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煤电是中国治霾的关键

时间:2014-07-07 10:45:17 信息来源: 王志轩
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燃煤发电(简称煤电)是致霾还是治霾,答案在中国是十分清楚的。中国煤电燃煤虽然占煤炭消费量的50%以上,但由于煤电不断提高污染控制水平以及具有电厂布局范围大、排放烟囱高的特点,治理后排放到空气中的污染物只是导致雾霾的次要原因之一;而城市中热电联产的煤电机组,由于替代了大量的无污染控制或者污染控制水平低的散烧煤锅炉,间接上对减轻雾霾的影响发挥了重要作用,如果再加快散烧煤转为电煤、以电代煤、以电代油的步伐,煤电治霾将会发挥更显著的作用。

一、社会总成本最低的环境经济学原理是我国煤电治霾的理论依据

自然环境可以通过稀释、吸收、降解等物理、化学或生物作用,使排放到环境中的一定数量的污染物在一定的时间内,不影响人类健康,环境的这种作用称为自净能力,自净能力的限度即为环境容量。环境容量的概念至少告诉我们两点:一是在环境容量内排放一定数量的污染物并不对人类健康和生态环境造成不可接受的影响;二是超过环境容量排放的污染物会对环境会产生损害,损害程度一般会随着排放量的增加而增大。由于人类活动很难杜绝向环境排放污染物,因此,从经济发展与环境保护相协调的理念出发,研究在环境中排放污染物的合理限值,成为制定环境质量标准及污染物排放标准的重要基础。

从环境经济学原理可知,污染的合理限值就是社会总成本最低时所对应的污染物排放量。社会总成本为污染治理成本和环境损害成本之和,由污染物治理量与边际治理成本,污染物排放量与边际损害成本等因素决定。一般情况下不论对一个企业还是对区域的污染治理,污染物排放治理边际成本随着污染治理效果提高而增大(如除尘效率为99%时去除每千克烟尘治理的费用要大大高于除尘效率为90%时去除每千克烟尘治理的费用)。当治理效率接近零排放时,治理边际成本往往呈指数式快速增长。而边际损害成本与此相反,即随着污染治理效果增大而减少。当边际治理成本曲线与边际损害成本曲线相交之时,相交点所对应的排污量就是社会总边际成本最低时的排放量。尽管在环境经济学中可以通过各种方法将污染损害成本货币化,但对一些特殊的环境损害行为货币化时非常困难。。所以在实践中,往往结合污染物特性、社会总成本、环境容量、污染治理技术发展状况等因素确定排放限值。显然,当制定的排放限值过严或者过宽时,表明污染治理措施过度或者不足。

以上论述说明了不论雾霾影响多么严重,不论从单个污染源还是区域污染排放看,也不论污染源多么复杂,理论上存在一个社会总成本最低的污染排放量,也充分说明了污染排放标准并不是越严越好。我国修订颁布的《环境保护法》继续坚持了修订前的规定即:“根据国家环境质量标准和国家经济、技术条件,制定国家污染物排放标准”。。

美国、欧盟等发达国家和地区在制定燃煤电厂大气污染物排放限值时就是采用了“最佳可行技术(Best Available Technology Economically Achievable, BAT)”的方法,也可直译为“经济上可实现的最佳可行技术”。 “最佳可行技术”的特征也可以表现为:在一般煤质和运行工况下,电站除尘设备的效率可达99.5%以上,烟气脱硫效率可达95%以上,烟气脱硝效率可达80%以上。如果在这样的基础上进一步提高污染控制要求,则污染控制设施所产生环境效益明显下降,经济代价明显上升,污染控制设备自身的能量消耗和资源消耗明显增大。因此,除非在特定地区(如我国的特别排放限值地区)且经过充分论证外,不应采取得不偿失的过严做法。在我国目前面临的结构型污染和大量散烧煤存在的情况下,过分地对燃煤电厂这样容易监管的企业不断加严要求甚至提出近“零”排放要求,会大大超出最优社会总成本。

而煤电治霾就是根据我国雾霾特点以及能源、环境的实际情况,依据社会总成本最优的环境经济学原理提出。

经常可以遇到这种逻辑表述:雾霾污染主要原因之一是燃煤,电厂燃煤占全部燃煤的50%以上,解决了电厂燃煤污染就是抓住了治理雾霾的关键。这种看似“严密”的表述,事实并非如此。一个明显的例证就是北京市的燃煤电厂改为燃气电厂。北京燃煤电厂原煤消耗量为927万吨(发电643万吨、供热284万吨),其中,高井电厂、高碑店电厂、国华一热、京能热电(以下简称四家电厂)消耗燃煤913万吨,约占全市燃煤的40%,但是2012年,这四家电厂占北京市二氧化硫、氮氧化物、烟(粉)尘三项大气污染物排放量合计仅为2.5%这种替代从直接环境效益很小;而从间接环境效益看,在天然气紧缺的前提下,用燃气替代散烧煤的效果要大大优于替代燃煤供热电厂,更有利于区域环境质量的改善。由于燃气热电联产替代的成本要大大高于燃煤热电联产,北京的替代方案使燃气发电高于燃煤发电约0.2/千瓦时以上,污染物消减成本大幅度增加,如其中一家电厂的年运行成本增加10.2亿元,污染物削减增量成本达700/千克,高于全社会平均污染治理成本数百倍,也造成了被替代的煤电固定资产的浪费,增加了电厂投资方的风险。从能源供应的安全性看,燃气与燃煤发电供热相比,气源的可靠性和供应系统的可靠性降低。从解决就业看,四家电厂员工数千人,而新建燃机项目可提供的岗位仅200-300左右,不到十分之一,多数职工将面临转岗和安置。

再来看排污收费对电厂的作用。据“北京网”报道,北京市环保局在56日公布了今年一季度排污收费情况,大幅提高二氧化硫、氮氧化物、化学需氧量、氨氮等四项主要污染物的排污收费标准,其中二氧化硫、氮氧化物排污费的收费标准由每公斤0.63元,提高到10元,提高了约15倍,四家电厂第一季度排污费共计1847.66万元,占北京市总收费8800万元的21%。很多媒体在引用时将四家电厂交费数量作为标题,明显给人的印象是四家电厂是北京市主要污染源的印象,对收费增大流露出赞扬态度。四家燃煤电厂采用的是全世界上最严格的排放标准,烟尘、二氧化硫、氮氧化物三项大气污染物年排放总量占北京市总排放量2.5%,排污费却占到了20%多。如果进一步削减污染物排放,其控制成本远高于每公斤10元的排污费用,可见排污收费对燃煤电厂已经起不到任何促进治理的作用,只不过是为收而收,进一步鞭打快牛而已!对于这种理论上不合理、实践上错误但却有发扬光大之势的环境管理政策给予赞扬的做法,只能说是一种讽刺和悲哀。

 

 二、中国环境污染特点和能源特点决定了煤电是治霾的关键

要回答煤电是否是治霾的关键,必须从能源结构、发展阶段、能源布局、经济性等多方面系统综合考虑。从近期来看,要快速、经济有效减缓霾的影响,煤电起关键作用。主要基于以下基本判断:

1、我国雾霾的产生并持续加重是机动车排放污染、燃煤排放污染、工业污染、城镇化尤其是大城市快速扩张带来的大规模建设的污染、农业生产污染、农村污染以及城市生活型污染综合作用的结果,但从宏观和整体来看,机动车污染排放和燃煤污染排放是主要原因。

2、不同的区域、不同的季节,雾霾的特点是不同的,形成的原因也不同,不能用某次或者短时间测定的某些样本,冒然确定雾霾或PM2.5中某种污染物的比例,轻率得出哪种污染源占多少比例的结论,从而采取所谓的针对性对策。由于雾霾形成的复杂性、监测样本的数量不够、监测和分析方法的局限性,近几年对雾霾成因的研究,往往出现同一个机构或同一个研究者在不同时期发布的结果不同,或者不同机构不同研究者在同一时间发布结果不同。不同地区的研究结果不同,这正是雾霾特点的客观反映,但是这些某次发布的片面性研究结果对舆论和决策的影响产生了很大的误导作用,值得警惕。

3、对于燃煤排放影响而言,不能以燃煤量的多少来衡量污染物排放量的大小,也不能用某种污染源排放量的大小来衡量对雾霾影响的大小,更不能以电力排放量比例高来证明对雾霾的影响大,必须结合污染控制技术、污染源布局和经济结构综合分析。在我国每年约40亿吨原煤使用中,50%左右为电力所用,由于电力排放量逐年减少加上电源布局和排放方式的特点,煤电排放的影响是逐年减少的;燃煤对环境产生污染的主要是8亿吨散烧煤,还有大量低污染控制水平的燃煤工业污染源排放,这部分对环境的污染在近些年是逐渐加重的。

4、热电联产的燃煤电厂是解决在燃气不足的条件下,改善环境质量、保障城市供热的最佳选择,是城市环境质量改善的功臣。也正是我国在近几十年不断提高城市燃煤热电联产的比例,替代了成千上万小锅炉的污染。雾霾污染加重不是燃煤热电联产所为,把雾霾产生帽子扣在城市燃煤热电联产的头上,不仅是张冠李戴的错误,而且由此产生的错误决策会延误治霾大计。

5、风能、太阳能等清洁可再生能源替代传统化石能源是必然趋势,是战略选择,但不是短期内能实现的,用加快可再生能源的发展来解决雾霾问题,目前是杯水车薪、远水不解近渴。

6、用天然气替代煤炭是治理雾霾的有效选择,但天然气(包括煤制气、致密气、煤层气、页岩气等)在十多年甚至更长时间内是短缺的,而且资源价格要大大高于煤炭。像美国的页岩气革命对其能源结构和经济性所产生的效果,是否可以在中国复制有很大的不确定性。即便美国页岩气革命非常成功,煤电发电量的比例出现下降,但2013美国燃煤发电量的比例仍然为各种能源发电之最,高达39%

7、继续坚持能源、环境、经济协调发展的原则,即要坚持在达到相同的经济发展和环境保护的效果下能源成本最低原则,而不是不讲综合效益、只求手段、只求表面政绩,不管三七二十一就是要减煤。

如果以上判断是符合实际的,是符合客观规律的,那么通过把散燃烧煤转换为煤电,提高煤炭转换为电力的比重,提高电力在终端能源消费中的比重,提高以电代煤、以电代油的比重,在污染物排放总量恒定或减少的情况下,提高而不是减少电力污染物排放量比例,那么煤电就是治霾的关键,而且是必然选择。

 三、不科学的认识和环境管理制度是煤电治霾的主要障碍

随着我国雾霾污染的猖獗,燃煤污染屡屡被人们口诛笔伐。虽然与煤沾边的产业无一不受到影响,但影响最大的还是燃煤发电厂。通过媒体造势、专家与“砖家”引导、百姓与利益相关方的推进、国有电力企业带头,促生了一轮又一轮针对燃煤电厂不断趋严的环保要求。

从几个标志性行动可以看出这一趋势。一是排放标准不断趋严。2011年修订颁布的《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)已经达到世界最严标准,多数现有燃煤电厂需进行不同程度环保设施改造。二是总量控制要求不断趋严。在“十一五”电力二氧化硫已经下降28.8%的基础上,《节能减排“十二五”规划》要求电力二氧化硫和氮氧化物分别降低16.3%29%三是对达到总量控制要求的时间不断缩短。部分地方为了超额、提前完成污染物减排任务,进一步压缩环保设施改造完成时间,将3年或者2年任务压缩为1年上下。四是执行特别排放限值的范围扩大、执行时间提前。执行特别排放限值的范围由重点地区的重点城市主城区扩大到整个重点地区;仅实施烟尘特别排放限值扩大到二氧化硫、氮氧化物和烟尘三项污染物;时间期限从“十三五”执行直接严格到2014年年底,如近期环保部门要求京津冀地区燃煤电厂在2014年年底前完成特别排放限值改造。五是环境影响评价要求严上加严。部分煤电项目按照燃机大气污染物排放标准、“近零”排放要求审批。六是地方要求比国家要求更严。如浙江要求2017年底前,现有60万千瓦及以上火电机组达到燃气机组排放标准;山东、广东等环保部门亦对燃煤电厂提高了更高要求。七是以北京为代表,掀起了一股用燃气替代城市燃煤供热电厂的热潮。以北京是为例,四家电厂须在2017年前关闭,改为燃机发电供热。八是《环境保护法》修订颁布,全面强化了环保管理要求。如环境质量标准制定、超标处罚等趋严;如地方政府“对国家环境质量标准中已作规定的项目,可以制定严于国家环境质量标准的地方环境质量标准”,而这样的规定在修正前的环保法中只针对排放标准;再如,增加了对违法排放污染物的按日连续处罚的要求,降低了对超标排放的企业限制生产、停产整治、停业、关闭执行机关的门槛。《环境保护法》虽然在明年11日实施,相信新一轮的趋严行动会提前拉开序幕。

从行政许可法的原则和环境管理手段、目的看,环保要求应当是有增有减,相互协调,当一个新的要求提出之后,应相应减少或者改变原来的其他要求,如当排放标准趋严时,排污收费相应减少或者取消。但从实践的结果看,对燃煤电厂的环保要求只有不断堆叠和趋严,而没有相应的减少和改善,就像一道道绳索,对煤电企业进行了反复捆绑。问题的本质不在于是否对企业捆绑——因为环保要求是刚性的——而在于如何正确捆绑。既便是包粽子,一个人、用一根合适绳子即可,而不能是一个粽子多人(多个部门)包,线绳、麻绳、皮筋、塑料绳甚至铁丝(多种方法)一起上。虽然起决定性作用的往往是最严的那道绳索,但多层、多头的要求及监管消耗了大量的行政资源和浪费了大量的企业精力。

从全局来看,单一行业的效率和污染物控制水平的提高并非就是合理的。如趋严环保要求,燃煤电厂能够减少多少污染物排放?这些减少的污染物排放占工业排放多少?占全国排放多少?这些污染物排放减少对环境质量的改善有多大?对雾霾的减轻能贡献多少?减少这些污染物的经济代价是多少,如果把这些钱用到其他污染控制方面会产生什么样的效果?以气代煤的环境效益、经济效益、社会效益、综合效益、能源安全情况如何?还有,为什么“十一五”期间电力污染物总体减排了雾霾却增加了?大幅度提高排污收费标准真的能起到减排作用吗?

如对燃煤电厂进行污染物总量控制就值得商榷。对于燃煤电厂排放的烟尘、二氧化硫、氮氧化物这三项典型大气污染物,根据其污染的性质、环境质量标准的要求和电厂稳定排放的特性,各国基本采用的污染物排放浓度控制或者在环境质量分担率要求下根据扩散理论计算出的小时排放量速率(如日本采用P值法电厂总量控制)。虽然美国也对二氧化硫采用过总量控制方法,但是其目的、方法与我国的总量控制要求是完全不同的。我国对电厂实施的污染物总量控制的要求,从机制与实践效果看,并不是为了降低污染物排放,也不是为改善区域环境质量——因为完全可以通过趋严或调整污染排放标准、环境影响评价、环境规划的方法达到这一目的——而似乎是为相关部门增加一种行政审批的工具。浓度控制在一轮又一轮的趋严行动中,煤电企业经受了一轮一轮的技术改造和煤质不断提高的洗礼:新建或刚改造完成的脱硫、除尘、脱硝装置又需要重新改造,有的脱硫设备推倒重来,有的刚建成脱硫设施的电厂关停拆除,人烟稀少的戈壁电厂需要高效脱硫、脱硝和高效除尘,含硫量特低的电厂仍需脱硫,已经达到世界最严格的排放标准的燃煤电厂要大规模达到燃气电厂标准…..好像只要有胆量、只要有要求,电厂就能够做到一样。

解决“雾霾”问题是一个涉及到自然和人文、生产和消费、排放与大气扩散、能源总量优化与结构优化等因素共同形成的能源、环境、经济、社会的系统优化问题,不能只将其看成一个简单的污染排放问题,更不能简单地采取限制燃煤电厂尤其是用燃气替代燃煤供热电厂的措施,也不能一味采取提高排放标准、提高排污收费的方法。只有在科学认识的基础上和科学的环境管理条件下,煤电治霾才能发挥应有的作用。实际上如果对排污企业收费采取的是“不超标不收费,超标按累进收费”的话,不仅理论上合理,更会促进企业依法运行,更好地发挥排污收费的作用。

 

 四、煤电治霾应把握有“度”并要坚持绿色发展

也许会有人担心,如果燃煤大量发电,污染物排放环境是否不可承受?

首先,我国煤电大气污染控制水平达世界先进。其中烟尘在1980年年排放量约400万吨,2012年降低到约150万吨;二氧化硫在“十一五”以来明显下降,由2005年的年排放1300万吨下降到2012年的883万吨;氮氧化物年排放900多万吨,且呈下降趋势。每千瓦时火电发电量烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放分别为0.39克、2.26克、2.4克,达到世界先进水平。其次,可以做一个简单的计算,即当中国有40亿吨煤炭用于发电——这是目前可能预测到中国动力煤使用的峰值,从达到这个水平时时间点、环保技术发展水平趋势和合理的排放控制要求趋势来看,其烟尘、二氧化硫、氮氧化物三项污染物的年排放量分别大致在50万吨、200万吨、200万吨左右,而且只要环境需要和经济能够承受,电厂的排放量还会更低,如果再通过对电站的合理布局,常规污染物排放完全可以满足我国环境容量的需要。更为重要的是,电力行业把其他工业、民用领域的动力煤、一部分机动车用油的污染替换为电力排放,将进一步大大改善人群密集地区的环境质量。

另外,从外界看来或者从一些“专家”来看,中国选择通过煤电治霾并不是好的选择,在以替代化石能源尤其是替代煤炭为特征的能源变革中,选择煤电治霾是不是倒退?中国如何应对二氧化碳排放持续增长的情况?中国如何解决煤炭的锁定效应?毫无疑这些问题都是中国面临的重大挑战,但是面对中国能源资源禀赋、国际能源形势、发展阶段、污染特征、治霾急需,这样的选择是两利相权取其重、两害相权取其轻的选择,当然也是正确和必然的选择。

事实上,据国际能源署(IEA)统计,世界金融危机之后美国2009年到2012年,煤电的比重由45.44%下降到38.31%,但 OECD欧洲则由24.82%上升到26.61%,英国由28.0%上升到39.87%,德国由44.27%上升到46.88%。而然气发电的比重美国由22.80%提高到29.83%OECD欧洲由23.57%下降到18.63%,英国由44.63%下降到27.69%,德国由13.50%下降到11.46%。对煤与天然气比例升与降起决定性作用的是能源价格的变化,如2009年到2012年, 美国天然气价格由3.89(美元/百万英热单位)下降到2.76,欧盟则由8.52提高到11.03,英国由4.85提高到9.46。另据欧洲政策研究中心主任Daniel Gros研究,以2013年初天然气发电为26欧元/兆瓦时、燃煤发电为10.5欧元/兆瓦时的价格水平和燃煤电厂效率为42%、燃气电厂效率为58%的条件下,二氧化碳价格低于38欧元/吨时,燃煤电厂的竞争力要高于燃气电厂(《基石》2013年第1卷第343页)。这充分说明了不考虑经济性因素的能源变革是不可持续的,也说明了能源变革的艰巨性、曲折性和复杂性。中国在选择煤电治霾的过程中,只有通过统筹规划,科技创新,科学管理,才会将有利的方面进一步发挥,将有害方面进一步降低。

煤电治霾的同时,煤电必须向绿色方向发展。“绿色”是一个相对概念,煤电的绿色即相对于其他能源,也相对于自身发展。煤电向绿色方面的发展,并不就是不断趋严环保要求,而是要统筹协调。要在安全、高效、绿色、经济、便捷、和谐的原则下,达到系统最优。不考虑整个能源系统的效率,不考虑全社会的环境污染情况,不从整体上考虑改善环境的经济性,而一味追求煤电的低排放或者近“零”排放,并不是解决污染的最好的办法。从现实来看,解决结构性的污染是重中之中;从长远来看,煤电的绿色发展是煤电生命力所在。在煤电向绿色方向的发展上有以下几个途径:一是通过科技进步,提高设备参数和工艺,不断提高能源转换效率,提高污染控制水平,因地制宜开发和使用二氧化碳的吸收、捕集、使用、埋存技术;二是提高运行维护水平;三是通过热电联产等方式加大能源的梯级利用和资源的综合利用,提高煤炭能量和资源的利用率;四是通过电网调度和电网技术,做好与各种电源优化运行;五是通过特高压技术促进大范围的能源、电力和环境容量的优化配置。有人担心在虽然在西部建设大容量的电厂存在地区污染和区域污染输送问题,虽然这种担心是可以理解的,但只要仔细分析则是可以消除的。一是我国的环境法规尤其是环境影响评价制度不会允许这些事情发生;二是现有的污染控制技术是完全可以满足环境保护要求;三是西部的大气环境容量相对富裕,尤其是对酸性大气污染物的自净能力要大于东部;五是人口密度低,自然环境对大气污染物影响的敏感性相对较低。总之,通过统筹协调和科技创新,可以做到环境容量资源的优化,煤电向绿色方向发展也有很大空间。

正如学习国际先进经验只能是学习原理和方法,而不是机械照搬、肤浅地模仿或者片面追求发达国家能源结构的表面看似合理数据和调整结构的行为(如美国天然气发电比例提高我国也要提高)一样,解决中国的环境问题尤其是雾霾问题,只能根据中国能源、环境、经济的实际情况,深入仔细算好中国人自己的账,怎么合算就怎么干。要清醒地认识到如果我们不用煤电治霾,花费的钱会更多,受雾霾污染的时间会更长。