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大规模煤改气不适合中国国情

2016年08月11日 15:43 来源于 财新网 | 标签:华北“煤改气”调查
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大规模煤改气经济效益很差;能源安全很差;环保效益的改善可以用燃煤发电的烟气改造替代;二氧化碳减排成本过高,远不如燃煤+其他众多的二氧化碳减排方法
陶光远
陶光远,财新网“未来能源”专栏作家。1979年本科毕业于陕西机械学院(现西安理工大学)自动控制专业,1983年获清华大学系统工程专业硕士学位。后在中国科学院应用数学研究所工作,并在国家经委(现国家发改委)综合运输研究所兼职。1988年赴德国,在柏林工大进修学习,曾任在纽伦堡的德中经贸合作中心副总经理。2009年获“欧洲能源管理师”证书,并受“欧洲能源管理师”全球培训联盟委托担任中国培训项目负责人。2011年10月起,在德国能源署(dena)与中国可再生能源学会合作成立的中德可再生能源合作中心担任执行主任职务。

  【财新网】(专栏作家 陶光远)将烧煤炭改为烧天然气,简称为煤改气。在中国,煤改气的初衷是为了减少燃煤产生的大气污染,其次亦可减少二氧化碳的排放,有利于全球气候保护,其本意很好。

  对大型热电站、热电联供站或供热中心进行煤改气的改造在中国是一个已经争议了好几年的话题。最近煤改气有了大规模扩大的趋势。

  衡量一项政策是否合理,是不是好,应该有定量的指标来衡量。在能源领域,全球公认的主要定量指标有4个:

  1) 经济效益;

  2) 能源安全;

  3) 环境保护;

  4) 气候保护。

  下面以比较有代表性的华北市场为例进行分析。

  从第1项指标——经济效益上看,市场天然气价格为3元/立方米左右(家庭用天然气价格有政府补助),1立方米天然气的热值为10千瓦时左右,按单位热值计,天然气的市场价格为0.30元/立方米左右。而5500大卡的煤炭价格在480元/吨左右,按单位热值计算,为480元/吨÷(5500大卡/公斤*1.162千瓦时/1000大卡)÷1000公斤/吨=0.075元/千瓦时。即:按一次能源的单位热值计算,天然气的价格是煤炭的4倍左右。

  燃气-蒸汽联合循环发电+输变电的最高效率为50%左右,燃气发电的一次能源成本为0.30元/千瓦时÷50%≈0.6元/千瓦时;燃煤发电+输变电的最高效率为40%左右,比燃气低20%左右,燃煤电力的一次能源成本为0.075元/千瓦时÷40%≈0.19元/千瓦时。燃气发电的一次能源成本比燃煤发电要高0.40元/千瓦时左右。

  如果是热电联供用于供暖,则由于燃气热电联供的总热效率高,虽然燃气热电联供发电比例高,其单位热值的供热量仍与燃煤电站基本相当。因此,是发电还是热电联供,对燃气发电与燃煤发电成本差异的影响不大。

  按照第1个指标——经济效益,天然气发电比煤炭发电成本差得多,单位发电量的一次能源成本差距居然达到了3倍左右。

  现在我们看第2个指标——能源安全。中国的煤炭资源储藏丰富,主要是自产,进口量占总用量的5%左右,国内煤炭生产能力过剩,因此无能源安全之虞。而中国天然气的储量和产量按人均计算,都很匮乏,现在总用量的30%左右是进口的,趋势是上升,而且有相当一部分是用液化天然气船跨越远洋进口的。2015年12月,由于装载进口液化天然气的船没有及时到达,京津冀部分地区天然气供应出现了短缺,迫使北京给非住宅建筑减少供暖,很多建筑的室内温度下降到14℃左右,工业用气不足导致京津冀使用天然气的大批企业停工。为了提高天然气供应的安全性,很多国家有天然气储备,德国就有大约能满足三个月用量的天然气储备,而京津冀地区的储备很有限,冬季经常闹“气荒”,而建设液化天然气的储备能力,需要巨额投资。显然,在第2项指标——能源安全方面,天然气的能源安全性远低于煤炭。

  就第3项指标——环境保护来说,燃煤发电的主要环境问题是燃烧烟气产生的大气污染。不过,今天把燃煤烟气按燃气烟气的排放标准处理,在技术上已不是问题,成本也不会超过0.10元/千瓦时。而因为燃气轮机中的燃烧温度很高,因此燃气燃烧时,产生大量的氮氧化物,脱硝处理费用也不菲,而且脱硝工艺极易将氨释放到大气中。当然燃煤发电站的单位容量建设成本比燃气高一些。把燃煤比燃气高的环保成本和单位发电容量建设成本加上,达到和燃气同样的环境影响效果,燃气发电成本仍然至少比燃煤发电成本高0.20元/千瓦时。

  用燃气替代燃煤发电或热电联供,每发1千瓦时的电力,比起燃煤发电减少大约60%左右的二氧化碳,即会减少大约0.47公斤左右的二氧化碳排放,按上述燃气发电成本仍然至少比燃煤发电成本高0.20元/千瓦时计算,燃气替代燃煤发电或热电联供,二氧化碳减排的成本大于0.2元/千瓦时÷0.47公斤/千瓦时x1000公斤/吨=425元/吨。

  中国对风力发电的补贴是约0.2元/千瓦时,但风力发电几乎不排出二氧化碳,于是风力发电的二氧化碳减排成本约为0.2元/千瓦时÷0.78公斤/千瓦时x1000公斤/吨=256元/吨。也就是说,煤改气的二氧化碳减排成本比风电要高66%左右。

  现在中国碳交易市场上的二氧化碳交易价格仅为20至50元/吨。如果用碳交易来顶替煤改气实现二氧化碳减排,则只有煤改气二氧化碳减排成本的1/20~1/8。当然这个价格实在是太低了,不利于促进二氧化碳减排,未来应当大幅提高。据报道,国家发改委气候司的蒋兆理副司长认为,未来中国碳交易市场上的二氧化碳合理交易价格应该为200至300元/吨比较合理。即使是这个人们普遍认为难于达到的价格,煤改气的二氧化碳减排成本与之相比仍然要高出40%~100%。

  需要注意的是,由于我国的煤炭开采能力发展过快,而近年来煤炭需求量下降很大,使煤炭价格大幅下降,很多煤炭企业严重亏损,并造成了一定的就业人数下降。在这种情况下,大规模煤改气会对煤炭开采业雪上加霜。煤炭是一个夕阳产业,从现在起,中国的煤炭产量可能将在未来几十年里始终处于下降通道。但在一段时间里如果下降过快,会在煤炭也产生很大的经济亏损,增大金融风险,并造成很大的就业压力。中国增加进口天然气增加的是天然气生产国的就业和收入,减少的是中国煤炭行业的就业,降低的是中国煤炭行业的经济效益。

  综上所述,大规模煤改气:经济效益很差;能源安全很差;环保效益的改善可以用燃煤发电的烟气改造替代;二氧化碳减排成本过高,远不如燃煤+其它众多的二氧化碳减排方法。所以,在热电站或热电联供电站用燃气大规模替代燃煤,显然不适合中国国情。

  中国现在有大约2.5亿千瓦左右的热电联供机组,大部分为燃煤热电联供机组。如果在其中将1亿千瓦的燃煤热电联供机组改为燃气热电联供机组,按每千瓦发电能力年发电4000千瓦时电力计,每年要发电4000亿千瓦时,每千瓦时增加0.20元的发电成本,每年总计要增加发电成本800亿元!

  综上所述,要达到与煤改气同样的环境保护效果和气候保护效果,对燃煤发电站/热电联供站的烟气进行更清洁的处理排放,再加上二氧化碳排放减排成本低的减排措施,比起燃气发电,要经济得多,能源供应要安全得多。

  即便是在发达国家,现在燃煤发电站/热电联供站仍然占有很重要的地位,例如,面积不到1万平方公里的德国鲁尔工业区,有1000万千瓦左右的燃煤电站/热电联供站;而德国首都柏林市最大的百万千瓦级的燃煤热电联供站距柏林市中心只有10公里左右。

  顺便说一句,2015年大气中PM2.5的年均浓度,德国鲁尔区的各个城市为12~16微克/立方米,柏林市为17微克/立方米,三亚为17微克/立方米,张家口为34微克/立方米,上海为54微克/立方米,北京为80微克/立方米。

  供热锅炉与热电站和热电联供站的上述指标差异相似,此处就不赘述了。

  不过,在医院、学校和宾馆等需要热量的场合,因为小型燃煤锅炉的燃煤烟气处理成本过高,用小型燃气锅炉或分布式燃气热电联供实现煤改气,综合效益较好;另外,在大型柴油机动车上用燃气替代燃油,不仅燃料成本会显著降低,而且燃烧尾气的污染物会大幅降低。

  当然,如果有一天中国发现了大量的天然气资源,燃气价格大幅下降,则一切另当别论。

  作者为中德可再生能源合作中心执行主任

责任编辑:张帆 | 版面编辑:刘潇
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