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大規模煤改氣不適合中國國情

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技術資訊
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2017/07/05 10:42
【財新網】(專欄作家 陶光遠)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生的大氣汙染,其次亦可減少二氧化碳的排放,有利於全球氣候保護,其本意很好。
 
  對大型熱電站、熱電聯供站或供熱中心進行煤改氣的改造在中國是一個已經爭議了好幾年的話題。最近煤改氣有了大規模擴大的趨勢。
 
  衡量一項政策是否合理,是不是好,應該有定量的指標來衡量。在能源領域,全球公認的主要定量指標有4個:
 
  1) 經濟效益;
 
  2) 能源安全;
 
  3) 環境保護;
 
  4) 氣候保護。
 
  下麵以比較有代表性的華北市場為例進行分析。
 
  從第1項指標——經濟效益上看,市場天然氣價格為3元/立方米左右(家庭用天然氣價格有政府補助),1立方米天然氣的熱值為10千瓦時左右,按單位熱值計,天然氣的市場價格為0.30元/立方米左右。而5500大卡的煤炭價格在480元/噸左右,按單位熱值計算,為480元/噸÷(5500大卡/公斤*1.162千瓦時/1000大卡)÷1000公斤/噸=0.075元/千瓦時。即:按一次能源的單位熱值計算,天然氣的價格是煤炭的4倍左右。
 
  燃氣-蒸汽聯合循環發電+輸變電的最高效率為50%左右,燃氣發電的一次能源成本為0.30元/千瓦時÷50%≈0.6元/千瓦時;燃煤發電+輸變電的最高效率為40%左右,比燃氣低20%左右,燃煤電力的一次能源成本為0.075元/千瓦時÷40%≈0.19元/千瓦時。燃氣發電的一次能源成本比燃煤發電要高0.40元/千瓦時左右。
 
  如果是熱電聯供用於供暖,則由於燃氣熱電聯供的總熱效率高,雖然燃氣熱電聯供發電比例高,其單位熱值的供熱量仍與燃煤電站基本相當。因此,是發電還是熱電聯供,對燃氣發電與燃煤發電成本差異的影響不大。
 
  按照第1個指標——經濟效益,天然氣發電比煤炭發電成本差得多,單位發電量的一次能源成本差距居然達到了3倍左右。
 
  現在我們看第2個指標——能源安全。中國的煤炭資源儲藏豐富,主要是自產,進口量占總用量的5%左右,國內煤炭生產能力過剩,因此無能源安全之虞。而中國天然氣的儲量和產量按人均計算,都很匱乏,現在總用量的30%左右是進口的,趨勢是上升,而且有相當一部分是用液化天然氣船跨越遠洋進口的。2015年12月,由於裝載進口液化天然氣的船沒有及時到達,京津冀部分地區天然氣供應出現了短缺,迫使北京給非住宅建築減少供暖,很多建築的室內溫度下降到14℃左右,工業用氣不足導致京津冀使用天然氣的大批企業停工。為了提高天然氣供應的安全性,很多國家有天然氣儲備,德國就有大約能滿足三個月用量的天然氣儲備,而京津冀地區的儲備很有限,冬季經常鬧“氣荒”,而建設液化天然氣的儲備能力,需要巨額投資。顯然,在第2項指標——能源安全方麵,天然氣的能源安全性遠低於煤炭。
 
  就第3項指標——環境保護來說,燃煤發電的主要環境問題是燃燒煙氣產生的大氣汙染。不過,今天把燃煤煙氣按燃氣煙氣的排放標準處理,在技術上已不是問題,成本也不會超過0.10元/千瓦時。而因為燃氣輪機中的燃燒溫度很高,因此燃氣燃燒時,產生大量的氮氧化物,脫硝處理費用也不菲,而且脫硝工藝極易將氨釋放到大氣中。當然燃煤發電站的單位容量建設成本比燃氣高一些。把燃煤比燃氣高的環保成本和單位發電容量建設成本加上,達到和燃氣同樣的環境影響效果,燃氣發電成本仍然至少比燃煤發電成本高0.20元/千瓦時。
 
  用燃氣替代燃煤發電或熱電聯供,每發1千瓦時的電力,比起燃煤發電減少大約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,按上述燃氣發電成本仍然至少比燃煤發電成本高0.20元/千瓦時計算,燃氣替代燃煤發電或熱電聯供,二氧化碳減排的成本大於0.2元/千瓦時÷0.47公斤/千瓦時x1000公斤/噸=425元/噸。
 
  中國對風力發電的補貼是約0.2元/千瓦時,但風力發電幾乎不排出二氧化碳,於是風力發電的二氧化碳減排成本約為0.2元/千瓦時÷0.78公斤/千瓦時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電要高66%左右。
 
  現在中國碳交易市場上的二氧化碳交易價格僅為20至50元/噸。如果用碳交易來頂替煤改氣實現二氧化碳減排,則隻有煤改氣二氧化碳減排成本的1/20~1/8。當然這個價格實在是太低了,不利於促進二氧化碳減排,未來應當大幅提高。據報道,國家發改委氣候司的蔣兆理副司長認為,未來中國碳交易市場上的二氧化碳合理交易價格應該為200至300元/噸比較合理。即使是這個人們普遍認為難於達到的價格,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,由於我國的煤炭開采能力發展過快,而近年來煤炭需求量下降很大,使煤炭價格大幅下降,很多煤炭企業嚴重虧損,並造成了一定的就業人數下降。在這種情況下,大規模煤改氣會對煤炭開采業雪上加霜。煤炭是一個夕陽產業,從現在起,中國的煤炭產量可能將在未來幾十年裏始終處於下降通道。但在一段時間裏如果下降過快,會在煤炭也產生很大的經濟虧損,增大金融風險,並造成很大的就業壓力。中國增加進口天然氣增加的是天然氣生產國的就業和收入,減少的是中國煤炭行業的就業,降低的是中國煤炭行業的經濟效益。
 
  綜上所述,大規模煤改氣:經濟效益很差;能源安全很差;環保效益的改善可以用燃煤發電的煙氣改造替代;二氧化碳減排成本過高,遠不如燃煤+其它眾多的二氧化碳減排方法。所以,在熱電站或熱電聯供電站用燃氣大規模替代燃煤,顯然不適合中國國情。
 
  中國現在有大約2.5億千瓦左右的熱電聯供機組,大部分為燃煤熱電聯供機組。如果在其中將1億千瓦的燃煤熱電聯供機組改為燃氣熱電聯供機組,按每千瓦發電能力年發電4000千瓦時電力計,每年要發電4000億千瓦時,每千瓦時增加0.20元的發電成本,每年總計要增加發電成本800億元!
 
  綜上所述,要達到與煤改氣同樣的環境保護效果和氣候保護效果,對燃煤發電站/熱電聯供站的煙氣進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,比起燃氣發電,要經濟得多,能源供應要安全得多。
 
  即便是在發達國家,現在燃煤發電站/熱電聯供站仍然占有很重要的地位,例如,麵積不到1萬平方公裏的德國魯爾工業區,有1000萬千瓦左右的燃煤電站/熱電聯供站;而德國首都柏林市最大的百萬千瓦級的燃煤熱電聯供站距柏林市中心隻有10公裏左右。
 
  順便說一句,2015年大氣中PM2.5的年均濃度,德國魯爾區的各個城市為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供站的上述指標差異相似,此處就不贅述了。
 
  不過,在醫院、學校和賓館等需要熱量的場合,因為小型燃煤鍋爐的燃煤煙氣處理成本過高,用小型燃氣鍋爐或分布式燃氣熱電聯供實現煤改氣,綜合效益較好;另外,在大型柴油機動車上用燃氣替代燃油,不僅燃料成本會顯著降低,而且燃燒尾氣的汙染物會大幅降低。
 
  當然,如果有一天中國發現了大量的天然氣資源,燃氣價格大幅下降,則一切另當別論。