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高效清潔地利用煤炭資源是關(guān)鍵
關(guān)鍵詞： 清潔能源,煤炭資源,環(huán)境空氣污染,化學(xué)轉(zhuǎn)化,高效利用
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編者按
我國(guó)煤炭消費(fèi)量占總能源消費(fèi)量的70%左右，并且這樣的能源結(jié)構(gòu)短時(shí)期內(nèi)無法改變。有關(guān)研究表明，與煤炭使用有關(guān)的排放已經(jīng)成為我國(guó)大氣污染的主要來源之一。如何高效、清潔地利用煤炭資源，做好煤炭合理使用的文章，將是有效改善大氣污染狀況的關(guān)鍵所在。本版特約請(qǐng)專家撰寫相關(guān)文章，以期對(duì)讀者有所借鑒。
●燃燒同樣量的煤炭，生活消費(fèi)的SO2排放量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于電力行業(yè)的排放量，生活燃煤SO2排放約為電力燃煤排放的6.25倍。生活煤炭消費(fèi)排放對(duì)地面SO2環(huán)境濃度的貢獻(xiàn)約為電力行業(yè)排放貢獻(xiàn)率的3倍。
●目前僅有的天然氣除了城市居民用外，有些還用于替代城市除污水平高的大型燃煤設(shè)施用煤，甚至替代電煤。而城鄉(xiāng)結(jié)合部、城市周邊區(qū)域大量的小型或民用燃煤設(shè)備還在使用。從環(huán)境效益來講這種天然氣使用方向值得商榷。
●由于強(qiáng)制性動(dòng)力煤用煤標(biāo)準(zhǔn)缺位，我國(guó)至今做不到為不同用煤設(shè)備供應(yīng)性質(zhì)不同的、可滿足設(shè)計(jì)要求的動(dòng)力煤產(chǎn)品。許多企業(yè)一直使用原煤，而不愿意使用洗選煤。這不但增加了煤炭的運(yùn)輸量、使用量，也大幅增加了除污設(shè)施的負(fù)荷，從而增大排污量。
●燃煤污染防治的根本出路是增加清潔能源的供給，有效進(jìn)行能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，降低煤炭消費(fèi)量的增長(zhǎng)速度，實(shí)施煤炭消費(fèi)總量控制。
●研究表明，天然氣替代民用燃煤的環(huán)境效益（SO2環(huán)境濃度削減量）巨大，平均約為天然氣替代發(fā)電燃煤環(huán)境效益的26倍。煤炭難以清潔利用的行業(yè)應(yīng)作為天然氣等清潔能源替代燃煤的主要方向，能夠高效利用煤炭的火電行業(yè)應(yīng)禁止使用天然氣。
煤炭的使用是影響我國(guó)環(huán)境空氣質(zhì)量的主要因素。煤炭的開采、加工、運(yùn)輸、使用等過程都會(huì)帶來大氣污染物排放，造成污染。研究表明：影響我國(guó)環(huán)境空氣質(zhì)量的首要污染物PM2.5中，除了一線城市，大多數(shù)城市燃煤對(duì)環(huán)境空氣中PM2.5的直接貢獻(xiàn)達(dá)到20%左右，同時(shí)，二次硫酸鹽和二次硝酸鹽等的貢獻(xiàn)達(dá)到30%左右。而二次硫酸鹽主要來自于燃煤排放的SO2的化學(xué)轉(zhuǎn)化以及脫硫過程中生成的硫酸鹽或亞硫酸鹽等的夾帶排放。二次硝酸鹽由NOX轉(zhuǎn)化而來，燃煤活動(dòng)和機(jī)動(dòng)車尾氣是NOX的兩大來源。
京津冀及周邊區(qū)域是我國(guó)城市空氣污染最重的區(qū)域之一。除了自然條件與我國(guó)南方城市相比有明顯差距外，此區(qū)域燃煤量大是大氣污染重的重要原因。以2012年為例，此區(qū)域各省市燃煤量分別約為：北京0.2億噸、天津0.5億噸、河北3.0億噸、山東4.0億噸、山西3.6億噸、內(nèi)蒙古3.4億噸。合計(jì)達(dá)14.7億噸，占全國(guó)全年燃煤量的40%。
目前，我國(guó)煤炭消費(fèi)量占總能源消費(fèi)量的70%左右，且煤炭消費(fèi)量呈逐年快速上升趨勢(shì)。2012年我國(guó)煤炭消費(fèi)總量約37億噸，已占到全球消費(fèi)量的50%。在可預(yù)見的未來，我國(guó)以煤炭為主的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)還難以發(fā)生根本性改變。因此，如何在實(shí)行煤炭消費(fèi)總量控制的前提下，高效、清潔地利用煤炭資源，做好煤炭如何使用的文章，將是有效改善大氣污染狀況的關(guān)鍵所在。
當(dāng)前煤炭資源高效清潔利用中存在的主要問題
（一）煤炭消費(fèi)結(jié)構(gòu)不合理
在我國(guó)的燃煤結(jié)構(gòu)中，煤電行業(yè)耗煤量比例及采用先進(jìn)煤炭發(fā)電技術(shù)的比例過低。目前我國(guó)發(fā)電燃煤占49%，其它工業(yè)燃煤占46%，民用燃煤占5%。發(fā)電行業(yè)煤炭消耗量占煤炭總消耗量的比例遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家（美國(guó)94%、歐盟81%）。
非電力行業(yè)燃煤用戶在我國(guó)量大面廣，尤其是民用燃煤設(shè)施數(shù)量極其龐大，這么多的、小的燃煤用戶不能集中治理，同時(shí)很難有有效的、能夠穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)行的除污設(shè)施進(jìn)行治理，導(dǎo)致因燃煤造成的污染十分嚴(yán)重。
我國(guó)《2011年能源統(tǒng)計(jì)年鑒》顯示，生活消費(fèi)燃燒每萬噸煤炭約排放350噸的SO2，而電力行業(yè)每萬噸煤排放SO2約為56噸。也就是說，燃燒同樣量的煤炭，生活消費(fèi)的SO2排放量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于電力行業(yè)的排放量，生活燃煤SO2排放約為電力燃煤排放的6.25倍。生活煤炭消費(fèi)排放對(duì)地面SO2環(huán)境濃度的貢獻(xiàn)約為電力行業(yè)排放貢獻(xiàn)率的3倍。
我國(guó)北方城市在采暖期空氣污染明顯重于非采暖期。研究表明，與非采暖期相比，采暖期北方城市單位面積上燃煤量增加1倍，環(huán)境空氣中典型燃煤污染物SO2的濃度是非采暖期的3~4倍。除了氣象條件等因素外，其根本原因是采暖期增加的取暖用燃煤帶來的大氣污染物排放。
另外，在煤電行業(yè)中，采用煤炭先進(jìn)發(fā)電技術(shù)的比例比較低。高效、潔凈的超超臨界發(fā)電技術(shù)供電煤耗約270~280克/千瓦時(shí)。我國(guó)燃煤機(jī)組平均供電煤耗約330克/千瓦時(shí)，但目前使用先進(jìn)發(fā)電技術(shù)的裝機(jī)容量?jī)H占火電機(jī)組裝機(jī)容量的6.2%。若我國(guó)采用煤炭先進(jìn)發(fā)電技術(shù)的裝機(jī)容量得到大幅提高，那么每年將節(jié)約大量的煤炭消耗。
可以說，燃煤會(huì)造成污染，但燃煤結(jié)構(gòu)的不合理是燃煤污染加重的主要原因。
（二）天然氣替代煤炭的整體布局和調(diào)整方向有待優(yōu)化
作為重要的清潔能源，天然氣使用的分配在以中心城區(qū)為主的基礎(chǔ)上，沒有很好地兼顧到周邊區(qū)域，同時(shí)，其替代何種類型的燃煤還缺乏科學(xué)嚴(yán)格的要求。
治理燃煤造成的大氣污染，調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，以清潔能源替代燃煤是行之有效的方法之一。目前，我國(guó)清潔能源使用比例很低，天然氣作為重要的清潔能源在我國(guó)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中僅占不到5%，與世界平均水平24%相差甚遠(yuǎn)。在天然氣資源極其緊缺的情況下，我國(guó)天然氣資源的分配主要集中在大城市的中心城區(qū)。
以北京為例，2012年北京市天然氣使用量已達(dá)到92億立方米，但北京的環(huán)境空氣污染依然較重。研究表明，北京周邊地區(qū)對(duì)其環(huán)境空氣污染有著明顯的影響，這就像木桶效應(yīng)，某一局部的環(huán)境空氣質(zhì)量除了自身采取有效的控制措施，很大程度上也取決于其所在區(qū)域的情況?？梢栽O(shè)想，如果92億立方米天然氣有一部分用于北京周邊污染較重的燃煤設(shè)施的煤炭替代，實(shí)際的環(huán)境效益將會(huì)更明顯。
另一方面的問題是，目前僅有的天然氣除了城市居民用外，有些還用于替代城市除污水平高的大型燃煤設(shè)施用煤，甚至替代電煤。而在城鄉(xiāng)結(jié)合部、城市周邊區(qū)域，大量的小型或民用燃煤設(shè)備還在使用。河北省2011年民用耗煤量達(dá)到1949萬噸，民用天然氣僅9億立方米，與北京相比差距甚遠(yuǎn)。從環(huán)境效益來講這種天然氣使用方向值得商榷。
（三）缺乏煤炭清潔高效利用的強(qiáng)制性法規(guī)和機(jī)制
清潔煤的利用缺少強(qiáng)制性用煤標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)科學(xué)、有效的電力分配不力，造成煤炭資源的浪費(fèi)。
我國(guó)雖然已有多項(xiàng)法律和政策鼓勵(lì)發(fā)展動(dòng)力煤洗選，但是此類政策中沒有經(jīng)濟(jì)優(yōu)惠和強(qiáng)制性要求，沒有形成優(yōu)質(zhì)煤優(yōu)價(jià)市場(chǎng)和用戶強(qiáng)制使用洗選煤的有效機(jī)制，動(dòng)力煤洗選發(fā)展速度與期望相差很遠(yuǎn)。比如2010年我國(guó)動(dòng)力原煤產(chǎn)量約為23億噸，而入選量不到8億噸，動(dòng)力煤入選率僅為35%。由于強(qiáng)制性動(dòng)力煤用煤標(biāo)準(zhǔn)缺位，我國(guó)至今做不到為不同用煤設(shè)備供應(yīng)性質(zhì)不同的、可滿足設(shè)計(jì)要求的動(dòng)力煤產(chǎn)品。許多企業(yè)一直使用原煤，而不愿意使用洗選煤。這不但增加煤炭的運(yùn)輸量、使用量，也大幅增加除污設(shè)施的負(fù)荷，從而增大排污量。
在電力調(diào)度方面，電力公司出于自身利益的考慮，在地區(qū)電力供需不平衡情況下，無法進(jìn)行有效的電力分配，造成煤炭產(chǎn)地的火電企業(yè)的電力難以上網(wǎng)，卻要把煤炭運(yùn)到幾百公里以外的火電企業(yè)去發(fā)電。這不僅消耗大量的能源，還會(huì)造成大面積的高速公路堵塞，同時(shí)運(yùn)輸過程中也會(huì)帶來大量污染，明顯降低了煤炭的使用效率。
關(guān)于燃煤污染防治的建議
燃煤污染防治的根本出路是增加清潔能源的供給，有效進(jìn)行能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，降低煤炭消費(fèi)量的增長(zhǎng)速度，實(shí)施煤炭消費(fèi)總量控制。當(dāng)前，在實(shí)施源頭控制的前提下，面對(duì)我國(guó)燃煤量巨大的現(xiàn)實(shí)，提高煤炭使用效率，高效清潔利用煤炭資源，是當(dāng)下改善燃煤污染的重要途徑。
（一）在確保電力行業(yè)大氣污染物排放得到有效控制的前提下，優(yōu)化煤炭消費(fèi)結(jié)構(gòu)，重視煤炭消費(fèi)進(jìn)一步向燃燒效率高、治污水平先進(jìn)的電力行業(yè)集中，嚴(yán)格控制低矮面源和生活源煤炭消耗量，提高煤電行業(yè)煤炭消費(fèi)量的比例。
在優(yōu)化煤炭消費(fèi)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)煤炭消費(fèi)向電力行業(yè)集中的同時(shí)，應(yīng)注重電力行業(yè)煤炭的高效清潔利用技術(shù)。我國(guó)潔凈煤發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用還十分有限。 2012年，我國(guó)火電機(jī)組裝機(jī)容量為819GW，其中超超臨界機(jī)組51GW，僅占6.2%。采用煤炭先進(jìn)發(fā)電技術(shù)是煤炭清潔利用的主要方面之一，也是清潔、高效利用豐富的煤炭資源，改善能源終端消費(fèi)結(jié)構(gòu)，有效減少煤炭消費(fèi)引起大氣污染的重要方面。因此，減少煤炭利用效率低的小火電機(jī)組，采用高效、潔凈的先進(jìn)煤電技術(shù)是火電行業(yè)煤炭消費(fèi)結(jié)構(gòu)調(diào)整的主要方向。
（二）煤炭難以清潔利用的行業(yè)應(yīng)作為天然氣等清潔能源替代燃煤的主要方向，能夠高效利用煤炭的火電行業(yè)應(yīng)禁止使用天然氣。
與煤炭相比，天然氣具有轉(zhuǎn)換效率高、環(huán)境代價(jià)低等諸多優(yōu)勢(shì)，積極開發(fā)和利用天然氣資源已成為全世界能源工業(yè)的潮流。因此，天然氣是能源結(jié)構(gòu)調(diào)整中替代煤炭使用的主要能源。一方面我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中天然氣使用量只占不足5%；另一方面受我國(guó) “少油氣多煤炭”的資源稟賦制約，天然氣資源總量有限。因此，合理利用和高效配置寶貴的天然氣資源，對(duì)于減少燃煤造成的大氣污染至關(guān)重要。
研究表明，天然氣替代民用燃煤的環(huán)境效益（SO2環(huán)境濃度削減量）巨大，平均約為天然氣替代發(fā)電燃煤的環(huán)境效益的26倍。同時(shí)，我國(guó)《天然氣利用政策》（2012年10月31日國(guó)家發(fā)改委第15號(hào)令）也明確將部分地區(qū)天然氣發(fā)電列為限制類項(xiàng)目。因此天然氣替代非電力燃煤應(yīng)是能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的方向。
在清潔能源分配方面應(yīng)打破行政區(qū)劃界限。在國(guó)家層面，應(yīng)制定區(qū)域的清潔能源利用規(guī)劃，使清潔能源用到最該用的區(qū)域和最該用的行業(yè)。以河北省為例，2012年煤炭消費(fèi)量3億噸，占京津冀地區(qū)的80%以上。河北每減少1%的煤炭消費(fèi)，就需要增加15億立方米天然氣消耗才可以得到平衡。但是2012年河北天然氣產(chǎn)量?jī)H為13.36億立方米，如果不能在國(guó)家層面合理地分配天然氣資源，向急需的區(qū)域給予政策傾斜，短期內(nèi)河北作為污染最重的區(qū)域，其能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整將十分困難。
從大氣污染問題的本身來講，大氣污染物的排放可以分行政區(qū)劃，但排放到大氣中的污染物在造成污染時(shí)卻不可能按照行政區(qū)劃，這也正是大氣污染聯(lián)防聯(lián)控的意義所在。因此，如何打破行政區(qū)劃，從全局出發(fā)，按照大氣污染形成的規(guī)律分配相關(guān)資源，是共同應(yīng)對(duì)大氣污染的基礎(chǔ)。
（三）制定不同行業(yè)的強(qiáng)制性用煤標(biāo)準(zhǔn)，并出臺(tái)針對(duì)煤炭洗選業(yè)或清潔煤使用行業(yè)的經(jīng)濟(jì)鼓勵(lì)政策，提高洗選煤的利用比例。
最近從各地出臺(tái)的大氣重污染的應(yīng)急預(yù)案中，我們經(jīng)常可以看到，要求燃煤企業(yè)尤其是燃煤電廠，要準(zhǔn)備含硫量低、灰分少的優(yōu)質(zhì)煤，在應(yīng)急預(yù)案啟動(dòng)時(shí)使用。這看似是一項(xiàng)不錯(cuò)的措施，但值得思考的問題是，這些燃煤企業(yè)是不是日常就應(yīng)該按照設(shè)計(jì)要求用質(zhì)量好一些的煤？制定相應(yīng)的強(qiáng)制性政策，提高煤炭的質(zhì)量是有效改善燃煤污染的重要方面。
另外，打破各大電力公司的利益保護(hù)，制定嚴(yán)格的火電發(fā)電調(diào)度辦法，在煤炭資源豐富的地區(qū)，煤炭利用效率高的火電企業(yè)能夠優(yōu)先、高負(fù)荷發(fā)電，也是燃煤污染控制的有效措施。
(馮銀廠作者系南開大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院教授、博士研究生導(dǎo)師)