王樹(shù)民 劉吉臻

(1.華北電力大學(xué)能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院，北京市昌平區(qū)，102206；2.神華集團(tuán)有限責(zé)任公司，北京市東城區(qū)，100011)

★ 專題論壇——燃煤發(fā)電與燃?xì)獍l(fā)電比較 ★

清潔煤電與燃?xì)獍l(fā)電環(huán)保性及經(jīng)濟(jì)性比較研究*

王樹(shù)民1，2劉吉臻1

(1.華北電力大學(xué)能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院，北京市昌平區(qū)，102206；2.神華集團(tuán)有限責(zé)任公司，北京市東城區(qū)，100011)

以神華集團(tuán)在京津冀區(qū)域的22臺(tái)近零排放改造燃煤機(jī)組和神華集團(tuán)在北京、浙江區(qū)域的燃?xì)鈾C(jī)組為對(duì)象，通過(guò)分析工程造價(jià)、檢修維護(hù)成本、售電完全成本等指標(biāo)，系統(tǒng)研究了近零排放燃煤發(fā)電和燃?xì)獍l(fā)電的經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性等問(wèn)題。研究結(jié)果表明，達(dá)到燃?xì)獍l(fā)電大氣污染物排放濃度限值的清潔煤電，比燃?xì)獍l(fā)電售電完全成本低0.29～0.47元/kWh。在當(dāng)前和今后一個(gè)時(shí)期，大力推進(jìn)燃煤發(fā)電機(jī)組近零排放改造，實(shí)現(xiàn)煤炭的清潔高效利用，是中國(guó)推動(dòng)能源供給革命的重要實(shí)踐，也是實(shí)現(xiàn)煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要保證。

清潔煤電 近零排放 燃?xì)獍l(fā)電 環(huán)保性比較 經(jīng)濟(jì)性比較

1 引言

能源是人類賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，能源的合理開(kāi)發(fā)利用對(duì)世界經(jīng)濟(jì)和人類社會(huì)發(fā)展具有重大意義。當(dāng)前，世界各國(guó)在能源開(kāi)發(fā)利用中，都會(huì)選擇適合國(guó)情的、科學(xué)合理的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)和能源利用方式。從世界一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)來(lái)看，2015年煤炭占比29.2%，石油占比32.9%，天然氣占比23.8%。而中國(guó)2015年的一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，煤炭占比63.7%，石油占比18.6%，天然氣占比5.9%?？梢?jiàn)，在當(dāng)今世界范圍內(nèi)，煤炭和石油仍是一次能源的消費(fèi)主體。從進(jìn)口依存度來(lái)看，如表1所示，中國(guó)2015年煤炭進(jìn)口量?jī)H為消費(fèi)量的5%，遠(yuǎn)低于石油60%和天然氣32%的進(jìn)口比例，在今后一個(gè)時(shí)期，煤炭都將是我國(guó)能源安全的可靠保障。

表1 2015年中國(guó)主要一次能源儲(chǔ)量及進(jìn)口依存度統(tǒng)計(jì)

注：開(kāi)采成本低于130美元/kg的鈾資源量

目前全球40%左右的電力依靠燃煤提供，化石燃料的高比例使用是大氣污染的重要原因。在世界范圍內(nèi)所有的污染源中，發(fā)電排放了全球1/3左右的SO2、14%的NOx和5%的細(xì)顆粒物(PM2.5)。其中，燃煤發(fā)電貢獻(xiàn)了主要的部分，包括其中3/4的SO2排放、70%的NOx排放和90%以上的PM2.5排放。由于環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，各國(guó)建立了嚴(yán)格的燃煤發(fā)電排放標(biāo)準(zhǔn)，采用了有效的污染物控制技術(shù)，SO2、NOx和PM2.5分別下降了55%、34%和32%。在中國(guó)，傳統(tǒng)煤煙型污染尚未得到有效控制的情況下，以臭氧、PM2.5和酸雨為特征的區(qū)域性復(fù)合型大氣污染日益突出，區(qū)域內(nèi)空氣重污染現(xiàn)象大范圍同時(shí)出現(xiàn)的頻次日益增多，嚴(yán)重制約社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，威脅人民群眾身體健康。

2015年中國(guó)煤炭消費(fèi)量39.64億t，占能源消費(fèi)總量的64%，其中電煤消費(fèi)量18.39億t，占煤炭消費(fèi)量的46%。中國(guó)已經(jīng)成為世界上燃煤發(fā)電應(yīng)用技術(shù)最為先進(jìn)的國(guó)家，在燃煤發(fā)電技術(shù)、裝備制造、材料科學(xué)及設(shè)計(jì)、工程和環(huán)保投入等方面都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。然而，中國(guó)的發(fā)電集團(tuán)由于其傳統(tǒng)的思維方式，滿足于電力行業(yè)相對(duì)于其他行業(yè)對(duì)中國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展作出的貢獻(xiàn)，滿足于《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223-2011)中對(duì)燃煤發(fā)電大氣污染物排放濃度限值的規(guī)定要求，對(duì)于煤電通過(guò)環(huán)保升級(jí)技術(shù)改造，進(jìn)一步減少大氣污染物排放濃度普遍持觀望甚至是抵觸的態(tài)度。自2013年以來(lái)，以神華集團(tuán)為代表的中央企業(yè)開(kāi)展了煤電近零排放或超低排放的技術(shù)研究和創(chuàng)新實(shí)踐，通過(guò)對(duì)煤電大氣污染物進(jìn)行深度治理，使得燃煤發(fā)電已經(jīng)能夠達(dá)到燃?xì)獍l(fā)電大氣污染物排放濃度限值的近零排放標(biāo)準(zhǔn)，很大程度上補(bǔ)齊了環(huán)保方面的短板，推進(jìn)了中國(guó)能源供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的步伐。

本文所指的清潔煤電就是達(dá)到中國(guó)GB13223-2011中規(guī)定的燃?xì)廨啓C(jī)組發(fā)電大氣污染物排放濃度限值(煙塵5 mg/m3、二氧化硫35 mg/m3、氮氧化物50 mg/m3)的近零排放煤電。燃?xì)獍l(fā)電就是指燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組通過(guò)燃燒天然氣進(jìn)行發(fā)電。在神華集團(tuán)提出煤電近零排放企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)路線及創(chuàng)新實(shí)踐時(shí)，社會(huì)上出現(xiàn)了很多相關(guān)的討論甚至是質(zhì)疑和抵觸，其核心問(wèn)題聚焦于煤電近零排放的環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性。本文將以神華集團(tuán)為例，對(duì)清潔煤電和燃?xì)獍l(fā)電進(jìn)行系統(tǒng)地對(duì)比分析，對(duì)清潔煤電的綜合效益給出參考。

2 清潔煤電與燃?xì)獍l(fā)電環(huán)保性對(duì)比分析

2015年末，中國(guó)6000 kW及以上電廠裝機(jī)容量達(dá)到15.1億kW，比“十一五”末的9.7億kW增加了5.4億kW。神華集團(tuán)截至2016年6月底，燃煤發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到7078萬(wàn)kW，占神華集團(tuán)電力總裝機(jī)的89%。本部分從對(duì)燃煤發(fā)電近零排放的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)路線、創(chuàng)新實(shí)踐、環(huán)境效果等方面著手，系統(tǒng)論證中國(guó)實(shí)施煤電近零排放的科學(xué)性和必要性，并將清潔煤電與燃?xì)獍l(fā)電的環(huán)保性進(jìn)行對(duì)比分析。

2.1 燃煤發(fā)電近零排放的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

1973年，中國(guó)頒布了《工業(yè)“三廢”排放試行標(biāo)準(zhǔn)》(GBJ4-73)，首次以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的方式對(duì)火電廠大氣污染物排放提出限值要求，1991年、1996年、2003年、2011年相繼對(duì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修訂，目前正在執(zhí)行的是環(huán)境保護(hù)部和國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局2011年修訂的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223-2011)，其中規(guī)定燃?xì)廨啓C(jī)組大氣污染物排放濃度限值是煙塵5 mg/m3、二氧化硫35 mg/m3、氮氧化物50 mg/m3，而燃煤機(jī)組在中國(guó)重點(diǎn)地區(qū)特別排放限值是煙塵20 mg/m3、二氧化硫50 mg/m3、氮氧化物100 mg/m3。神華集團(tuán)2013年提出的燃煤發(fā)電機(jī)組近零排放標(biāo)準(zhǔn)，就是按照GB13223-2011中規(guī)定的燃?xì)廨啓C(jī)組大氣污染物排放濃度限值而設(shè)定。而超低排放目標(biāo)是來(lái)源于2015年環(huán)境保護(hù)部、國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局出臺(tái)的《全面實(shí)施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造工作方案》(環(huán)發(fā)〔2015〕164號(hào))，其中規(guī)定超低排放的目標(biāo)是煙塵10 mg/m3、二氧化硫35 mg/m3、氮氧化物50 mg/m3。

中國(guó)燃煤電廠大氣污染物中的煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度限值均低于美國(guó)、歐盟、德國(guó)和日本等國(guó)家，這是中國(guó)在當(dāng)前的發(fā)展階段下，考慮資源稟賦和環(huán)境約束，尤其是解決中國(guó)霧霾問(wèn)題上的必然抉擇和重要舉措。神華集團(tuán)在煤電大氣污染物滿足國(guó)家達(dá)標(biāo)排放要求的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提出了煤電達(dá)到天然氣發(fā)電大氣污染物排放濃度限值的近零排放企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并進(jìn)行了富有成效的創(chuàng)新實(shí)踐，最終使得煤電清潔如氣電，引領(lǐng)了中國(guó)煤電大氣污染物排放的新標(biāo)準(zhǔn)。中國(guó)與世界主要國(guó)家和地區(qū)新建大型燃煤電廠大氣污染物排放濃度限值比較情況見(jiàn)表2。

表2 中國(guó)與世界主要國(guó)家和地區(qū)新建大型燃煤電廠大氣污染物排放濃度限值比較

2.2 燃煤發(fā)電近零排放的技術(shù)路線

根據(jù)大氣污染物近零排放的目標(biāo)要求，神華集團(tuán)組織電力設(shè)計(jì)院、電科院和神華國(guó)華電力研究院等單位，經(jīng)過(guò)近1年的研究，于2013年5月創(chuàng)新提出了近零排放總體技術(shù)路線，如圖1所示。

圖1 神華集團(tuán)燃煤電廠大氣污染物近零排放技術(shù)路線

圖1是神華集團(tuán)燃煤電廠大氣污染物近零排放典型技術(shù)路線，即采用低溫省煤器技術(shù)降低煙塵比電阻和煙氣體積流量以提高靜電除塵器除塵效率，安裝高效濕法脫硫裝置(脫硫效率99.9%)、濕式電除塵器(除塵效率98%～99%)和低氮燃燒技術(shù)+全負(fù)荷脫硝系統(tǒng)(脫硝效率不低于85%)，最大限度地降低燃煤電廠煙氣中煙塵、二氧化硫、氮氧化物和重金屬等的排放濃度。

在圖2中可以看到，神華集團(tuán)燃煤電廠大氣污染物近零排放典型技術(shù)路線中，在大氣污染物脫除設(shè)備的入口處和煙囪的出口處，煙塵排放濃度從8000 mg/m3降至5 mg/m3，二氧化硫排放濃度從1065 mg/m3降至26 mg/m3，氮氧化物排放濃度從200 mg/m3降至30 mg/m3，實(shí)現(xiàn)了煤電大氣污染物幾近于零的排放。與燃煤機(jī)組相比，燃?xì)廨啓C(jī)組環(huán)保排放指標(biāo)好，在不安裝除塵、脫硫、脫硝裝置情況下，煙塵、二氧化硫排放基本可以忽略不計(jì)，氮氧化物可控制在30 mg/m3以內(nèi)。煤電通過(guò)近零排放改造，也能夠達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組大氣污染物排放濃度限值，清潔煤電可以像天然氣發(fā)電一樣清潔。

2.3 燃煤發(fā)電近零排放的創(chuàng)新實(shí)踐

神華集團(tuán)京津冀區(qū)域燃煤電廠從環(huán)保達(dá)標(biāo)排放到近零排放的改造工作歷時(shí)3年，總投資23.5億元。截至2016年3月20日，完成了京津冀區(qū)域全部22臺(tái)、總裝機(jī)978萬(wàn)kW容量機(jī)組的近零排放改造。改造后環(huán)保設(shè)施運(yùn)行情況良好，大氣污染物排放指標(biāo)穩(wěn)定。

根據(jù)國(guó)家或地方政府環(huán)境監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)的現(xiàn)場(chǎng)取樣測(cè)試結(jié)果顯示，22臺(tái)燃煤機(jī)組改造后的平均煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別為2.25 mg/m3(最大值5 mg/m3～最小值0.23 mg/m3)、9.6 mg/m3(最大值24 mg/m3～最小值未檢出)、23.8 mg/m3(最大值36.77 mg/m3～最小值3 mg/m3)，特別是三河電廠4號(hào)機(jī)組改造后，經(jīng)中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站的現(xiàn)場(chǎng)取樣測(cè)試，煙塵排放濃度達(dá)到0.23 mg/m3。

2.4 燃煤發(fā)電近零排放的環(huán)境效果

以2014年中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為例，中國(guó)煙塵、二氧化硫、氮氧化物的排放總量為5793.2萬(wàn)t，其中，發(fā)電排放量為1338萬(wàn)t，如果2014年8.3億kW的燃煤機(jī)組全部實(shí)現(xiàn)近零排放，則2014年中國(guó)發(fā)電的煙塵、二氧化硫、氮氧化物減排比例將達(dá)到89.7%。2014年煤電近零排放的環(huán)境效果見(jiàn)表3。

如果2013年京津冀區(qū)域燃煤機(jī)組全部實(shí)現(xiàn)近零排放，則其煤電的煙塵、二氧化硫、氮氧化物的減排比例將達(dá)到92.8%。2013年京津冀區(qū)域煤電近零排放的環(huán)境效果見(jiàn)表4。

圖2 神華集團(tuán)燃煤電廠大氣污染物近零排放典型技術(shù)路線指標(biāo)示意

排放物全國(guó)排放/萬(wàn)t發(fā)電排放/萬(wàn)t煤電近零排放/萬(wàn)t煤電近零排放發(fā)電減排比例/%煤電近零排放全國(guó)減排比例/%煙塵1740.8987.792.25.2二氧化硫1974.462053.691.328.7氮氧化物207862076.687.626.2合計(jì)5793.21338137.989.720.7

表4 2013年京津冀區(qū)域煤電近零排放的環(huán)境效果

從人類社會(huì)發(fā)展對(duì)能源的需求來(lái)看，煤炭的清潔高效利用、煤電的清潔高效發(fā)展是世界歷史的潮流和能源發(fā)展的必然。在中國(guó)，煤電近零排放是電力企業(yè)面對(duì)國(guó)情的戰(zhàn)略選擇，也是對(duì)社會(huì)負(fù)責(zé)任的具體體現(xiàn)。通過(guò)煤電近零排放的創(chuàng)新實(shí)踐，讓社會(huì)意識(shí)到只要利用方式正確，煤炭和煤電都是清潔、高效、經(jīng)濟(jì)的一次能源。

2.5 清潔煤電與燃?xì)獍l(fā)電的排放對(duì)比

神華集團(tuán)目前運(yùn)營(yíng)兩座燃?xì)怆姀S，其中神華北京燃?xì)鉄犭姀S的95萬(wàn)kW“二拖一”燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)供熱發(fā)電機(jī)組工程，總投資約38億元，2015年8月7日投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)。神華浙江余姚燃?xì)怆姀S的78萬(wàn)kW“二拖一”多軸聯(lián)合循環(huán)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組工程，總投資約22.12億元，于2007年8月5日投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)。

以神華北京燃?xì)夂驼憬細(xì)鈾C(jī)組為例，在其實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度要大幅低于國(guó)家燃?xì)廨啓C(jī)組大氣污染物排放濃度限值。而通過(guò)燃煤機(jī)組近零排放改造，神華集團(tuán)京津冀區(qū)域全部22臺(tái)燃煤機(jī)組的平均煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度也僅為國(guó)家燃?xì)廨啓C(jī)組大氣污染物排放濃度限值的一半左右?？梢?jiàn)，煤電通過(guò)近零排放改造，補(bǔ)齊了在煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放方面的短板。國(guó)家燃?xì)廨啓C(jī)組排放濃度限值及神華集團(tuán)典型機(jī)組2015年大氣污染物排放濃度統(tǒng)計(jì)情況見(jiàn)表5。

表5 國(guó)家燃?xì)廨啓C(jī)組排放濃度限值及神華集團(tuán)典型機(jī)組2015年大氣污染物排放濃度統(tǒng)計(jì)表 mg·m-3

2015年底中國(guó)煤電裝機(jī)8.8億kW，根據(jù)國(guó)家能源局、環(huán)境保護(hù)部《關(guān)于印發(fā)2016年各省(區(qū)、市)煤電超低排放和節(jié)能改造目標(biāo)任務(wù)的通知》(國(guó)能電力〔2016〕184號(hào))，截至2015年底有13988萬(wàn)kW煤電完成近零排放(超低排放)改造。以神華集團(tuán)京津冀區(qū)域22臺(tái)、合計(jì)978萬(wàn)kW燃煤機(jī)組近零排放改造的平均投資260元/ kW來(lái)計(jì)算，如果中國(guó)剩余的7.4億kW燃煤機(jī)組全部完成近零排放(超低排放)改造，需要投資1924億元左右，必將促進(jìn)電力裝備制造富余產(chǎn)能的利用、環(huán)保產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展。

3 清潔煤電與燃?xì)獍l(fā)電經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

在清潔煤電與燃?xì)獍l(fā)電的討論中，包括初投資和運(yùn)行費(fèi)用在內(nèi)的經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題，是討論的焦點(diǎn)問(wèn)題之一。其中的初投資包括土地、土建、設(shè)備及安裝等，運(yùn)行成本主要包括燃料成本、人工成本及檢修維護(hù)費(fèi)用等，最終體現(xiàn)在售電完全成本的差別上。

3.1 清潔煤電工程造價(jià)高于燃?xì)獍l(fā)電

中國(guó)2015年60萬(wàn)kW等級(jí)及以上煤電機(jī)組參考動(dòng)態(tài)投資在3500元/kW左右，而30萬(wàn)kW等級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)組參考動(dòng)態(tài)投資在3000元/ kW左右。由于燃?xì)鈾C(jī)組建設(shè)周期約為同容量燃煤機(jī)組的70%、占地面積僅為燃煤機(jī)組的40%、人員配置不到常規(guī)燃煤機(jī)組的20%等因素，燃煤機(jī)組的單位工程造價(jià)要高于燃?xì)鈾C(jī)組。

神華北京燃?xì)鉄犭姀S的工程造價(jià)3532元/kW、浙江余姚燃?xì)怆姀S的工程造價(jià)2836元/ kW。而神華集團(tuán)京津冀區(qū)域22臺(tái)燃煤機(jī)組受投產(chǎn)時(shí)間等因素影響，工程造價(jià)平均為3955元/ kW，其中包含近零排放改造投入260元/ kW。神華集團(tuán)京津冀區(qū)域近零排放燃煤機(jī)組平均造價(jià)，較北京燃?xì)鉄犭姀S和浙江余姚燃?xì)怆姀S分別高出423元/kW和1119元/kW。神華燃?xì)怆姀S實(shí)際投資情況見(jiàn)表6。

表6 神華燃?xì)怆姀S實(shí)際投資情況

3.2 清潔煤電檢修維護(hù)成本低于燃?xì)獍l(fā)電

目前，中國(guó)的燃煤機(jī)組在設(shè)計(jì)、設(shè)備制造、工程建設(shè)、發(fā)電技術(shù)和檢修維護(hù)等方面均比較成熟，而在燃?xì)廨啓C(jī)研發(fā)上起步較晚。2001年，國(guó)家發(fā)改委發(fā)布《燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和技術(shù)引進(jìn)工作實(shí)施意見(jiàn)》，決定以市場(chǎng)換取技術(shù)的方式進(jìn)行技術(shù)引進(jìn)，通過(guò)上海汽輪機(jī)廠、哈爾濱汽輪機(jī)廠、東方汽輪機(jī)廠和外企合作燃?xì)廨啓C(jī)生產(chǎn)及聯(lián)合循環(huán)技術(shù)。目前，中國(guó)在燃?xì)鈾C(jī)組的整機(jī)設(shè)計(jì)、熱部件材料制造及冷卻和隔熱涂層等關(guān)鍵技術(shù)方面的技術(shù)壁壘仍未突破，燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組燃燒器和透平葉片等熱通道部件還完全依靠進(jìn)口，整體裝備制造水平有待提升。目前神華集團(tuán)京津冀區(qū)域燃煤發(fā)電機(jī)組的檢修費(fèi)用平均65元/kW左右。而燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組由于設(shè)備維護(hù)、整機(jī)檢修依靠原廠商，燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組動(dòng)葉、靜葉、燃燒器等主要部件發(fā)生故障需返廠檢修，備件和維修費(fèi)用昂貴，使得神華北京燃?xì)鉄犭姀S、浙江余姚燃?xì)怆姀S每年檢修費(fèi)用在89元/kW和84.41元/kW左右。

3.3 清潔煤電售電完全成本低于燃?xì)獍l(fā)電

神華集團(tuán)2015年京津冀區(qū)域燃煤電廠平均售電完全成本為0.24元/kWh，神華北京燃?xì)鉄犭姀S、浙江余姚燃?xì)怆姀S售電完全成本為0.53元/kWh、0.71元/kWh，燃煤發(fā)電售電完全成本僅為燃?xì)獍l(fā)電的45%和33%。其中的燃料成本方面，京津冀區(qū)域天然氣平均價(jià)格為2.7元/m3，北京地區(qū)為2.51元/m3，浙江區(qū)域?yàn)?.993元/m3。按照低位發(fā)熱量35 MJ/m3計(jì)算，京津冀、北京和浙江每29.26 MJ天然氣價(jià)格分別為2.26元、2.1元和2.5元，而29.26 MJ的電煤價(jià)格僅為0.45元左右，同樣熱值的天然氣價(jià)格是煤炭?jī)r(jià)格的5倍左右。2015年神華集團(tuán)京津冀區(qū)域燃煤發(fā)電的燃料成本為0.16元/kWh，僅為神華北京燃?xì)鉄犭姀S、浙江余姚燃?xì)怆姀S燃料成本的38%和30%。2015年，全球煤炭?jī)r(jià)格已連續(xù)第4年下跌，所有地區(qū)的天然氣價(jià)格均下跌，其中北美地區(qū)跌幅最大。在一次能源中，天然氣是熱量高、污染小的高品質(zhì)清潔能源，盡管從目前的燃料價(jià)格水平來(lái)看，燃煤發(fā)電具有明顯的成本優(yōu)勢(shì)，但目前天然氣價(jià)格呈下行趨勢(shì)，如果在未來(lái)工業(yè)用天然氣價(jià)格降至1元/m3，煤炭?jī)r(jià)格維持現(xiàn)有水平不變，則燃煤與燃?xì)獍l(fā)電的燃料成本基本持平。

3.4 清潔煤電銷售電價(jià)低于燃?xì)獍l(fā)電

2015年，京津冀區(qū)域燃煤機(jī)組標(biāo)桿電價(jià)平均為0.354元/kWh(含稅)，其中包含國(guó)家發(fā)改委和環(huán)境保護(hù)部《燃煤發(fā)電機(jī)組環(huán)保電價(jià)及環(huán)保設(shè)施運(yùn)行監(jiān)管辦法》(發(fā)改價(jià)格〔2014〕536號(hào))規(guī)定，給予除塵、脫硫、脫硝電廠的電價(jià)加價(jià)2.7分/kWh。

按照國(guó)家發(fā)改委、環(huán)境保護(hù)部、國(guó)家能源局聯(lián)合印發(fā)的《關(guān)于實(shí)行燃煤電廠超低排放電價(jià)支持政策有關(guān)問(wèn)題的通知》(發(fā)改價(jià)格〔2015〕2835號(hào))，2016年1月1日前已經(jīng)并網(wǎng)運(yùn)行的現(xiàn)役機(jī)組，統(tǒng)購(gòu)上網(wǎng)電量加價(jià)1分/kWh(含稅)。截至2016年9月底，神華集團(tuán)京津冀區(qū)域已有17臺(tái)機(jī)組落實(shí)了超低排放電價(jià)，即使22臺(tái)燃煤機(jī)組超低排放電價(jià)全部落實(shí)到位，其平均銷售電價(jià)也僅為0.365元/kWh。神華集團(tuán)京津冀區(qū)域22臺(tái)燃煤機(jī)組電價(jià)的構(gòu)成和落實(shí)情況見(jiàn)表7。

北京市燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組執(zhí)行單一制電價(jià)，北京市燃?xì)夤窘y(tǒng)買統(tǒng)賣天然氣，由于北京市政府額外補(bǔ)貼電價(jià)0.03元/kWh左右。神華北京燃?xì)鉄犭姀S核準(zhǔn)時(shí)，國(guó)家發(fā)改委核定電價(jià)為0.8485元/kWh(含稅)，由于2015年11月20日起北京市天然氣售價(jià)由3.22元/m3下調(diào)至2.51元/ m3，按照北京市財(cái)政局通知的調(diào)價(jià)原則計(jì)算，神華北京燃?xì)鉄犭姀S2015年11月20日后電價(jià)調(diào)整為0.7046元/kWh，根據(jù)調(diào)整前后電價(jià)水平綜合計(jì)算，其2015年平均電價(jià)為0.78元/kWh。神華北京燃?xì)鉄犭姀S2015年電價(jià)情況見(jiàn)表8。

浙江省物價(jià)局2015年相繼下發(fā)了《關(guān)于我省天然氣發(fā)電機(jī)組試行兩部制電價(jià)的通知》(浙價(jià)資〔2015〕135號(hào))和《關(guān)于調(diào)整燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組上網(wǎng)電價(jià)的通知》(浙價(jià)資〔2015〕240號(hào))。根據(jù)浙江省電價(jià)政策，余姚燃?xì)怆姀S2015年平均電價(jià)為0.8153元/kWh。神華集團(tuán)京津冀區(qū)域近零排放燃煤電廠較北京燃?xì)鉄犭姀S、浙江余姚燃?xì)怆姀S銷售電價(jià)分別低0.415元/kWh和0.45元/kWh。神華浙江余姚燃?xì)怆姀S2015年電價(jià)情況見(jiàn)表9。

表7 神華集團(tuán)京津冀區(qū)域近零排放燃煤機(jī)組電價(jià)情況

注：上網(wǎng)電價(jià)中包含除塵電價(jià)0.2分/kWh、脫硫電價(jià)1.5分/kWh、脫硝電價(jià)1分/kWh

總之，綜合考慮燃煤發(fā)電與燃?xì)獍l(fā)電在工程造價(jià)、檢修費(fèi)用、售電成本、銷售電價(jià)等方面的差異，達(dá)到近零排放標(biāo)準(zhǔn)的清潔煤電，在經(jīng)濟(jì)性要優(yōu)于燃?xì)獍l(fā)電，神華集團(tuán)京津冀區(qū)域近零排放燃煤發(fā)電與燃?xì)獍l(fā)電綜合對(duì)比情況見(jiàn)表10。

表8 神華北京燃?xì)鉄犭姀S2015年電價(jià)情況

注：神華北京燃?xì)鉄犭姀S目前執(zhí)行0.47元/kWh的臨時(shí)結(jié)算電價(jià)，而北京市電網(wǎng)結(jié)算的燃?xì)鈽?biāo)桿電價(jià)為0.65元/kWh

表9 神華浙江余姚燃?xì)怆姀S2015年電價(jià)情況

備注：將余姚燃?xì)怆姀S容量電價(jià)360元/千瓦·年，根據(jù)余姚燃?xì)怆姀S2015年全年上網(wǎng)電量情況折算成每千瓦時(shí)的容量電價(jià)

表10 神華集團(tuán)京津冀區(qū)域近零排放燃煤發(fā)電與燃?xì)獍l(fā)電綜合對(duì)比表

4 清潔煤電與燃?xì)獍l(fā)電社會(huì)成本對(duì)比

從中國(guó)目前的發(fā)電機(jī)組運(yùn)營(yíng)情況來(lái)看，燃煤電廠沒(méi)有地方的財(cái)政補(bǔ)貼，而燃?xì)獍l(fā)電廠要維持生存和正常的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)，需要政府提供大量的財(cái)政補(bǔ)貼，支付較高的社會(huì)成本。

以北京市9家燃?xì)怆姀S為例，在2015年，如果按照北京市燃?xì)獍l(fā)電平均價(jià)格為0.78元/kWh測(cè)算，北京市政府需要在北京市燃?xì)鈽?biāo)桿電價(jià)0.65元/kWh的基礎(chǔ)上補(bǔ)貼0.13元/kWh，以9家燃?xì)怆姀S2015年全年累計(jì)上網(wǎng)電量310.6億kWh計(jì)算，2015年需要北京市政府支付財(cái)政補(bǔ)貼近37億元。北京市主要燃?xì)怆姀S財(cái)政補(bǔ)貼額度預(yù)測(cè)見(jiàn)表11。

中國(guó)天然氣資源匱乏，燃?xì)怆姀S的運(yùn)行受限于燃?xì)獾墓?yīng)。此外，中國(guó)大部分燃?xì)怆姀S實(shí)行的是臨時(shí)上網(wǎng)電價(jià)，各電廠的上網(wǎng)電價(jià)實(shí)行“一事一議”、“一廠一價(jià)”的方式，高氣價(jià)決定了高電價(jià)，由于燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組上網(wǎng)電價(jià)沒(méi)有建立統(tǒng)一、規(guī)范的疏導(dǎo)機(jī)制，各省價(jià)格政策差異較大。由于中國(guó)多數(shù)省市缺乏上網(wǎng)電價(jià)與氣價(jià)之間的聯(lián)動(dòng)調(diào)整機(jī)制，天然氣價(jià)改后，電廠的高額成本難以通過(guò)上網(wǎng)電價(jià)進(jìn)行分?jǐn)?，?jīng)濟(jì)性進(jìn)一步下降，也遏制了企業(yè)投資積極性。

以浙江余姚燃?xì)怆姀S為例，實(shí)際動(dòng)態(tài)投資22.12億元，2007年投產(chǎn)以來(lái)累計(jì)實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)總額僅為4964萬(wàn)元。余姚燃?xì)怆姀S執(zhí)行“兩部制”電價(jià)政策后，考慮現(xiàn)行電、氣價(jià)政策(電量電價(jià)520元/MWh，氣價(jià)2.31元/m3)，在年容量收入24233萬(wàn)元的情況下，盈虧平衡點(diǎn)電量需達(dá)到31.6億kWh以上，折合發(fā)電利用小時(shí)4051 h。從目前情況看，余姚燃?xì)怆姀S年發(fā)電利用小時(shí)僅為2000 h左右，年平均單位固定成本221.28元/MWh，單位燃料成本415.17元/MWh。按照年發(fā)電利用小時(shí)2000 h進(jìn)行測(cè)算，未來(lái)年度要實(shí)現(xiàn)盈虧平衡，含稅電量電價(jià)需達(dá)到744.65元/MWh以上，需要在目前520元 /MWh的基礎(chǔ)上再增加224.65元/MWh。從當(dāng)前和今后一個(gè)時(shí)期的國(guó)家政策導(dǎo)向、經(jīng)濟(jì)發(fā)展形勢(shì)和市場(chǎng)需求情況來(lái)看，在發(fā)電利用小時(shí)和電量電價(jià)兩個(gè)方面都無(wú)法達(dá)到余姚燃?xì)怆姀S盈虧平衡點(diǎn)的水平。盡管余姚電廠在建設(shè)初期就預(yù)留了二期擴(kuò)建場(chǎng)地，但由于一期項(xiàng)目缺乏經(jīng)濟(jì)性，所以二期擴(kuò)建項(xiàng)目一直都沒(méi)有啟動(dòng)。

當(dāng)前，燃煤發(fā)電是中國(guó)經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的發(fā)電方式，與氣電、風(fēng)電、光電等其他發(fā)電方式相比，增加清潔煤電的消納，有利于降低全社會(huì)的用電成本，增強(qiáng)企業(yè)的活力。根據(jù)中電聯(lián)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，中國(guó)2015年底天然氣發(fā)電裝機(jī)容量6637萬(wàn)kW、天然氣發(fā)電量1658億kWh。如果按照煤電電價(jià)0.35元/kWh、氣電電價(jià)0.7元/kWh來(lái)計(jì)算，2015年全社會(huì)氣電用電量1658億kWh，與等量的煤電用電量相比，需要包括政府和企業(yè)在內(nèi)的全社會(huì)多支付580億元的用電成本。中國(guó)不同類型發(fā)電方式的電價(jià)水平統(tǒng)計(jì)情況見(jiàn)表12。

表11 北京市主要燃?xì)怆姀S財(cái)政補(bǔ)貼額度預(yù)測(cè)

注：由于神華北京燃?xì)鉄犭姀S目前執(zhí)行0.47元/kWh的電網(wǎng)臨時(shí)結(jié)算電價(jià)，尚未獲得北京市0.65元/kWh的燃?xì)鈽?biāo)桿電價(jià)，因此2015年的補(bǔ)貼電價(jià)暫為0.31元/kWh，2016年的補(bǔ)貼電價(jià)按照0.21元/kWh測(cè)算

表12 中國(guó)不同類型發(fā)電方式的電價(jià)水平統(tǒng)計(jì)

5 今后能源發(fā)展的影響分析

針對(duì)今后能源的發(fā)展，國(guó)際能源署發(fā)布的《能源和空氣污染》(Energy and Air Pollution)報(bào)告對(duì)比了兩種情景。其中新政策情景(New Policies Scenario)延續(xù)現(xiàn)有能源、污染物控制計(jì)劃及政策；清潔空氣情景(Clean Air Scenario)采用一些能夠顯著降低污染物排放的措施。新政策情景中，盡管全球能源需求增長(zhǎng)，到2040年，與能源相關(guān)的污染物排放是下降的。相比2015年，PM2.5、SO2和NOx分別下降了7%、20%和10%。清潔空氣情景中，在2020年前煤炭會(huì)達(dá)到利用峰值，天然氣是唯一的需求增長(zhǎng)的化石燃料。2040年，全球PM2.5將下降3/4，SO2和NOx低于新政策情景的50%。煤炭達(dá)到峰值的現(xiàn)實(shí)會(huì)導(dǎo)致煤炭企業(yè)的產(chǎn)能調(diào)整及價(jià)格變動(dòng)。前面的分析表明，燃?xì)廨啓C(jī)電站的運(yùn)行費(fèi)用高及穩(wěn)定性差主要受制于天然氣源的限制。中國(guó)具有豐富的頁(yè)巖氣資源，如果今后能夠大規(guī)模開(kāi)采和利用及具有較好的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，對(duì)于燃?xì)廨啓C(jī)電站的運(yùn)行具有很大的提升。另一方面，中國(guó)將啟動(dòng)實(shí)施飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)重大專項(xiàng)，預(yù)計(jì)“十三五”期間將投入上千億資金，一旦在核心技術(shù)上取得突破，長(zhǎng)期制約中國(guó)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)展的瓶頸被打破，中國(guó)的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電行業(yè)必將迎來(lái)新一輪發(fā)展高潮和廣闊空間，燃?xì)廨啓C(jī)的單位造價(jià)也會(huì)相應(yīng)降低?？傊?，燃煤發(fā)電和燃?xì)獍l(fā)電均有經(jīng)濟(jì)性提升的空間。

6 結(jié)論及建議

(1)中國(guó)作為全球第一大能源生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，“十三五”期間在全面建成小康社會(huì)的偉大征程中，迫切需要安全有保障的、利用清潔化的、百姓用得起的能源。在中國(guó)當(dāng)前的資源稟賦和價(jià)格水平下，與燃?xì)獍l(fā)電相比，清潔煤電在經(jīng)濟(jì)性和可靠性上具有明顯優(yōu)勢(shì)。

(2)煤電通過(guò)近零排放改造，能夠補(bǔ)齊環(huán)保方面的短板，達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組大氣污染物排放濃度限值，實(shí)現(xiàn)清潔化。如果燃煤機(jī)組全部實(shí)現(xiàn)近零排放，則2014年中國(guó)發(fā)電的煙塵、二氧化硫、氮氧化物減排量為1200萬(wàn)t，發(fā)電減排比例達(dá)到89.7%，中國(guó)總體的煙塵、二氧化硫、氮氧化物減排比例達(dá)到20.7%，清潔煤電對(duì)中國(guó)霧霾治理具有著重要的意義。

(3)中國(guó)每年有7～8億t散燒煤，從工業(yè)小鍋爐散燒煤來(lái)看，其在用鍋爐的大氣污染物排放濃度限值是燃煤電站鍋爐近零排放標(biāo)準(zhǔn)的10倍左右，如果實(shí)現(xiàn)清潔煤電替代散燒煤，將大大緩解煤炭使用對(duì)環(huán)境造成的不利影響，走出一條煤炭清潔高效利用之路。

(4)受全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展緩慢等因素影響，導(dǎo)致天然氣價(jià)格下行壓力較大，如果未來(lái)工業(yè)用天然氣價(jià)格降至1元/m3，煤炭?jī)r(jià)格維持現(xiàn)有水平不變，則清潔煤電與燃?xì)獍l(fā)電的燃料成本將基本持平，屆時(shí)，燃?xì)獍l(fā)電的經(jīng)濟(jì)性將大幅提升。

(5)由于燃?xì)獍l(fā)電在污染物排放，尤其是在二氧化碳溫室氣體排放方面的天然優(yōu)勢(shì)，當(dāng)前在繼續(xù)推進(jìn)清潔煤電發(fā)展的同時(shí)，可以綜合考慮中國(guó)不同地區(qū)的環(huán)境容量情況，在部分經(jīng)濟(jì)有條件的地區(qū)建設(shè)一定規(guī)模的燃?xì)怆姀S。

(6)2015年中國(guó)煤炭消費(fèi)39.64億t，其中電煤消費(fèi)18.39億t，占煤炭消費(fèi)量的46%，發(fā)電用煤是煤炭消費(fèi)的重要渠道。在當(dāng)前和今后一個(gè)時(shí)期，大力發(fā)展安全有保障的、利用清潔化的、百姓用得起的清潔煤電，是中國(guó)煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要舉措。

[1]BP.BP Statistical Review of World Energy.2016

[2]國(guó)土資源部.中國(guó)礦產(chǎn)資源報(bào)告2015.2015

[3]林衛(wèi)斌.能源數(shù)據(jù)簡(jiǎn)明手冊(cè)2016.北京：經(jīng)濟(jì)管理出版社，2016

[4]王樹(shù)民，宋暢，陳寅彪等.燃煤電廠大氣污染物“近零排放”技術(shù)研究及工程應(yīng)用.環(huán)境科學(xué)研究，2015(4)

[5]中國(guó)環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)電除塵委員會(huì).燃煤電廠煙氣超低排放技術(shù).北京：中國(guó)電力出版社，2015(5)

[6]趙磊，周洪光.超低排放燃煤火電機(jī)組濕式電除塵器細(xì)顆粒物脫除分析.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2016(2)

[7]張軍，鄭成航，張涌新等.某1000 MW燃煤機(jī)組超低排放電廠煙氣污染物排放測(cè)試及其特性分析.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2016(5)

[8]中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院，國(guó)電環(huán)境保護(hù)研究所.GB13223-2011火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn).北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2011

[9]電力規(guī)劃設(shè)計(jì)總院.火電工程限額設(shè)計(jì)參考造價(jià)指標(biāo).北京：中國(guó)電力出版社，2015

[10]樊慧，段兆芳，單衛(wèi)國(guó).中國(guó)天然氣發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀及前景展望.中國(guó)能源，2015(2)

[11]史進(jìn)淵，楊宇，陳健等.燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組可靠性評(píng)價(jià)指標(biāo)的計(jì)算公式.熱力透平，2003(4)

[12]國(guó)家環(huán)?？偩?GB13271-2014鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn).北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2014

(責(zé)任編輯 熊志軍)

Economic and environmental comparison of clean coal-fired power and gas turbine power

Wang Shumin1，2， Liu Jizhen1

(1.School of Energy, Power and Mechanical Engineering, North China Electric Power University, Changping, Beijing 102206, China；2.Shenhua Group Corporation Limited, Dongcheng, Beijing 100011, China)

Based on the typical near-zero emissions coal-fired units of Shenhua Group in the area of Beijing-Tianjin-Hebei and gas turbine units of Shenhua in the area Beijing and Zhejiang, the project cost, maintenance cost, electricity sale costs etc. Were analysis, and the economy and pollution of near-zero emissions coal-fired and gas-fired units were summarized. The results show that clean coal-fired power can reach the limit of gas turbine emissions and its reliability have good performance. Compared with the gas turbine power, the electricity sale costs of clean coal-fired power is lower 0.29 ～ 0.47 Yuan(RMB)/kWh.The current and future a period, innovative practice of near-zero emissions for coal-fired power plants, will be strongly support energy supply revolution of China, and will be the guarantee of the sustainable development of coal industry.

clean coal-fired power， near-zero emission， gas turbine power， environmental comparison, economic comparison

國(guó)家科技支撐計(jì)劃(2015BAA05B02)

TD-9

A

王樹(shù)民(1962-)，男，教授級(jí)高級(jí)工程師，中國(guó)神華能源股份有限公司副總裁，主要從事電力生產(chǎn)技術(shù)管理和燃煤電站污染物控制技術(shù)及應(yīng)用研究。

劉吉臻(1951-)，男，中國(guó)工程院院士，博士，教授，博士生導(dǎo)師，華北電力大學(xué)校長(zhǎng)，第十二屆全國(guó)政協(xié)委員，新能源電力系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任，國(guó)家基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃首席科學(xué)家。