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灰霾治理走到了科研与政策的岔路口,燃煤耦合

2019-09-24 09:05

董良杰:灰霾治理走到了科研与政策的岔路口 论灰霾治理与应对新趋势之一

永清环保2009年曾在钢铁行业烟气治理排名前列,占到市场份额30%以上。可2015年在钢铁领域却没有一单环保业务。电厂进行超低排放改造积极性高,环保企业拿到了大量电厂订单。

  2013年,我国大面积出现雾霾灾害,恶劣的天气严重影响到人们的健康和生活,节能减排迫在眉睫!今年的两会上,李克强总理强调以雾霾频发的特大城市和区域为重点,抓住产业结构优化、能源效率等关键环节,深入开展大气污染防治工作。基于严峻的环境形势,新修订的被誉为史上最严苛的《锅炉大气污染物排放标准》将于2014年7月1日正式实施。至此,继燃煤电厂之后,燃煤锅炉将成为国家下一步治霾的重中之重。

燃煤耦合生物质发电迎来发展机遇

10月19日,华北,一场早来的灰霾,将空气污染的警报3次在北京拉响。于此同时,中国环境监测总站发布的信息显示,北京、天津、石家庄、唐山、保定重度污染;媒体报道称,今年的灰霾可能是近10年周期内最严重的一次。为什么今年的灰霾来得这么早?公众到底还需要多大的耐心、多久的期待?

●钢厂数量众多,上下游市场竞争充分,政府很难通过补贴来刺激企业投入环保;而电厂数量相对较少,尽管上游发电多头竞争,但下游电网却是国有占绝对优势,易于实施政策调节机制。政府推行超低排放电价补贴政策,目前电厂的环保投资积极性显然超过钢厂

  各地纷纷加码整治锅炉 热泵市场迎来新机

2017年11月上旬,黑龙江省部分地区由于秸秆焚烧治理不力导致空气质量爆表。11月28日,黑龙江省农业委员会和哈尔滨、佳木斯、双鸭山、鹤岗4市政府更是因空气污染问题被环保部约谈。秸秆露天焚烧直接污染大气环境,对重污染天气的形成和加重起到推波助澜作用。尤其是秋冬季节秸秆焚烧,对PM2.5日均浓度影响的贡献率在14%至55%之间。

灰霾肆掠,一时间,公众将质疑的目光投向那些曾经的豪言壮语上:“区域联动”被调侃为“区域联霾”;治霾的定力被奚落为可疑的“腚”力。灰霾里,一些城市的高楼大厦如海市蜃楼一般扑朔迷离;现实中,一些根本性数据依然没有改变,燃煤型为主的能源结构坚如磐石。

“永清环保2009年曾在钢铁行业的烟气治理业务排名前列,占到市场份额30%以上。可2015年在钢铁领域却没有一单环保业务。”永清环保股份有限公司副总经理申晓东日前表示。

  由于大量燃烧煤油、燃气,以及冬季取暖的烧煤小锅炉,排放出大量重度废气物,近年来我国北方灰霾天气越来越严重。在所有废气排放中,燃煤排放废气约占五分之一,成为灰霾天气的罪魁祸首。因此,燃煤锅炉的淘汰和改造工作在多地被提上日程。宁夏银川、陕西西安、咸阳、渭南、安徽宿州、安庆、河南洛阳等地积极响应新政策实施,加大拆改锅炉的速度和力度,促进节能减排机制。

解决秸秆焚烧问题,生物质发电是途径之一,但由于政策原因,我国生物质发电长期采用直燃发电技术,由于机组容量小、参数低,该技术发电效率一般不高于25%,而且因为燃料收集经济性问题,导致在国家补贴持续十多年不变的情况下,技术得不到突破性进步,也没实现切实解决秸秆田间焚烧致霾的初衷。

另一个令人尴尬的事实是:废气排放是一个全国性的“大锅饭”,废气治理是企业直接的大宗成本,在经济不景气、盈利空间缩小的情况下,企业放弃环保设备的开启似乎是“理性”的途径之一。这或许是每到秋冬季节就出现大范围灰霾天气的重要原因。工业动力之能源结构没有改变,燃煤型的电力结构没有改变,秋冬之初随着燃煤量大幅增加,灰霾也就悄然而至了。

作为大气治理的两个最主要行业,相关环保企业在钢铁与电力产业上感受到冰火两重境遇。一方面,电力行业因政府推行超低排放电价补贴,电厂上马环保设备的积极性高,为环保企业带来了大量订单;而钢铁产业生存状况堪忧,治理污染又缺乏资金保障,陷入“经营亏损—无钱治霾—面临关停—无心治霾”的恶性循环。

  治理污染的同时也要解决供暖问题,鼓励和扶持新能源节能环保产业是亟待解决的重要任务,找到燃煤锅炉最佳的替代品是实现冬季取暖、实现可持续发展的现实需要。由于空气能热水器具有绿色安全、节能环保,零污染排放等众多优点,成为取代锅炉最理想的产品。在显著的产业优势和良好的政策扶持下,空气能市场将迎来前所未有的发展机遇。

燃煤耦合生物质发电是另一途径。国际上,作为一项成熟的技术,利用现役大容量、高效率燃煤机组,燃煤耦合生物质发电效率可达到40%~46%。在我国,利用现役煤电环保集中治理平台,生物质发电的大气污染物排放浓度可降至生物质直燃发电的六分之一。

绿色经济是一个愿景期待,但远水解不了近渴;要达到这个愿景,首先必须解开中国环境治理的一些死节:如何平衡经济发展和环境保护关系,如何处理好减排目标和偷排获益的关系。这是个动态博弈游戏,很有点类似于打麻将。政府、企业、公众、第三方环保机构,作为参与的四方,都有想赢怕输的心态,既急着把自己的问题扔给社会,又怕惹祸上身,就像急着打掉废牌又怕“点炮”一样;同时,参与各方各自为战,又互通联结,不但没有严格的第三者做裁判,还盯住上家、看着下家的利益,相互攀比得失,既不愿意放弃现有的资源和利益,又期望在新资源里赢得机会。其中,最核心的问题是游戏正在演变成3对1的游戏,因为仍然缺乏一些强有力的环保公益组织,缺乏它们的监督,使整个整个游戏就变得十分不公,也无法从根本上遏制各种偷排的违规行为,更遏制不住GDP带来的地方利益对区域环保的冲击。

钢厂亏损治理业务小幅下滑

  谁是您身边的低碳热能专家

碳减排是我国经济社会绿色低碳可持续发展的客观要求,燃煤生物质耦合发电具有生物质能电力二氧化碳零排放的特点,可较大幅度消减煤电的碳排放。随着我国碳减排制度体系建设和碳排放交易市场建设的日趋完善,燃煤生物质耦合发电将迎来良好的发展机遇。

事实上,我国的减排联动承包责任制还没有运行在法治轨道上,市场之手和政府之手相结合的灰霾治理之道尚未形成。此时要解决这个死疙瘩,就必须建立排放和电价挂钩的即时反馈系统。

2015年1月~10月,钢铁整个行业巨亏720亿元,无力投资环保设施

  由于传统能源的不可再生性和污染性,人类在创造工业文明的同时也为之付出了沉重的代价。以环保理念驱动低碳科技的创新,这是荣事达空气能一直恪守的原则和承诺。它以空气作为制热能源,采用新型的环保冷媒R143a和零污染保温材料——无氟聚氨酯,保证无任何有害气体排出,营造最生态的家居生活。此外,与电热水器和燃气热水器相比,荣事达空气能热水器在运行时省电75%,二氧化碳排放量分别减少76%和43%。国际知名品牌配件、世界顶级核心技术、时尚雅致的外观设计,成就了荣事达空气能的不凡品质。

燃煤耦合生物质发电技术是指:生物质在循环流化床气化炉中完成高效气化,产生燃气经过净化系统除尘后,以热燃气的方式直接送入大型燃煤电站锅炉,与煤粉进行混烧,利用原有发电系统实现高效发电的技术。

目前,我国燃煤发电中每度电约产生氮氧化物0.66克,而燃气电厂仅为0.13g,为燃煤发电的20%;至于烟尘排放,两者更是相差数十倍至100倍以上。燃气发电很显然具有极大的环保优势;但是,目前实行的污染物排放标准虽然将排放浓度区别开来,却没有实现排放当量和上网电价的动态联动,使燃气发电的环保优势不能在经济效益上充分体现出来,企业发展战略转向的动力,寻求清洁生产工艺、技术自我升级的动力都没有激发出来。没有减排联动承包责任制的实施,经济利益的诱导和法律责任就无法形成,用市场的力量治理灰霾就无从谈起,所谓绿色变革就是一句空话。中国经济就像一个老烟民,对煤的依赖性太大,要戒掉它不是一件容易的事。

专家指出,在雾霾严重污染之际,钢铁厂环保订单本该猛增。钢铁厂却因行业整体亏损,影响了环保设备投资积极性。受此影响,永清环保2015年的前三个季度,大气治理业务反而出现了小幅下滑。

  也会有人质疑:荣事达空气能低温低能效,能适应北方寒冷的冬天吗?对此,荣事达空气能技术专家表示,荣事达空气能目前在行业内的技术遥遥领先,解决热泵低温低能效这一行业问题,技术已相当成熟。面对北方低温环境,荣事达推出超低温热泵机组,运用美国喷气涡旋增焓技术,使荣事达低温热泵在-25℃的环境中也能获取足够的热能,源源不断产生热水,可以满足地板采暖和生活热水,让北方居民在寒冷的冬天也能感受到春天般的温暖。

该技术提供了一种经济有效的方法,利用大型燃煤电站机组的高参数,将生物质高效转化为电能,实现生物质的有效利用,以缓解能源危机和温室气体污染问题。

灰霾治理是一个复杂的系统工程,各方利益盘根错节,各种排放源之间相互指责,更把复杂问题虚幻化,让政策决定者如坠雾中,此时更需要删繁就简、壮士断腕的能力与决心。

“2015年,中国钢铁厂迎来了历史上最为残酷的一年,1月~10月整个行业巨亏720亿元,且长期看不到好转的迹象。”申晓东说,许多钢厂老板说的最多的一句则是“保命要紧”,企业经营资金困难、采购煤炭款一拖再拖,更别提上马数百万元甚至上千万元的环保设备。

  节能减排是一项艰巨的系统工程,需要国民齐心协力、大力配合才能显现成效。荣事达空气能呼吁社会给予热泵产业更多的支持和关注,倡导热泵企业加大创新,提高技术含量,创造出更节能更环保的完美产品!

针对生物质难以在大型火力电站应用的问题,采取循环流化床气化方式与大型燃煤电站进行耦合高效发电的方法,进行了物质和能量平衡计算和循环流化床内流场组织,开发了系列循环流化床气化装置,实现了生物质在大型燃煤机组内稳定的耦合发电,生物质转化为电能的效率可超过37%,远高于现有的生物质直燃发电,并可获得生物质电价补贴,具有良好的经济、环境和社会效益。

日本数学家广中平佑曾解释如何用层次论的方法来解决复杂问题。举例说,一个平面交叉的十字路口,没有信号灯,各种车辆从四面同时开过来,陷入一片混乱。从平面交叉这个二元视图中,这种混乱无法解决。但是加进去“高度”这一元,即用三元的视角来看,事情就很容易解决了。也就是说,在十字路口把平面交叉变为立体交叉——那样,不用红绿灯,车辆也能畅通无阻。如此看来,很多看起来复杂的现象不过是单纯事物的投影。

“钢铁行业兴盛时,有的中型钢厂一个月就有数千万元利润。无论是安装脱硫、除尘设备,还是扩大产能规模和升级技术,钢厂都有积极性。”一位环保设备市场营销人员介绍说,一个上百万吨的钢厂脱硫设备需要上千万元,有的钢厂根本不怎么还价,就同意购买。

生物质气化耦合发电项目有诸多优点。生物质气化耦合发电效率35%~40%;生物质气化发电部分与电网单独结算,可精准计量,接受第三方监督,享受生物质电价补贴,目前运行项目已享受0.75元每千瓦时电价补贴;根据电价不同,灵活调整气化产品,保障项目高收益;生物质灰分进电站锅炉前被收集,避免了对电站锅炉受热面的腐蚀;高温燃气输送和燃烧过程无焦油析出;生物质气化耦合发电充分利用燃煤机组的烟气超低排放处理装置,实现超低排放,清洁发电;电力行业已纳入碳减排交易市场,每增加1兆瓦生物质耦合发电装机,减排二氧化碳0.826吨每小时。

爱因斯坦的相对论的伟大之处在于为古典力学引入了一个新的维度:时间。中国灰霾治理的根本问题也是缺乏一个新的维度:排放量与价格联动的即时电价系统。时间是一个关系实战性的根本参数,在这个维度上,治理灰霾就是一个动态可期的大工程。

永清环保相关负责人介绍说,在钢铁行业兴盛时期,公司拿下了华菱钢铁、石家庄钢铁等全国多地钢铁厂环保订单。当时有机构预测,国家节能减排政策将催生未来5年180亿钢铁脱硫市场,而永清环保也将钢铁行业作为市场主攻方向。

以60万千瓦的燃煤机组为例,耦合3万千瓦的生物质量,按生物质发电每年运行5000小时计算,每年可以减少12.39万吨的二氧化碳排放,按照我国碳交易平均价格50元每吨,单二氧化碳减排就可以创造619.5万元的效益。

从习惯、麻木到掩盖、觉醒是一个过程,中国治理灰霾正在经历最痛苦的习惯过程。对灰霾研究的论文涉及方方面面,科学唤醒民众的阶段似乎已接近完成,目前正处在一个科学与政策的岔路口,更多的事情是政策执行和博弈的研究,或者说是软科学的问题。

然而,从2011年起,中国钢铁陷入产能严重过剩的危机,整个行业出现了罕见的巨亏。“由于政府节能减排政策压力,许多钢厂刚刚开始亏损,尚有能力投资脱硫、除尘设备,但回款周期却是越拖越长。”申晓东说。

燃煤耦合农林生物质发电技术可破解秸秆田间直燃难题。燃煤耦合生物质发电技术是指秸秆经过简单预处理之后,以热解气化的方式产生燃气直接送入电站锅炉,与煤粉进行混烧,利用原有燃煤发电系统实现高效发电。燃煤电站耦合生物质发电建设周期、发电效率、工艺流程、环保特性、效益等多个方面优势突出,代表了生物质发电的方向,为我国的节能减排作出了突出贡献,创造了环保、高值、持续的运营模式,实现了社会效益、环保效益、经济效益的三翼齐飞。

(作者系美国夏威夷跨学科研究所研究员)

超低排放补贴激发电厂升级改造

同时,生物质气化耦合发电还破解了秸秆的社会治理难题。我国具备煤电耦合生物质发电的资源条件。我国每年产生的农林废弃残余物约12.5亿吨。其中,可供收集的农作物秸秆资源量约6.9亿吨,除肥料、饲料、基料、原料等产业消纳约3.5亿吨外,可供能源化利用的约3.4亿吨;还有可供能源化利用的林业加工剩余物约3.5亿吨。

2015年电厂成了烟气治理业务最主要的订单;多数电厂拿到的补贴与环保投入大致相当

燃煤生物质耦合发电通过现役煤电机组的高效发电系统和环保集中治理平台,尽力消纳田间露天直燃秸秆,规模化协同处理污泥,实现燃料灵活性,降低存量煤电耗煤量,提升可再生能源发电量。

钢铁行业环保订单锐减,电厂的大额订单在去年一年则仍在持续。以永清环保为例,2015年,就拿下数个治理大单,其中,中标大唐彬长超低排放脱硫系统改造项目获得8000万元大单。

从煤电机组在电力结构中占主体地位的国情出发,燃煤生物质耦合发电是优化能源资源配置、破解污染治理难题、促进生态文明建设、推动经济社会绿色发展的有力举措。

“2015年,电厂成了环保企业烟气治理业务最主要的订单和利润来源。”申晓东指出,政府对电厂的超低排放电价补贴政策起到一定积极促进作用。

针对秋冬雾霾,国家能源局和环保部联手出新政。2017年12月4日,国家能源局和环保部发布《关于开展燃煤耦合生物质发电技改试点工作的通知》,建议发电企业积极参与燃煤生物质耦合发电工作,试图破解秸秆田间直焚等环境治理难题,也是当前我国煤电转型升级的新路径。

据了解,2015年底,国家发展改革委、环境保护部、国家能源局联合下发《关于实行燃煤电厂超低排放电价支持政策有关问题的通知》,其中规定,对2016年1月1日以前已经实现超低排放、并网运行的现役机组,对其统购上网电量加价1分钱/千瓦时;对2016年1月1日之后实现超低排放、并网运行的新建机组,对其统购上网电量加价0.5分钱/千瓦时。

为了实现中国能源的转型,力争2030年非化石能源发电量占比不低于50%,大力发展燃煤生物质耦合发电是必然选择。

永清环保研究设计院常务副院长龚蔚成分析说,尽管电厂机组大小不同、燃煤成本各异,但上述电价补贴政策基本能使多数电厂获得与环保投入大致相当的补偿。逐年递减补贴金额的政策也激发了电厂加快安装环保设施的热情,还为环保企业带来了更多订单。

生物质与燃煤直接混合燃烧耦合发电技术虽然运行效率高、技术成熟,但是也存在生物质燃料应用量的在线监测难题。因此,国家要求,试点项目应建立生物质资源入厂管理台账,详细记录生物质资源利用量,采用经国家强制性产品认证的计量装置,可再生能源电量计量在线运行监测数值同步传输至电力调度机构,数据留存10年。这一要求有望克服此前业内比较担心的生物质资源利用量可能做假导致骗补的问题。

据介绍,除此之外,部分地方政府还给予电厂安装烟气治理设备直补。如山西省给予电力能源改造费用30%的补贴。

(作者系国家可再生能源产业技术创新战略联盟理事长)

申晓东分析认为,钢厂数量众多,上下游市场竞争充分,政府很难通过补贴来刺激企业投入环保;而电厂数量相对较少,尽管上游发电领域多头竞争,但下游电网却是国有占绝对优势,易于实施政策调节机制。目前政府推行超低排放电价补贴政策,电厂的环保投资积极性显然超过钢厂。

《中国科学报》 (2018-02-01 第6版 前沿)

与此同时,钢厂生产流程要比电厂复杂的多,污染源数量、程度也要远高于后者。电厂燃煤发电,污染源通常主要是燃煤环节,烟气均通行于管道;钢厂要将铁矿石先行炼铁,再由铁来炼钢,最后轧制成钢板、螺纹钢等产品,每一个环节都有众多的污染源。“一个年产量五六百万吨的中等钢厂,要投入五六百万吨焦炭去冶炼上千万吨铁矿石,比中等电厂排放的废气更多,环保的投入也要更高。”龚蔚成指出。

应对治理难题创新长效机制

建议创新治理模式,探索环境治理市场化机制;构建以政策、资金为主要内容的长效机制

业内人士表示,目前,中国大气治理尚处于起步阶段。政府对于钢厂等工业企业烟气治理,只是针对集中排污源,对于生产流程中的监管尚有盲区。如钢厂在烧结、炼铁、轧钢等整个生产过程均为敞开式、存在大量烟气排放,但监测监管则主要是针对烟囱、废气管道。

环保业内人士指出,治理企业在钢铁行业遭遇的困境,是环保产业面临的共性问题,也是我国大气治理需要解决的问题之一。

“未来大气治理关键是,怎样创新出长效化、可持续的治理机制。”在永清环保董事长刘正军看来,目前中国在各环保领域的治污技术已不存在障碍,资金已成为制约环保产业发展的一大瓶颈,仅靠国家财政的投入显然不够。建议尽快完善相关政策,创新治理模式,积极探索环境治理的市场化机制,推广合同环境服务模式,推行节能量、碳排放权、排污权交易制度。

刘正军认为,排污企业投资环保设备、节能减排后,能够获得一定政策支持或资金补偿,其就会有动力进行减排,也可以促进环保产业可持续发展。

永清集团曾在湖南“一号工程”竹埠港化工区土壤治污中,创新出“岳塘模式”,永清环保与政府合资成立运作主体,先行垫资治污,治理完成后合资公司通过参与土地开发获得商业回报。

“环保具有社会公益属性,环保企业通过与政府部门合作,能够充分对接环保资金、技术、人员、政策等各方面资源,环保企业的发展就会事半功倍。”相关负责人表示。

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