中電聯王志軒:煤電與氣電哪個更清潔本身就是一個“模糊命題”

2020-9-25 12:57 來源: 中國能源報 |作者: 王志軒

近年來,燃煤發電(以下簡稱煤電)比燃機發電(主要指以天然氣為燃料的燃氣輪機或燃氣—蒸汽聯合循環發電)更清潔的言論經常見諸于媒體,但反駁的聲音時有響起。講煤電更清潔的主論點是,實施了大氣污染物超低排放改造后的煤電比燃機發電更清潔。而反駁者講,煤電污染物排放在實際運行中還是遠大于燃機發電,只不過是在超低排放要求中的煤電排放限值比燃機排放限值低而已。

到底哪個更清潔,一些學者也做過比較,但因為各自的目的和切入點不同并未受到普遍關注。筆者曾在2014年針對煤電大氣污染物超低排放項目初起之時專門寫過文章,認為煤電與燃機排放哪個更清潔不宜直接比較。當前,煤電與燃機排放誰更清潔的輿論時而又現,是因為面對“十四五”煤電與燃機到底如何發展遇到了新的選擇。

筆者認為,嚴格講燃煤發電與燃機發電哪個更清潔本身就是一個“模糊命題”,以往持不同看法的人是各自定義“清潔”內涵、劃定比較范圍、通過媒體隔空對話,少有面對面辯論,以產生了各種認識上錯位,并對決策產生了一定的影響。

可以理解,中國在推進煤電清潔發展中,用燃機發電的某些清潔性特點來比喻煤電的清潔性具有簡單、直觀易傳播的特點。但同時,由于概念模糊,理解各異,久而久之對人們正確認識煤電和燃機發電的作用、地位,以及對政府部門在能源發展科學決策上會產生偏差。筆者認為,有必要從專業角度進行分析和澄清。

文丨王志軒 中國電力企業聯合會專職副理事長


首先,要清楚為什么會產生這個“模糊命題”?

筆者分析,最初是一些提出者將微觀層面的某個煤電項目的環保改造結果簡單應用到對宏觀層面的煤電清潔性認識上;將特定條件下如某項污染因子的治理成果簡單推論到整個煤電“清潔化”層面上。顯然,這種模糊而簡單地比較法對于特定項目雖然具有標志性意義,對于減少煤電(或者燃機)行業大氣污染物排放量具有示范性意義,但同時也對公眾甚至決策者造成一定的誤導性,如在宏觀層面上推動“以煤代氣”(或“一刀切”式的“以氣代煤”)等具有排他性的“二選一”政策出臺。
   
實際上,即便在微觀層面上可以比較具體煤電和燃機項目的3項污染物(二氧化硫、氮氧化物、顆粒物)排放濃度,但也只是諸多環保因素中的一方面而已,且不見得能單純從污染物濃度大小上看出對環境質量影響好壞。如,在某市擬建一座火電廠,是建設燃機還是燃煤電廠好?我們須知道是電量需要還是電與熱需要;當地環保容量如何,二氧化硫與氮氧化物哪個是更為敏感的因素;燃料來源、水源、運輸條件以及生產經營活動對當地經濟發展、社會發展的影響等等。

當條件確定后,我們完全可分析出建煤電還是建設燃機哪個更合適,而不是只看污染物排放濃度。正如從北京到上海出行方式選擇上,我們可以從飛機、汽車、高鐵等方式上選擇,但如果從天安門到北京復興門我們可能選擇的是步行。

所以,在一個具體項目的決策中,某方案的某一方面優勢或者劣勢與其他條件比也是相對的。不宜把微觀事項決策中的結果簡單類比或者照搬到宏觀事項決策中。從現實中爭論看,在比較煤電和燃機發電的清潔性時,大部分比較的只是國家或者地方政府頒布的《火電廠大氣污染物排放標準》中3項污染物的“污染排放濃度限值”的大小,并不是比較單位產品生產過程中污染物排放量的大小,更不是比較其污染物排入大氣環境后對當地環境質量影響的大小。
   
其次,即便能從排放標準比較中看出煤電和燃機發電的排放限值大小,也說明不了誰更清潔,即不能用評價“馬”的標準來評價“牛”。

如,燃機發電的二氧化硫排放限值是35毫克/立方米,燃煤發電排放限值是100毫克/立方米,這并不能說明燃機比燃煤機組更環保。正如高鐵比汽車跑得快,不能說明高鐵比汽車更好,因為,高鐵是高鐵的標準,汽車是汽車的標準,各有各的作用和應用范圍。

因此,我國現行國家《火電廠大氣污染物排放標準》(GB13221-2011)(以下簡稱“標準”)對不同燃料、不同發電方式規定了不同的污染物排放限值,這是科學合理的,也是國際通行做法。 

第三,不能用“標準”中的排放限值直接比較標準的寬與嚴,當進行了煙氣含氧量折算后雖然可比較出數值大小,但沒有實質意義。

“標準”規定,直接監測的大氣污染物的濃度要折算成“大氣污染物基準含氧量排放濃度”后才能與限值比較出是否超標。用基準含氧量折算是為了防止在監測點前用空氣稀釋污染物濃度的做法。煤電與燃機發電雖然都是“火電”,但燃煤鍋爐、燃氣鍋爐、燃氣輪機組的“基準含氧量”數值是不同的,分別是6%、3%和15%。

“基準含氧量”之所以不同,是因為不同的燃燒裝置的燃燒原理和工藝不同,燃料燃燒所需的過剩空氣系數不同而造成煙氣中的含氧量不同。煤炭在電站鍋爐中燃燒及通過負壓煙道后,煙氣中的氧含量約為6%;而燃機燃燒時需要更多的過量空氣才能有更高的燃燒效率,煙氣中氧含量約為15%。因此,將不同發電方式的典型工藝的煙氣含氧量作為規定的基準氧含量。

顯然,即使監測中得到煤電機組與燃機的排放濃度相同,但內涵也是不同的。如果將不同燃燒(發電)裝置的排放限值按相同的“基準含氧量”折算后比較就會發現,排放限值的大小排序會發生變化。如“標準”規定,“天然氣鍋爐或燃氣輪機組”的煙塵排放限值都為5毫克/立方米,若將燃機的基準含氧量按燃氣鍋爐折算,則燃機發電排放限值就成為25毫克/立方米(基準含氧量為3%)。

再如,同樣是用天然氣發電,用燃機發電與用鍋爐燃燒發電氮氧化物排放限值分別為50、100毫克/標準立方米,表面上看燃機發電比燃氣鍋爐發電的限值低1/2,但折算后燃機的限值為250毫克/標準立方米(3%基準含氧量),比燃氣鍋爐的排放限值反而高2.5倍。由于燃機比煤電的大氣污染物基準含氧量高2.5倍,所以將燃機的排放限值乘以2.5再與煤電排放限值比較才具同基準下的比較意義。

不過,這只是比較了排放限值的數值大小,而得不出誰更清潔的結論。對于誰更清潔的比較,除了煙氣中的污染物之外,還有發電效率等更多因素。總之,用煙氣排放濃度大小或者排放限值大小的比較來判定煤電和燃機發電清潔性是不科學的,也沒有法律上的意義。
   
第四,煤電與燃機發電的排放標準的科學合理性如何?

《中華人民共和國環境保護法》明確提出:“國務院環境保護主管部門根據國家環境質量標準和國家經濟、技術條件,制定國家污染物排放標準。”且規定了“省、自治區、直轄市人民政府對國家污染物排放標準中未作規定的項目,可以制定地方污染物排放標準;對國家污染物排放標準中已作規定的項目,可以制定嚴于國家污染物排放標準的地方污染物排放標準。”可見,由于不同地區的環境質量要求不同,不同地區的排放標準可以嚴于國家的要求,同時,經濟、技術條件也是制定排放標準的重要先決條件。

由于環保要求、技術條件、經濟性三者之間是互相制約、動態平衡的,因此,排放標準限值并不是越嚴越好,而是一個互相協調的結果。根據環保法規和標準化法等有關規定,排放標準制定時要遵循一系列污染排放標準制定程序以滿足實質性和程序性要求,保證標準制定的科學性、合法性。

國家《火電廠大氣污染物排放標準》從1991年頒布實施以來,歷經1996年、2003年、2011年多次修訂,就是不斷適應環保、技術、經濟三者之間新的平衡的結果。同時,北京、上海、天津、廣東等省級政府都頒布了地方排放標準,體現了我國區域發展和環保要求的不平衡性特點。國家通過政府部門聯合頒布文件和在《政府工作報告》中提出的要求,在全國范圍內推進了比“標準”更嚴的燃煤電廠大氣污染物超低排放要求。

因此,從法律上和科學上講,煤電和燃機發電的“標準”中的排放限值或超低排放規定中的排放限值,不論數值是否相同都不好說誰更清潔。
   
第五,如何認識煤電與燃機發電的其它環境問題

燃煤發電產生的環境問題有大氣污染、水污染、固體廢物污染等。在大氣環境污染物中除了煙塵、二氧化硫、氮氧化物3項污染物外,還有在污染治理中可能產生的二次污染問題以及一些重金屬排放問題。

針對這些問題,我國政府根據對環境影響的大小和吸納國際經驗,通過污染物排放標準、環境影響評價等環保管理手段,進行嚴格管理。如,“標準”中對燃煤電廠煙氣中的“汞及其化合物”規定的排放限值是0.03毫克/立方米。因此,不論是燃機還是燃煤電廠,只要滿足政府的環保要求,它在環保上就是合法的。如果一定要對煤電、燃機的環保影響說個子午卯酉,那么就一定要用法律規則來評判。且評判時不是比較排放污染物的多少,而是評判誰更好地執行了排放標準。如果燃機(或煤電)超過排放限值規定,即便排放量比另一方低也是不環保的,反之亦然。

再把視野放到國際上看,中國燃煤電廠各種污染物排放限值是世界上最嚴的,且由于經過十多年的污染強化治理,染控制技術也是世界上最先進的。需要指出的是,現實中絕大部分生產活動對環境都會有一定影響,關鍵不是看是否排放了某種污染物,而是要知道排放了多少、在環境中產生了多大影響(濃度多大)、持續了多長時間、是否符合環境質量或者排放要求等。

一些專家對煤電或燃機發電排放進行比較的說法,往往是人云亦云、缺乏定量表述,也不講是否達標(合格),這是一種沒有法律和科學依據的臆測。隨著時代的進步和人們環境意識的提高,環保要求總體是不斷趨嚴的,同時技術是不斷發展的,人們對環保投入的經濟性認識也是不斷變化的,這都使得排放標準不斷向科學、嚴格、法治的方面發展。
  
最后,回到本文最初提出的“十四五”煤電和燃機發電到底如何如展的問題,從環保角度看,這也是一個宏觀范疇的問題。

不能從項目層面看宏觀層面的問題,而是要從煤電和燃機發電的全生命周期、從區域層面,更重要的是要從經濟、社會、能源、電力系統轉型層面,從資源稟賦、能源安全、綠色發展、能源價格等約束性方面看煤電和燃機發電的功能和定位。

面對未來,煤電和燃機發展的關鍵性制約因素是二氧化碳排放約束問題。以往在比較“清潔”方面時,往往忽略二氧化碳因素,顯然在“十四五”必須加重考慮。同樣熱值的天然氣比煤炭的碳放量要低約40%,提高天然氣比重顯然有利于低碳發展,但也不能因為這一點就必須大力發展燃機。我的基本看法是,不論是煤電還是燃機發電,都要從中國經濟、社會、能源轉型的大趨勢中找到它合適的位置。

天然氣需要積極發展,主要是用于靈活性電源和居民用氣替代直接燃煤以及分布式能源電力系統。是否要“大力”發展天然氣發電,取決于天然氣的對外依存度、供氣安全性以及價格等方面。煤電發展應當因地、因網制宜,并嚴格限制新建煤電,防止碳鎖定。存量煤電的一部分要進行靈活性改造,為穩定電力系統提供更多支撐性保障,同時也要為解決城市生活污泥處理、摻燒生物質、熱電冷聯供以及促進區域和產業循環經濟發展貢獻力量。

特別需要指出的是,天然氣發展戰略與水電、核電發展,尤其是可再生能源的進一步大力發展、成本的進一步下降以及儲能的發展有著重要關聯。總體來看,經過“十四五”的發展,中國應初步形成以可再生能源逐步替代煤炭的戰略,而不是在以氣態燃料替代煤炭后再以可再生能源替代氣態燃料的國際能源“轉型規律”,要形成具有中國特色的能源轉型模式。
   
結論:
   
①燃煤發電與燃機發電哪個更清潔是一個模糊命題,它模糊了清潔與低碳概念的不同、模糊了某一機組與整個行業的區別、模糊了個排放中的個別污染因子與生命周期環境影響的區別、模糊了宏觀能源結構調整與微觀具體項目要求等。
   
②從企業層面上看,不論是煤電還是燃機,其污染控制水平或者清潔發展水平高低,要以排放標準或清潔生產指標標準為準繩進行判定,不能以不同類型發電方式的簡單比較來判定。
   
③從宏觀層面上看,是發展煤電還是發展燃機,要從清潔低碳安全高效的整體能源戰略要求和經濟社會發展的整體需求上綜合決策,而不是兩種機組之間的簡單替代。
   
④污染控制、清潔生產水平是隨著技術進步、環保要求提高和經濟性提高而持續提高的,但不論是針對煤電還是燃機,如果政府要提出更為嚴格的環保要求,都應當是依法提出、依法實施。
   
(以上只代表作者本人觀點,不代表所在單位意見)
標簽: 十四五規劃

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