治霾 不应简单寄望“煤改气”

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许多“煤制气”城市最终因为“没有找到足够的天然气”而变得不可持续

“事实上，燃煤发电对雾霾的贡献非常有限。最重要的是燃烧松散的煤。”

事实上，美国90%的煤炭都集中在发电上，88%在德国，只有50%在中国

中国最重要的能源支持是煤炭，控制霾的核心问题应该是研究煤炭的清洁利用

近日来，京津冀及其周边地区已陷入持续严重污染和雾霾天气。

目前，不同机构对雾霾污染源的具体构成数据有各自的看法。然而，在中国造成雾霾的“罪魁祸首”，无论是中国科学院张课题组、北京大学教授课题组，还是清华大学教授课题组，都一致认为是“化石燃料”，尤其是燃煤。

与此同时，2013年12月2日，环保组织绿色和平(Greenpeace)和英国利兹大学(University of Leeds)的研究团队发布了最新的《雾霾真相——京津冀地区pm2.5污染分析及减排策略研究》，其中还指出燃煤排放的空气污染物是整个京津冀地区最大的雾霾来源。

事实上，由于烟雾造成的混乱，近年来，学术界、政府和公众经常听到批评“煤炭在能源结构中所占比例过高”和呼吁大力发展清洁能源的声音。北京、唐山、济南、青岛、荆州等城市相继启动了“煤制气”工程。北京甚至提出“到2017年将建立四个燃气火力发电中心，全面关闭燃煤电厂。”

然而，在一些学者看来，以这种方式使用清洁能源确实是“浪费生命”。

一些学者指出，清洁能源仍然“令人尴尬”，而中国的主要能源支持是煤炭。雾霾控制的核心问题是研究煤炭的清洁利用。

“煤变气”，问题不仅仅是“气短”

谈到使用清洁能源，许多人的第一反应是“大力发展天然气”。事实上，在所有的清洁能源中，天然气是目前使用最广泛的一种。在电视上，中国和俄罗斯签署大规模天然气进口协议的消息也让人期待天然气在不久的将来取得长足的进步。然而，在引进天然气方面投入巨资的中国，除了“财富”之外，还能“富气”吗？

清华大学热能工程教授姚强对此进行了计算:“我国目前的能源消费结构约为60% ~ 70%的煤炭、17% ~ 20%的石油、5% ~ 6%的天然气，核能和其他可再生能源的总和不到10%。在世界上，大约30%是煤，33%是石油，25%是天然气，其余10%是其他能源。到2020年，之前签署合同的所有国家的天然气都将进入中国，我们自己生产的天然气将达到4000亿立方米。它只能占我国能源消费结构的10%，仍远低于国际水平的25%。”

事实上，许多大力发展“煤制气”的城市最终因为“找不到足够的天然气”而变得不可持续。清华大学热能工程系教授、中国工程院院士倪窦唯认为，“只有首都才有这样便利的条件”，从全国的实际情况来看，这是完全不现实的。

使用天然气时，“气短”不是唯一的问题。倪院士解释说，我国北方的能源供应一般是“热电联产”，发电和供热应该同时进行，各种能源产生的电和热的比例是相对固定的。与煤相比，天然气的电热比更高，即在供热量相同的情况下，需要燃烧更多的天然气，而北京的年供热量相对固定，所以使用更多的天然气。

倪院士还说，天然气虽然是清洁能源，但只是“相对清洁”。如果不在纯氧环境中高温燃烧，它还会与空气体中的氮发生反应，产生氮氧化物，从而产生烟雾。“如果用天然气代替燃煤发电，那么清洁天然气就没什么用了。这样，可能会产生比以前更多的氧化氮。”

清洁能源必须“清洁”吗？

虽然天然气是清洁的，但它毕竟属于“化石能源”。那么，看起来更“绿色”的太阳能和风能呢？

为了评价一种能源对环境的影响，倪院士窦唯提出了“全生命周期分析”的概念，不仅考虑了能源的利用水平，还从收集层面考虑了能源的清洁度:“例如，太阳能在利用太阳能的过程中不产生污染物，但太阳能设备非常耗能。制造太阳能电池板，使用单晶硅和多晶硅，这是非常耗能的。高纯度的硅需要几十万千瓦时才能提炼出一吨。”

相对而言，风能在早期采集过程中的能耗相对较低。然而，风力如何进入电网是一个问题。“风力发电，也包括太阳能发电。发电量取决于“上帝”——小风、晴天和阴天会影响发电量。然而，电网本身的需求是“可控的”——如果你需要更多的电力，你必须发送更多，如果你需要更少的电力，你将发送更少。一般来说，燃煤发电厂现在是可控的。它可以或多或少。然而，在风力发电的情况下，电网的需求可能与上帝不匹配。发电和输电应该同步，这不能说是储存。没有储存电力的好技术。如果你能保存它，你就能解决许多问题。现在风力发电的规模越来越大，但与电网配套的备用系统还没有建立起来。”倪院士承认，在现有的技术条件下，风电要接入电网，不仅需要大量的设备调整，而且电网中的许多火电厂都要根据风电功率的波动来调整发电量。涉及的变化太多了，袖手旁观需要许多待命部队。“电网中的一些人直接将风力发电称为‘垃圾发电’和‘劣质发电’，电网接受风力发电的热情并不高。”

煤也可以是清洁的，处理的核心问题应该是研究煤的清洁利用

对于煤炭是雾霾的“罪魁祸首”的观点，倪院士承认，但他觉得如果限制燃煤发电，显然是“板子没打对”:“事实上，燃煤发电对雾霾的贡献是非常有限的。”最重要的是燃烧松散的煤。”

教授也同意倪院士的观点:“什么是散煤？例如，每个家庭都烧煤球和蜂窝煤，还有一些小锅炉自己加热。那个小炉子很难控制二氧化硫和氮氧化物的排放。据我计算，400万吨未经减排控制的散煤所产生的污染物，与2000万吨经过集中减排处理的煤所产生的污染物差不多。”事实上，90%的煤炭集中在美国发电，88%集中在德国。在中国，这个数字只占50%。

“煤不一定脏。你可以很好地利用洁净煤技术，包括脱硫脱硝、煤炭气化液化等。在同样的燃煤用量下，污染物至少可以减少一半，甚至达到80% ~ 90%。”姚强教授说，目前，中国一些燃煤电厂排放的污染物接近甚至达到了天然气的排放标准，上海外高桥第三发电厂甚至达到了世界第一。

“清洁能源的概念是什么？它排放的污染物少吗？如果我们能够通过技术减少使用煤炭时的污染物排放，我们能说它不清洁吗？”倪院士指出，治理雾霾，不能一刀砍死煤炭。因为煤炭总量太大，占70%以上。中国的主要能源支持是煤炭，核心问题是研究煤炭的清洁利用。

应该熟练使用清洁能源

煤应该干净地使用。与此同时，倪窦唯院士认为，清洁能源仍然“令人尴尬”，需要长期发展。问题在于“巧用”，充分发挥其最大价值。

“清洁能源，如天然气、风能和太阳能，更适合由分布式能源系统来解决——发电系统不一定是一个大电网。例如，清华大学有一些机械设备，可以发电，冬天供热，夏天供冷。以天然气为主，可以补充风力、太阳能、地热能等。形成一个小网络。基本上自给自足，使用电网是不可能的。”

倪院士介绍的分布式能源系统，摆脱了电网，实现了“自力更生”，基本上由一台发动机(根据发电规模，可以使用内燃机或燃气轮机)组成，为一个有天然气的地区发电。同时，该地区的风能、太阳能和地热能可以相互耦合，以完成不同来源的电力供应的小平衡。然而，如果分布式能源系统形成一个规模，小系统也可以连接附近，形成地区之间的能源互补利用。“所以，天然气的价值在于，它不仅是一种清洁能源，而且还有潜力推动其他清洁可再生能源的应用——也就是说，通过分布式能源系统带来各种可再生能源。这是天然气最有效的地方。”(记者王学良)