天然气发电的环境价值.doc

第 15卷第 4期燃气轮机技术2002年 12月 GAS TURB INE TECHNOLOGYD ec. , 2002天然气发电的环境价值魏学好1,金建华2,冯金海3摘要:天然气发电具有显著的环境效益。传统的环境影响评价未能将这个环境效益货币化,导致天然气发电的环境价值被无偿占有。应用环境经济学理论评估天然气发电的环境价值,结果表明:相对常规煤电而言,了参考依据。关键词:天然气发电;环境影响评价;低污染排放;环境价值评估中图分类号: X 74文献标识码: A文章编号: 1009- 2889 (2002) 04- 0009- 04的。目前中国电力结构的现状是:煤电占 80% ,其中高耗能、高污染的老煤电占 30%以上,脱硫煤电的西气东输工程的启动拉开了我国大规模利用天然气发电的序幕。根据国家计委的规划,西气东输120亿 m 3中有 40%用于发电。按照每m 3天然气发首先必须确定常规煤电和天然气发电对环境的电 5kWh计算,每年 48亿 m 3天然气的发电量达影响。污染物排放率是一项很好的评判指标。污染到 240亿 kWh。若发电利用小时为 3000h,则需要装机 800万 kW ;即使利用小时数加到 4000h,也需然气)所排放的污染物的质量。装机 600万 kW。目前上海、江苏、浙江已有 8个燃气电厂项目 (共 570万 kW )通过初步可行性审查。 SO 2是常规煤电的首要污染物。影响燃煤 SO 2“十五”期末,长江三角洲地区天然气发电量和装机容量将分别达到 8%和 12%以上。众所周知,天然气发电具有显著的环境效益。遗y实际减排量来评价环境效益,而未从经济角度衡量天然气发电的环境价值,其结果是环境价值被无偿占有。加之燃料成本高,导致燃气电厂的生存受到常规燃煤电厂的严峻挑战。为鼓励清洁能源的发展,2002年国家电力体制改革方案明确要求:制定发电排放的环保折价标准,形成激励清洁电源发展的新机制。本文旨在将天然气发电的环境效益货币化,评估天然气发电相对煤电的环境价值,为电力市场下环境价值交易提供参考。1污染物排放率天然气发电对环境的贡献是相对常规煤电而言厂在常规燃烧方式下生成的 NO X中, NO占 90%。作者简介:魏学好 (1973- ) ,男,河南汤阴人,硕士研究生。 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. V o l115N o. 4(11浙江大学,浙江温州燃机电厂温州325000;中国海洋石油东海公司 200090)天然气发电的环境价值不容忽视,其贡献值达到 819639分 ( kWh )。这为电力市场下的环境价值交易提供0引言容量不到 2%。选择常规煤电作为天然气发电的比较对象,具有可比性和现实意义。物排放率是指燃烧单位量的燃料 ( 1t煤或 106m 3天111煤电污染物排放率排放量的主要因素是煤中的含硫量,其次是燃烧过程中烟气硫的转化率。煤电厂 SO 2排放量的计算如式 (1)。G SO 2 = B S K SO 2 SO 2 (1 -)憾的是,目前的有关文献如 1 2 仅仅从污染物的(1)式中: G SO 2为 SO 2排放量; B为耗煤量; Sy为燃煤应用基含硫率; K SO 2为燃煤硫向烟气硫的转化率; SO 2为 SO 2与 S的摩尔质量比,约为 2; 为脱硫效率。如果取煤炭含硫率 Sy = 1% (中国煤炭平均含硫率为 1174% ,环保要求发电用煤含硫率不超过1% ) ,资料显示,燃煤电厂平均烟气硫转化率为019,因而常规燃煤电厂 SO 2的排放率为 18kg( SO 2 ) t (Coa l )。如果电厂增加烟气脱硫装置(FGD ) ,脱硫效率 为 0187时 SO 2的排放率为2134kg (SO 2) t (Coa l)。NO X是常规煤电的第二大污染物。目前燃煤电收稿日期: 20022102121 0燃气轮机技术第 15卷国外 Ken O kazak i等学者采用多变量回归方法,导出 NO的转化率公式 3 :- 4(2)率取 50%则年耗气量为 6亿 m 3。式中: CR为转化率,表示燃烧过程中最终生成表 3两类电厂的环境影响评价污染物排放量104 t a g (kWh) 104 t a g (kWh) (燃气燃煤)SO 2NO x温度; R O 2为空气中初始氧含量。 CO 2 402CO 0 0 0T SP灰 0 0 0(3)渣 0 0 0式中: G CO 2为 CO 2的排放率, kg (CO 2) t (Coa l) ; B为可见,相对燃煤电厂而言天然气发电对环境的耗煤量, kg; Q为煤炭的单位热值,M J kg; E为单位影响较小,其 SO 2和固体废弃物几乎为零,温室气热值下潜在的碳排放量, t (C ) TJ; K CO 2为燃料中碳体 (GH G )减少 1 2, NO X减少 2 3, T SP减少 3 4。此外,从生态效益看,其占地面积减少 1 2,耗水量文献 4 给出中国煤炭实测平均数据:单位热值减少 2 3。这些数据充分表明,在日益严峻的环保形势下,天然气发电对生态环境的贡献是及其显著的。1731kg (CO 2) t (Coa l)。为验证环境影响评价的可信度,将国内电厂污根据目前的发电技术,发电厂燃烧 1t煤排放的染物测算值进行国际横向比较 (见表 4)。国内排放SO 2、NO X的测算值略高于美国 1997年煤电平均水y率 99%。表 1燃煤污染物排放率 kg t污染物 SO 2 NO X CO 2 CO T SP灰渣排放率 18 8 1731 110 30表 4国际煤电排放横向对比 g (kWh )国别 SO 2 NO X T SP天然气发电的污染物排放率是根据国内外大量中国美国污染物量见表 2。6 3污染物 SO 2 NO X CO 2 CO T SP灰 渣0 238 0 0目前的环境影响评价未能将环境成本效益货币化。因而在项目的方案选择时,决策者在怎样权衡财务收益与环境成本的得失时遇到了困难。同样,在环境影响评价是评价一项工程对环境产生的物电力市场条件下,天然气电与煤电按照同一规则竞理、化学或生物影响。国内在评价两种典型电厂环境价上网而不考虑环境成本,天然气电厂的环境效益影响方面基本上达成共识。将被无偿占有。环境价值是对环境效益的货币化。本文主要是尝试性能评估天然气发电相对常规煤电的根据燃煤电厂污染物排放率,将燃煤与燃气电环境价值。厂对环境的影响作如下对比 (见表 3)。如果电厂装机容量为 500MW ,年利用小时为 6000,则年发电量评估天然气发电环境价值的难度在于首先要评 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 为 30亿 kWh。取煤炭热值Q net. ar为 2112M J kg,电厂效率 38% ,厂用电率 6% ,则年耗煤量约 14216CR = - 01407- 01128N + 10 3134V 2 ( 1)万 t;西气东输天然气的低位热值取 36M J m 3,热效+ 515T m ax+ 35R O 2 的 NO浓度与燃料中的氮全部转化为 NO时的浓度 500MW燃煤电厂 500MW天然气电厂排放百分比之比; N为燃煤中氮含量; V为燃料中的挥发份含215668 81556 010007 010023 01027量; 为氧与燃料化学当量比; T m ax为炉膛火焰最高111408 31803 013720 112400 3216124618482218021201648186010371 01124CO 2是重要的温室气体,其危害日益受到国际010570 011901 0101428 010476 25104社会的关注。燃煤 CO 2排放率见式 (3)。151686 521287G CO 2 = BQ E K CO 2 CO 241278 14126的氧化率; CO 2为 CO 2与 C的摩尔质量比,约 31667。为 2112M J kg;碳的潜在排放量为 24174t (C ) TJ;碳的氧化率为 019。由此计算得到 CO 2的排放率为 212横向对比污染物量见表 1。取煤质单位热值Q net. ar为 2112M Jkg,硫含量 S为 1% ,灰分 A ar为 15% ,静电除尘效平;对于颗粒物而言,国内测算是 T SP ,美国给出的是粒径10m的颗粒物,两者不完全相同。可见,中国火电污染物排放同国际水平还存在差距,计算所得排放数据符合中国目前阶段的技术水平。0126 014112天然气发电污染物排放率81556 31803 01190161131470116 (PM 10)实测数据统计得出的 1 。燃烧 106m 3天然气排放的表 2燃天然气污染物排放率kg 10 m3天然气电厂环境价值排放率 1116 612103 21011062环境影响评价211测算值311环境价值标准第 4期魏学好等:天然气发电的环境价值1 1估污染物减排的环境价值标准 (EV S)。文献 5 在参考中国排污总量收费标准 (PCS)和美国环境价值标准的基础上,评估出目前中国电力行业各种污染物减排的环境价值标准,见表 5。这可以作为衡量天然气环境价值的一把标尺。之所以被称为绿色能源,是因为它附带着显著的环境价值。分析天然气发电的环境价值构成图 (图 1)可知:表 5电力行业污染物环境价值标准元 kg污染物SO 2 NO XCOCO 2T SP粉煤灰炉渣废水环境价值标准确定后,根据污染物的排放量 (或减排量)就可以计算工程的环境成本 (或环境价值)。利用式 (4) ,计算天然气电厂相对于燃煤电厂的环境价值,结果见表 6。n ni ii= 1 i= 1式中: C、B分别表示工程的环境成本或环境价值,元: V ei为第 i项污染物的环境价值单位,元 kg; n国煤电脱硫 ( 87% )后导致上网电价增加 3 5分放量或减排量, kg。表 6天然气发电的环境价值减少排放量价值标准环境价值平,则煤电脱硫的意义就被否定了。项目4 4SO 2 6000NO x 8000CO 2 23CO 1000TSP 2200灰 120渣 100合计机构的研究结果相互印证。国家计委能源研究所对中国各种能源的环境成本作过分析 6 。分析认为,在考虑新建能源项目经济成本 (建设成本、运行成本)电除尘效率 99%。表 6所列的单位电量下的环境价值具有平均和普遍的意义。也就是说,不论电厂装机容量大小和运行小时数,就其供给单位电量而言,如下结论成立:估算可作为天然气发电环境价值的横向比较。按照吨标煤热功等价电能为 8130kWh计算,减少所产生的生态价值。天然气发电具有外部经济性 (Ex terna l econom y)。h ) ,略高于脱硫成本 3 4分 (kWh )。电能本身是无差异的物理量。但是若考虑外部效应后,电能就被贴上不同的环境标签。天然气发电 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 312环境价值评估环境价值 6100 8100 1100 01023 2120 0112 0110 010008Q i (4)C =V e Q i或B =V e图 1天然气发电的环境价值构成a.在减排 SO 2方面,获得 511322分 (kWh )的环境价值,占总价值的 57125%。这是因为目前中为污染物总数; Q i、Q i分别表示第 i次污染物的排(kWh ) ,天然气发电相当于 9919%的脱硫。如果在减排 SO 2方面获得的环境价值低于这个参照水b.在减排 NO X方面,获得 210501分 ( kWg (kWh)元 t 10元 a 10- 2元 (kWh)10 t ah )的环境价值,占总价值的 22187%。这是由于电力215661 815537 1539616000 511322017688 215627 615014000 210501行业减排单位 NO X排放量的所需费用高于 SO 2,其12612406 42018020 290315338 019678原料的来源也比较困难且 NO X对环境的危害远大010371 011236 3710760 010124于 SO 2 5 。010428 011425 9410720 010314313环境价值横向比较1516860 5212867 188213200 016274412780141260042718000011426本文评估出的天然气发电的环境价值可与权威2995710497819639注: 11取装机容量为 500MW ,年发电量为 30亿 kWh的相同条件。21燃煤电厂参数:含硫量 Sy= 1% ,灰分 A av= 15% ,热值Q net, a r= 2112M J kg,静时必须考虑环境成本 (环境控制成本、环境保护成本)。从经济学的角度看,这是将外部成本内部化。评估结果表明:发出与吨标煤热量等值的电能,煤电和天然气电的环境成本分别为 1130元和 200元。这个相对于常规煤电而言,天然气发电的环境价值是 819639分 (kWh ) ,这还不包括占地和耗水得到单位电量下的环境成本。煤电为 1319分 (kWh ) ,天然气电为 215分 (kWh )。天然气发电的煤电脱硫的环境价值是 414662分 (kW环境价值为 1114分 (kWh )。这与本文评估的819639分 (kWh )基本吻合。本文的数据更充分、结果更准确。1 2燃气轮机技术第 15卷目前的电力市场尚未考虑环境成本,市场配置资源失灵。从可持续发展的角度出发,必须将环境成与常规煤电相比,天然气发电具有不容忽视的本纳入发电成本,按照社会成本竞价上网。十五”期环境价值。本文对天然气发电环境效益货币化结果间,随着发电排放环保折价标准的制定和执行,显著的环境价值无疑会大大增强天然气电厂在电力市场中竞争力。参考文献:美国实行了排污权交易制度,清洁能源获得一笔可观的环境价值收益。建议在中国电力体制改革中引入排污权交易制度,形成激励清洁电源发展的新机制。香上网电价高于常规煤电,与国产脱硫煤电基本持平 2 。综合资源规划 ( IR P )表明:天然气发电的社会成本 (生产成本+环境成本)最低,利用天然气发电代替煤电 (特别是高耗能、高污染的老煤电) ,能够增进社会福利。The environmen tal value of electr ic ity from natural-gas-f ired power plan ts1 2 3A ssessm en t (E IA ) , how ever, doesnconvert the benefits in to cu rrency, w h ich resu lts in the app rop ria tion of Environm en ta lV a lue ( EV ). T h is p ap er app lies the theo ry of Environm en t Econom ics, and eva lua tes the EV of ga s pow er. T he eva lua tionreference to the EV trading in the com p etive electricity m a rket.eva lua ting(上接第 70页)Research on retrof itting option s of CC for 212MW old conven tional power plan t1 2 2 2an an,2. T herm a l Pow er R esea rch In stitu te, X i an, 710032, Ch ina)Abstract: B a sed on ana lysis and ca lcu la tion of retrofitting a 212MW IPP w ith the schem e of com b ine cycle, retrofit op tion su tilizing com b ined cycle techno logies to efficien tly recovering energy of coa l ga s from b la st fu rnace a re p ropo sed. T he resea rchof th is p ap er ha s grea t va lue fo r retrofitting sm a ll cap acity aged pow er p lan ts.Key words: com b ine cycle; pow er p lan t retrofit 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 414增强竞争力4结论与建议411环境价值不容忽视表明:天然气发电具有 819639分 (kWh )的环境价值,其在减排 SO 2、NO X方面分别获得 511322分(kWh )和 214584分 (kWh )的环境价值。412环境价值交易 1 中国电机工程学会燃气轮机发电专业委员会 11998年年会论文集C 1 2 何昌群,陈兆庆,张建平 1华东电网利用天然气发电的前景分析J 1华东电力, 1999, 27 (6) : 1231 3 叶铭,马宪国 1低 NO X燃烧器在燃煤电站锅炉中的应用与前景413增进社会福利能源研究与信息 4 吴宗以煤为主多元化的清洁能源战略 M 1北京:典型的技术经济分析表明,天然气发电的平均清