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治霾中的经济性与能源安全

2017年01月23日 11:45 来源于 财新网
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大规模“煤改气”威胁能源安全,经济性也很差,在环境方面和气候保护方面的优势不大,为什么还要大规模地搞“煤改气”呢?
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)在培养欧洲能源管理师时,对一个提高能效(即节能)的工程作优劣评价,有三个最重要的判据:

  1) 经济性;

  2) 能源安全;

  3) 环境保护(减少污染物排放)和气候保护(减少二氧化碳等温室气体的排放)。

  同样,对于治霾,这三个判据依然有效,不能偏废。

  过去,中国在发展经济时,强调了经济性,而忽视了环境保护和气候保护;而今天,在强调治霾时,有些地方往往容易冲动,忽视经济性和能源安全。

  治霾的经济性评价标准很简单,就是你投入了多少钱,减少了多少污染物的排放,即投入单位资金减少的污染物排放——包括初期投入和运行投入。

  作为政府,清醒的投入方式应该是:优先选择那些投入单位资金能获得最大污染物减排量的项目和措施,这样可以使用有限的治霾投入,最大限度地减少污染物的排放,获得最好的治霾效果,即实现所谓的“事半功倍”。反之,就会事倍功半。

  遗憾的是,各地政府做治霾措施时,鲜有这种分析报道。而有些政策或技术措施,明显地,投入单位资金的污染物减排量很低。

  我们还以燃煤锅炉“煤改气”为例:

  一台35吨(即每小时生产35吨蒸汽)的燃煤锅炉,每年折合全负荷运行4000小时,以下三项改造措施达到同样的污染物超净排放效果:颗粒物<5毫克/立方米,二氧化硫<35毫克/立方米,氮氧化物<50毫克/立方米。改造的初始投入和运行费用(不是精确的计算,但数据的误差不至于导致结果的颠覆)大致为:

  - 如果改为低氮燃烧天然气锅炉,需要投入10,000,000元左右;但生产每吨蒸汽的能源成本提高100元左右,每年增加的蒸汽生产成本为:

  35吨蒸汽/小时x4000小时/年x100元/吨蒸汽 = 14,000,000元;

  初始投入加5年增加的生产成本就是80,000,000元。

  - 如果给燃煤锅炉加装超净烟气处理系统,则需要对烟气净化设备投入约15,000,000元,生产每吨蒸汽的运行成本提高不到10元,每年增加的蒸汽生产成本不到:

  35吨蒸汽/小时x4000小时/年x10元/吨蒸汽 = 1,400,000元;

  初始投入加5年增加的生产成本就是22,000,000元。

  - 如果改为煤粉炉+超净烟气处理系统,则需要对煤粉锅炉改造和烟气净化设备投入约36,000,000元,但因为减少了约20%的煤耗,节煤收益与烟气净化设备的运行成本抵扣后,生产每吨蒸汽的运行成本还减少了10元,每年减少的蒸汽生产成本为:

  35吨蒸汽/小时x4000小时/年x10元/吨蒸汽 = 1,400,000元;

  初始投入减去5年节省的生产成本就是29,000,000元

  不过锅炉的运行寿命很长,如果考虑10年的运行周期,则煤粉锅炉改造+超净改造就是最划算的了。

  显然,在环境效益相同的情况下,“煤改气”的经济效益最差,差很多。

  篇幅所限,就不再举例了。

  今后各地的治霾工程,应该加上一条环境治理投入经济性的评价指标,即:投入单位的初始资金和一定年限的增加运行费用(如1亿元),每年可以减少多少吨污染物(如颗粒物、二氧化硫或氮氧化物)的排放。

  只有加上经济性的评价,才能用有限的资金,实现最大的环境改善收益。不然的话,钱也花了,力也出了,改善不大,人民群众不满意,上级领导不满意,自己也窝心。

  如果治霾工程还有提高能效的收益,甚至有可能变成在通常的投资回报期内盈利的项目,那么治霾投入的回报在核算上可以部分或全部由节能收益补偿,那么单位大气污染物的减排的成本就会大大减少甚至可能为零!也正如前所述,提高能效是治霾的关键,可以使得有限的资金投入发挥的治霾作用成倍扩大。

  下面,我们来看能源安全的问题。

  能源安全是国家安全不可或缺的重要组成部分。

  中国的煤炭资源储藏丰富,主要是自产,不仅无能源安全之虞,而且国内煤炭生产能力过剩。

  为了大力治霾,中国有专家认为燃煤不清洁,因而提出了大规模用天然气替代燃煤。北京市率先实施“煤改气”战略,将大量的热电联供电站由燃煤改为燃气。2015年12月,由于装载进口液化天然气的船没有及时靠岸卸气,京津冀部分地区天然气供应出现了短缺,迫使北京对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。这凸显了进口天然气的不安全性。

  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能力很有限,因为采暖季用气量远大于非采暖季,因此冬季经常闹“气荒”,而建设液化天然气的储备能力,需要巨额投资。

  然而,中国是一个人均石油和天然气资源都很匮乏的的国家。中国现在消费的原油,超过60%需要进口;消费的天然气,超过30%需要进口。因此,如果大规模使用天然气来替代燃煤,则中国的天然气消耗势必更加依赖进口。

  但是,油气资源对进口的依赖性越大,能源供应也就越不安全。另外,天然气可以替代石油,作为机动车燃料,而且是清洁的机动车燃料。如果将大量的天然气用来替代煤炭,则也间接威胁到油气供应的安全性。

  能源供应的安全性非常重要,历史上有很多例子。

  说远一点儿,二次大战期间日美开战或多或少就是因为能源安全引起的。日本本国没有石油资源。上世纪30年代,中国地质学家谢家荣(解放后任国家地质部总工程师、中国科学院学部委员)首先在世界上提出了陆相沉积有可能有大油田的理论。可是,日本人知道了这个理论在东北也没找到石油。日本人虽然从德国人那里学了煤变油的费-托合成法技术(即神华集团在宁夏建成的煤制油项目所用的方法),但工业制造水平远不及德国,直到1943年才在锦州建成了一个日产100吨合成油的装置,而那时德国已经达到日产1万多吨合成油的总规模了。而在日本1937年全面侵华的三年之后,美国着手对日本进行石油禁运。一旦没有了油,日本海军就要“瘫痪”了,日本陆军在华就失去了机动能力和运输补给能力,空军也就失去了作战能力。如果军队规模小于中国军队的日军退回到“骡马时代”与中国军队作战,后果可想而知。于是,日军孤注一掷,对美国发动突然袭击,后来的事情就是众所周知的了。

  1973年和1980年的两次“石油危机”,对整个西方国家的经济和社会,造成了巨大的冲击,直接引起了西方的经济衰退。人们对此至今记忆犹新。

  而进入本世纪后,发生的两次乌克兰天然气管道输送危机,对欧洲的经济和社会再次产生重大冲击,在一些依赖于乌克兰天然气管道供气的国家,甚至造成了冬季冻死人的后果。德国为了从俄罗斯进口天然气运输通道的安全保障,不顾波兰的反对,与俄罗斯合作,建设了波罗的海海底天然气输送管道。

  前几年,西方国家决定就乌克兰内战制裁俄罗斯,但德国立即宣布,与俄罗斯的能源合作(即石油和天然气进口)排除在制裁范围之外。

  在美国,为了保证石油供应安全,美国长期限制在美国内开采作为战略储备的原油资源,直到发现了大量的页岩油和页岩气。

  英国在北海油气资源枯竭的情况下,不惜花费巨资建设预订电价不菲的核电站,而不是建设燃气电站或者从欧洲大陆进口电力,主要原因也是因为进口能源供应的安全顾虑。英国的电力供应连欧洲大陆都不愿意依赖,可见英国多么重视能源供应的安全。

  德国与中国近似,也是一个富煤贫油的国家。因此,德国一直将煤炭作为国家的主要能源。在上世纪60年代治霾一直到本世纪初,都没有将“煤改气”作为治霾的主要措施。直到本世纪初,因为气候保护,德国才实施能源转型,为了达到在2050年基本退出化石能源的目标,计划将化石能源的消耗削减。但是,替代化石能源作为主力能源的,将是可再生能源——风力和太阳能为主,而不是同为化石能源的天然气。

  在本世纪初,中国著名交通运输专家王德荣教授在谈到中国铁路发展的时候,说了这样一句话:“中国是一个人均贫油的国家。电气化铁路是唯一不使用液体燃料的大规模交通运输方式,所以中国必须大力发展电气化铁路。”所以,中国今天大力发展电气化铁路,特别是电气化高速铁路,与其说是交通运输发展战略的决策,不如说更多的是能源发展战略的决策。

  上述这些事实都在说明,能源安全,对一个国家非常重要,关键的能源供应要尽可能依赖国内,少依赖进口,更不要说我国进口的天然气在很大程度上来自于政治不稳定的中东,且在海上运输通道上没有绝对的制海权。

  中国治霾,如果不重视能源供应的安全性,大规模地依赖供应安全性脆弱的进口天然气,那么一旦天然气供应出了问题,后果不堪设想。你能想象在一个严寒的冬季,中国北方供暖所依赖的天然气供应突然中断,该如何应急吗?

  而燃烧天然气依然有污染物——氮氧化物的排放,产生的烟气也需要进行净化处理;按单位热值计,天然气的价格是煤炭的4倍左右,不过这是烟气处理技术和经济性的问题,已经在前面的篇章中讨论过了。

  既然大规模“煤改气”威胁能源安全,经济性也很差,在环境方面和气候保护方面的优势不大,为什么还要大规模地搞“煤改气”呢?

  作者为中德可再生能源合作中心(中国可再生能源学会与德国能源署合办)执行主任

责任编辑:张帆 | 版面编辑:李丽莎
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