樂建華，劉進雄

(中國華電香港有限公司，北京 100031)

表1 2017年全國霾最嚴重的城市排名(前30名) μg/m3

注：輕度污染標(biāo)準(zhǔn)為75～115 μg/m3。

1 治霾方向偏差問題的產(chǎn)生

1.1 現(xiàn)狀

霾是一種大氣污染狀態(tài)，是對大氣中各種懸浮固體顆粒物含量超標(biāo)的籠統(tǒng)表述，尤其是PM2.5(空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑≤2.5 μm的顆粒物)被認為是造成霾天氣的“元兇”。霾的源頭多種多樣，比如汽車尾氣、工業(yè)排放、建筑揚塵、煤炭燃燒等等，霾天氣通常是多種污染源混合作用形成的。北方城市霾由來已久，很多城市PM2.5長期處于超標(biāo)狀態(tài)，對居民的日常生活和身體健康造成極大影響。

北方很多城市長期都處于霾污染狀態(tài)，京津冀魯?shù)貐^(qū)表現(xiàn)更為突出，見表1。隨著霾天氣的加重和人們意識的逐步提高，越來越多的人呼吁加大空氣的治理。

如圖1所示，2016年3月、9月～12月PM2.5未能達到優(yōu)良的天數(shù)和超標(biāo)幅度都比其他月份高，季節(jié)性特征明顯。

1.2 霾的來源[1]

中科院2013年底公布對北京PM2.5化學(xué)組成及來源的季節(jié)性變化研究成果。其中，北京PM2.5有6個重要來源，分別是土壤塵、燃煤、生物質(zhì)燃燒、汽車尾氣與垃圾焚燒、工業(yè)污染和二次無機氣溶膠，占比分別為15%，18%，12%，4%，25%和26%。

另外，根據(jù)北京市環(huán)保監(jiān)測中心2014年元月提供的研究結(jié)果，北京市的大氣污染來源中，外來傳輸占24.5%，其他75.5%為本地污染排放產(chǎn)生。其中，機動車污染占比最大，約占22.2%；其次是燃煤污染占16.7%；工業(yè)污染占16.3%；揚塵污染占15.8%；其他方面占4.5%。

圖1 2016年北京PM2.5的測量數(shù)據(jù)情況

從上述2個研究結(jié)果可看出，燃煤污染是其中起作用的主要因素之一。然而，近年來社會輿論、部分政府部門往往把火電廠作為霾治理的主要方向。

1.2.1 煤電煙塵排放

根據(jù)中電聯(lián)統(tǒng)計分析，電力煙塵排放量由2005年的約360×104t(火電裝機容量3.82×108kW，發(fā)電量2.10×1012kW·h)降至2017年的26×104t左右(火電裝機容量11.06×108kW，發(fā)電量4.55×1012kW·h)，比峰值下降92%。從火電單位發(fā)電量污染物排放量看，煙塵由2005年1.8 g/(kW·h)降至2017年的0.06 g/(kW·h)，僅為原來的3.33%。

1.2.2 散煤燃燒煙塵排放

根據(jù)《2017中國散煤治理調(diào)研報告》，2015年我國可估算的散煤消費量約為7.5億t。其中工業(yè)小窯爐、民用散煤和工業(yè)小鍋爐三分天下：民用生活燃煤約 2.34億t；小鍋爐燃煤約2.2億t；工業(yè)小窯爐燃煤約 2.36億t；其他未完全統(tǒng)計的散煤約 0.6億t。

根據(jù)火電廠煤耗計算(309 g/(kW·h))，2017年火電耗煤約14.06億t標(biāo)準(zhǔn)煤，考慮到火電煙塵去除率為99.67%～99.85%，則2017年散煤燃燒排出的煙塵約3 939.39萬～8 666.67萬t(2017年散煤使用量按7億t計算，散煤排放按100%計算)。如果考慮到散煤各種非煤產(chǎn)灰成分遠高于標(biāo)煤的情況，全國散煤燃燒產(chǎn)生的煙塵實際排放量還要大于上述數(shù)據(jù)。也就是說，現(xiàn)有散煤一年的煙塵排放量足夠電力用煤排放150～330年(按2017年同等水平計算)。

從上述數(shù)據(jù)可看出，燃煤污染是造成霾天氣的主要因素之一，但其中主要是散燒煤，而不是火電廠。實際上，每年發(fā)生大面積霾時，空氣中彌漫著刺鼻的燃煤氣味，也證實了散燒煤的影響。這說明此前治理霾天氣僅在煤炭這一項(其他如建筑揚塵、汽車尾氣不在本文討論范圍)未抓住散煤燃燒這個主要矛盾。

2 外部條件

2.1 2017年天然氣生產(chǎn)消費情況

據(jù)發(fā)改委網(wǎng)站消息，2017年天然氣消費量2 373億m3，同比增長15.3%。國內(nèi)天然氣產(chǎn)量為1 487億m3，同比增長8.5%，天然氣進口量920億m3，同比增長27.6%，進口天然氣占消費量38.8%。

2.2 全國火電利用小時

2011年全國火電設(shè)備平均利用小時5 294 h，2016年火電設(shè)備利用小時持續(xù)降至4 165 h，連年持續(xù)降低，為1964年以來年度最低。2017年火電設(shè)備利用小時略有回升，為4 209 h。

2.3 世界主要國家一次能源消費結(jié)構(gòu)

從表2可知，中國直接使用煤炭比例偏高，比排第二的印度高24百分點，比發(fā)達國家平均約5%的比例更超過36百分點。另一方面，電力與天然氣合計占終端能源消費比重比發(fā)達國家低約10百分點。

2.4 火電超低排放改造

2017年，火電領(lǐng)域的煤炭清潔高效利用再上新臺階。全國各地全面啟動并累計實施煤電機組超低排放改造6.4×108kW、節(jié)能改造約5.3×108kW，其中五大集團實現(xiàn)超低排放改造機組容量達38 759×104kW。提前兩年多完成2020年改造目標(biāo)，大氣污染物排放指標(biāo)躍居世界先進水平，已形成世界最高效清潔的煤電系統(tǒng)。

2.5 江蘇省火電/氣電電價對比

2017年，江蘇省氣電裝機達到1 348×104kW，位列全國第一。根據(jù)江蘇省物價局2015年4月17日文件，江蘇省燃煤發(fā)電標(biāo)桿上網(wǎng)電價降為0.409 6元/(kW·h)(含脫硫、脫硝和除塵電價)。自2015年4月1日起，江蘇省各類天然氣發(fā)電機組上網(wǎng)電價暫按0.69元/(kW·h)結(jié)算。

表2 世界主要國家一次能源消費結(jié)構(gòu) %

表6 火電廠排放標(biāo)準(zhǔn)燃煤發(fā)電鍋爐顆粒物(PM)排放限值比較

3 火電廠排放情況與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對比[2-4]

表3～表6分別為《鍋爐大氣污染物國家排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 13271—2014)、北京市地方標(biāo)準(zhǔn)《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB 11/139—2015)、火電廠超低排放標(biāo)準(zhǔn)及改造實例、美國同期排放標(biāo)準(zhǔn)[5]。

表3 GB 13271—2014 排放限值

表4 北京市鍋爐大氣污染物排放濃度限值

表5 火電廠超低排放標(biāo)準(zhǔn)及改造實例

表8 建筑采暖熱指標(biāo) W/m2

經(jīng)換算，美國2011年5月以后煙塵排放最新標(biāo)準(zhǔn)為110.7 mg/m3，系中國相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的3.69倍。是中國火電超低排放標(biāo)準(zhǔn)的22倍。

對比上述幾個標(biāo)準(zhǔn)，我們可以看出，火電超低排放標(biāo)準(zhǔn)中影響霾的主要因素?zé)焿m的排放量已比兩個號稱史上最嚴的國家排放標(biāo)準(zhǔn)《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 13271—2014)、地方標(biāo)準(zhǔn)《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB 11/139—2015)還要低。經(jīng)過火電超低排放改造后，相關(guān)600 MW煤電機組煙塵排放量已經(jīng)優(yōu)于GB 13271—2014中規(guī)定的燃氣鍋爐標(biāo)準(zhǔn)。

4 采暖季農(nóng)村供暖量計算

以北京為例，僅計算家庭住宅的采暖情況，其他場所如辦公、醫(yī)院、商場、場館等其他設(shè)施的采暖計算方法可參照此例。2016年居民家庭基本情況見表7。

表7 2016年北京居民家庭基本情況

根據(jù)國家住建部頒布的《城鎮(zhèn)供熱規(guī)劃規(guī)范》(GB/T 51074—2015)，建筑采暖熱負荷按公式(1)計算。

(1)

式中：Qh為采暖熱負荷，kW；qhi為建筑采暖熱指標(biāo)，W/m2，取值參數(shù)見表8；Ai為各類建筑的建筑面積，m2；i為建筑類型。

北京市居民采暖季自11月15日至次年3月15日，共計120 d。其中，熱負荷上限的采暖熱指標(biāo)取未采取節(jié)能措施的低層住宅上限，即75 W/m2，熱負荷下限采暖熱指標(biāo)取采取節(jié)能措施的多高層住宅下限，即35 W/m2。由公式(1)和表7、表8，計算可得的熱負荷，結(jié)果如表9所示。

表9 北京居民家庭采暖季熱負荷 MJ

根據(jù)前述數(shù)據(jù)，北京農(nóng)村總供熱量在541×108～1 015×108MJ之間，所需電量為65×108～121×108(kW·h)。2017年華北地區(qū)農(nóng)村人口約6 446萬人(其中山西為2016年數(shù)據(jù))，按北京標(biāo)準(zhǔn)計算，所需電量為1 428×108～2 659×108kW·h。

5 北京農(nóng)村取暖“煤改電”情況

根據(jù)表7可知，北京市百戶家庭擁有空調(diào)163臺，其中城鎮(zhèn)家庭166，農(nóng)村家庭135臺?？紤]部分空調(diào)只能制冷，不能采暖，還有部分空調(diào)能耗系數(shù)為2，3級，1～3級空調(diào)數(shù)分別取0.2，0.3，0.3，不能采暖按0.2考慮。下面以格力1.5匹3種空調(diào)作為樣本進行計算，數(shù)據(jù)見表10。

表10 格力1.5匹空調(diào)相關(guān)制熱參數(shù)

根據(jù)供熱面積及空調(diào)制熱能力，現(xiàn)有空調(diào)情況城鎮(zhèn)家庭基本能滿足供熱要求，農(nóng)村家庭戶均需求空調(diào)量最高達2.65臺，需求缺口達1.3臺。

下面以低層無節(jié)能措施農(nóng)村家庭采暖季情況進行分析，分別按現(xiàn)有電價、一檔電價和惠民電價(標(biāo)桿上網(wǎng)電價)，則采暖季支出費用見表11。

表11 低層無節(jié)能措施農(nóng)村家庭采暖季費用支出

注：北京市發(fā)改委規(guī)定的標(biāo)桿上網(wǎng)電價調(diào)整為0.359 8元/kW·h(含稅)。

按一級能耗空調(diào)價格計算，農(nóng)村家庭購置空調(diào)支出最高達5 030元，而農(nóng)村家庭水電燃料及其他支出為3 425元/戶，考慮取暖季電費最高5 475元的支出，沒有補貼則很難激發(fā)農(nóng)村家庭的煤改電取暖熱情。

因此，北京市居民采暖用電按照惠民電價進行核算，則北京市家庭供暖季總支出平均為1 000～2 142元之間，約占家庭可支配收入的0.7%～1.5%。完全滿足《全國城市燃氣天然氣利用規(guī)劃(住建部)》關(guān)于我國家庭燃料費支出一般不應(yīng)超過可支配收入的2.0%～3.0%的要求。但即使在惠民電價下，農(nóng)村部分家庭采暖季電費仍高達3 113元，空調(diào)購置費用達5 030元。

根據(jù)《京郊日報》2015年11月報道，北京密云電網(wǎng)改造由電力公司承擔(dān)70%，政府固定資產(chǎn)投資補貼30%，煤改電分為熱式電暖氣、空氣源熱泵兩種類型，居民根據(jù)自家情況選擇合適的產(chǎn)品，政府對參與改造工程的用戶給予相應(yīng)補貼，每戶最高補2萬元，在實施煤改電的村執(zhí)行峰谷電價政策，低谷電價時段為每天21時到次日6時，低谷時段電價享受各級補貼后，居民實際出資0.1元/(kW·h)。2016年，北京市電力公司對21萬“煤改電”用戶進行統(tǒng)計，得出的結(jié)果是整個采暖季戶均用電5 500 kW·h，享受政府補貼后的每戶電費大概在1 600元左右。

然而就是實行如此強度的補貼，北京農(nóng)村仍存在使用零星散煤現(xiàn)象——畢竟電費是煤炭使用費用的4.11倍，對農(nóng)村收入較低家庭來說，仍存在難以抵抗的誘惑力。這還是在城鎮(zhèn)人口是農(nóng)村人口近6倍的北京，如果是華北地區(qū)其他省區(qū)，由于農(nóng)村人口占大部分，加上相關(guān)省區(qū)財力限制，情況更加復(fù)雜。

6 建議方案

6.1 火電機組“以大代小”已完成歷史使命

從前述分析我們可以看出，造成華北地區(qū)霾天氣的因素之一的煤炭燃燒排放的主要癥結(jié)在散煤。因此，目前開展的火電機組“以大代小”行動已完成歷史使命，所起的作用已極其微弱。再繼續(xù)此項政策是在浪費國家資源。換句話來說，就是在影響問題的80%非主要部分上花了太多時間與資源，反而忽略了影響問題的20%關(guān)鍵部分。因此，應(yīng)盡快停止火電機組“以大代小”行動。

6.2 宜放緩新增燃氣機組節(jié)奏

從前述數(shù)據(jù)我們可以看出，面對當(dāng)前經(jīng)超低排放改造的大容量火電機組(300 MW及以上)，燃氣機組無論是經(jīng)濟性、對外依存度等方面處于明顯劣勢，僅在環(huán)境友好程度上略占優(yōu)勢——排放比火電略低，但兩者均滿足現(xiàn)行最嚴排放標(biāo)準(zhǔn)要求；另外，在調(diào)峰性能方面，燃氣機組遠遜于水電及抽水蓄能機組。因此建議國家謹慎有序推動天然氣發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展，放緩新增燃氣機組建設(shè)節(jié)奏。

實際上，現(xiàn)有“氣代煤”本應(yīng)是天然氣替代散煤，卻異化成“氣電替代煤電”，這不能不讓人深思。

6.3 農(nóng)村散煤替換方案

6.3.1 利用存量火電替代

鑒于目前全國火電平均利用小時已降至4 209 h，而實際上各火電廠經(jīng)濟評價時，其利用小時高達6 000～6 500 h。因此，從技術(shù)角度來說現(xiàn)有存量火電廠提供前述替代新增電量沒有任何問題，僅五大發(fā)電集團完成超低排放改造機組即可提供3 876×108～8 915×108kW·h(按增加利用小時1 000～2 300 h計)電能。如果電網(wǎng)需要，火電廠年利用小時達到7 000 h也不是什么難事。相應(yīng)地，華北地區(qū)農(nóng)村電網(wǎng)需作必要的配套升級。

6.3.2 配套經(jīng)濟措施

綜合前述，影響華北地區(qū)農(nóng)村散煤取暖的主要因素還是成本問題。采暖電器購置費用及日常取暖電費是兩項控制性因素。其中影響采暖電器購置費用的因素是目前市場上供應(yīng)的采暖電器功率偏大，據(jù)報道，市場上供應(yīng)多為工業(yè)用12 kW電器，而缺少家用的2～6 kW采暖電器。

(1)降低采暖電器成本。由政府指導(dǎo)，廠家為主，根據(jù)市場需求情況，批量生產(chǎn)2～6 kW采暖電器，尤其是空氣能采暖電器，以最大限度降低生產(chǎn)成本，提高供暖效率。

由政府出面，仿照2008年經(jīng)濟危機后家電下鄉(xiāng)模式，對農(nóng)戶購置采暖電器給予充分補貼，同時對采暖電器生產(chǎn)、物流、倉儲等環(huán)節(jié)給予稅費方面優(yōu)惠，降低其他相關(guān)成本。

(2)降低電費。按2017年單位標(biāo)煤耗309 g/(kW·h)計算，火力發(fā)電直接燃料成本為0.216 元/(kW·h)(按標(biāo)準(zhǔn)煤700 元/t計)，一般直接燃料成本占火電廠生產(chǎn)成本約70%，則其成本約為0.309 元/(kW·h)。以北京為例，2017年7月1日起，北京市燃煤發(fā)電企業(yè)含脫硫、脫硝、除塵電價的標(biāo)桿上網(wǎng)電價調(diào)整為每千瓦時0.359 8元/(kW·h)(含稅)。如果采取如下方式進行替代，按火電年利用小時4 300 h為基準(zhǔn)，超出部分僅按0.309元/(kW·h)收取電費，同時此部分電量電網(wǎng)不再收取過網(wǎng)費，政府相應(yīng)免除相關(guān)稅費，則有0.050 8元/(kW·h)可直接惠及農(nóng)戶。如按北京市補貼仍維持原有標(biāo)準(zhǔn)，則每度電農(nóng)戶僅需支出0.049 2元，僅為原來的49.2%，對農(nóng)戶的吸引力將大大增強。

考慮到農(nóng)戶電費支出仍高于散煤取暖費用，還可再設(shè)置更高優(yōu)惠條件，如火電廠利用小時超過4 800 h后，相應(yīng)成本仍可降低(其成本約0.288 元/(kW·h)，燃料成本占相關(guān)成本75%計)。仍以北京為例，按前述條件，則農(nóng)戶僅需支出0.028 2 元/(kW·h)，一個采暖季實際采暖支出451.2元(由于實行階梯電價，實際支出會更高一些)，已經(jīng)與散煤取暖費用(389元)非常接近了。如果條件具備，4 800 h以上還可再設(shè)置電價分享點，如利用小時達到5 300以及更高，則電價可進一步下降。

6.3.3 每年華北地區(qū)應(yīng)補貼取暖費用測算

2017年華北地區(qū)農(nóng)村人口約6 446萬人(其中山西為2016年數(shù)據(jù))，按北京標(biāo)準(zhǔn)計，所需電量為1 428×108～2 659×108kW·h；按北京補助0.2 元/(kW·h)計，每年補貼取暖費用為285.6億～531.8億元。

7 結(jié)論

燃煤是造成北方冬季霾天氣的主要因素之一，但其中起主要作用的是散煤燃燒，而不是火電廠，前者年排放煙塵是后者的150～330倍。

中國現(xiàn)有燃煤發(fā)電機組排放標(biāo)準(zhǔn)已全面超越美國現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)，其單位電能煙塵排放僅為美國現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的1/3；根據(jù)中國燃煤發(fā)電機組超低排放標(biāo)準(zhǔn)，其單位電能煙塵排放僅為美國現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的1/22。

現(xiàn)有火電“以大代小”已經(jīng)完成歷史任務(wù)，不宜再繼續(xù)，即便繼續(xù)，對防治霾天氣來說所起作用微乎其微，反而其成本非常高。

現(xiàn)有經(jīng)過超低排放改造的火電廠，其排放已達到最新燃氣電廠標(biāo)準(zhǔn)；“氣代煤”實質(zhì)應(yīng)是天然氣代替散煤燃燒，而非“氣電替代煤電”。

通過分享中國火電發(fā)展成果治理散煤是非常實用有效且總體成本較低的思路。通過數(shù)十年的發(fā)展，中國火電利用小時已降至4 300 h左右，具備了定額定向反饋社會的技術(shù)與經(jīng)濟實力。通過政府補貼空氣能采暖電器方式可以幫助農(nóng)村居民用上“電取暖”。同時，有利于相關(guān)“電取暖”設(shè)備產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

通過提高存量火電利用小時的方式，輔以必要的農(nóng)村電網(wǎng)改造，通過設(shè)置4 300 h、4 800 h兩個火電廠利用小時門檻，可以分條件向農(nóng)村居民提供更加優(yōu)惠的電價，我們具備讓華北地區(qū)6 413萬農(nóng)村居民用上“電取暖”的經(jīng)濟條件。

鑒于當(dāng)前燃氣發(fā)電廠成本高，且天然氣進口依存度已近40%，建議放緩天然氣發(fā)電廠建設(shè)運營節(jié)奏，將有限的天然氣運用于少數(shù)人員較為集中區(qū)域的供暖(或綜合利用)以直接替代散煤鍋爐，如學(xué)校、醫(yī)院、新建集中的輕工業(yè)園區(qū)等。

在保持現(xiàn)有煤炭產(chǎn)量相對穩(wěn)定或穩(wěn)中有降的前提下，用效率更高、排放更低的火電燃煤替換散煤向農(nóng)村居民供暖，不但可行，而且可提高煤炭利用率，降低煤炭使用總量，于國于民于環(huán)境均大有好處。

本文僅著眼于分析解決北方農(nóng)村取暖散煤排放問題。實質(zhì)上，文中提出的提高存量火電利用小時、定向降低電價方案亦可用于中西南地區(qū)及長江流域，而且由于該區(qū)域原無供暖，無論是電取暖設(shè)備銷售還是建筑物節(jié)能改造，由于長江沿岸經(jīng)濟較發(fā)達，人口密集，居民消費能力強，追求美好生活的愿望迫切，通過本文建議方案的實施，可催生出一個經(jīng)濟社會效益相當(dāng)可觀的行業(yè)。

致謝：本文在燃氣發(fā)電發(fā)展節(jié)奏、建議可推廣至西南以及華中地區(qū)等處得到彭辰先生指點，在此表示感謝。