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资源决定:中国“去煤化”行不通

发布时间:2016-04-25 11:03:00   来源:    浏览次数:306



◎本刊记者  叶晓婷  季天也



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3月22日,中国工程院院士、中国能源学会会长倪维斗教授在家接受《环境与生活》杂志记者采访。季天也/摄



“煤炭清洁高效利用”,被“十三五”规划列为国家100个重大工程及项目之一;《2016年国务院政府工作报告》也强调要加强煤炭清洁高效利用,减少散煤使用。目前,我国的煤炭主要用于火力发电,该如何实现清洁高效利用呢?3月22日,《环境与生活》杂志记者就此采访了中国工程院院士、中国能源学会会长、清华大学热能工程系教授倪维斗。倪院士长期从事热力涡轮机系统和热动力系统动态学方面的研究,多次发声呼吁“煤炭清洁高效利用”,指出烧散煤才是污染主因而非火电,并且直言“不太赞成煤制气”。



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《2016年国务院政府工作报告》强调,要加强“煤炭清洁高效利用”。


“我不太赞成煤制气”


3月22日上午,北京已经结束供暖一周,当天的空气质量在中度污染中徘徊,《环境与生活》记者来到清华大学家属区的一栋公寓,见到了倪维斗院士。84岁高龄的倪院士精神矍铄,右腿因为骨质疏松不太灵便,拄着一支拐杖。家里的客厅也是他的书房,书柜里、桌子上、凳子上摆满了书籍和打印材料,记者看了几眼封面,发现尽是能源、煤炭、煤化工等字眼。

说起“煤炭的清洁高效利用”这个话题,倪老的眼睛里似乎闪着光。“煤在相当长一个时期,过去、现在、未来都是我国的主力能源,过去50年的发展都是靠煤撑起来的,现在把煤贬得一无是处,把它看作污染的‘重刑犯’,一巴掌打死,感觉有点忘本,像‘飞鸟尽良弓藏,狡兔死走狗烹’。”

他说,在环保要求越来越高的情况下,中国解决能源问题主要还是把煤的事情办好,而不是完全“去煤化”。“去不了,我国现在平均每年消费煤炭约38亿吨,在这种情况下,很多人倡导‘以气代煤’,我们也希望多用天然气以改变能源结构,但气源在哪里?气的储量有多少?我国提出一个目标——到2020年当年,要消费利用3500亿立方米的天然气,折合成标准煤的热量,才两三亿吨标准煤。”

倪维斗院士认为,如果完全依赖天然气,海上运输出问题,对能源安全影响巨大;另外,和周边关系要注意协调,万一发生战争,可能对运输管线轰炸、破坏,所以引进天然气要有限度。“到冬天天然气可能不够用,很多人就想让大量的‘煤制气’上马,我不太赞成。煤通过化学方式制取天然气,但天然气里的碳比较少,很多碳都白白变成二氧化碳释放掉。大家都以用天然气为荣,所以有大量企业做煤制气,国家也批了不少项目,很多都没做成,做成的也多是亏本,成本太高。”



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倪维斗院士说,我国散煤燃烧带来的污染比煤电所产生的污染多得多。



资源禀赋决定不能“去煤化”


倪教授还点评了另一种主张——大力发展核能。他说,核电约占我国发电量的1%,这些能折合的标准煤也是有限的,而且我国核燃料不丰富,也要大量依赖进口,还是得被人掐着脖子。“进口核燃料相对容易,因为量小,不像煤、天然气的进口需要投入大量的资金建设基础设施,但进口总要受到他国牵制。核能虽然是干净的能源,但总量有限,进口量和安全问题都需要解决。”

“我们总说法国核电比例大,但它国家小,电量总量需求不像我们这么高,我国目前年需求电量约5万亿度,将来若需要千万亿度,要靠核电很难满足这些需求。当下煤电占总发电量的比例约80%,水电约百分之十几,风电就百分之二三。水电是比例最大的可再生能源,但可开发资源在逐步减少。当下能替代煤炭的能源是有限的。”

倪维斗强调,煤在相当长的一段时期,仍然是我国的主力能源,关键是怎么用好,中国的资源禀赋决定了不可能完全去除煤的使用。


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在倪维斗看来,煤炭的清洁高效利用就是针对大部分散煤进行整治,以电能来替代散煤燃烧。



该打屁股的是散煤利用


倪教授说,煤确实产生污染,不仅有二氧化碳,还有二氧化硫、氮氧化物、PM2.5,还有汞,但真正造成污染的原因不在于煤电,煤电在整个污染成分里所占比例很小,煤电所消耗的煤炭约占总消耗量的50%,属于集中使用煤炭,污染控制近几年取得不小的进展,“打屁股得打在散煤的利用上”。

他用数据加以阐释:全国约有70万台工业小锅炉,还有各种窑炉,加上农村普遍的炊事和采暖用煤,散煤利用量约50%,而这50%所引起的污染,要比煤电所产生的污染多得多。“中国电力企业联合会的统计是,大电厂烧煤发电所引起的污染占煤利用产生污染的2%,主要是散烧煤这部分要下大力气。中国有那么多农村人口,什么便宜用什么,煤很便宜,所以绝大多数农户烧煤,且多是次煤、高含硫煤等。”

他说,政府在想办法管制,但牵涉农民的经济负担问题,比如买散煤是300块钱一吨,而好的煤炭得800块钱一吨,买不起。“国家准备贴钱给农民搞好煤炭的利用,污染可能有所减少,但这需要大量资金投入,还在计算中。如果解决不好这个问题,将来的污染就是农村包围城市。”

他描述,当前的形势就像怪圈:廉价的污染高,想清洁利用就多出很多成本,完全靠国家资助的话,国家的负担也很重,怎么破局呢?“就得靠再生能源成本再低一些。风电、太阳能发电都是靠国家补贴在撑着,亟需技术发展,以使成本下降。”



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在倪维斗看来,煤化工可以适度发展。


终极之道:用电能替代烧散煤


在倪维斗院士看来,煤炭的清洁利用就是针对大部分散煤进行整治,终极之道是“大力发展清洁煤发电,以电能来替代散煤燃烧。”虽然电价不那么高,但大面积替代使用后总价比烧散煤高,“所以需要降低电价,鼓励大量烧散煤的地方以电替代烧散煤,如烧饭用电不用灶、采暖用电不烧炕。”

他强调,这些亟需技术进步。“例如,烧电炉子取暖,从能量转化来说并不合理,1度电用于烧电炉子,满打满算差不多是发出860大卡的热量,而这860大卡是前面花了2000多大卡的热量换来的。把煤炭变成高级能源电能,再把它简单转化成低级的热来采暖肯定不行的,得靠热泵技术来提高能效,而热泵需要一定技术水平,如需要压缩机、膨胀机等,目前这方面的研究也在进行中。”

“我国用50%的煤发电,而德国、美国这方面的比例比我们高得多,德国大约80%,美国约90%,它们的煤主要是用来发电,再把电高效利用到生活中,有效控制污染。我们将来要将煤高效低污染转化成电的比例提高,使电在各方面替代其他能源。”倪老说,电能占终端能源消费的比重代表电力替代煤炭、石油、天然气等其他能源的程度,是衡量一个国家终端能源消费结构和电气化程度的重要指标。电目前在全国终端能源消费中的利用比例只有22%,至少应该增加到30%或50%。




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2006年,我国燃煤发电效率超过美国。


中国燃煤发电效率超过美国


倪教授指出,我国的燃煤发电技术在世界范围内是领先的,发电效率在2006年就已经超过美国,而且前沿技术还在不断取得突破。发电效率的两个指标——单位煤耗与污染控制都比美国先进。当前中国发电平均每度电消耗318克标准煤,而美国的数据是375克标准煤。

他还以上海外高桥第三发电厂为例,说明我国的发电效率之高。“该电厂发电过程中的每个环节都仔细琢磨,从锅炉、汽机、辅机等各个环节,能挖潜力的地方都挖透了”,发电煤耗已经达到276克/度,每立方米废气中只含有二氧化硫18毫克、氮氧化物17毫克、烟尘8毫克,被国际能源署赞为“全球最清洁的火电厂”。现在,该厂又提出一个新的方案:希望煤耗达到251克/度的水平。

倪院士说,煤直接燃烧虽然有污染产生,但还是不得不用,降低煤耗就能降低二氧化碳排放。我国“十三五”规划对全国发电平均煤耗提出的目标是从318克/度降到300克/度,全国每年38亿吨的标准煤有50%用于发电,相当于每年可以节省34200吨标准煤。“美国的电厂都已经有40年了,属于老电厂,而我们的大电厂基本是2005年之后建的,100万千瓦1台机组,一般一个电厂是2台机组。美国可以拆掉大量旧的,建造新的,而我们不行,当下主要靠大量新近的电厂供电,不能把这些新的又拆了建更新的,它们可挖掘的潜力还比较多。”




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上海外高桥第三发电厂被国际能源署称为“世界上最清洁的火电厂”,发电煤耗为276克/千瓦时。


小锅炉也有办法烧好


另外,倪老谈到,市面上关于煤炭“近零排放”“超低排放”的说法很多,但并不确切,这只是相对以前粗放的烧煤情况而言,并非绝对的不排放。“当下,集中用煤排放的二氧化硫、氧化氮、细颗粒物,靠排放尾气的收集处理,经过脱硫、脱硝、除尘装置,已经能控制为和烧天然气排放的水平相当,但最大挑战是二氧化碳排放量,这是燃料的天性决定的。煤的主要成分是碳,排出的二氧化碳也多,烧一吨煤能产生2.7吨的二氧化碳,烧天然气(CH4)排放的碳就相对少得多。”但他强调,当前的清洁煤技术可以使其传统污染物的排放量,低于目前天然气燃烧排放量的国家标准。

“洗煤”也是煤清洁利用的方式之一,就是在煤矿将粗煤经过水洗,洗去一些灰分、硫,比较容易,但也会增加成本,“关键是供应链下游的电厂愿不愿意买”。很多电厂宁愿采用价格便宜的粗煤,能少花点钱就少花点。“大家会慢慢地开始接受洗过的煤,因为国家对燃煤排放的标准会越来越严格,后处理成本也会增加,前端的煤干净一点,燃烧后处理的成本也就没那么大压力了。企业也在盘算,到底是用洗煤划算,还是加强后处理划算。”

大型锅炉的效率可以达到95%以上,煤燃烧释放的能量有95%是被利用起来的。而工业小锅炉平均效率只有65%~70%,“烧出来的灰都黑乎乎的,其实是炭没燃烧完全”,所以小锅炉烧煤是空气的主要污染源之一,但倪老认为,“小锅炉也是有办法烧好的”,不能一棍子打死。他说,大家都在动脑筋,市面上出现了一种“水煤浆”技术,将65%左右的煤粉与34%的水和少量添加剂混合制备成液体,可以像油一样泵送、雾化、储运,并可直接用于各种锅炉、窑炉的燃烧。这种技术使煤炭燃烧比较充分,污染排放也不很高,成本也可接受。




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(中美发电煤耗对比示意图)2000年以来,美国发电煤耗逐步上升,中国快速下降。数据来源:中国电力企业联合会


有大资金要投入“电化共轨”


在倪老看来,煤的清洁高效利用技术多种多样,得多条腿走路,比如适度发展煤化工。煤化工其实是二战期间发展起来的,纳粹德国打仗油源不足,坦克飞机都得用油,德国煤炭较多,就研发煤变油。倪教授说,用煤直接变油,或者用煤气化后间接变油,这两方面的技术我国都已经突破,对缓解将来油短缺和能源安全有一定的作用。“但从能源效率角度看,转化过程就要耗费不少能源,差不多是4吨煤制成1吨油,比直接用煤或直接用油还是不合算,适当做点,如有1000万吨的产量维持着,搞技术进步是可以的。煤做烯烃也可以,可再做成塑料、纤维等,也是煤化工的一条路线。”

倪维斗院士认为,煤炭清洁高效利用最好的技术路线就是“电化共轨”——发电和煤化工一起完成:煤先气化变成合成气,依次通过反应器,做一部分甲醇,把反应器里没有发生反应的气体,或者是反应器所释放出来的气体(驰放气)拿去发电,把这两个过程耦合起来。“如果专门用煤制取甲醇,那经过反应器后未发生反应的气体还要再用泵抽取打回,再参与反应,循环好几次。而电化共轨就是经过反应器后,未发生反应的气体直接发电,这种方式经过仔细研究发现,能量整体利用效率可达60%以上(我国大电厂煤炭热效率约45%,上海外三发电厂可达47%),煤里的一部分碳转化成甲醇,如果甲醇不用于燃烧,就可使二氧化碳排放减少百分之二三十。”

从长远看,电化共轨是发展方向,目前在推进,但总体比较慢,需要大企业、大投资才能做起来。“我和(煤业巨头)神华集团的负责人聊过,他们也认为电化共轨这个方向是对的,但感觉风险较大,因为有几个关键问题中国还没法完全解决,还需要国外的技术介入,比如关于反应器驰放气的发电问题,燃气轮机还做不起来。完全靠企业投资,企业可能自身感觉风险大,风险需要分散一下。”

倪老透露,目前有几个基金会也募集了不少资金,准备投入电化共轨技术的研发。





网络编辑:余雪