PDF《中国电力行业硫、氮、碳协同减排的环境经济路径分析》

中国环境科学 2012,32(4):748~756 China Environmental Science 中国电力行业硫、氮、碳协同减排的环境经济路径分析 毛显强 1* ,邢有凯

1 ,胡涛2,曾 桉1,刘胜强

1 (1.

北京师范大学环境学院,北京 100875;

2.环境保护部环境与 经济政策研究中心,北京 100029) 摘要:从电力行业 十一五 期间节能减排工作及其成效来看,现行的以末端治理为主的减排措施很难实现电力行业大气污染物和温室气体 的协同减排.本研究构建了大气污染物协同减排当量(APeq)指标,并在此基础上对电力行业技术减排措施和结构减排措施进行成本-效果评 价和敏感性分析.结果表明,末端治理措施在削减某一特定污染物的同时,由于耗能增加可导致其它污染物的排放上升;

以节能为主的技术 减排措施、 前端和生产过程控制措施,以及以新发电技术替代为主的结构减排措施可以实现 SO

2、 NOx 和CO2 的协同减排,且减排潜力较大. 此外,本文还在单位(边际)污染减排成本核算与污染减排潜力估算的基础上,绘制出适合中国电力行业的 SO

2、NOx、CO2 和APeq 减排路径 图,以协助决策者制定适宜的减排规划方案. 关键词:电力行业;

协同减排;

APeq;

减排潜力及路径 中图分类号:X196 文献标识码:A 文章编号:1000-6923(2012)04-0748-09 An environmental-economic analysis of carbon, sulfur and nitrogen co-reduction path for China'

s power industry. MAO Xian-qiang1* , XING You-kai1 , HU Tao2 , ZENG An1 , LIU Sheng-qiang1 (1. School of Environment, Beijing Normal University, Beijing 100875;

2. Policy Research Center for Environment and Economy, Ministry of Environmental Protection, Beijing 100029, China). China Environmental Science, 2012,32(4):748~756 Abstract:Reviewing the effectiveness of pollution emission reduction in power industry during the 11th five years period, we could see that end-of-pipe measures had difficulty in achieving co-reduction of air pollutants and GHGs in the industry. Based on co-reduction equivalent index (APeq) of air pollutants built in the study, cost-effectiveness analysis and sensitivity analysis of technological and structural adjustment measures in China'

s power industry, with specific focus on SO2, NOx and CO2 co-reduction, are made in the study. The results indicate that the end-of-pipe measures could cut down emission of one single air pollutant, with simultaneous increase of emission of the other two pollutants caused by increase of energy consumption. Technological emission reduction measures which mainly count on energy saving, front-end and in-the-process control, and the structure-adjustment measures characterized as new power generation technology substitutions, could achieve co-reduction of SO2, NOx and CO2 with good potential. In additional, based on cost accounting of unit (marginal) pollutant reduction and potential estimation of pollution reduction, reduction road map of SO2, NOx, CO2 and APeq adapting to China'

s power industry could be designed, which will help policy-makers to draw up appropriate emission reduction plan. Key words:power industry;

co-reduction;

APeq;

potential and path of emission reduction 电力行业一直是我国能源消耗、 大气污染物 和温室气体排放的重点行业. 十一五 期间中国 电力行业得到了快速发展,2010 年中国电力行业 总装机容量为

96219 万kW,总发电量 42280.15 亿kW?h[1] ,相比

2005 年分别增长约 86.04%和69.29%[2] . 十一五 期间,中国电力行业采取了大 量的节能减排措施,并取得了一定的成效.2009 年供电标准煤耗为 340g/(kW?h),相比

2005 年减 少30g/(kW?h);

2009 年中国电力行业 SO2 排放量 为948 万t,相比

2005 年下降 14.67%;

另一方面, 收稿日期:2011-07-06 基金项目:美国能源基金会中国可持续能源项目 大气污染和温室 气体协同控制方法论研究 课题(G-0911-11642),环境保护行业性公 益项目 重点行业大气污染与温室气体排放协同控制政策与示范研 究(201009051) * 责任作者, 教授, maoxq@bnu.edu.cn

4 期 毛显强等:中国电力行业硫、氮、碳协同减排的环境经济路径分析

749 十一五 期间 NOx 未列入总量控制指标,CO2 减 排仍处于起步探索阶段.据测算,2009 年中国电 力行业 NOx 和CO2 排放量分别为

865 万t和27 亿t,相比

2005 年分别增加 16.89%和42.11%[3] . 为继续推进节能减排工作,《国民经济和社会 发展 十二五 规划纲要》设定了一系列目标:非化 石能源占一次能源消费比重达到 11.4%;

单位国内 生产总值能源消耗降低 16%;

单位国内生产总值 CO2 排放降低 17%;

主要污染物排放总量显著减 少,SO2 排放减少 8%,NOx 排放减少 10%[4] .电力行 业在全国节能减排规划中仍将居于重要位置. 从电力行业 十一五 期间节能减排工作经 验来看,单纯以末端治理为主的减排措施将面临 边际减排成本递增、减排难度加大的困境.而强 化大气污染物与温室气体的 协同控制 ,则提供 了统筹协调节能与减排,综合控制多污染物,提高 污染控制成效和经济性的重要思路. 协同减排 是指以具有协同效应的措施和 方式同时减排局域大气污染物(如SO

2、NOx、 PM、 CO、 VOC 及汞等)和全球大气污染物(CO

2、 CH

4、NO2 等).国际上对协同效应的研究最早起 源于对温室气体减排效益的评估.IPCC 最初的 评估报告使用了次生效益(secondary benefits)、 伴生效益(ancillary benefits)等概念[5-6] ,将协同效 应描述为在控制温室气体的同时减排局域大气 污染物的效益.目前对协同减排或协同效应的理 解通常包括两个方面:一方面是在控制温室气体 排放的过程中减少了其他局域污染物排放的效 益,如:Wang 等[7] 研究了温室气体减排措施在短 期内对人群健康的协同效应;

Rypdal 等[8] 研究了 欧盟

6 种气候变化政策情景下对大气污染物和 温室气体减排、 环境质量、 社会福利和人群健康 等所产生的协同效应;

另一方面是在控制局域污 染物排放及生态建设过程中同时也可以减少或 者吸收 CO2 及其他温室气体排放[9] ,如Tollefsen 等[10] 计算了欧盟实施大气污染控制措施所产生 的减缓气候变化协同效益[10] .此外,也有学者从 两个角度同时研究减排措施的协同效应并进行 成本-效果评价.如Dolf 等[11] 研究了能源环境政 策对 CO

2、SO2 和NOx 的协同减排效应,并以上 海为案例进行分析;

Chae[12] 分析了首尔地区空气 质量管理和温室气体减排策略的综合效益. 虽然利用协同控制措施同时减排温室气体 和控制大气污染物排放的理念已得到认同[13-14] , 但国内关于协同效应评价的研究还处于起步阶 段,相关研究较少,仅见李丽平等[15] 以攀枝花市 为例开展的初步研究. 本文构建了大气污染物协同减排当量指标, 并对电力行业技术减排措施和结构减排措施进 行成本-效果评价和敏感性分析,估算电力行业 技术减排和结构减排的潜力,绘制适合中国电力 行业的硫、氮、碳协同减排路径图.

1 电力行业协同控制措施 电力行业协同控制措施包括技术减排、结构 减排和规模减排三个方面.目前我国仍处于快速发 展阶段,短期内电力行业难以实现绝对的规模减排. 因此,本文着重探讨燃煤火电行业技术减排和电力 行业结构减排两大类协同控制措施.电力行业 SO

2、NOx 和CO2 排放主要来源于燃煤火电,因此 本文的 技术减排措施 主要指现有燃煤火电行业 的技术升级改造和末端治理;

而 结构减排 主要指 高效、清洁发电方式对传统燃煤发电的替代. 1.1 燃煤火电行业技术减排措施及属性 燃煤火电行业技术减排措施可根据生产环 节分为

3 类:前端控制措施(洁净煤技术)、 过程控 制措施和末端治理措施.主要减排技术措施的选 取来源于:发改委推出的《国家重点节能技术推 广目录》[16-17] 、火电行业的清洁生产技术及末 端治理技术[18-22] .本研究通过大量行业调研、文 献查询、数据分析比对,获取各项措施的技术属 性和适用潜力,经过分析和筛选,最终确定

12 项 火电行业技术减排候选措施,各项技术减排措施 及其属性见表 1. 1.2 电力行业结构减排措施及属性 电力行业结构减排主要是针对目前尚在运 行的小火电替代和新建电厂的技术优选,根据我 国电力行业现状和未来的发展预期,可将电力行 业结构减排措施划分为火电结构调整、 新建电厂 技术选择和需求侧管理

3 个子类.其中,火电结构

750 中国环境科学32 卷 调整特指 上大压小 措施;

新建电厂技术选择指 以新型燃煤火电技术[23-24] 、天然气发电[25] 、水电[26] 、核电[27] ,以及风电、生物质能、太阳能等 新能源发电[28-31] 替代传统燃煤火电,实现电力结 构的优化,进而实现 SO

2、NOx 和CO2 的协同减 排(按2008 年火电平均水平计算);

虚拟电厂 [32] 指加强需求侧管理以节约能源.电力行业结构减 排措施及其属性见表 2. 表1燃煤火电行业技术减排措施及其属性汇总表 Table

1 Technological emission-reduction measures in coal-fired thermal power industry and their properties 技术减排措施 成本[元/(MW?h)] 减排系数[kg/(MW?h)] 措施 分类 措施名称 措施简称 投资 成本 运行 成本 投资 收益

1 总成本

2 SO2 NOx CO2 APeq

3 前端控制 措施 洗选煤技术 洗选煤技术 2.60 1.60 25.83 -21.63 1.49 0.20 61.14 2.91 低氮燃烧 低氮燃烧 0.38 0.00 2.32 -1.93 0.02 0.67 3.88 0.76 电站锅炉空气预热器柔 性接触式密封技术 空气预热 器改造 0.04 1.25 2.47 -1.18 0.05 0.04 12.43 0.34 纯凝汽轮机组改造实现 热电联产技术 热电联产 7.30 41.28 60.48 -11.91 0.40 0.33 101.52 2.76 汽轮机通流部分现代化 改造 汽轮机通 流改造 1.65 0.00 18.61 -16.96 1.59 1.30 402.87 10.95 汽轮机汽封改造 汽封改造 0.29 3.44 4.34 -0.62 0.03 0.02 7.29 0.20 低耗能煤粉点燃技术 低耗能点燃 0.07 0.42 1.19 -0.70 0.002 0.002 0.62 0.02 高压变频 高压变频 0.43 9.01 13.51 -4.08 0.10 0.08 23.95 0.65 过程控制 措施 锅炉智能吹灰优化与在 线结焦预警系统技术 结焦预警 0.02 0.94 2.04 -1.08 0.01 0.01 1.59 0.04 烟气脱硫 烟气脱硫 1.93 19.90 0.00 21.83 3.00 -0.05 -16.29 2.62 烟气脱硝 烟气脱硝 1.74 14.40 0.00 16.14 -0.01 1.62 -3.07 1.55 末端治理 措施 碳捕捉和碳封存 CCS 267.67 0.00 0.00 267.67 -0.76 -0.62 573.57 10.09 注:数据来源:表中的技术减排措施均是针对国家控制SO

2、NOx和CO2的目标而选取的,措施选择及数据的主要来源包括:参考文献[3]、[16-22], 《2009中国电力年鉴》 、 《2009中国电力行业年度发展报告》 、 《中国环境统计年鉴2009》,以及作者根据企业调研估算.减排系数包括直接减 排系数和间接减排系数,间接减排系数是指由于节能而带来的减排效果,由节能量和单位能耗污染排放系数计算得到.1.投资收益指某技术减 排措施节能增效所产生的收益;

2.总成本=投资成本+运行成本-投资收益;

3.APeq为 大气污染物协同减排当量

2 电力行业协同减排措施成本-效果评价 2.1 构建大气污染物协同减排当量指标 为了评估电力行业各项减排措施对于 SO

2、 NOx 和CO2 的综合减排效果,特构造大气污染物 协同减排当量指标 APeq,将减排效果归一化以反 映多污染物协同减排的线性累积效果.计算公式 如下: APeq = αS+βN+γC (1) 式中: S、N、C 分别代表 SO

2、NOx 和CO2 的减 排量;

α、β、γ 分别为 SO

2、NOx 和CO2 的效果 系数(或权重值);

其取值可以是基于污染物的化 学、物理、生物、健康影响大小,也........