)電不同熱力循環(huán)的效率時，常常用發(fā)出單位電能(千瓦時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)對大氣的污染物排放時，也應(yīng)當考慮到各自發(fā)出單位電能所產(chǎn)生的排氣量[m3/(kW?h)]。對天然氣燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)機組與燃煤機組進行大氣污染物排放比較時可以取兩者各自較先進設(shè)備發(fā)出單位電能所產(chǎn)生的排氣量來比較。目前已大量投入運行的先進天然氣聯(lián)合循環(huán)機組此數(shù)值大致上在4m3/(kW?h)左右;而先進燃煤發(fā)電機組其值在3m3/(kW?h)左右，但不同機組的數(shù)值相對分散一些(煤質(zhì)不同有一定影響)，在作折算和比較時，對燃煤機組取比較保守的3.5m3/(kW?h)。

天然氣燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)機組與燃煤機組在同等基礎(chǔ)上比較時，實際達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 大氣污染物實際排放量折算限值比較

此處表2的污染物“實際”排放量是指產(chǎn)生相同單位發(fā)電量1kWh時，天然氣聯(lián)合循環(huán)機組和超低排放燃煤機組各自對大氣的污染物“實際”排放量限值。折算到同等排氣氧含量15%時，根據(jù)近似計算，燃煤機組按單位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，均低于天然氣燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)機組相應(yīng)的20、140和200。

一個企業(yè)對環(huán)境的污染包括排放對人體有害的三廢―廢氣、廢水、廢渣，現(xiàn)代社會對三廢的排放都有十分嚴格的要求。對火力發(fā)電廠來說，除了廢氣之外，無論天然氣燃氣輪機電廠還是燃煤電廠，廢水都是要經(jīng)過無害化處理后達到規(guī)定限值才允許對外排放的。廢渣就天然氣燃氣輪機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，對電力能源進行環(huán)境分析評價時，針對符合國標《火電廠大氣污染物排放標準》和“燃煤電廠超低排放”要求的火力發(fā)電廠，如果說天然氣燃氣輪機電廠屬于“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)用戶燃燒煤炭時難以達到那樣嚴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)當采用天然氣。例如現(xiàn)在對北方農(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，天然氣燃氣輪機及其聯(lián)合循環(huán)機組相對于燃煤機組有其優(yōu)越的方面，例如快速啟停和負荷靈活性包括調(diào)峰等是明顯優(yōu)于燃煤機組，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)電機組上網(wǎng)電價每千瓦時0.453元，而燃氣輪機組上網(wǎng)電價為每千瓦時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氣輪機組長期帶基本負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)計到2050年，全國一次能源消費中煤炭仍占近40%，電力裝機容量煤電仍占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全球氣候暖化到底有多大影響，科學(xué)界事實上還沒有完全的共識;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平等以及共同但有區(qū)別地減少二氧化碳排放的責任，于2016年4月22日175個國家一起簽署《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)。中國政府一直承擔起所承諾的國際責任，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)電機組，也將對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，認為是十惡不赦的污染之源，是霧霾的罪魁禍首，對此種指責必須予以堅決駁斥和回擊。而對不明真相人云亦云的人們，應(yīng)向他們講清道理，說明事實真相，凝聚力量共同創(chuàng)造清潔美麗宜居的環(huán)境。