倪維斗院士談煤炭清潔利用 資源決定：中國“去煤化”行不通

◎本刊記者 葉曉婷 季天也

?

倪維斗院士談煤炭清潔利用 資源決定：中國“去煤化”行不通

◎本刊記者 葉曉婷 季天也

《2016年國務院政府工作報告》強調，要加強“煤炭清潔高效利用”。

“煤炭清潔高效利用”，被“十三五”規(guī)劃列為國家100個重大工程及項目之一；《2016年國務院政府工作報告》也強調要加強煤炭清潔高效利用，減少散煤使用。目前，我國的煤炭主要用于火力發(fā)電，該如何實現清潔高效利用呢？3月22日，《環(huán)境與生活》雜志記者就此采訪了中國工程院院士、中國能源學會會長、清華大學熱能工程系教授倪維斗。倪院士長期從事熱力渦輪機系統和熱動力系統動態(tài)學方面的研究，多次發(fā)聲呼吁“煤炭清潔高效利用”，指出燒散煤才是污染主因而非火電，并且直言“不太贊成煤制氣”。

“我不太贊成煤制氣”

3月22日上午，北京已經結束供暖一周，當天的空氣質量在中度污染中徘徊，《環(huán)境與生活》記者來到清華大學家屬區(qū)的一棟公寓，見到了倪維斗院士。84歲高齡的倪院士精神矍鑠，右腿因為骨質疏松不太靈便，拄著一支拐杖。家里的客廳也是他的書房，書柜里、桌子上、凳子上擺滿了書籍和打印材料，記者看了幾眼封面，發(fā)現盡是能源、煤炭、煤化工等字眼。

說起“煤炭的清潔高效利用”這個話題，倪老的眼睛里似乎閃著光?！懊涸谙喈旈L一個時期，過去、現在、未來都是我國的主力能源，過去50年的發(fā)展都是靠煤撐起來的，現在把煤貶得一無是處，把它看作污染的‘重刑犯’，一巴掌打死，感覺有點忘本，像‘飛鳥盡良弓藏，狡兔死走狗烹’?！?/p>

倪維斗院士說，我國散煤燃燒帶來的污染比煤電所產生的污染多得多。

他說，在環(huán)保要求越來越高的情況下，中國解決能源問題主要還是把煤的事情辦好，而不是完全“去煤化”?！叭ゲ涣?，我國現在平均每年消費煤炭約38億噸，在這種情況下，很多人倡導‘以氣代煤’，我們也希望多用天然氣以改變能源結構，但氣源在哪里？氣的儲量有多少？我國提出一個目標——到2020年當年，要消費利用3500億立方米的天然氣，折合成標準煤的熱量，才兩三億噸標準煤。”

倪維斗院士認為，如果完全依賴天然氣，海上運輸出問題，對能源安全影響巨大；另外，和周邊關系要注意協調，萬一發(fā)生戰(zhàn)爭，可能對運輸管線轟炸、破壞，所以引進天然氣要有限度?！暗蕉焯烊粴饪赡懿粔蛴?，很多人就想讓大量的‘煤制氣’上馬，我不太贊成。煤通過化學方式制取天然氣，但天然氣里的碳比較少，很多碳都白白變成二氧化碳釋放掉。大家都以用天然氣為榮，所以有大量企業(yè)做煤制氣，國家也批了不少項目，很多都沒做成，做成的也多是虧本，成本太高?！?/p>

煤在相當長一個時期，過去、現在、未來都是我國的主力能源，過去50年的發(fā)展都是靠煤撐起來的，現在把煤貶得一無是處，把它看作污染的‘重刑犯’，一巴掌打死，感覺有點忘本。

資源稟賦決定不能“去煤化”

倪教授還點評了另一種主張——大力發(fā)展核能。他說，核電約占我國發(fā)電量的1%，這些能折合的標準煤也是有限的，而且我國核燃料不豐富，也要大量依賴進口，還是得被人掐著脖子?！斑M口核燃料相對容易，因為量小，不像煤、天然氣的進口需要投入大量的資金建設基礎設施，但進口總要受到他國牽制。核能雖然是干凈的能源，但總量有限，進口量和安全問題都需要解決?！?/p>

“我們總說法國核電比例大，但它國家小，電量總量需求不像我們這么高，我國目前年需求電量約5萬億度，將來若需要千萬億度，要靠核電很難滿足這些需求。當下煤電占總發(fā)電量的比例約80%，水電約百分之十幾，風電就百分之二三。水電是比例最大的可再生能源，但可開發(fā)資源在逐步減少。當下能替代煤炭的能源是有限的?！?/p>

倪維斗強調，煤在相當長的一段時期，仍然是我國的主力能源，關鍵是怎么用好，中國的資源稟賦決定了不可能完全去除煤的使用。

在倪維斗看來，煤炭的清潔高效利用就是針對大部分散煤進行整治，以電能來替代散煤燃燒。

該打屁股的是散煤利用

倪教授說，煤確實產生污染，不僅有二氧化碳，還有二氧化硫、氮氧化物、PM2.5，還有汞，但真正造成污染的原因不在于煤電，煤電在整個污染成分里所占比例很小，煤電所消耗的煤炭約占總消耗量的50%，屬于集中使用煤炭，污染控制近幾年取得不小的進展，“打屁股得打在散煤的利用上”。

他用數據加以闡釋：全國約有70萬臺工業(yè)小鍋爐，還有各種窯爐，加上農村普遍的炊事和采暖用煤，散煤利用量約50%，而這50%所引起的污染，要比煤電所產生的污染多得多?！爸袊娏ζ髽I(yè)聯合會的統計是，大電廠燒煤發(fā)電所引起的污染占煤利用產生污染的2%，主要是散燒煤這部分要下大力氣。中國有那么多農村人口，什么便宜用什么，煤很便宜，所以絕大多數農戶燒煤，且多是次煤、高含硫煤等。”

他說，政府在想辦法管制，但牽涉農民的經濟負擔問題，比如買散煤是300塊錢一噸，而好的煤炭得800塊錢一噸，買不起?！皣覝蕚滟N錢給農民搞好煤炭的利用，污染可能有所減少，但這需要大量資金投入，還在計算中。如果解決不好這個問題，將來的污染就是農村包圍城市?！?/p>

2006年，我國燃煤發(fā)電效率超過美國。

他描述，當前的形勢就像怪圈：廉價的污染高，想清潔利用就多出很多成本，完全靠國家資助的話，國家的負擔也很重，怎么破局呢？“就得靠再生能源成本再低一些。風電、太陽能發(fā)電都是靠國家補貼在撐著，亟需技術發(fā)展，以使成本下降。”

終極之道：用電能替代燒散煤

在倪維斗院士看來，煤炭的清潔利用就是針對大部分散煤進行整治，終極之道是“大力發(fā)展清潔煤發(fā)電，以電能來替代散煤燃燒?！彪m然電價不那么高，但大面積替代使用后總價比燒散煤高，“所以需要降低電價，鼓勵大量燒散煤的地方以電替代燒散煤，如燒飯用電不用灶、采暖用電不燒炕。”

他強調，這些亟需技術進步?！袄纾瑹姞t子取暖，從能量轉化來說并不合理，1度電用于燒電爐子，滿打滿算差不多是發(fā)出860大卡的熱量，而這860大卡是前面花了2000多大卡的熱量換來的。把煤炭變成高級能源電能，再把它簡單轉化成低級的熱來采暖肯定不行的，得靠熱泵技術來提高能效，而熱泵需要一定技術水平，如需要壓縮機、膨脹機等，目前這方面的研究也在進行中。”

“我國用50%的煤發(fā)電，而德國、美國這方面的比例比我們高得多，德國大約80%，美國約90%，它們的煤主要是用來發(fā)電，再把電高效利用到生活中，有效控制污染。我們將來要將煤高效低污染轉化成電的比例提高，使電在各方面替代其他能源。”倪老說，電能占終端能源消費的比重代表電力替代煤炭、石油、天然氣等其他能源的程度，是衡量一個國家終端能源消費結構和電氣化程度的重要指標。電目前在全國終端能源消費中的利用比例只有22%，至少應該增加到30%或50%。

中國燃煤發(fā)電效率超過美國

倪教授指出，我國的燃煤發(fā)電技術在世界范圍內是領先的，發(fā)電效率在2006年就已經超過美國，而且前沿技術還在不斷取得突破。發(fā)電效率的兩個指標——單位煤耗與污染控制都比美國先進。當前中國發(fā)電平均每度電消耗318克標準煤，而美國的數據是375克標準煤。

他還以上海外高橋第三發(fā)電廠為例，說明我國的發(fā)電效率之高?！霸撾姀S發(fā)電過程中的每個環(huán)節(jié)都仔細琢磨，從鍋爐、汽機、輔機等各個環(huán)節(jié)，能挖潛力的地方都挖透了”，發(fā)電煤耗已經達到276克/度，每立方米廢氣中只含有二氧化硫18毫克、氮氧化物17毫克、煙塵8毫克，被國際能源署贊為“全球最清潔的火電廠”?，F在，該廠又提出一個新的方案：希望煤耗達到251克/度的水平。

3月22日，中國工程院院士、中國能源學會會長倪維斗教授在家接受《環(huán)境與生活》雜志記者采訪。季天也/攝

倪院士說，煤直接燃燒雖然有污染產生，但還是不得不用，降低煤耗就能降低二氧化碳排放。我國“十三五”規(guī)劃對全國發(fā)電平均煤耗提出的目標是從318克/度降到300克/度，全國每年38億噸的標準煤有50%用于發(fā)電，相當于每年可以節(jié)省34200噸標準煤。“美國的電廠都已經有40年了，屬于老電廠，而我們的大電廠基本是2005年之后建的，100萬千瓦1臺機組，一般一個電廠是2臺機組。美國可以拆掉大量舊的，建造新的，而我們不行，當下主要靠大量新近的電廠供電，不能把這些新的又拆了建更新的，它們可挖掘的潛力還比較多?！?/p>

在倪維斗看來，煤化工可以適度發(fā)展。

上海外高橋第三發(fā)電廠被國際能源署稱為“世界上最清潔的火電廠”，發(fā)電煤耗為276克/千瓦時。

小鍋爐也有辦法燒好

另外，倪老談到，市面上關于煤炭“近零排放”“超低排放”的說法很多，但并不確切，這只是相對以前粗放的燒煤情況而言，并非絕對的不排放?！爱斚?，集中用煤排放的二氧化硫、氧化氮、細顆粒物，靠排放尾氣的收集處理，經過脫硫、脫硝、除塵裝置，已經能控制為和燒天然氣排放的水平相當，但最大挑戰(zhàn)是二氧化碳排放量，這是燃料的天性決定的。煤的主要成分是碳，排出的二氧化碳也多，燒一噸煤能產生2.7噸的二氧化碳，燒天然氣（CH4）排放的碳就相對少得多。”但他強調，當前的清潔煤技術可以使其傳統污染物的排放量，低于目前天然氣燃燒排放量的國家標準。

“洗煤”也是煤清潔利用的方式之一，就是在煤礦將粗煤經過水洗，洗去一些灰分、硫，比較容易，但也會增加成本，“關鍵是供應鏈下游的電廠愿不愿意買”。很多電廠寧愿采用價格便宜的粗煤，能少花點錢就少花點。“大家會慢慢地開始接受洗過的煤，因為國家對燃煤排放的標準會越來越嚴格，后處理成本也會增加，前端的煤干凈一點，燃燒后處理的成本也就沒那么大壓力了。企業(yè)也在盤算，到底是用洗煤劃算，還是加強后處理劃算?！?/p>

大型鍋爐的效率可以達到95%以上，煤燃燒釋放的能量有95%是被利用起來的。而工業(yè)小鍋爐平均效率只有65%～70%，“燒出來的灰都黑乎乎的，其實是炭沒燃燒完全”，所以小鍋爐燒煤是空氣的主要污染源之一，但倪老認為，“小鍋爐也是有辦法燒好的”，不能一棍子打死。他說，大家都在動腦筋，市面上出現了一種“水煤漿”技術，將65%左右的煤粉與34%的水和少量添加劑混合制備成液體，可以像油一樣泵送、霧化、儲運，并可直接用于各種鍋爐、窯爐的燃燒。這種技術使煤炭燃燒比較充分，污染排放也不很高，成本也可接受。

有大資金要投入“電化共軌”

在倪老看來，煤的清潔高效利用技術多種多樣，得多條腿走路，比如適度發(fā)展煤化工。煤化工其實是二戰(zhàn)期間發(fā)展起來的，納粹德國打仗油源不足，坦克飛機都得用油，德國煤炭較多，就研發(fā)煤變油。倪教授說，用煤直接變油，或者用煤氣化后間接變油，這兩方面的技術我國都已經突破，對緩解將來油短缺和能源安全有一定的作用?！暗珡哪茉葱式嵌瓤?，轉化過程就要耗費不少能源，差不多是4噸煤制成1噸油，比直接用煤或直接用油還是不合算，適當做點，如有1000萬噸的產量維持著，搞技術進步是可以的。煤做烯烴也可以，可再做成塑料、纖維等，也是煤化工的一條路線。”

倪維斗院士認為，煤炭清潔高效利用最好的技術路線就是“電化共軌”——發(fā)電和煤化工一起完成：煤先氣化變成合成氣，依次通過反應器，做一部分甲醇，把反應器里沒有發(fā)生反應的氣體，或者是反應器所釋放出來的氣體（馳放氣）拿去發(fā)電，把這兩個過程耦合起來?！叭绻麑ｉT用煤制取甲醇，那經過反應器后未發(fā)生反應的氣體還要再用泵抽取打回，再參與反應，循環(huán)好幾次。而電化共軌就是經過反應器后，未發(fā)生反應的氣體直接發(fā)電，這種方式經過仔細研究發(fā)現，能量整體利用效率可達60%以上（我國大電廠煤炭熱效率約45%，上海外三發(fā)電廠可達47%），煤里的一部分碳轉化成甲醇，如果甲醇不用于燃燒，就可使二氧化碳排放減少百分之二三十?！?/p>

從長遠看，電化共軌是發(fā)展方向，目前在推進，但總體比較慢，需要大企業(yè)、大投資才能做起來。“我和（煤業(yè)巨頭）神華集團的負責人聊過，他們也認為電化共軌這個方向是對的，但感覺風險較大，因為有幾個關鍵問題中國還沒法完全解決，還需要國外的技術介入，比如關于反應器馳放氣的發(fā)電問題，燃氣輪機還做不起來。完全靠企業(yè)投資，企業(yè)可能自身感覺風險大，風險需要分散一下。”

倪老透露，目前有幾個基金會也募集了不少資金，準備投入電化共軌技術的研發(fā)。

中美發(fā)電煤耗對比示意圖