借鑒風(fēng)電方法的電力供熱環(huán)境價(jià)值分析

文 | 馬雪韻

目前，中國(guó)城鎮(zhèn)集中供熱主要通過熱電聯(lián)產(chǎn)以及區(qū)域性集中建鍋爐等方法實(shí)現(xiàn)，其中熱源主要依賴煤炭，也有部分以柴油、天然氣及地源熱泵為燃料。發(fā)展集中供熱已成為中國(guó)城市建設(shè)的一項(xiàng)基本政策。隨著城市供熱負(fù)荷逐年增長(zhǎng)，熱電聯(lián)產(chǎn)供熱系統(tǒng)帶來的環(huán)境影響特別是減排CO2對(duì)各級(jí)政府壓力越來越大。

高溫蓄能式電力供熱系統(tǒng)是以電蓄熱鍋爐利用夜間低谷電力加溫蓄熱，通過熱交換器向供暖管網(wǎng)提供新型清潔能源的供熱系統(tǒng)，可廣泛應(yīng)用于風(fēng)電棄風(fēng)電力利用、民用采暖等領(lǐng)域，其為促進(jìn)風(fēng)電消納、維護(hù)電網(wǎng)穩(wěn)定、提供供熱質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排提供了一條有效途徑。

因此，城鎮(zhèn)區(qū)域采取電力供熱相比熱電聯(lián)產(chǎn)及區(qū)域性集中建鍋爐供熱，可在一定程度上降低SO2、CO2、NOx以及粉塵等污染物的減排量。

本文借鑒一些風(fēng)電環(huán)境價(jià)值的分析方法，對(duì)于電力供熱在減少大氣污染物排放方面的可能貢獻(xiàn)給予量化評(píng)估。主要工作一是根據(jù)主要排放物排放率以及電力供熱替代燃煤鍋爐而減少的燃煤量，計(jì)算出主要污染物的減排量，二是參考有關(guān)文獻(xiàn)及標(biāo)準(zhǔn)制定主要污染物的環(huán)境價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)，三是以某常規(guī)小型燃煤熱源廠作為典型工程案例，計(jì)算相關(guān)的變量指標(biāo)。

電力供熱的環(huán)境價(jià)值構(gòu)成

根據(jù)魏學(xué)好等《中國(guó)火力發(fā)電行業(yè)減排污染物的環(huán)境價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)估算》，一般所論污染物的環(huán)境價(jià)值，是指減排單位量的污染物所避免“污染經(jīng)濟(jì)損失”的價(jià)值量。本文所論電力供熱的環(huán)境價(jià)值是相對(duì)于燃煤熱源廠供熱而言的。電力供熱的環(huán)境價(jià)值同時(shí)為所替代的燃煤鍋爐供熱的環(huán)境成本，亦即電力供熱相對(duì)于燃煤供熱在減少污染物排放方面所蘊(yùn)含的價(jià)值量。相對(duì)于燃煤熱源廠而言，電力供熱因其不會(huì)向大氣排放SO2、CO2、NOx以及粉塵等污染物，從而相應(yīng)有環(huán)境價(jià)值。

本文提出的電力供熱環(huán)境價(jià)值的分析方法，部分借鑒了有關(guān)風(fēng)力發(fā)電環(huán)境價(jià)值分析的文獻(xiàn)資料（例如：余海淼等《風(fēng)力發(fā)電的環(huán)境價(jià)值與經(jīng)濟(jì)性分析》）。

燃煤熱源廠主要排放物及其排放率的測(cè)算

燃煤熱源廠的污染物與燃煤電廠的污染物類別相同，主要有SO2、CO2、NOx、CO、粉煤灰、爐渣和TSP（總懸浮顆粒物）等。本文選取主要污染物進(jìn)行分析。

一、SO2排放率的測(cè)算

燃煤熱源廠供熱的首要污染物為SO2，煤中的燃煤收到基硫分含量和燃燒過程中煙氣硫的轉(zhuǎn)化率都是影響SO2排放量的因素。SO2排放率的計(jì)算公式（參考陳雷等《風(fēng)力發(fā)電的環(huán)境價(jià)值分析》）為：

取耗煤量1000kg，按照環(huán)保的要求，發(fā)電用煤的燃煤收到基硫分含量不應(yīng)超過1%，若取燃煤收到基硫分含量Sar=1%，燃煤硫平均轉(zhuǎn)化質(zhì)量分?jǐn)?shù)取0.85（參考朱法華等《火電行業(yè)主要污染物產(chǎn)排污系數(shù)》），則無脫硫裝置常規(guī)小型燃煤熱源廠SO2排放量為 17kg·t-1。

二、CO2排放率的測(cè)算

CO2是常規(guī)燃煤熱源廠排放的一種溫室氣體，其排放率的計(jì)算公式為：

根據(jù)中國(guó)煤炭實(shí)測(cè)平均數(shù)值，煤炭的單位熱值Q為21.2MJ·kg-1；碳的潛在排放量 E 為 24.74 MJ·kg-1；碳的氧化質(zhì)量分?jǐn)?shù)KCO2

為0.9，由此計(jì)算得到CO2排放率為1731 kg·t-1。

三、NOx排放率的測(cè)算

NOx是常規(guī)燃煤熱源廠的第二大污染物，主要包括NO、N2O、N2O3、NO2、N2O4、N2O5等。在燃煤熱源廠排放的NOx中，NO約占90%，加之NOx包含多種氣體，計(jì)算其排放率相當(dāng)復(fù)雜，因此本文僅用NO的排放率來間接測(cè)算NOx的排放率。對(duì)于NO的排放率，通過多變量回歸的方法得出燃燒1t煤NO排放量公式（參考葉銘等《低NOx燃燒器在燃煤電站鍋爐中的應(yīng)用與前景》）[為：

式中：CR為NO排放量，kg；N為燃煤中氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；V為燃料中揮發(fā)分；λ為氧與燃料化學(xué)當(dāng)量比；Tmax為爐膛火焰最高溫度；RO2為空氣中初始氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

目前，國(guó)內(nèi)小型燃煤熱源廠鏈條式鍋爐一般采取無低氮燃燒或者直接排放方式，燃煤熱源廠的NOx排放量分別為 11kg·t-1。

四、TSP排放率的測(cè)算

對(duì)于TSP的排放率，其排放率的計(jì)算公式為：

式中：GTSP為TSP排放質(zhì)量，kg；B為耗煤質(zhì)量，t；煤質(zhì)單位熱值為21.2MJ/kg；灰分Aar為15%；n為飛灰比，供熱鏈條鍋爐取0.15；K為除塵設(shè)備的除塵效率，燃煤鏈條鍋爐一般采用布袋除塵及電除塵，除塵裝置不完善，除塵效率取90%。按照TSP排放率計(jì)算公式可得燃煤熱源廠的TSP 排放量為 2.25kg·t-1。

針對(duì)其他污染物的排放率，取煤質(zhì)單位熱值為21.2MJ/kg，硫含量Sy為1%，灰分Aar為15%，除塵設(shè)備的除塵效率為90%，可計(jì)算出其他主要污染物的排放量。

綜上分析，燃煤熱源廠燃燒1t煤所排放的各主要污染物的數(shù)量詳見表1所示。

燃煤熱源廠主要污染物環(huán)境價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)的制定

根據(jù)張樹偉等《能源經(jīng)濟(jì)環(huán)境模型研究現(xiàn)狀與趨勢(shì)評(píng)述》及康重慶等《電力企業(yè)在低碳經(jīng)濟(jì)中面臨的挑戰(zhàn)與應(yīng)對(duì)策略》文獻(xiàn)資料，環(huán)境價(jià)值是對(duì)環(huán)境效益的貨幣化，而在評(píng)估環(huán)境價(jià)值時(shí)常以防護(hù)費(fèi)用等來間接評(píng)估污染物的環(huán)境價(jià)值，其首先要評(píng)估污染物減排的環(huán)境價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)。

一、SO2的環(huán)境價(jià)值

對(duì)于SO2的環(huán)境價(jià)值，通過煤電煙氣脫硫的治理成本間接獲得。石灰石—石膏濕法脫硫是目前世界上應(yīng)用最為廣泛的脫硫工藝，全球80%的脫硫裝置采用該方法，同時(shí)也是我國(guó)SO2減排技術(shù)的主要方向。本文為此采用石灰石—石膏濕法脫硫的費(fèi)用來間接評(píng)估，取6元/kg作為SO2的環(huán)境價(jià)值。

二、CO2的環(huán)境價(jià)值

根據(jù)世界觀察研究所的估計(jì)、，發(fā)展中國(guó)家每減少1t CO2排放量的成本為5美元－10美元，發(fā)達(dá)國(guó)家則高達(dá)50美元。從溫室效應(yīng)損失看，范克豪澤（Fankhauser）估算出碳排放的經(jīng)濟(jì)價(jià)值為20＄/t，國(guó)際上將此值作為碳排放的環(huán)境價(jià)值加以利用，則CO2的環(huán)境價(jià)值為0.1213￥/kg（按1＄=6.0665￥折算）。

三、其他污染物的環(huán)境價(jià)值

針對(duì)其他污染物的環(huán)境價(jià)值，根據(jù)魏學(xué)好等《天然氣發(fā)電的環(huán)境價(jià)值》及JesperMunksgaard，Anders Larsen，《Socio-Economic Assessment of Wind Powe》，借鑒美國(guó)價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)，參照總量排污收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)來對(duì)其進(jìn)行估計(jì)，見表2。

綜上分析，對(duì)燃煤熱源廠污染物排放的環(huán)境價(jià)值進(jìn)行計(jì)算，其結(jié)果詳見表3。

四、電供熱站電力供熱的環(huán)境價(jià)值分析

表1 燃煤熱源廠燃燒1t煤排放的主要污染物的量

表2 參照總量排污收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)環(huán)境價(jià)值估算結(jié)果

表3 燃煤熱源廠污染物排放的環(huán)境價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)

環(huán)境價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)確定后，根據(jù)污染物的排放量（或減排量）就可以計(jì)算工程的環(huán)境成本（或環(huán)境價(jià)值）。電供熱站減排環(huán)境價(jià)值的測(cè)量公式為：

式中：B為電力供熱替代燃煤熱源廠供熱的環(huán)境價(jià)值，元；Vi為第i項(xiàng)污染物的環(huán)境價(jià)值，元/kg；△Qi為第i項(xiàng)污染物的減排量，kg；n為污染物總種類數(shù)。

本文針對(duì)一項(xiàng)具體工程案例作進(jìn)一步計(jì)算分析。

該工程案例為位于山西省中北部地區(qū)的規(guī)劃電供熱站工程，擬裝電鍋爐采用全量蓄熱模式，裝機(jī)容量為40MW，晚間低谷（23:00－7:00）8小時(shí)正常運(yùn)行，其它時(shí)段僅有少部分輔助設(shè)備用電，電費(fèi)按照當(dāng)?shù)卮蠊I(yè)用戶低谷用電價(jià)格計(jì)算。該地區(qū)供暖天數(shù)為165天，設(shè)計(jì)采暖綜合熱負(fù)荷指標(biāo)取60W/m2。熱源廠所用煤炭發(fā)熱量為5.5Gcal/t。

表4 電供熱站相對(duì)于燃煤熱源廠供熱的環(huán)境價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)

圖1 電供熱站環(huán)境價(jià)值構(gòu)成圖

該地區(qū)供熱燃煤鍋爐（亦為替代對(duì)象）一般容量較小，熱效率較低，其熱效率按55%選取。

所用電蓄熱鍋爐效率取95%。經(jīng)測(cè)算，則該電供熱站取暖季總熱量為171232.60GJ，實(shí)際耗電量為50068.01MWh，替代燃煤量為1.35萬t。

綜合各污染物的環(huán)境價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)表1及公式（5），計(jì)算得到電供熱站相對(duì)于燃煤熱源廠的環(huán)境價(jià)值，見表4。

因此，相對(duì)于燃煤熱源廠，電供熱站的環(huán)境價(jià)值為0.1178￥·kWh-1，其構(gòu)成見圖1。此分析結(jié)果中不包括減排廢水的環(huán)境價(jià)值，以及耗水減少所產(chǎn)生的生態(tài)價(jià)值。

可以相信，類似上述案例所得的環(huán)境價(jià)值測(cè)算數(shù)據(jù)，是可以作為制訂相關(guān)激勵(lì)政策的參考依據(jù)的。

仍然以上述案例為例，若其電力供熱設(shè)施及企業(yè)可以按照“大工業(yè)用戶”支付電費(fèi)，而當(dāng)?shù)亍按蠊I(yè)用戶”谷期用電價(jià)格為每度0.3058￥，那么，如果能夠以上述環(huán)境價(jià)值測(cè)算結(jié)果作為參考依據(jù)，即以每度0.1178￥制訂某種電力供熱的專項(xiàng)電價(jià)補(bǔ)貼機(jī)制，則企業(yè)實(shí)際支付電價(jià)僅為每度0.188￥。簡(jiǎn)單測(cè)算該工程案例的財(cái)務(wù)指標(biāo)可知，考慮環(huán)境價(jià)值后的該電力供熱系統(tǒng)用電支付能力大大提高，這樣的電價(jià)水平下將使電力供熱企業(yè)財(cái)務(wù)基本可行。

結(jié)語

就目前我國(guó)城鎮(zhèn)供熱產(chǎn)業(yè)而言，制約電力供熱種類投資項(xiàng)目發(fā)展的主要因素在于成本價(jià)格問題。因?yàn)殡娏岬闹黧w設(shè)施為用電鍋爐設(shè)備，而相比于當(dāng)前城鎮(zhèn)供熱系統(tǒng)占主要比重的燃煤燃?xì)鈩?dòng)力方式，其單位熱值的一般工業(yè)用電價(jià)格要較燃煤燃?xì)鈨r(jià)格高得多，因而導(dǎo)致電供熱經(jīng)濟(jì)性明顯不及其他常規(guī)供熱方式。可以想見，如果能以環(huán)境價(jià)值分析作為突破口，制訂相關(guān)激勵(lì)支持政策，給予諸如電力供熱企業(yè)電價(jià)補(bǔ)貼等形式的財(cái)力支持，電力供熱將具有更廣闊的發(fā)展前景，同時(shí)亦可對(duì)于推廣應(yīng)用風(fēng)電清潔供暖技術(shù)做出貢獻(xiàn)。