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2024年11月24日
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這幾天,京津冀及其周邊地區又陷入了持續重污染霧霾天氣。
對于霧霾污染源的具體構成數據,目前不同機構都有各自的意見。不過,對于造成國內霧霾的“主犯”,無論是中科院張仁健的課題組,還是北京大學胡敏教授的課題組、清華大學姚強教授的課題組等,都一致認為是“化石燃料”——尤其是燃煤。
與此同時,2013年12月2日,由環保組織“綠色和平”與英國利茲大學研究團隊最新發布的《霧霾真相——京津冀地區PM2.5污染解析及減排策略研究》中也指出:煤炭燃燒排放出的大氣污染物是整個京津冀地區霧霾的最大根源。
確實,因霧霾四處作亂,近年來批判“煤在能源結構中比重過大”,呼吁大力發展清潔能源的聲音,無論在學界、政府還是公眾之中都時常可以聽到。而北京、唐山、濟南、青島、荊州等城市,更相繼搞起“煤改氣”工程。北京更是提出“到2017年將設四大燃氣熱電中心,全面關停燃煤電廠”。
不過,在一些學者看來,這樣使用清潔能源,實在是有些“暴殄天物”。
更有學者指出,清潔能源還“難堪大任”,中國最主要的能源支撐就是煤,治霾的核心問題還是應該研究好煤的清潔利用。
“煤改氣”,問題不止“氣短”
提到使用清潔能源,很多人第一反應就是“大力發展天然氣”。確實,在一眾清潔能源之中,天然氣目前是被開發應用得最為廣泛的一種。電視里,中國與俄羅斯等國家簽訂大宗天然氣進口協議的新聞也讓人對天然氣在不久的將來大展拳腳充滿了期待。不過,花巨資引進天然氣的中國,是不是在“財大”之余就能變得“氣粗”了呢?
清華大學熱能工程系教授姚強算了這樣一筆賬:“我們國家目前的能源消費結構大概60%～70%是煤,17%～20%是石油,5%～6%是天然氣,核能、其他可再生能源等加起來不到10%。而國際上大概30%多一些是煤,33%是石油,25%左右是天然氣,剩下10%左右是其他能源。2020年,之前簽約的各國天然氣都進來了,加上我們自己開采的,也就4000億立方米。也僅僅能夠占到我們能源消費結構的10%,仍遠遠低于25%的國際水平。”
實際上,不少大力發展“煤改氣”的城市,最后都被“找不到足夠的天然氣”搞得難以為繼。北京搞“四大燃氣熱電中心”,在清華大學熱能工程系教授、中國工程院院士倪維斗看來,是“也只有首都才有這種便利條件能這么搞”,從全國的實際情況來講根本不現實。
使用天然氣,“氣短”并不是唯一的問題。倪維斗院士解釋說,中國北方的能源供應一般是“熱電聯供”,發電和供暖要同步進行,并且每種能源產生的電量和熱量的比率是相對固定的。跟煤相比,天然氣的電熱比更高,即在供同樣多熱量的情況下,需要燒更多的天然氣,而北京每年供熱的量是相對固定的,所以,用的氣就更多了。
倪維斗院士接著說,天然氣雖然是清潔能源,但也只是“相對清潔”,如果不是在純氧環境中高溫燃燒,同樣會和空氣中的氮氣發生反應產生會導致霧霾的氮氧化物,“用天然氣代替燃煤發電,天然氣再清潔也架不住用得多。這樣算下來,產生的氮氧化物可能比之前還多。”
清潔能源一定“清潔”嗎?
天然氣雖然清潔,畢竟也屬于“化石能源”。那么,太陽能、風能這些看起來更加“綠色”的清潔能源呢?
對于評估一種能源對于環境的影響,倪維斗院士提出了“全生命周期分析”的概念,考慮的層面不光是能源的使用層面,還要從采集層面考慮能源的清潔性:“比如說太陽能,太陽能使用過程確實不產生污染物,但是做太陽能設備是非常耗能的。做太陽能板,用單晶硅、多晶硅,這些東西很耗能的。純度很高的硅體,煉一噸要用好幾十萬度電。”
相對而言,風能在前期采集過程中的能耗相對低一些。然而,在風能發電如何進入電網這個環節,又出現了問題。“風電,包括太陽能發電也是,發多少電取決于‘老天爺’——風大風小,晴天陰天,都會影響發電多少。但本身電網的需求是要求‘可控’——需要電多就得多發一些,需要電少就少發一點。一般現在燃煤電廠都是可控的。可以多發可以少發。但是風電的話,電網的需求跟老天爺不一定‘匹配’。發電和送電是要同步的,不能說存起來,現在還沒有很好的技術來存電。如果能存起來,那么可以解決很多問題。現在風電的規模越來越大,但是電網與之相匹配的即發即用的系統沒建立起來。”倪院士坦言,在現有技術條件下,風電想接入電網,不但要有大量的設備調整,同時電網內原有的很多火力發電廠也要針對風電的波動來調整自己的發電量,涉及變動的地方太多,更需要很多備用機組來待命,“有的電網方面的人,直接就管風電叫做‘垃圾電’‘劣質電’,電網接納風電的積極性一直不高。”
煤也可以是清潔的,治霾的核心問題還是應該好好研究煤的清潔利用
至于煤炭是霧霾“禍首”的看法,倪維斗院士雖然也認可,但他覺得如果因此來限制燃煤發電,明顯是“板子沒打對屁股”:“其實燃煤發電對霧霾的‘貢獻’很有限。最主要還是散煤的燃燒。”
姚強教授也認可倪院士的觀點:“散煤是什么?比如家家戶戶燒的煤球、蜂窩煤,還有一些自己供暖的小鍋爐,那個小爐子要去控制它的二氧化硫、氮氧化物等的排放,是很難的。我計算過,沒有減排控制的400萬噸散煤造成的污染物,大概和2000萬噸進行了集中減排處理的煤造成的污染物是相當的。”實際上,在美國,90%的煤都集中用在發電領域,德國也有88%。而中國,這個數字只占50%。
“煤不一定就是臟的。你可以很好地利用潔凈煤技術,包括脫硫脫硝、煤的汽化液化等潔凈煤技術,完全可以在相同的煤炭使用的情況下,污染物減少至少一半,甚至能達到80%～90%。”姚強教授介紹說,現在在國內,已經有一些燃煤電廠的污染物排放接近甚至達到了天然氣的排放標準,上海外高橋第三發電廠的排放量之少甚至達到了世界第一。
“清潔能源的概念是什么?是不是排放污染物少?如果能通過技術減少煤炭使用時的污染物排放量,能說它就不清潔么?”倪維斗院士指出,控制霧霾,對煤不能一刀砍死。因為煤的總量太大了,占到70%多的比重。中國最主要的能源支撐就是煤,核心問題還是應該研究好煤的清潔利用。
清潔能源要“巧用”
煤炭要清潔利用,同時倪維斗院士認為,目前還“難堪大任”的清潔能源,從長遠角度來看也需要發展,問題是要“巧用”,要發揮其最大價值。
“像天然氣、風電、太陽能電這樣的清潔能源,更適宜用分布式能源系統來解決——發電系統不一定是大電網,比如清華大學搞一些機器設備,能發電、冬天能供熱,夏天能供冷。以天然氣為主,可以加上風電、太陽能、地熱能等,自己形成一個小網。基本上自給自足,實在不行再用電網電。”
倪維斗院士介紹的這種擺脫電網,“自立門戶”的分布式能源系統,基本構成是一個發動機(按照發電規模可以采用內燃機或燃氣輪機)用天然氣為一個區域發電,同時該區域的風電、太陽能、地熱等都可以耦合進來,完成不同種來源供電的小平衡。而如果分布式能源系統形成規模,一個個小系統之間還可以就近連接起來,形成區域間的能源互補利用。“所以說,天然氣的價值在于它不僅僅本身是清潔能源,它其實還具有帶動其它清潔的可再生能源應用的潛力——就是通過分布式能源系統把各種可再生能源帶起來。這才是天然氣最能發揮作用的地方。”
