当前位置: 首页 > 政策研究与节能减排 > 专家观点

解决能源问题的关键是系统优化

时间:2014-07-07 10:53:20 信息来源: 王志轩
浏览次数:
    自“九五”期间我国提出大气污染物总量控制以来,主要污染物总量控制制度近20来已经由污染防治的辅助手段过渡到主要手段,尤其从“十一五”开始,国家将二氧化硫和COD总量控制作为约束性指标,已经成为众所周知的污控措施。无独有偶,2010年,我国又提出了“合理控制能源消费总量”,目前已过渡到“控制能源消费总量”,“合理”二字已经消失。
    以两个总量控制为方针,相关法规、规划、计划、措施、考核等配套措施正在全面铺开,如火如荼地进行着。不可否认的是:少排放污染物就减少污染、少使用能源就减轻能源压力。然而,为什么在进行了近20年的污染物总量控制之后,我们迎来的却是越来越严重的雾霾?问题就出在把减少“污染物总量”这个方法,当成了改善“环境质量”的目的。减少污染物排放总量本身并不是问题,问题出在从何处减排、减排多少和如何减排。

一、 科学看待污染物总量对环境的影响

   1、对环境质量的影响并非只由污染物排放总量决定,燃煤多的企业不一定排放污染就多,减少煤炭的消耗并不一定就相应减少了污染物排放,所以并非一定要减煤才能治霾。

以《北京市2013-2017年清洁空气行动计划》为例可以看出,单纯追求燃煤减量并不可取。该计划要求,到2017年,北京市燃煤总量比2012年削减1300万吨,控制在1000万吨以内,煤炭占能源消费比重下降到10%以下。而采取的主要措施是采用燃气热电替代燃煤热电。

2012年,北京市燃煤热电企业共消耗原煤927万吨(发电643万吨、供热284万吨),占北京市燃煤的41.2%,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,占全市电力燃煤的98.5%,即按计划消减这四家电厂的燃煤就可以完成北京市消减燃煤量任务的70%。但是,2012年,北京市二氧化硫、氮氧化物、烟(粉)尘三项大气污染物排放量分别为9.38万吨、17.75万吨、6.6万吨,由于四家燃煤电厂各污染物排放治理水平很高,达到世界领先水平,这三项大气污染物排放占比分别为2.1%3.2%0.78%,三项合计排放量占比仅为2.5%。可见,消减了41%的燃煤,才减少了不到2.5%的污染排放量,如果再考虑到燃气排放的污染物其效果更差。

反观德国鲁尔工业区人口近600万人,人口密度与北京相当,面积约4600平方公里,不到北京市的三分之一,而有1000万千瓦左右的燃煤发电能力和数千万吨钢铁的年生产能力,但2012年鲁尔区所有空气质量监测站中测得的PM2.5也只有21微克/立方米,远远小于北京。这充分说明了不能将燃煤量与排放污染划等号。

2、要找准真正的污染元凶,不仅要看污染源数量多少,更要看污染控制技术的效果及污染物源的结构特性。

据环保部发布的《2013年中国机动车污染防治年报》,按燃料分类,全国柴油车排放的NOx接近汽车排放量总量的70%PM超过90%;而汽油车COHC排放量则较高,超过排放总量的70%。按环保标志分类,仅占汽车保有量13.4%黄标车却排放了58.2%NOx81.9%PM52.5%CO56.8%HC。达到国Ⅳ及以上标准的汽车只占10.1%,而国Ⅲ汽油标准中硫含量是欧洲和日本的15倍、美国的5倍,柴油则是欧日标准的30余倍,何况还有约40%的机动车达不到国Ⅲ标准。另外,重型卡车直接排放污的细颗粒物相当于一百多辆国V排放标准的小轿车排放量,而北京夜间有数万辆车进城,更严重的是,有报导称北京青年报记者探访发现,伪造进京车辆绿色标志已成公开秘密

再如加拿大安大略省对PM2.5等污染物研究结果表明,交通运输是该省PM2.5的主要排放源,占55.3%,其中越野车辆设备排放量占比超过97%。在NOx排放中,交通运输占68.4%,其中越野车辆设备占52.8%、重型柴油车占20.5%;在越野车辆设备中,水泥、采矿占54%,农业设备占31%(邱欣博士,加拿大Novus Environmental Inc.)。

很显然,由于不同地区、不同时间段汽油车与柴油车、高质量的油与低质量的油、绿标车与黄标车等污染物的排放不同、对环境的影响也不同。

3、污染源对环境影响的大小,不仅取决于污染物排放量在总排放量中的分担率,更取决于污染源对环境中污染物浓度的分担率大小。

例如,2012年全国火电厂3项污染物中烟尘(颗粒物)年排放约150万吨,二氧化硫年排放883万吨,氮氧化物年排放量为980万吨。全国机动车排放的4项污染物中颗粒物62.2万吨,氮氧化物640.0万吨,碳氢化合物(HC438.2万吨,一氧化碳(CO3471.7万吨。虽然从排放数据上看,火电厂的颗粒物与氮氧化物排放量分别是机动车排放的2.4倍与1.5倍,但是火电厂排放主要在城市外高烟囱排放,而机动车大多行驶在人口密集区域,尾气是近地面排放,空气中污染物浓度与火电厂排放存在数量级差别,影响到人的呼吸并直接对人体健康产生影响。

再如,以秸秆燃烧为代表的突发性、季节性污染,在区域性大气污染中影响十分突出。随着我国农村能源由薪柴向煤炭转化以及液化气的普及,加之作物的密植,富余的大量秸秆难以合理处置而直接露天燃烧形成严重灰霾污染,尽管多地政府有禁燃秸秆令,但由于农户处理秸秆的成本太高使燃烧现象屡禁不止。

由以上例子可以看出,影响环境质量的因素是多方面的,在结构性污染为主的发展阶段,排放总量对环境质量的影响不但起不到决定性作用,甚至不是主要作用,从理论上进一步分析可以证明这一点。

从大气污染扩散理论来看,一个固定污染源对地面某一点环境空气质量的影响,不仅取决于源强(单位时间排放的污染物的量),而且取决于对污染物输送、扩散、转化的各种因素,包括风向、风速、烟囱高度、地形地貌、大气稳定度、温度层结(如逆温层)等。如果要考虑一次污染物向二次污染物的转化,还要考虑到大气物理和化学转化、降水等(对PM2.5来说是必须要考虑的)因素。一般情况下,排放同样多污染物,高烟囱排放比低烟囱排放、有组织排放比无组织排放、有风比无风条件下,对环境质量的影响要好得多,但在特殊气象条件时情况复杂得多。而多个污染源对某地的环境质量影响情况更复杂,需要输入各种确定的条件,通过适合的空气质量预测模型进行预测。但非常明确的是,同等的污染物排放量,不同的排放源布局和排放方式对环境质量的影响是截然不同的,所以可以通过结构和布局的调整改善环境质量。通过减少污染物排放总量达到改善环境质量的目的,只有在布局、结构、排放方式都不变的情况下才会起到作用。我们可以想一想,如果在北京汽车增加了1千克的颗粒物排放,而在内蒙古的一个电厂减少了2千克颗粒物排放,全国污染物总量共减少了1千克的颗粒物排,环境质量是否改善了?这就是在我国结构性污染为主的情况下,采用总量控制的方法为什么不能产生良好效果的原因。

二、以“总量控制”为核心的环境政策利弊分析

我国从“九五”期间就提出了大气污染物总量控制问题,国家有关部门开始划定酸雨控制区和二氧化硫污染控制区(简称“两控区”),在两控区内实行二氧化硫污染总量控制,并在2000年修订的《大气污染防治法》中得到确认,从“十五”开始实施(如在2002年出台了《国务院关于两控区酸雨和二氧化硫污染防治“十五”计划的批复》)。到“十一五”开始,国家又提出了二氧化硫和COD总量控制约束性指标要求,“十二五”在原有总量约束指标的基础上增加了氮氧化物、氨氮的总量约束指标。

也就是说,近20年来,我国污染控制走的是一条以个别污染物总量控制为重点的污染控制策略。虽然提高了全社会对环境保护的重视程度,并在控制电力行业的大气污染物排放方面起到了重要的促进作用,但雾霾的不断加重,证明了这样的策略并未取得成功至少是存在问题的。如果不迅速调整这样的策略,我们还会继续在“雾霾”中摸索。分析总量控制存在的问题,主要有两个方面,即要不要实行总量控制和如何实行总量控制。

从实行总量控制的机制和效果来看,主要有五个方面的问题值得商榷:

其一,由前述的扩散理论分析可知,由于环境问题的本质是环境质量是否改善,而污染物排放总量减少与环境质量的改善并不是线性关系,因此,即使污染物排放总量在全国层面得到了控制,但环境质量尤其是特定地区的环境质量并不一定改善,甚至有可能恶化。

其二,对环境质量的影响尤其是雾霾的产生,是多排放源、多种污染物综合造成的影响,把主要精力集中在“主要污染物”上,往往忽视对其他污染物的控制,忽视对多种污染物的联合或复合控制。如“十一五”期间对大气污染物只考核二氧化硫总量,大量的行政资源为其消耗,而氮氧化物、烟尘几乎无暇顾及,结果是按下了葫芦起了瓢。

其三,总量控制要求在具体操作时,实际上主要针对国企尤其是央企,放松或忽视了对其他所有制企业以及大量无组织排放源的管理,而这些污染源恰恰是造成环境质量变差的重要原因。如“十一五”全国二氧化硫排放总量虽然完成了控制任务,但只是由电力一个行业完成的,其他污染源排放实际上是增长的。

其四,客观上引导了地方政府和相关企业多在排放总量的“数字减排”方面下功夫,忽略了环境质量的实质性改善,加之PM2.5并未作为环境质量指标,环境污染的加重并未引起重视。

其五,缺乏依法分配污染物总量的制度,采取行政或人为分配的方式,经常受到人为因素的干扰,使总量异化。 “总量”本质上是人为确定的“数字”,而这个“数字”通过各级环保行政主管部门层层分配,使总量像唐僧肉一样成为一种稀缺的资源,甚至成为一些主管部门寻租的手段。总量分配与环境质量的好坏完全脱钩,且与排放标准脱钩,在事实上形成了对同一种污染源和同一种污染行为又多增加了一种行政许可。

以上情况也说明了,为什么二氧化硫总量控制制度在美国很有效,在我国的效果却并不好。主要原因是美国排污权交易是用市场机制,而我国的总量控制主要是为了行使行政权力,即使也有排污权交易试点,也只是在权力的操控下进行的,不是真正的市场机制。

与污染物总量控制的问题相同,能源总量的不断增大虽然是众多环境问题产生的重要原因,但并不是本质原因,不能简单地把雾霾产生的原因归咎于能源总量尤其是燃煤总量过大,更不能归咎为电力燃煤总量增长。2006年到2013年的7年,我国能源消费总量增长了约41.7%,电力二氧化硫排放总量下降了约65%2006年为1350万吨,2013年为820万吨),烟尘排放下降了约62%,氮氧化物排放量增长约30%,为何雾霾反而大面积频发?美国燃煤电厂经过30多年的环保改造,到2011年仍然还有约30%机组没有安装脱硫设施,为何环境质量要比我国好很多?

因此,我们不能像押宝一样把解决能源环境问题的钥匙押在污染物总量控制或者能源消费的总量控制上。不宜简单地“一哄而起”,用天然气代替城市燃煤热电厂供热或者盲目禁煤;不宜过分强调所有行业、所有企业一律都要达到节能减排的最严格要求;不宜脱离技术和经济的承受能力,提出“一刀切”式、企业难以达到的严苛的污染物排放标准;不宜过分强调主要污染物的总量控制,而忽视了能源优化所带来的综合环境效益。

三、能源系统优化解决我国能源与环境问题的关键

我国环境污染的结构型特征,迫切需要通过能源系统优化解决难题。

2013年,国务院大气治理“国十条”颁布后,全国各地尤其是京津冀等雾霾严重地区,都在大刀阔斧采取各种限制减少甚至在局部地区禁止使用煤炭的措施,同时大力推进煤改气、油改气计划,使全国各地天然气需求迅猛增长,天然气供应缺口增大,供需矛盾尖锐。为防止“气荒”、有序实施煤改气、确保居民用气,从20131014日以后的3个多月,国家发改委及国家能源局连续印发了6个以上的文件,要求各地在发展“煤改气”、燃气热电联产等天然气利用项目时须先落实气源和价格,并根据资源落实情况均衡有序推进,不能“一哄而上”。在国家大力整治文山会海的背景下,如此短的时间内密集发文,凸现出燃气供应形势的严峻性和天然气使用的乱象。

回顾2010年末,“少数地区为突击完成节能减排目标,采取限制企业正常生产特别是居民生活用电合理需求、强制性停止火电机组发电等错误做法”,造成柴油发电大增、大气环境污染反而加重的情况仍历历在目。前事不忘,后事之师,天然气供需矛盾的尖锐及“煤改气”问题的突现,实际上反映出我国能源系统长期以来的优化问题尤其是煤炭的优化问题。如果不解决优化问题只是简单“禁煤”,类似天然气利用严重失衡的情况将会不断发生,不仅付出巨大经济代价,而且也难以真正改善环境质量,还会引起社会不稳定。

我国的大气污染尤其是导致雾霾产生的污染,仍然是以结构型污染为主,主要体现在全局性煤炭利用的结构型污染、城市机动车排放的结构型污染、农村能源利用包括秸秆焚烧的结构型污染、以及建设扬尘和生活型污染等。本文主要对煤炭利用的结构型污染进行分析。

从煤炭利用的结构型污染来看,主要体现在燃煤污染物排放控制呈分化状态,先进的污染控制水平带来的环境效益远远抵消不了落后的大量煤炭散烧和低效率高污染燃烧排放对环境造成的影响。一方面,1978年至2012年发电和热电联产的煤炭用量由1.09亿吨增加到近20亿吨,增加了17倍,但是能源利用效率大幅度提高, 供电标准煤耗由1978年的471/千瓦时下降到2012年的325/千瓦时,提高了约11.7个百分点;考虑热电厂供热的效果,电厂能源转换总效率从1992年的34.8%2012年的45%提高了约10个百分点。同时,火电厂污染控制水平不断提高,烟尘由1980年年排放量约400万吨,降低到2012年约150万吨;二氧化硫由2005年的年排放1300万吨下降到2012年的883万吨,氮氧化物排放量由740万吨上升到2010年的1050万吨之后开始下降,2012年为980万吨。另一方面,冶炼、工业锅炉、窑炉以及居民等大量直燃煤量却不断增长,除一些大型企业在烟气颗粒物控制方面不断加强外,大部分燃煤用户没有良好的污染控制设备,甚至是完全自由排放。如华北地区一个普通农户用于取暖的土暖气小锅炉一个冬季大约需要燃烧2吨原煤,这些小锅炉不仅没有污染控制设施,而且出于经济原因一般燃用价格低的劣质煤、洗煤后的泥煤。即便是北京这样的城市,近年来其中心城区仍有数以十万计的居民户直接燃煤取暖,这些直燃煤的污染物在环境空气中的浓度比例不断增大,对环境质量的影响要大大高于燃煤电厂的排放。

四、以价值目标为导向开展能源系统优化

笔者认为,能源系统优化就是以帕累托最优理论为指导,以能源生产与消费为对象,建立能源系统的科学价值目标体系,根据能源资源的禀赋和能源市场发展,充分发挥市场配置资源的决定性作用,制定并实施更佳的能源量(总量),不同能源比例(结构),体现时间进程和空间布局的规划、计划、方案或方法。

建立科学的价值目标体系是核心。科学价值目标,就是以科学发展观为指导来体现或者衡量能源可持续发展的某种特性和要求,其体系是由多个具有独立性但又互相联系的目标构的整体。对目标的设计应当具有概念明确性、相对独立性、可量化性和相互关联性。笔者认为,科学价值目标体系应当由“安全、高效、绿色、经济、便捷、和谐”六大能源目标构成。

“安全”主要是指经济社会发展所需能源的持续可获得性和稳定性,包括能源资源充足性、可持续生产性及进口、运输过程的可靠性等;“高效”是指在能源活动包括生产、输送、使用、回用(回收)等全过程和其全生命周期中,要不断提高能源转换利用效率,并高度重视挖掘节能潜力、减少浪费;“绿色”是指能源活动中要污染物排放少,对环境质量和生态的影响小,碳排放低;“经济”是指达到同等质量和效果的能源目标下,付出的社会成本最低; “便捷”主要是指生产、运输、使用能源的方便性和友好性;“和谐”是指能源活动有利于投资方及各相关方的协调发展以及扩大就业、促进改善民生等。以六大目标为顶层,可进一步运用层次分析法,根据能源优化实际问题,构建出具有准则层、措施层等多层次的、科学的、可操作的体系结构。

帕累托最优理论和经验都告诉我们,这六大目标互相交织,能源优化就是要使六大目标在总体上达到最优,而不是也不可能使每一个目标都能达到最优。由于发展阶段不同、区域发展水平不同、面临的主要问题不同,六大目标在时间、空间上的要求必然有所侧重,这也正是制订能源规划、政策、标准、方法的关键。政策运用的时机和地域的选择是政策制定的灵魂,同一个政策在不同的时间和不同的空间,会产生完全不同的效果。如20109月德国政府颁布2050年《能源方案》,提出了能源转型将围绕“经济合理、供应安全、环境友好”三大核心原则进行。不论从发达国家的经验看,还是从我国能源利用的现状和现有能源政策看,相对于能源总量控制或者污染物排放总量控制方式,能源系统的优化在经济、环境、社会等方面都潜藏着巨大的空间。不论是方法学上还是结果上,二者都有着明显的差别。如控制燃煤总量更多关注的是总量的增加或者减少,减少的是散烧煤还是电煤、减煤后环境质量是否改善、经济效益是否最好、对社会稳定是否有影响等则无从考虑,而能源系统的优化目标要丰富得多,对综合最优的要求也高得多。

六大目标在一定的阶段内可以有所侧重,如当前最重要的是改善环境、解决雾霾,所以“绿色”目标上升为更重要的位置。要对“绿色”目标进一步分解和细划为体现出本质属性的一系列指标。以环境质量改善的本质(而不是污染物总量减少的表现)为准则,建立系统最优而不是局部最优、因地制宜而不是“一刀切”的指标,并以此为导向制定政策和评价政策。

评价环境效果的指标很多,如单位国土面积上的污染物年排放量、地区燃煤总量、单位资金投入产生的环境质量改善(或污染物排放量下降、或能源消费下降)等指标,显然指标不同,政策导向的结果也不同。前2个指标与环境质量并不挂钩,而第3个指标与环境质量改善与资金效果挂钩。应当更多地用体现边际成本和效益的指标来比较能源产业增量投入与存量改造的效果、能源的生产投入与消费投入的效果、大范围优化配置资源与当地优化的效果等。

如对火电厂提出更严的排放要求,或者要求燃烧更优质的煤炭,无疑可以减少火电厂的污染物排放,但从总体上看环境质量并不一定就会改善,因为,这样的做法有可能将更多的劣质煤挤压到散烧装置上,使环境质量总体变差。同样道理,现阶段也不宜把大量天然气用于发电。因此,确定指标时,要在促进能源的分类使用、燃料替代、生产工艺的清洁化、多种污染联合控制、节能与应对气候变化等方面采取综合对策。要综合考虑地区差异、能源资源情况、科技创新能力、产业化发展水平、经济承受能力等要素,并选择适当时机,避免在一个时期单打一、“一刀切”。

我国正处在工业化中后期发展阶段,具有国土辽阔、能源资源分布不平衡、经济发展不平衡性、生产力各种要素不平衡等特点,同时面临严重的环境污染和应对气候变化的严峻压力,而这些具有差异性的特点恰恰是“优化”发挥作用的基础、条件和空间。

仍以北京清洁空气行动计划为例。从价值目标的角度对该计划进行分析,可以得出以下主要结论:一是燃气替代后不仅只有很少的减排效益,而且只要天然气处于长期稀缺状态,不论是北京市用还是周边地区用或者是更远的地方用,采用天然气降低二氧化碳排放的效果是一样的,与地域无关;但天然气替代散烧煤的效果要大大优于替代燃煤供热电厂,如果北京市的气源丰富,则应当首先考虑将天然气用于周边地区替代散煤,这样更有利于区域环境质量的改善。

二是新建燃机成本很高,静态投资约173.7亿元,燃机电价约为0.7/千瓦时,高于煤电约0.2/千瓦时以上;同时,关停煤电浪费很大,G电厂现有固定资产约9亿,且从2004年开始先后投资17亿元对现有煤机的供热、脱硫、脱硝、布袋除尘、煤棚等方面实施改造,关停后这些投入都将成为巨大的浪费。替代方案的污染物消减成本也将大幅度增加,再以G电厂为例,煤电排放大气污染物(烟尘、二氧化硫、氮氧化物)合计约2153吨,代替燃机预计排放污染物710吨,实际年减少污染物1443吨,年运行成本增加10.2亿元,减少的污染物所需削减成本达706/千克[v],高于全社会平均污染控制成本数百倍。

三是从效率来看,北京的四家燃煤供热电厂采用了能源的梯级利用,总能源效率在80%左右,采用天然气发电与供热并没有优势。

四是天然气与燃煤发电供热相比,气源的可靠性和供应的可靠性降低,危及能源的安全性。对于首都这样重要的政治地位和人口密集的城市,供电80%靠远距离输入,供热发电的安全性一旦出现问题,其后果不堪设想。

五是增大了电厂投资方的风险,尤其是燃气不稳定时给安全生产和效益带来的风险,或者电价不到位、气价高带来的亏损风险等—这种风险在现有燃气电厂已经客观存在。

六是关停燃煤电厂将严重影响人员就业,四电厂员工数千人,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。

综合来看,将北京市燃煤供热电厂改为燃气供热,虽然可以完成北京市燃煤消减计划70%以上,但以六大目标相关要求衡量则是得不偿失。全国如果大规模用燃气替代燃煤电厂,造成电厂与民“争气”,不仅雾霾问题得不到有效解决,热力、电力安全性受到影响,最终还将大大影响全社会的效益。

以上例子再一次提醒我们,能源系统的优化要像孙膑赛马一样统筹优化,以寻求最好的方式。针对当前中国能源的实际和治理雾霾的需要,能源替代方案不是 “最好替代次好”,如以大机组替代小机组的“以大代小”、用天然气替代燃煤热电厂,也不是“更好替代最好”,如对火电厂排放标准严上加严,甚至要求零排放。而应当找出对环境影响最主要的因素即最差的能源利用方式,采用“最好替代最差”,如煤电替代散烧、天然气替代散烧,或者“更好替代最差”,如对排放企业提出科学合理的排放标准及采用燃料质量控制等方法,以达到总体最优。

五、我国能源系统的优化应以电力为中心,减少散烧煤炭的使用

1、以电力为中心的能源系统优化,体现了6大目标的要求

从能源优化的6大目标要求看,应以电力为中心进行能源系统的优化。从解决煤烟型污染和以机动车燃油污染为特征的复合型雾霾及城市污染来看,加大“以电代煤、以电代油”也是关键性的举措。

在 “安全”上,电力安全取决于两个方面,一是发电所需的一次能源的安全稳定供给,二是电力系统安全。由于电力技术水平不断提高,使可再生能源发电能力、发电量及经济性均不断提高,扩大了一次能源的使用范围,从而也提高了一次能源的安全性。电力系统安全由发、输、配、供、用各个环节共同决定,集中体现在电网的安全上,最终表现在用户的供电可靠性上。我国用电可靠性不断提高,2012年我国城市平均供电可靠率为99.949%,用户年平均停电时间4.53小时;全国农村用户供电可靠率为99.839%,用户年平均停电时间17.14小时。电网安全是电力工业发展的基础保障,我国已成为世界上发电规模最大、电网规模最大、总体水平最先进的电力强国。相对于其他基础行业、相对于我国的总体技术水平,电力率先进入了世界先进水平。为能源系统的优化提出了坚实的基础。可以满足能源优化的基本需要。

在“高效”上,电力工业是将一次能源高效转换的行业,风能、太阳能等可再生能源只有通过转化为电力才能实现大规模优化配置和方便使用;化石能源尤其是煤炭转换为电力后,能源的品质得到提升,成为可以控制使用的能源,且高效纯凝汽式燃煤电厂的能源转换效率已可达45%左右,供热电厂的总效率可达80%以上。

在“绿色”上,非化石能源发电既可以做到几乎不排放常规污染物,也可以几乎不排放温室气体;化石能源发电也能最有效控制污染物排放,并降低碳排放强度和根据需要逐步对碳排放总量进行限制。中国现有的燃煤电厂污染物控制技术已达世界先进水平,完全可以把常规污染物控制在环境保护要求之内,这也正是以电力为中心优化能源系统、治理雾霾的最重要原因。如我国火电厂每千瓦时烟尘排放量由1980年的16.5克降至0.4克,相应的电厂除尘器平均除尘效率由1985年的90%提高到当前的99.6%,且新建除尘器的效率一般高于99.9%;每千瓦时二氧化硫排放由2005年的6.4克下降至2.26克,好于美国2011年的2.8克;每千瓦时氮氧化物排放量为2.4克。随着排放标准的进一步严格,污染物控制水平将进一步提高,常规污染物“近零”排放的燃煤电厂已在建设。

在“经济”上,风能、太阳能、核能等发电成本目前仍明显高于燃煤发电,随着持续大力发展可再生能源发电,电量占比将越来越大,但成本也会相应下降。现有燃煤发电成本较低,虽然随着环保投入加大、支撑可再生能源发电调峰作用加大,造成利用小时数降低、成本增加,但总体上还是处于较强的价格优势地位。如果从不同能源销售价格的比较来看,电力更具有较明显的优势。如2003年到2012年,中国平均销售电价涨幅为28.1%,但成品油涨幅为135.5%,五大发电集团电煤涨幅为139.9%

在“便捷”和“和谐”上,电力的“便捷”无可争议电力作为基础产业和公用事业性质、现代化和人民生活水平提高的标志有着不可替代的作用。

综合来看,随着技术的发展和社会的进步,中国电力工业已不仅是基础性、公用性、事业性,而且将会发挥着能源资源优化配置、煤炭清洁利用、产业结构调整、可再生能源发展、循环经济发展、环境质量优化、促进全社会节能减排等作用,是充分体现能源可持续发展精髓的能源利用方式。经过改革开放35年来尤其是近10多年来的发展,中国发电装机、发电量、电网规模均为世界第一,特高压交、直流输电技术世界领先,初步实现了电力大国向电力强国的转变。相对于其他基础行业、相对于我国的总体技术水平,电力率先进入了世界先进水平,为能源系统的优化打下坚实的基础。

2、积极推进非化石能源发电和提高煤炭转换为电力的比重,并优先减少散烧煤的使用

积极推进非化能源发电已经成为共识并已取得巨大成就,“十一五”以来,非化石能源发电完成投资及其比重逐年提高,非化石能源的投资从2005年的29.2%增加到2013年的75%,形成对比的是火电投资从70.3%下降到25%。截至2013年底,非化石能源发电装机达到3.9亿千瓦,占总机容量的比重达到31.6%。其中水电2.6亿千瓦,核电装机1461万千瓦,并网风电装机7548万千瓦,并网太阳能发电装机容量达到1479万千瓦。2013年新增并网太阳能发电装机比上年增长了953.2%;煤电装机所占总发电装机比重降至63.0%。但从发电量来看,非化石能源发电量虽然超过1万亿千瓦时,但比例约占全国发电量的21.6%,全国煤电发电量3.95万亿千瓦时,仍然占全国总发电量比重为73.8%,充分说明了能源转型的艰巨性。

从能源总消费情况看,2013年我国能源消费总量约37.6亿吨标煤, 与2006年相比增长了41.7% 7年间煤炭消费比重下降了5.3个百分点,天然气消费比重上升了3.1个百分点,水电、核电、风电等电能比重上升了3.1个百分点。2013年煤炭消费比重约占65.8%,石油18.4%,天然气约6%,水、核、风电等电能共9.8%,煤炭消费比重仍然占绝对主导地位。2013年煤炭净进口3.2亿吨,石油的对外依存度约58.1%,天然气对外依存度约31.6%。预计未来二三十年,能源消费结构仍将以煤为主。

世界能源发展的历史清楚地告诉我们,发达国家大致经历了以煤炭代替薪柴,以石油、天然气代替煤炭的能源大转换时期,当前正在开始以非化石能源发电替代传统化石能源的转换。但是这种替代的进程与能源资源禀赋、能源价格、能源利用技术密切相关,而且还会存在反复。如2012年,在欧洲由于天然气价格高于美国,电力企业采取了与美国截然相反的措施,以煤炭代替天然气;俄罗斯也采用以煤代气,将天然气出口。就全球来看,2012年煤炭占全球一次能源消费的比例创下自1970年以来的最高份额(29.9%。由于我国资源禀赋的特点,煤炭在短期内难以大规模被其他能源替代,因此,煤炭的清洁利用以及在终端能源中更多地利用电力就成为我国的特点之一。

我国电煤占煤炭消费比重多年来一直在50%稍多,远低于国外发达国家甚至是世界平均水平,比如加拿大85%、德国81%、英国75%、俄罗斯64%,世界平均比例约78%。相对于电力集中控制污染物、提高能源转换效率的优势,我国非电力用煤的比重为50%左右,包括钢铁、有色金属治煤、化工、水泥等工业原料用煤约占30%左右,用于终端消费(居民生活和第三产业用煤)约20%。由于我国燃煤锅炉运行热效率在60%左右,并且基本没有脱硝措施,脱硫和除尘技术水平也偏低,民用燃煤基本未采取任何污染控制措施,出于经济性原因,很多农户燃烧劣质煤和洗煤后的泥煤,且属低矮源排放,对环境质量影响更为严重。

如美国通过提高煤炭转换为电力的比重,大幅度削减了大气污染物排放量,改善了空气质量。1950年以来,美国电煤消费量增长了10倍,而工业煤炭消费量减少了2/3,民用煤炭消费减少了99%2010年电煤消费量占美国煤炭消费总量的比例达到了93%。由于电力污染控制水平要大大高于工业锅炉污染控制水平,所以美国的煤炭消费量1973年为311(百万吨标准油当量),2011年提高到488.13(百万吨标准油当量),近40年来增长了约57%,但煤炭消费过程中的大气污染物排放量却在上世纪80年代以后开始下降。以SO2排放控制为例,19702010年期间,美国工业锅炉每吨燃煤SO2排放下降了50%,但排放水平比电力燃煤排放还高约4

再如日本的大气污染控制的经验也表明,通过燃料转换可以发挥显著作用。上世纪70年代, 日本对像火电厂这样大规模的污染排放源,制定了以设置烟气脱硫为前提的排放标准,而对安装烟气脱硫装置有诸多困难的中、小企业排放源采取了燃料含硫量限制政策,以尽力有效使用有限的低硫燃料。日本认为,对于燃料转换应进行政策性的探讨,因为这种转换需要长期投资,为此,国家公布一个燃料转换的长期控制时间表是有益的

以电代煤既有宏观性也有微观性。宏观性是指在全国能源平衡层面,如将每年约10亿吨的散燃煤转换为电力并用电力替代;微观性是具体到每个用户以电能替代燃煤所需能量。由于煤炭与电力能源的质量、特性均不同,“以电代煤”并非就是散烧煤与电的直接替代和能量的就地平衡,而是从宏观层面入手,根据全国和区域能源供应和消费的特点、经济承受能力以及电网的特点,重新平衡能源的供应与消费。在微观层面上则采用因地制宜的方式,有的散燃煤可以直接用电能替代,如城市某些小区居民生活用燃煤改用电、燃煤锅炉改为电锅炉等,即便是农村居民,条件成熟的也可以用电替代一部分燃煤供热或者做饭,有些则可以改为燃气、可再生能源替代等。总之可以采取各种能源联合、互补、逐步替代的方式。对于确实一时难以用电、气替代的散烧煤,则应以改善燃料的品质如用优质煤炭替代劣质煤炭,以型煤替代原煤。

在当前电力相对富余的时期,推进以电代煤、以电代油战略正是好的时机。但必须同时加快电源、电网建设,否则会造成电能的总量或者结构性短缺。新的煤电建设一方面要效率更高、污染排放更少,另一方面应充分利用好全国的环境容量和能源资源,而特高压输电技术提供了从更大的范围进行能源资源优化配置和环境容量优化配置的强有力条件。

从宏观来看,燃煤电厂的常规污染物的控制已不构成对煤电发展的关键性约束条件。燃煤电厂大气污染物控制技术将逐步由先除尘、再脱硫、再脱硝的单元式、渐进式控制,向常规污染物加脱除重金属及气溶胶等深度一体化协同控制技术发展,逐步使大气污染物排放接近于零,电厂产生的废水及固体废物也将参与到循环经济体系之中或进行无害化处理。我国一些新的常规大气污染物“近零”排放的电厂已经在建设之中。

从二氧化碳排放总量来看,由于电与煤是替代的关系,总排放量并不会有明显的改变。虽然煤转为电后,会损失一部分能源,但是电能质量、可控性明显提高;如果再有一半煤量的替代是采用热电联产的话,再加上替代改造过程带来的节能效果及能源联合互补的作用,以电代煤会进一步提高能源效率,降低二氧化碳的排放强度和排放总量。

从控制成本来看,如果我们能用10年的时间争取将现有的非电力燃煤中的50%左右或者约10亿吨燃煤转换为电力,把电煤占煤炭比重提高到70%左右(达到世界平均水平),初略估算需要建设5亿千瓦燃煤电站,大致需要电源和电网投资1万亿元,每年需要1千亿元。如果完成了“以电代煤”,再加上“以电代油”解决部分城市机动车污染的问题,以及通过各种大气污染物治理措施发挥作用,10年内是可以在经济继续发展的前提下,完全解决雾霾问题的。但是如果我们还是寄希望于用天然气、用可再能源发电、用限制电煤的措施解决问题,不仅会付出更高的经济代价、欲速则不达,还会延误雾霾治理的时机。

六、以电力为中心优化能源发展的保障措施

一是积极推进市场化改革。以电力为中心的能源优化能否真正实施,取决于两个关键问题能否解决,一是能否建立一个保障电网安全和满足电力需求的可持续的电力投资机制,也就是投资者能否获得可靠、合理的回报机制;二是电力用户有没有经济承受能力。这两个关键问题是一对矛盾,而矛盾的主要方面是合理的回报机制,因为只要以电力为中心进行能源优化是合理的,回报机制是合理的,则电力用户的经济承受能力就是可以接受的,所以这两个关键问题集中到一点就是电价机制。一方面,由于电力系统自然垄断的特点,即使是可以竞争的电源侧和用户,物理上也完全受制于电网,同时,电力企业和用户对保障电网安全具有共同的责任,所以政府对电力系统的监管必不可少,电价由政府调控也是必须的。另一方面,电力不仅是公共产品属性,更是商品属性,电力生产与供应不按市场经济的规律运行也绝然行不通。这就需要建立符合我国国情的、科学的能源价格机制和电力价格机制,这种机制就是在政府制定的科学规则下的市场机制。

目前,我国一次能源与二次能源的比价不合理,电价涨幅远低于其他能源价格涨幅,价格机制不灵活,煤电矛盾仍然突出。电价机制不健全,缺乏独立的输配电价和科学合理的发电环节上网电价。可再生能源发电电价补贴水平、补贴规模与补贴资金来源等缺乏统一规划、统筹协调,补贴机制不合理,各类发电主体难以形成有效竞争。部分水电大省、可再生能源发电大省煤电的作用定位发生了重大变化而相应的电价机制没有跟上,煤电企业出现巨额政策性亏损。受这些因素的共同影响,2000年以来,电力投资增速远低于全社会投资和工业投资增速,尤其火电投资连续7年负增长,影响到电力安全稳定供应,进一步会影响以电代煤战略的实施。

应逐步理顺煤、电价格关系,进一步推动热价调整;继续完善新能源发电上网电价的有关政策,合理调整可再生能源电价;对煤电在电网中的作用进一步定位,研究制定分布式电价机制;按照合理投资、合理回报并引导电网企业主动开展需求管理的原则,确定合理的输配电价;制定峰谷分时电价、可中断电价等引导性电价政策,促进用电结构优化等。

二是加强科学规划。能源系统优化必须在国家的统一规划下才能科学实现,局部能源规划要服从区域能源规划,区域能源规划要服从国家规划,专业规划服从综合能源规划。“以电代煤”不是简单直接替代散烧的煤炭,而是要与天然气、现有火电机组尤其是供热机组做好优化匹配。一是要因地制宜做好天然气与电力替代散煤的比较,选择更优的方案;二是在我国天然气气源总体不足、成本居高不下的情况下,禁止或慎重决策以气替代供热电厂;三是慎重决策关停小火电机组尤其是关停供热火电机组。小火电在我国比例已经很小,不是节能减排的主要矛盾,应从全社会的节能减排效果、从电力系统的整体效率和安全、从火电机组的全生命周期等方面进行综合性评价,防止形成关停小供热机组用供热锅炉替代、用大机组替代小机组进行调峰的现象,反而降低整体效率。

我国已经近十年没有正式颁布完整的电力发展规划,未出台的规划与电力发展的实际情况也有很大差别,除了个别要素如关停小火电指标及节能减排指标外,电力发展几乎是在没有规划的状态下进行的。电源与电网不协调问题、可再能源发电无序发展问题、煤电发展的战略定位问题都没有得到很好的解决。以电力为中心的能源优化是系统工程,必须建立在一个科学合理的规划之下才能有序开展。应当制定专项规划并与相关能源规划相协调,以加快“以电代煤、以电代油”战略的实施。

三是坚持法制,完善相应产业政策。不论是电价机制还是强化规划,必须有明确的法律保障来推进。但是,我国能源与电力法规的滞后是人所共知的,能源法至今仍没有出台,电力法已经无法适应新形势的需要。在能源、电力建设中存在大量的“乱象”,与法律不完善直接相关。如果没有完善的法律,很难想像能够建成一个科学合理的能源体系,很难想像能够科学地进行能源系统优化,很难想像能够理顺能源开发建设过程中的乱象,很难想像能够有效推进能源与电价改革……但是,我们又不能等待法律出来后再优化调整。必须在加快法治建设的过程中,通过出台一系列产业政策来补充急需,如鼓励“以电代煤、以电代油”,大力发展电动汽车,减少煤炭、石油等一次能源的直接燃烧。

污染物排放总量与能源消费总量既不是政治目标也不是环境目标。环境目标是环境质量的改善,能源消费总量减少的目标是为了能源安全或者减少二氧化碳排放。污染物总量控制和能源消费总量控制只是实现环境目标的手段而不是目的。能源结构调整虽然也是手段,但是以总量控制 “倒逼”结构调整,是因果倒置,实践已经证明即便是实现了总量控制目标,也难以达到结构调整的目的,更实现不了预期的环境目标。面对我国结构型环境污染,应加快构建以“安全、高效、绿色、经济、便捷、和谐”的6大能源目标为要素的价值目标体系。应以电力为中心,实施“以电代煤、以电代油”战略,加大推进减少散烧煤。要坚持市场化改革,加强规划,依靠法治,完善政策,持续推进能源系统优化。