燃煤發(fā)電正在從黑走向白

劉國偉

印度：控制煤電污染會損失百億美元

長期以來，煤電一直是全球電力生產(chǎn)的領(lǐng)導(dǎo)者。根據(jù)英國石油公司（BP）2018年發(fā)布的《世界能源統(tǒng)計年鑒》，本世紀(jì)以來，燃煤發(fā)電在全球電力生產(chǎn)中的占比基本徘徊在40%上下，幾乎是核電、水電和可再生能源發(fā)電量之和。從煤電占能源供應(yīng)比例來看，中國、印度、波蘭和南非四國國內(nèi)超過2/3的電力來自煤電。

以印度為代表的亞洲發(fā)展中國家，由于缺乏較為先進(jìn)的清潔能源、儲能技術(shù)以及成熟的可再生能源政策框架，使用清潔能源的成本較高，對印度這樣的新興經(jīng)濟(jì)體來說，廉價的煤電仍是最佳的發(fā)電選擇，這就使得南亞和東南亞一帶成為全球少有的煤電占比增長地區(qū)，但這也給當(dāng)?shù)孛弘娭挝蹘砹瞬恍〉穆闊?/p>

幾年前，印度科學(xué)技術(shù)與政策研究中心（CSTEP）進(jìn)行的一項空氣污染研究表明，由于印度的燃煤電廠向大氣中排放大量有害氣體和顆粒物，到2030年因不遵守排放標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)致的早死病例多達(dá)30萬至32萬例，此外還有5100萬人因呼吸系統(tǒng)疾病住院。安裝更先進(jìn)的設(shè)備來控制硫氧化物、氮氧化物和顆粒物等是個不錯的選擇，但這筆賬算下來，印度的燃煤電廠要損失98億至115億美元，每度電的成本會因此提高9%至21%，

印度當(dāng)局經(jīng)過權(quán)衡，最后認(rèn)為控制煤電污值得投入。2015年12月，印度環(huán)境、森林與氣候變化部（MOEFCC）出臺了限制燃煤電廠中硫氧化物、氮氧化物和顆粒物濃度的新標(biāo)準(zhǔn)，給國內(nèi)燃煤電廠兩年限期執(zhí)行。但到2017年12月，當(dāng)局發(fā)現(xiàn)幾乎沒有燃煤電廠安裝了治理污染的設(shè)備，于是被迫將最后期限延長至2022年。”有消息人士說，兩年限期讓煤電行業(yè)承受了巨大的壓力，這才導(dǎo)致了延期。但大多數(shù)專家認(rèn)為，到2022年許多燃煤電廠仍不會遵守嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)局對此有所準(zhǔn)備，正從招標(biāo)和施工審批、杜絕監(jiān)測數(shù)據(jù)造假和監(jiān)督改造成本上加大管理力度。目前，印度正在改造境內(nèi)所有舊煤電廠，使其排放水平降至國家標(biāo)準(zhǔn)，同時將關(guān)閉一批嚴(yán)重超期服役的老舊電廠。

拋開具體的技術(shù)不談，我們可以認(rèn)為印度在煤電污染治理中遇到的問題是許多發(fā)展中國家普遍存在的。不過，好在隨著可再生能源發(fā)電成本的不斷下降，煤電在印度能源結(jié)構(gòu)中的“王者”身份也許會開始動搖。

日本：逐漸淘汰低效燃煤電廠

據(jù)國際能源署（EIA）2019年公布的數(shù)據(jù)，2018年日本90多家燃煤電廠的發(fā)電量估計為3170億千瓦時，在日本電力結(jié)構(gòu)中占比約為1/3。日本煤炭消費(fèi)總量中99%來自進(jìn)口。2018年，日本進(jìn)口煤炭總量超過2.1億噸，若加上天然氣發(fā)電量，日本有74%的電力來自于化石能源，這一比例遠(yuǎn)高于歐美發(fā)達(dá)國家。

日本煤電高占比的原因是一次歷史性突發(fā)事件。早在2010年時，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省就計劃減少燃煤發(fā)電量，計劃到2030年將煤電份額減少一半以上，用核電彌補(bǔ)這一空缺，將核電比例提升至50%。然而，2011年發(fā)生的福島核事故不僅大大削弱了日本電力的“清潔度”，更引爆了公眾多年來都無法緩和的“反核”情緒。為彌補(bǔ)關(guān)停核電帶來的電力缺口，日本啟動了很多煤電項目。不過，日本較好地處理了煤電產(chǎn)能擴(kuò)大和污染治理之間的矛盾，原因是日本在煤電污染控制技術(shù)上有底氣。

日本自上世紀(jì)七八十年代以來，在燃煤發(fā)電諸多環(huán)節(jié)研發(fā)了大量先進(jìn)技術(shù)，并投入使用，其中一些技術(shù)出口國外（包括中國）。在煙氣污染防治技術(shù)方面，日本應(yīng)用的以低低溫電除塵技術(shù)為核心的煙氣協(xié)同治理技術(shù)路線中，濕法脫硫的協(xié)同除塵效率可達(dá) 70%～90%。再如資源化脫硫技術(shù)中的活性焦脫硫技術(shù)，是通過移動床利用活性焦吸附解吸二氧化硫，利用硫酸生產(chǎn)工藝制備硫酸，集脫硫和收集工業(yè)原材料于一體。該技術(shù)在日本等國的大型電廠中投入應(yīng)用，日本的新磯子電廠已有 2×600兆瓦機(jī)組的應(yīng)用業(yè)績。

在低氮燃燒方面，日本的三菱、日立公司等在低氮氧化物燃燒器開發(fā)與應(yīng)用上均有良好表現(xiàn)。在低氮燃燒技術(shù)相關(guān)專利申請方面，全球相關(guān)專利申請企業(yè)排名前10位中，日本占有6家，美國有3家。但好消息是，近幾年來我國在這方面的專利數(shù)量正迅速增加。

2015年6月，日本成立由政產(chǎn)學(xué)各界組成的“促進(jìn)新一代火力發(fā)電技術(shù)協(xié)會”，開始舉全國之力推動下一代火力發(fā)電清潔高效利用技術(shù)的開發(fā)。日本內(nèi)閣于2018年7月批準(zhǔn)第五個戰(zhàn)略能源計劃，推動日本向高效和下一代燃煤發(fā)電轉(zhuǎn)變，以逐步淘汰低效煤炭使用。今年7月，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)大臣梶山弘志表示，日本將在2030年前逐漸淘汰低效燃煤發(fā)電廠，這是其戰(zhàn)略能源計劃的一部分，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省官員開始制定更為有效的新框架，以確保逐步淘汰低效燃煤發(fā)電廠。

美國：煤電發(fā)電量最大的發(fā)達(dá)國家

全球能源監(jiān)測機(jī)構(gòu)發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2019年全球燃煤電站發(fā)電總量排名前十的國家由高到低依次為：中國、印度、美國、日本、韓國、南非、德國、俄羅斯、印度尼西亞、澳大利亞。在新建燃煤電站方面，2019年這10國中僅有美國、德國、澳大利亞3個國家沒有新建燃煤電站投運(yùn)，且美國2019年關(guān)閉的燃煤電站容量位居10國之首。但如今的美國仍然是煤電發(fā)電量最大的發(fā)達(dá)國家，燃煤電廠對美國空氣污染帶來的影響（包括PM2.5、臭氧和酸雨等）也不容忽視。在美國，燃煤電廠每年消耗的煤炭占煤炭消費(fèi)總量的90%以上，燃煤電廠排放的二氧化硫約占全美國排放總量的一半，排放的氮氧化物占10%。

在美國，大多數(shù)燃煤電廠采用濕法煙氣脫硫系統(tǒng)（WFGD）來控制二氧化硫排放，用低氮燃燒器、燃盡風(fēng)和選擇性催化還原系統(tǒng)（SCR）來控制氮氧化物排放，用靜電除塵器（ESP）來控制顆粒物（PM）。大約有一半的燃煤電廠還會使用帶有袋式除塵器的活性碳噴射系統(tǒng)（ACI）來控制汞排放。美國在低氮燃燒領(lǐng)域較為擅長。美國有公司開發(fā)了旋轉(zhuǎn)對沖燃盡風(fēng)技術(shù)（ROFA），從鍋爐二次風(fēng)中抽取30%左右的風(fēng)量，通過不對稱安放的噴嘴，以高速射流方式射入爐膛上部，形成渦流，從而改善爐內(nèi)的物料混合和溫度分布，從而大幅降低氮氧化物生成。目前，該技術(shù)在歐美發(fā)達(dá)國家有良好的應(yīng)用。

全球每年排放到大氣中的汞總量約為5000噸，而燃煤過程中汞排放占相當(dāng)大的比重。從上世紀(jì)末開始，汞污染治理一直是美國燃煤電廠的防治重點(diǎn)之一。美國環(huán)境保護(hù)署（EPA）稱，在1990年，下列三個工業(yè)部門的汞排放總量約占美國的2/3：醫(yī)療廢物焚化爐、市政垃圾焚燒廠和燃煤發(fā)電廠。前兩個行業(yè)已受到排放標(biāo)準(zhǔn)的約束，但燃煤電廠的汞污染還有待治理。

本世紀(jì)以來，美國燃煤電廠根據(jù)“清潔天空計劃”的要求，開始重點(diǎn)解決排汞控制問題，美國能源部為此選擇了8項新的排汞控制技術(shù)試驗項目進(jìn)行投資。美國電力科學(xué)研究院的專利排汞控制技術(shù)作為試驗項目的一部分，在6個項目中進(jìn)行試驗。此外，美國能源部計劃長期大規(guī)模地對富有發(fā)展前景的排汞控制技術(shù)進(jìn)行試驗，尤其是在燃燒褐煤和裝有較小型靜電除塵器的燃煤電廠展開試驗。

歐盟：多國公布淘汰煤電時間表

在歐洲國家中，德國率先向燃煤發(fā)電污染開刀，在上世紀(jì)80年代制訂了《大型燃燒裝置法》，要求自 1987年7月1日起，大型燃燒裝置排放煙氣中的二氧化硫濃度不得超過400毫克/立方米，煙氣中的硫含量低于燃料含硫量的15%。因此，幾乎所有的德國電廠都在原有的機(jī)爐廠房旁建立起高大嶄新的煙氣脫硫、脫硝設(shè)備，這成為德國電廠的一大特色。德國人后來把1983至1988 年期間在全西德范圍內(nèi)加裝煙氣凈化設(shè)備的舉措稱之為“改裝運(yùn)動”。到1988年，西德已有95%的裝機(jī)容量安裝了煙氣脫硫裝置，燃煤電廠的二氧化硫排放量由1982年的155萬噸降低到1991年的20萬噸，削減幅度達(dá)到87%，在歐盟和世界范圍內(nèi)起到了很好的示范帶頭作用。

由于燃煤電廠煙氣在脫硝、除塵和脫硫的同時，可對汞產(chǎn)生協(xié)同脫除的效應(yīng)。歐盟《大型燃燒裝置的最佳可行技術(shù)參考文件》建議，汞的脫除優(yōu)先考慮采用高效除塵、煙氣脫硫和脫硝協(xié)同控制的技術(shù)路線。采用電除塵器或布袋除塵器后加裝煙氣脫硫裝置，平均脫除效率在75%（電除塵器為50%，煙氣脫硫為50%），若加上SCR裝置可達(dá)90%。

在清潔煤領(lǐng)域，歐盟研究開發(fā)的項目有整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC）技術(shù)、煤和生物質(zhì)及廢棄物聯(lián)合氣化技術(shù)、循環(huán)流化床燃燒（簡稱CFB，當(dāng)前主流清潔煤燃燒技術(shù)）技術(shù)、固體燃料氣化與燃料電池聯(lián)合循環(huán)技術(shù)等。

在歐洲，煤電發(fā)展現(xiàn)狀和預(yù)期因國家而異。這主要取決于各國監(jiān)管機(jī)構(gòu)對脫碳、空氣質(zhì)量的政策，以及煤電在各國電力生產(chǎn)中的地位等。為了落實(shí)《巴黎協(xié)定》中的節(jié)能減排目標(biāo)，歐洲各國政府也相繼公布了淘汰煤電的時間表：英國決定在2025年前關(guān)閉所有煤電設(shè)施；法國計劃到2021年關(guān)閉所有煤電廠；芬蘭考慮到2030年全面禁煤；荷蘭將從2030年起禁止使用燃煤發(fā)電等。類似情況也在世界其他地方發(fā)生。包括美國在內(nèi)的許多國家正在遠(yuǎn)離煤炭，因為其他清潔能源正在變得越來越便宜，而環(huán)境法規(guī)也讓這種礦物燃料的市場遇冷——既然燃煤發(fā)電有替代選擇，為什么還要用呢？

中國：煤電排污標(biāo)準(zhǔn)比發(fā)達(dá)國家嚴(yán)

由于煤電在我國電力供應(yīng)結(jié)構(gòu)中占比超過一半，全面實(shí)施超低排放和節(jié)能改造，有利于提升我國煤電行業(yè)清潔、高效、高質(zhì)量發(fā)展的水平。自2014年以來，我國大力推進(jìn)國內(nèi)各發(fā)電企業(yè)實(shí)施超低排放和節(jié)能改造工程。一方面推行更為嚴(yán)格的煤電能效環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，提出全國有條件的新建燃煤發(fā)電機(jī)組大氣污染物排放濃度基本達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值，具備條件的現(xiàn)役燃煤機(jī)組實(shí)施超低排放改造。另一方面，有關(guān)部門進(jìn)一步明確超低排放電價政策，有效降低了企業(yè)改造和運(yùn)行成本。

據(jù)中國電力企業(yè)聯(lián)合會統(tǒng)計，在2012年至2017年這5年間，在全國煤電裝機(jī)容量增幅達(dá)30%的情況下，煤電的二氧化硫、氮氧化物、煙塵排放量下降幅度達(dá)86%、89%、85%。煤電機(jī)組供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗從325克/千瓦時下降至312克/千瓦時。考慮到我國煤電裝機(jī)容量全球最大，現(xiàn)在超低排放改造的基礎(chǔ)容量已經(jīng)超過7億千瓦，這在全世界都絕無僅有。以前，我國的煙氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)比發(fā)達(dá)國家要寬松，但現(xiàn)在我國燃煤電廠煙塵、二氧化硫和氮氧化物排放水平已與燃?xì)怆姀S接近，比發(fā)達(dá)國家的排放要求嚴(yán)格50%以上。

中國的燃煤電廠發(fā)生的變化說明，煤電作為上個世紀(jì)遺留下來的象征物并沒有過時，只要我們有智慧地對其進(jìn)行充分利用，它就能繼續(xù)生存并煥發(fā)出生機(jī)活力。

（本文寫作中參考了國際能源署、獨(dú)立環(huán)境報道、德國之聲和美國能源署等網(wǎng)站的信息，在此一并致謝！）