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2025年07月18日
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這幾天,京津冀及其周邊地區(qū)又陷入了持續(xù)重污染霧霾天氣。
對(duì)于霧霾污染源的具體構(gòu)成數(shù)據(jù),目前不同機(jī)構(gòu)都有各自的意見。不過,對(duì)于造成國內(nèi)霧霾的“主犯”,無論是中科院張仁健的課題組,還是北京大學(xué)胡敏教授的課題組、清華大學(xué)姚強(qiáng)教授的課題組等,都一致認(rèn)為是“化石燃料”——尤其是燃煤。
與此同時(shí),2013年12月2日,由環(huán)保組織“綠色和平”與英國利茲大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)最新發(fā)布的《霧霾真相——京津冀地區(qū)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(gè)京津冀地區(qū)霧霾的最大根源。
確實(shí),因霧霾四處作亂,近年來批判“煤在能源結(jié)構(gòu)中比重過大”,呼吁大力發(fā)展清潔能源的聲音,無論在學(xué)界、政府還是公眾之中都時(shí)常可以聽到。而北京、唐山、濟(jì)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(shè)四大燃?xì)鉄犭娭行?全面關(guān)停燃煤電廠”。
不過,在一些學(xué)者看來,這樣使用清潔能源,實(shí)在是有些“暴殄天物”。
更有學(xué)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(yīng)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(yīng)就是“大力發(fā)展天然氣”。確實(shí),在一眾清潔能源之中,天然氣目前是被開發(fā)應(yīng)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(jìn)口協(xié)議的新聞也讓人對(duì)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(jìn)天然氣的中國,是不是在“財(cái)大”之余就能變得“氣粗”了呢?
清華大學(xué)熱能工程系教授姚強(qiáng)算了這樣一筆賬:“我們國家目前的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)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(jìn)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(fèi)結(jié)構(gòu)的10%,仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于25%的國際水平。”
實(shí)際上,不少大力發(fā)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?xì)鉄犭娭行摹?在清華大學(xué)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(shí)際情況來講根本不現(xiàn)實(shí)。
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(yīng)一般是“熱電聯(lián)供”,發(fā)電和供暖要同步進(jìn)行,并且每種能源產(chǎn)生的電量和熱量的比率是相對(duì)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(duì)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(duì)清潔”,如果不是在純氧環(huán)境中高溫燃燒,同樣會(huì)和空氣中的氮?dú)獍l(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生會(huì)導(dǎo)致霧霾的氮氧化物,“用天然氣代替燃煤發(fā)電,天然氣再清潔也架不住用得多。這樣算下來,產(chǎn)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(fēng)能這些看起來更加“綠色”的清潔能源呢?
對(duì)于評(píng)估一種能源對(duì)于環(huán)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(shí)不產(chǎn)生污染物,但是做太陽能設(shè)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(duì)而言,風(fēng)能在前期采集過程中的能耗相對(duì)低一些。然而,在風(fēng)能發(fā)電如何進(jìn)入電網(wǎng)這個(gè)環(huán)節(jié),又出現(xiàn)了問題。“風(fēng)電,包括太陽能發(fā)電也是,發(fā)多少電取決于‘老天爺’——風(fēng)大風(fēng)小,晴天陰天,都會(huì)影響發(fā)電多少。但本身電網(wǎng)的需求是要求‘可控’——需要電多就得多發(fā)一些,需要電少就少發(fā)一點(diǎn)。一般現(xiàn)在燃煤電廠都是可控的。可以多發(fā)可以少發(fā)。但是風(fēng)電的話,電網(wǎng)的需求跟老天爺不一定‘匹配’。發(fā)電和送電是要同步的,不能說存起來,現(xiàn)在還沒有很好的技術(shù)來存電。如果能存起來,那么可以解決很多問題。現(xiàn)在風(fēng)電的規(guī)模越來越大,但是電網(wǎng)與之相匹配的即發(fā)即用的系統(tǒng)沒建立起來。”倪院士坦言,在現(xiàn)有技術(shù)條件下,風(fēng)電想接入電網(wǎng),不但要有大量的設(shè)備調(diào)整,同時(shí)電網(wǎng)內(nèi)原有的很多火力發(fā)電廠也要針對(duì)風(fēng)電的波動(dòng)來調(diào)整自己的發(fā)電量,涉及變動(dòng)的地方太多,更需要很多備用機(jī)組來待命,“有的電網(wǎng)方面的人,直接就管風(fēng)電叫做‘垃圾電’‘劣質(zhì)電’,電網(wǎng)接納風(fēng)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(yīng)該好好研究煤的清潔利用
至于煤炭是霧霾“禍?zhǔn)住钡目捶?倪維斗院士雖然也認(rèn)可,但他覺得如果因此來限制燃煤發(fā)電,明顯是“板子沒打?qū)ζü伞?“其實(shí)燃煤發(fā)電對(duì)霧霾的‘貢獻(xiàn)’很有限。最主要還是散煤的燃燒。”
姚強(qiáng)教授也認(rèn)可倪院士的觀點(diǎn):“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(gè)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(jì)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(jìn)行了集中減排處理的煤造成的污染物是相當(dāng)?shù)摹！睂?shí)際上,在美國,90%的煤都集中用在發(fā)電領(lǐng)域,德國也有88%。而中國,這個(gè)數(shù)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(shù),包括脫硫脫硝、煤的汽化液化等潔凈煤技術(shù),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(dá)到80%～90%。”姚強(qiáng)教授介紹說,現(xiàn)在在國內(nèi),已經(jīng)有一些燃煤電廠的污染物排放接近甚至達(dá)到了天然氣的排放標(biāo)準(zhǔn),上海外高橋第三發(fā)電廠的排放量之少甚至達(dá)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(shù)減少煤炭使用時(shí)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(duì)煤不能一刀砍死。因?yàn)槊旱目偭刻罅?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(yīng)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(shí)倪維斗院士認(rèn)為,目前還“難堪大任”的清潔能源,從長遠(yuǎn)角度來看也需要發(fā)展,問題是要“巧用”,要發(fā)揮其最大價(jià)值。
“像天然氣、風(fēng)電、太陽能電這樣的清潔能源,更適宜用分布式能源系統(tǒng)來解決——發(fā)電系統(tǒng)不一定是大電網(wǎng),比如清華大學(xué)搞一些機(jī)器設(shè)備,能發(fā)電、冬天能供熱,夏天能供冷。以天然氣為主,可以加上風(fēng)電、太陽能、地?zé)崮艿?自己形成一個(gè)小網(wǎng)。基本上自給自足,實(shí)在不行再用電網(wǎng)電。”
倪維斗院士介紹的這種擺脫電網(wǎng),“自立門戶”的分布式能源系統(tǒng),基本構(gòu)成是一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)(按照發(fā)電規(guī)模可以采用內(nèi)燃機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī))用天然氣為一個(gè)區(qū)域發(fā)電,同時(shí)該區(qū)域的風(fēng)電、太陽能、地?zé)岬榷伎梢择詈线M(jìn)來,完成不同種來源供電的小平衡。而如果分布式能源系統(tǒng)形成規(guī)模,一個(gè)個(gè)小系統(tǒng)之間還可以就近連接起來,形成區(qū)域間的能源互補(bǔ)利用。“所以說,天然氣的價(jià)值在于它不僅僅本身是清潔能源,它其實(shí)還具有帶動(dòng)其它清潔的可再生能源應(yīng)用的潛力——就是通過分布式能源系統(tǒng)把各種可再生能源帶起來。這才是天然氣最能發(fā)揮作用的地方。”
