在可以見到的未來,燃煤采暖還是會退出歷史舞臺的。不過取代燃煤采暖的主要能源,不是其它能源,而是建筑節能,如果未來農村的建筑比今天節能70%以上,采暖是燒氣還是用電就無所謂了。
中國北方采暖用的大多數戶用燃煤小鍋爐(俗稱土暖氣)排放的煙氣中顆粒物為700毫克/立方米左右,這是德國能源署與河北省政府合作進行的大氣污染治理咨詢中,德方專家做出的評估。“煤炭中的揮發分和一氧化碳需要在爐膛中與空氣充分混合燃燒2秒鐘以上,才能將可燃氣體基本燃盡。中國的土暖氣爐膛太小,二次風與可燃氣體混合后的燃燒時間連半秒鐘都不到。”我的一位德國環境工程師同事如此解釋。
后來我查閱了一些中國專家的文章,結論更悲觀,中國土暖氣的燃燒煙氣中的顆粒物達1000毫克/立方米左右,遠遠高于中國燃煤鍋爐的煙氣排放上限(見下圖)。
也就是說,土暖氣排放的煙氣中的顆粒物是燃煤鍋爐的20倍左右,土暖氣排放的煙氣中的二氧化硫是燃煤鍋爐的3~10倍。根據2017年12月5日國家發改委等十部委共同發布的《北方地區冬季清潔取暖規劃》披露的信息:“取暖用煤年消耗約4億噸標煤,其中散燒煤(含低效小鍋爐用煤)約2億噸,主要分布在農村地區”。中國的全年總煤耗不過30多億噸標煤,中國北方地區充其量消耗20億噸,而冬季采暖季除了這2億噸散煤外,煤炭用量充其量也就是10億噸。也就是說,冬季散煤采暖燃煤量在中國北方的用量超過總燃煤量的20%,考慮到如上所述散煤燃燒煙氣中的顆粒物和二氧化硫是其它燃煤設備的數倍至10多倍,因此中國北方冬季顆粒物和二氧化硫的最大污染源就是散煤燃燒采暖,甚至可能超過50%(如果不考慮大型燃煤設備排放煙氣濕法脫硫產生的二次污染物的話)。
如何消除散煤采暖對大氣的污染?最簡單徹底的辦法似乎就是煤改氣或者煤改電。就極個別地區來說,確是如此。但是,對絕大多數地區而言,卻是欲速則不達。
散煤采暖的地區,絕大部分是在農村地區。這些地區基本上沒有燃氣網,配電網的功率也很小。如果煤改氣采暖,或煤改電采暖,就要新建燃氣網和配電網。
建設燃氣網和燃氣采暖系統需要花多少錢?煤改氣的基礎設施建設,戶均投資是2萬多元,這里還不包括建設儲氣庫的投資。冬季采暖是在用氣量最多的季節用氣,如果不在非采暖季儲氣,就要在采暖季搶奪別人的用氣——這樣造成的損失比建設儲氣庫還大。如果加上建設儲氣庫的投資,煤改氣的戶均投資估計就到3萬元人民幣左右了。
而煤改電采暖就更麻煩了,如果是大規模煤改電采暖,除了配電網幾乎要完全新建,高壓輸電網也需要進行增容改造,甚至還需要新建燃煤發電廠。因為煤改電,京津冀在冬天寒冷的天氣上半夜的電力負荷已經接近電廠的最大出力了。如果繼續增加煤改電的規模,則就需要新建燃煤電廠。在這種情況下,1個農戶煤改電,需要增加大約7千瓦左右的配電網、輸電網和燃煤電廠投資,戶均投資高達2萬元(如果僅需擴建配電網的話)~6萬元(如果需要擴建配電網、輸電網和燃煤電廠的話)。且不說燃煤電廠每發1千瓦時的電力,需要燒3千瓦時的煤炭,燒的煤比散煤采暖還多。而新增的配電網、輸電網和燃煤電廠在全年的其它時間里幾乎無用,浪費極大。
由于燃氣和電力提供的單位熱能價格,是燃煤的2~4倍,農村家庭的經濟能力又比較弱,因此國家還必須對煤改電和煤改氣的每戶家庭提供每年1000~3000元的燃氣或電力補貼。
這就意味者,如果將中國北方約8000萬戶人家(按平均每戶每年燒2.5噸標煤計算)的2億噸散煤采暖全部改為燃氣采暖或電力采暖,需要給燃氣和電力基礎設施建設投資2~3萬億元,另外每年還要補貼2000億元左右,要補多少年?還是個天曉得的問題。
所以,中國國家領導人對煤改氣和煤改電的指示是:“宜氣則氣;宜電則電”。很遺憾的是,這個指示在執行的時候,這兩句話的第一個字似乎在一些地方被遺忘了,于是才有了2017年的煤改氣,在許多地方遭受巨大挫折后,在中央政府的有關部門督辦下又氣改煤了。
在中國的很多地方,也進行了用無煙煤制作清潔型煤的嘗試,甚至對制作型煤的煤炭制定了標準,有四項指標:揮發分、硫含量、熱值、灰分。但是收效很差,一來無煙煤很貴;二來無煙煤并不是無煙,而是煙少一些,煙氣中的顆粒物平均也是幾百毫克/立方米。這種方法有污染且昂貴,于是也推行不下去。
2017年2月筆者考察北京郊區小燃煤爐燃燒無煙煤做的清潔型煤排放的情況,肉眼看上去,煙氣中的顆粒物含量應該是幾百毫克/立方米。
但是,廣大人民群眾對改善大氣質量的要求是迫切的。那么除了在冬季忍收散煤采暖污染和花費巨額費用的煤改氣+煤改電兩條道路之外,有沒有其它的既能顯著減少散煤采暖污染、經濟上現在也可以承受的解決辦法?
答案是肯定的,并且有成熟的范例。
與中國一樣,德國也是一個主要能源稟賦是煤炭的國家,缺氣缺油。二戰前,采暖主要靠散煤。二戰后隨著生活水平的提高,燃油和燃氣采暖的比例不斷升高。但盡管如此,今天德國依然有1400多萬臺燒(燒型煤或木柴等)固體燃料的采暖設備(盡管其中大多數是擺放在客廳的壁爐,有人時才點燃,不是在整個冬季持續使用)。需要說明的是,木柴中有大量的木焦油,如果不在超低排放的爐子里燒,產生的顆粒物一點兒不比燒煤炭少。德國法律規定,所有的固體燃料設備的煙囪必須由專業煙囪師傅定期進行檢查清理,煙氣排放的環保是否達標也由煙囪師傅審核,因此這個數字特別準確。
注:德國有全國統一的煙囪師傅協會,所有的煙囪師傅都是專門注冊的。一個地區有多少名煙囪師傅,是固定的,不能輕易增加。這個行業是絕對壟斷的。在德國要想當煙囪師傅,一般來說只有兩種可能,要么是煙囪師傅的兒子,要么是煙囪師傅的女婿。但正是這種專業性壟斷,使得德國的散煤污染治理很容易貫徹執行。
德國對散煤污染治理長年重視,政府一直撥專款進行研究,不斷進步。德國出廠的戶用燃煤爐排放標準中對煙氣中顆粒物規定的上限,在上世紀六十年代,是150毫克/立方米;到了上世紀九十年代,是90毫克/立方米;2015年1月1日起,是20毫克/立方米(單個房間)~40毫克/立方米(多個房間),這個限值甚至略低于中國大中型燃煤鍋爐的排放上限。我曾經問過我的德國同事,“德國什么時代的散煤燃燒煙氣中的顆粒物是700毫克左右/立方米”。我的同事想了半天也沒想出來:“也許是在俾斯麥時代吧?也許更早?”而且德國戶用燃煤爐的能效很高,75%以上,而中國大多數的戶用燃煤爐能效只有30%~50%。需要說明的是,德國的型煤絕大多數是揮發分很大的褐煤,如果在中國普通的戶用燃煤采暖爐中燃燒,會比用中國的煙煤排放更多的顆粒物。其實道理也很簡單,就是爐膛比中國的戶用燃煤爐大得多,而且有優化的二次風系統,焦油和一氧化碳燃燒得充分。
在可以見到的未來,燃煤采暖還是會退出歷史舞臺的。不過取代燃煤采暖的主要能源,不是其它能源,而是建筑節能,減少使用的能源才是最綠的能源。隨著人民生活水平的提高,今后二三十年里,中國農村的住宅還會不斷地改造,與城市一樣,建筑改造時會進行建筑節能改造。如果未來農村的建筑比今天節能70%以上,采暖是燒氣還是用電就無所謂了。
中國北方采暖用的大多數戶用燃煤小鍋爐(俗稱土暖氣)排放的煙氣中顆粒物為700毫克/立方米左右,這是德國能源署與河北省政府合作進行的大氣污染治理咨詢中,德方專家做出的評估。“煤炭中的揮發分和一氧化碳需要在爐膛中與空氣充分混合燃燒2秒鐘以上,才能將可燃氣體基本燃盡。中國的土暖氣爐膛太小,二次風與可燃氣體混合后的燃燒時間連半秒鐘都不到。”我的一位德國環境工程師同事如此解釋。
中國北方農村的燃煤采暖小鍋爐——土暖氣
后來我查閱了一些中國專家的文章,結論更悲觀,中國土暖氣的燃燒煙氣中的顆粒物達1000毫克/立方米左右,遠遠高于中國燃煤鍋爐的煙氣排放上限(見下圖)。
如何消除散煤采暖對大氣的污染?最簡單徹底的辦法似乎就是煤改氣或者煤改電。就極個別地區來說,確是如此。但是,對絕大多數地區而言,卻是欲速則不達。
散煤采暖的地區,絕大部分是在農村地區。這些地區基本上沒有燃氣網,配電網的功率也很小。如果煤改氣采暖,或煤改電采暖,就要新建燃氣網和配電網。
建設燃氣網和燃氣采暖系統需要花多少錢?煤改氣的基礎設施建設,戶均投資是2萬多元,這里還不包括建設儲氣庫的投資。冬季采暖是在用氣量最多的季節用氣,如果不在非采暖季儲氣,就要在采暖季搶奪別人的用氣——這樣造成的損失比建設儲氣庫還大。如果加上建設儲氣庫的投資,煤改氣的戶均投資估計就到3萬元人民幣左右了。
而煤改電采暖就更麻煩了,如果是大規模煤改電采暖,除了配電網幾乎要完全新建,高壓輸電網也需要進行增容改造,甚至還需要新建燃煤發電廠。因為煤改電,京津冀在冬天寒冷的天氣上半夜的電力負荷已經接近電廠的最大出力了。如果繼續增加煤改電的規模,則就需要新建燃煤電廠。在這種情況下,1個農戶煤改電,需要增加大約7千瓦左右的配電網、輸電網和燃煤電廠投資,戶均投資高達2萬元(如果僅需擴建配電網的話)~6萬元(如果需要擴建配電網、輸電網和燃煤電廠的話)。且不說燃煤電廠每發1千瓦時的電力,需要燒3千瓦時的煤炭,燒的煤比散煤采暖還多。而新增的配電網、輸電網和燃煤電廠在全年的其它時間里幾乎無用,浪費極大。
由于燃氣和電力提供的單位熱能價格,是燃煤的2~4倍,農村家庭的經濟能力又比較弱,因此國家還必須對煤改電和煤改氣的每戶家庭提供每年1000~3000元的燃氣或電力補貼。
這就意味者,如果將中國北方約8000萬戶人家(按平均每戶每年燒2.5噸標煤計算)的2億噸散煤采暖全部改為燃氣采暖或電力采暖,需要給燃氣和電力基礎設施建設投資2~3萬億元,另外每年還要補貼2000億元左右,要補多少年?還是個天曉得的問題。
所以,中國國家領導人對煤改氣和煤改電的指示是:“宜氣則氣;宜電則電”。很遺憾的是,這個指示在執行的時候,這兩句話的第一個字似乎在一些地方被遺忘了,于是才有了2017年的煤改氣,在許多地方遭受巨大挫折后,在中央政府的有關部門督辦下又氣改煤了。
在中國的很多地方,也進行了用無煙煤制作清潔型煤的嘗試,甚至對制作型煤的煤炭制定了標準,有四項指標:揮發分、硫含量、熱值、灰分。但是收效很差,一來無煙煤很貴;二來無煙煤并不是無煙,而是煙少一些,煙氣中的顆粒物平均也是幾百毫克/立方米。這種方法有污染且昂貴,于是也推行不下去。
但是,廣大人民群眾對改善大氣質量的要求是迫切的。那么除了在冬季忍收散煤采暖污染和花費巨額費用的煤改氣+煤改電兩條道路之外,有沒有其它的既能顯著減少散煤采暖污染、經濟上現在也可以承受的解決辦法?
答案是肯定的,并且有成熟的范例。
與中國一樣,德國也是一個主要能源稟賦是煤炭的國家,缺氣缺油。二戰前,采暖主要靠散煤。二戰后隨著生活水平的提高,燃油和燃氣采暖的比例不斷升高。但盡管如此,今天德國依然有1400多萬臺燒(燒型煤或木柴等)固體燃料的采暖設備(盡管其中大多數是擺放在客廳的壁爐,有人時才點燃,不是在整個冬季持續使用)。需要說明的是,木柴中有大量的木焦油,如果不在超低排放的爐子里燒,產生的顆粒物一點兒不比燒煤炭少。德國法律規定,所有的固體燃料設備的煙囪必須由專業煙囪師傅定期進行檢查清理,煙氣排放的環保是否達標也由煙囪師傅審核,因此這個數字特別準確。
注:德國有全國統一的煙囪師傅協會,所有的煙囪師傅都是專門注冊的。一個地區有多少名煙囪師傅,是固定的,不能輕易增加。這個行業是絕對壟斷的。在德國要想當煙囪師傅,一般來說只有兩種可能,要么是煙囪師傅的兒子,要么是煙囪師傅的女婿。但正是這種專業性壟斷,使得德國的散煤污染治理很容易貫徹執行。
德國對散煤污染治理長年重視,政府一直撥專款進行研究,不斷進步。德國出廠的戶用燃煤爐排放標準中對煙氣中顆粒物規定的上限,在上世紀六十年代,是150毫克/立方米;到了上世紀九十年代,是90毫克/立方米;2015年1月1日起,是20毫克/立方米(單個房間)~40毫克/立方米(多個房間),這個限值甚至略低于中國大中型燃煤鍋爐的排放上限。我曾經問過我的德國同事,“德國什么時代的散煤燃燒煙氣中的顆粒物是700毫克左右/立方米”。我的同事想了半天也沒想出來:“也許是在俾斯麥時代吧?也許更早?”而且德國戶用燃煤爐的能效很高,75%以上,而中國大多數的戶用燃煤爐能效只有30%~50%。需要說明的是,德國的型煤絕大多數是揮發分很大的褐煤,如果在中國普通的戶用燃煤采暖爐中燃燒,會比用中國的煙煤排放更多的顆粒物。其實道理也很簡單,就是爐膛比中國的戶用燃煤爐大得多,而且有優化的二次風系統,焦油和一氧化碳燃燒得充分。
在可以見到的未來,燃煤采暖還是會退出歷史舞臺的。不過取代燃煤采暖的主要能源,不是其它能源,而是建筑節能,減少使用的能源才是最綠的能源。隨著人民生活水平的提高,今后二三十年里,中國農村的住宅還會不斷地改造,與城市一樣,建筑改造時會進行建筑節能改造。如果未來農村的建筑比今天節能70%以上,采暖是燒氣還是用電就無所謂了。