借鑒風(fēng)電方法的電力供熱環(huán)境價值分析

文 | 馬雪韻

目前，中國城鎮(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城市建設(shè)的一項基本政策。隨著城市供熱負荷逐年增長，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對各級政府壓力越來越大。

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，其為促進風(fēng)電消納、維護電網(wǎng)穩(wěn)定、提供供熱質(zhì)量、實現(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)境價值的分析方法，對于電力供熱在減少大氣污染物排放方面的可能貢獻給予量化評估。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，計算出主要污染物的減排量，二是參考有關(guān)文獻及標準制定主要污染物的環(huán)境價值標準，三是以某常規(guī)小型燃煤熱源廠作為典型工程案例，計算相關(guān)的變量指標。

電力供熱的環(huán)境價值構(gòu)成

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

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

燃煤熱源廠主要排放物及其排放率的測算

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行分析。

一、SO2排放率的測算

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排放率的計算公式（參考陳雷等《風(fēng)力發(fā)電的環(huán)境價值分析》）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)量分數(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，其排放率的計算公式為：

根據(jù)中國煤炭實測平均數(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)量分數(shù)KCO2

為0.9，由此計算得到CO2排放率為1731 kg·t-1。

三、NOx排放率的測算

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的排放率來間接測算NOx的排放率。對于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)量分數(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)量分數(shù)。

目前，國內(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排放率的測算

對于TSP的排放率，其排放率的計算公式為：

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排放率計算公式可得燃煤熱源廠的TSP 排放量為 2.25kg·t-1。

針對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)境價值標準的制定

根據(jù)張樹偉等《能源經(jīng)濟環(huán)境模型研究現(xiàn)狀與趨勢評述》及康重慶等《電力企業(yè)在低碳經(jīng)濟中面臨的挑戰(zhàn)與應(yīng)對策略》文獻資料，環(huán)境價值是對環(huán)境效益的貨幣化，而在評估環(huán)境價值時常以防護費用等來間接評估污染物的環(huán)境價值，其首先要評估污染物減排的環(huán)境價值標準。

一、SO2的環(huán)境價值

對于SO2的環(huán)境價值，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，同時也是我國SO2減排技術(shù)的主要方向。本文為此采用石灰石—石膏濕法脫硫的費用來間接評估，取6元/kg作為SO2的環(huán)境價值。

二、CO2的環(huán)境價值

根據(jù)世界觀察研究所的估計、，發(fā)展中國家每減少1t CO2排放量的成本為5美元－10美元，發(fā)達國家則高達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)濟價值為20＄/t，國際上將此值作為碳排放的環(huán)境價值加以利用，則CO2的環(huán)境價值為0.1213￥/kg（按1＄=6.0665￥折算）。

三、其他污染物的環(huán)境價值

針對其他污染物的環(huán)境價值，根據(jù)魏學(xué)好等《天然氣發(fā)電的環(huán)境價值》及JesperMunksgaard，Anders Larsen，《Socio-Economic Assessment of Wind Powe》，借鑒美國價值標準，參照總量排污收費標準來對其進行估計，見表2。

綜上分析，對燃煤熱源廠污染物排放的環(huán)境價值進行計算，其結(jié)果詳見表3。

四、電供熱站電力供熱的環(huán)境價值分析

表1 燃煤熱源廠燃燒1t煤排放的主要污染物的量

表2 參照總量排污收費標準對環(huán)境價值估算結(jié)果

表3 燃煤熱源廠污染物排放的環(huán)境價值標準

環(huán)境價值標準確定后，根據(jù)污染物的排放量（或減排量）就可以計算工程的環(huán)境成本（或環(huán)境價值）。電供熱站減排環(huán)境價值的測量公式為：

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

本文針對一項具體工程案例作進一步計算分析。

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，裝機容量為40MW，晚間低谷（23:00－7:00）8小時正常運行，其它時段僅有少部分輔助設(shè)備用電，電費按照當(dāng)?shù)卮蠊I(yè)用戶低谷用電價格計算。該地區(qū)供暖天數(shù)為165天，設(shè)計采暖綜合熱負荷指標取60W/m2。熱源廠所用煤炭發(fā)熱量為5.5Gcal/t。

表4 電供熱站相對于燃煤熱源廠供熱的環(huán)境價值標準

圖1 電供熱站環(huán)境價值構(gòu)成圖

該地區(qū)供熱燃煤鍋爐（亦為替代對象）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)測算，則該電供熱站取暖季總熱量為171232.60GJ，實際耗電量為50068.01MWh，替代燃煤量為1.35萬t。

綜合各污染物的環(huán)境價值標準，根據(jù)表1及公式（5），計算得到電供熱站相對于燃煤熱源廠的環(huán)境價值，見表4。

因此，相對于燃煤熱源廠，電供熱站的環(huán)境價值為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)境價值，以及耗水減少所產(chǎn)生的生態(tài)價值。

可以相信，類似上述案例所得的環(huán)境價值測算數(shù)據(jù)，是可以作為制訂相關(guān)激勵政策的參考依據(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，而當(dāng)?shù)亍按蠊I(yè)用戶”谷期用電價格為每度0.3058￥，那么，如果能夠以上述環(huán)境價值測算結(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電價補貼機制，則企業(yè)實際支付電價僅為每度0.188￥。簡單測算該工程案例的財務(wù)指標可知，考慮環(huán)境價值后的該電力供熱系統(tǒng)用電支付能力大大提高，這樣的電價水平下將使電力供熱企業(yè)財務(wù)基本可行。

結(jié)語

就目前我國城鎮(zhèn)供熱產(chǎn)業(yè)而言，制約電力供熱種類投資項目發(fā)展的主要因素在于成本價格問題。因為電力供熱的主體設(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氣動力方式，其單位熱值的一般工業(yè)用電價格要較燃煤燃氣價格高得多，因而導(dǎo)致電供熱經(jīng)濟性明顯不及其他常規(guī)供熱方式。可以想見，如果能以環(huán)境價值分析作為突破口，制訂相關(guān)激勵支持政策，給予諸如電力供熱企業(yè)電價補貼等形式的財力支持，電力供熱將具有更廣闊的發(fā)展前景，同時亦可對于推廣應(yīng)用風(fēng)電清潔供暖技術(shù)做出貢獻。