霧霾、氣溫變暖與能源/電力之間有什么關系

夏天昊

（上海電力大學，上海 200137）

2018年黨的十九大報告指出，中國特色社會主義已進入新時代，新時代擁有了新的特征，人民群眾追求更高的生活質量，更好的生活環(huán)境。實際情況卻不容樂觀，我國生態(tài)文明建設仍然遭遇著重大阻力。尤其是氣溫變暖和霧霾嚴重影響著民眾的生活質量，威脅著人類的生命健康。霧霾天氣是一種大氣污染狀態(tài)，是對于空氣中懸浮顆粒物的統(tǒng)稱，公認的PM2.5被認為是霧霾天氣的元兇，霧霾天氣的產(chǎn)生主要歸咎于工業(yè)發(fā)展造成的能源消耗。而氣溫變暖主要是因為溫室效應的不斷增加，溫室氣體的累計，導致熱量不能很好地散失，致使全球溫度不斷升高。種種研究調查都指向了大量能源的消耗造成的霧霾和氣溫變暖，如煤炭的燃燒形成二氧化碳以及煤粉顆粒、硫化物顆粒等。針對這一問題，本文綜合探討霧霾、氣溫變暖和電力能源之間關系，希望有助于后期的深層次研究。

一、霧霾與能源/電力關系研究

根據(jù)相關的研究成果，認為霧霾天氣的形成原因主要包括汽車尾氣、工業(yè)廢氣、建設揚塵、可生長顆粒以及其他[1]。汽車尾氣是霧霾形成的一大主要因素，數(shù)據(jù)顯示霧霾顆粒中，機動車尾氣占比22.2%，冬季供暖燃煤占比16.7%，建筑揚塵等占比16.3%，工業(yè)生產(chǎn)占比15.7%。從這一數(shù)據(jù)可以看出，霧霾的形成和能源的消耗是密不可分的。機動車消耗的能源主要為汽油、柴油，工業(yè)生產(chǎn)和冬季供暖主要消耗的能源為電力和煤炭，而現(xiàn)階段我國電力結構如圖1所示。

圖1 2017年我國電力機組結構比例

其中煤電發(fā)電仍是我國最主要的發(fā)電形式。并且在未來的二三十年中，都不會有重大的改變。換而言之，煤炭資源占據(jù)我國能源結構的主導地位，其在我國能源體系中占比超過60%，因此要想處理好霧霾問題，就需要從能源結構優(yōu)化角度去考慮，這是解決霧霾的根本。

霧霾與能源/電力關系可以從以下幾個方面概述。

（一）煤炭燃燒是否為霧霾形成的最大元兇

在大眾的意識中，認為煤炭燃燒是霧霾形成的最大元兇。但數(shù)據(jù)顯示在霧霾的組成中，石油化工品才是最大的元兇。對于這一成果學術界也有不同的爭論。中國電力企業(yè)聯(lián)合會秘書長王志軒認為“煤炭燃燒在霧霾行程中是次要原因”，這一結論的依據(jù)為2014年底我國發(fā)電量相較于2000年增加了17倍，但是煙塵的排放量卻減少了四分之三，如氮氧化物從1000萬噸下降到600萬噸，整體排放物數(shù)量下降，但是霧霾卻越來越嚴重，因此可以推斷煤炭燃燒并不是加劇霧霾的主要原因。也有一部分人認為，這一觀念站不住腳，霧霾的形成是一個過程，也是一個多因素共同作用的效果，現(xiàn)階段無法僅從數(shù)據(jù)看出煤炭燃燒是否為元兇，因為煤炭的燃燒排放物可能和現(xiàn)階段新產(chǎn)生的污染物共同作用，加劇了霧霾的形成。煤電如果不是霧霾產(chǎn)生的主要原因，如果投入更多的資本或者人力，結果會耽誤時間、效果不明顯，勞民傷財。

（二）霧霾與能源消耗方式之間的關系

在石油消耗模式方面，主要是燃油、潤滑油、瀝青以及溶劑。對于霧霾形成方面主要是燃油造成的影響。隨著私家車的增多，我國燃油消耗水平不斷上升，油價屢創(chuàng)新高。在霧霾顆粒物中，燃油的未完全氧化的顆粒以及排氣物成為重要的組成部分。因此我們可以得出一個結論，石油能源消耗中，機動車燃油是形成霧霾的重要原因之一。除了上述的分析可以得出這一結論，另外一點就是煤電企業(yè)一般遠離市區(qū)，其煙囪高，排放物一般不會作用于市區(qū)，而機動車排放物直接影響著居民生活，因此我們得出該結論。

在煤炭消耗方面，鍋爐燃燒是煤炭利用的主要方式，可以按照應用領域分為電站鍋爐和工業(yè)鍋爐兩大類。而電站鍋爐主要是將煤炭熱能轉化為蒸汽，進而發(fā)電。而工業(yè)鍋爐主要是轉化為蒸汽以后用于熱水或供暖。電站鍋爐的特點是總數(shù)量相對少、單臺容量大、轉化率高，有著統(tǒng)一的排放標準和嚴格的污染物控制。目前我國的電站鍋爐熱效率超過90%，在污染控制方面，火電廠對于脫硫、除塵等方面管理嚴格，控制較好，對于環(huán)境的影響逐年降低。但是存在高溫高壓的燃燒環(huán)境，容易形成氮氧化合物，增加空氣中氮氧化合物的含量。

工業(yè)鍋爐方面，數(shù)量多，用途廣泛，常用于冶金、供暖、造紙等多個領域。其單機容量小，熱利用率低于電站鍋爐，整體污染控制水平低。主要原因是污染控制成本較高，企業(yè)污染成本投入積極性低，對配套的設備安裝率低，如硫化物的排放超標嚴重，對霧霾形成有著重要作用。

天然氣方面，天然氣作為一次性能源消耗品，其充分燃燒的情況下形成的二氧化碳和水，對于霧霾形成作用不大。

（三）霧霾與能源消耗行業(yè)之間的關系

在對行業(yè)排放物強度方面，本文對比了煤炭燃燒其他行業(yè)和煤炭電力行業(yè)之間的排放物情況，如圖2所示，發(fā)現(xiàn)煤炭電力排放物管控能力都優(yōu)于其他行業(yè)。尤其是煙塵控制有極大的差別。在二氧化硫方面，煤炭應用的其他行業(yè)排放量為電力企業(yè)的一倍。在氮氧化合物方面，電力企業(yè)略低于其他企業(yè)排放水平。因此可以推斷出，霧霾中氮氧化合物顆粒在一定程度上受到煤電企業(yè)的影響，但不是主要因素而是次要因素。

圖2 行業(yè)排放強度對照圖

二、氣溫變暖與能源/電力關系研究

研究了霧霾形成和能源/電力之間的關系之后，可得知電力系統(tǒng)中能源消耗對霧霾的形成有一定的影響，但不是主要因素。而氣溫變暖作為全球化的一個環(huán)境課題，近年來一直是研究熱點。氣溫變暖已經(jīng)不單純是環(huán)境污染問題，其還涉及地球生態(tài)系統(tǒng)、大氣層的輻射以及南北極冰川的融化等問題。同時有研究表明氣溫變暖也是造成霧霾的一個重要原因。其原理在于隨著全球氣溫變暖，原有的東亞地區(qū)冬季季候風轉變了方向，風向從原來的中國變成了日本和韓國地區(qū)，導致冬季季候風無法帶走空氣污染物，而加劇了我國冬季霧霾狀況。

（一）氣溫變暖對風力發(fā)電產(chǎn)生了影響

隨著二氧化碳含量的不斷升高，氣溫變暖情況日益加劇。根據(jù)聯(lián)合國相關機構IPCC公布的最惡劣情況顯示，到2100年二氧化碳濃度可能達到1000ppm，甚至更高。二氧化碳濃度的提升會造成風速的減少，同時風力也會降低，降低了風力發(fā)電能力。風功率（y）與風速（x）的統(tǒng)計關系為：

y=5.4932x2+66.53x-159.38

風功率和風速呈正相關性，風力發(fā)電作為清潔能源，其對于改善我國能源結構有著重要意義，但是氣溫變暖影響了風速，降低了風電的產(chǎn)生。

（二）極端天氣對能源//電力的影響

隨著溫室效應的加劇，各種極端天氣的出現(xiàn)頻率逐年提升。如2008年我國南方遭遇了罕見大雪，對我國整個能源系統(tǒng)造成了極大的影響，直接經(jīng)濟損失超過300億元。同時夏日溫度屢創(chuàng)新高，電力能源消耗不斷增強，空調等設施的使用使煤電發(fā)熱功率不斷增強，能源消耗加劇。同時在南方，以水利發(fā)電為主，但是冬季為枯水期，發(fā)電能力有限，極端天氣的產(chǎn)生讓電力入不敷出。

從上文的分析可以看出，溫室效應和能源/電力之間相互影響相互作用，溫室效應影響著發(fā)電系統(tǒng)，導致能源電力消耗增大，通過能源電力的消耗反作用于大氣環(huán)境，提升了大氣中的二氧化碳排放量。

三、解決對策

通過上文的分析和研究，了解到煤炭電力對于霧霾方面產(chǎn)生一定的影響，主要是在硫化物和氮氧化合物方面，但是非主要因素。主要因素為機動車燃料以及工業(yè)煤炭燃燒方面。在溫室效應方面，毋庸置疑，能源的消耗是主要原因，同時溫室效應也影響著電力系統(tǒng)的工作和運營。針對這種情況，提出以下對策來改善緩解氣溫變暖和霧霾污染[2-3]。

（一）加大可再生能源的應用力度

可再生能源作為低碳清潔能源，對于環(huán)境污染小，能源可再生，取之不盡用之不竭，是良好的一次性能源替代品。如風能、太陽能、生物質能、核能等能源。改變現(xiàn)有的能源消耗結構，降低石油、煤炭等一次消耗能源的消費比例。現(xiàn)階段新能源的研發(fā)成本較高，需要引入更多的資本投入到新能源研發(fā)中，保證新能源技術的革新，爭取新能源利用再上新臺階。

（二）加強政府管控和宏觀調度

氣溫變暖和霧霾天氣不僅是企業(yè)的問題，也是政府的問題。國家為了發(fā)展，需要工業(yè)支持，現(xiàn)階段我國工業(yè)仍是主導產(chǎn)業(yè)，這一狀況幾十年都不會發(fā)生轉變。但是政府提出供給側改革，去產(chǎn)能等措

施降低能源消耗，從粗放生產(chǎn)轉變?yōu)榫毣芾?，提高能源利用率，促進行業(yè)技術升級。供給側改革的推進，需要政府加強監(jiān)管，對于一些不合格、環(huán)保不達標的企業(yè)應該堅決取締或者限期整改，不斷推進供給側改革的進程，加強宏觀調度，控制機動車燃油消耗，如單雙號限行，從一定程度上提高公共出行人數(shù)，推行低碳環(huán)保出行，降低尾氣排放。

（三）加大環(huán)境治理力度

霧霾天氣的形成和溫室效應短時間內無法一次性解決，需要長遠考慮，制定環(huán)境治理規(guī)劃。如通過植樹造林、城市花園等多種方式，增加城市自然環(huán)境自我調節(jié)能力，有效降低空氣中二氧化碳的含量。對于汽車尾氣方面，制定嚴格的排放標準，不達標不上路，不達標不生產(chǎn)。工業(yè)企業(yè)應該樹立環(huán)保意識，積極加入到環(huán)保大軍中，做好排放物的控制，如利用先進的脫硫技術、控煙技術，利用技術手段降低污染物數(shù)量。

四、總結

總之，霧霾天氣和氣溫變暖時時刻刻都在威脅著人民群眾的生命財產(chǎn)安全。政府、社會以及個人都應該積極投入到環(huán)境保護中。從能源角度出發(fā)，要優(yōu)化能源結構，加大新能源技術的研發(fā)，利用風能、核能、太陽能等新能源來降低化學燃料、煤炭等一次性能源的消耗，有效控制污染物的排放，實現(xiàn)低能耗、低污染、低排放。加強綠化，提升大自然自身調節(jié)能力，降低排放物對空氣的影響，減弱溫室效應。