天然气电站的环保价值评估

1、天然气电站的环保价值评估国家实施西气东输工程，启动了我国大规模利用天然气发电的市场。根据国家计委的规划,西气东输120亿立方米天然气，40%60%将用于发电。按每立方米天然气发电5kWh算,每年45亿立方米天然气的发电量达到225亿kWh。若发电利用小时为3000h,则需要装机750万kW;即使利用小时数加到4000h,也至少需装机550万kW。目前上海、江苏、浙江的8个燃气电厂项目(共550万kW)正处在项目实施阶段。“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%。天然气属于清洁能源，天然气发电具有显著的环保效益。不论从污染物的实际减排量来看,还是从经济角度衡量其环

2、保价值，都能反映天然气电站在环保方面的贡献。目前，天然气电站的环保价值没有在投资回报上得以体现，加上燃料成本高,导致燃气电厂的生存受到常规燃煤电厂的严峻挑战。1.1 中国的环境状况煤碳的燃烧是环境污染的主要源头煤碳燃烧是破坏大气的两大污染物（粉尘和二氧化硫）的主要来源。排放到大气中的粉尘危害人类健康，其排放量比起早期的高峰有所下降，这主要归功于废气处理装置的大量使用。二氧化硫的排放量近年来也降低了，但是目前，中国大约有百分之三十的国土现正遭受酸性沉积物的侵害。据中国国家环境保护总局估计，由于排放出来的硫减少农作物的产量、腐蚀基础设施、并损害人类健康，仅此一项就使国内生产总值损失了近百分之二。国

3、家现正制定新的战略来控制环境污染，尝试通过调整市场政策来控制酸雨。将污染严重的地区划分为酸雨控制区，在这些区域内限制或禁止使用高硫煤，并在一些情况下强制使用环境控制技术。中国还修改了排污收费系统，提高了排放超标的企业所需缴纳的费用。中国的二氧化碳排放量在世界上位居第二，仅次于美国2。根据2000年中国统计摘要的数据显示，1999年CO2的排放量为7.25亿吨。相比之下，美国1999年CO2的排放量估计在15.17亿吨左右。然而，考虑到未上报的煤炭使用量，中国每年CO2的实际排放量可能达到8亿吨甚至更多。煤炭使用的再度快速增长将可能使中国在2040年到2050年左右成为世界上二氧化碳排放量最大的

4、国家。燃煤电厂是环境污染的主要源头电力工业是污染物排放较多的行业，其中火电厂的环境问题尤为突出。在我国大气污染主要指标中，近1/3的污染是由燃煤发电产生的。例如1991年的全国烟尘排放量为1314万吨，燃煤排放950万吨占73%，火电排放364万吨，占总量的27.7%。同年二氧化硫排放量为1622万吨，其中燃煤排放1460万吨，占90%，火电厂排放460万吨，占总量的28.4%。此外，燃煤电厂每发1亿KWh电，就会产生灰渣1.2-1.7万吨，需占用地2.6-3.4亩。2002年全国火力发电量16401.05亿KWh，按均值计算，产生灰渣23781.5万吨，占用土地49203.2亩。按2010年

5、发电用煤测算，2010年二氧化硫排放量将分别达到2300万吨，如不采取脱硫措施，环境容量将难以承受，珠江三角洲、长江三角洲等地区环保问题更为突出。环境问题已成为电力发展的主要制约因素之一。1.2天然气电站和常规火电站污染物排放比较天然气发电对环境的贡献是相对常规煤电而言的。目前中国电力结构的现状是:煤电占80%,脱硫煤电的容量不到2%。但是由于国家环保规定的日趋严格，对照分析带脱硫设备燃煤机组具有现实意义。首先必须确定常规煤电和天然气发电对环境的影响。污染物排放率是一项很好的评判指标。污染物排放率是指燃烧单位量的燃料(1t煤或106m3天然气)所排放的污染物的质量。燃煤电站污染物排放计算SO2

6、是常规煤电的首要污染物。影响燃煤SO2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SO2排放量的计算如式(1)。GSO2=BSyKSO2SO2(1-)（公式1-1）式（1）中:GSO2为SO2排放量;B为煤耗;Sy为燃煤应用基含硫率;KSO2为燃煤硫向烟气硫的转化率;SO2为SO2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1.74%,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0.9,因而常规燃煤电厂SO2的排放率：GSO2=10001%0.92(1-0%)=18kg/t (1-2)如果电厂增加烟

7、气脱硫装置(FGD),脱硫效率为0.71时，SO2的排放率为:GSO2=10001%0.92(1-71%)=5.22kg/t (1-3)CO2是重要的温室气体,其危害日益受到国际社会的关注。燃煤CO2排放率见式(2)。GCO2=BQEKCO2CO2 (1-4)式中:GCO2为CO2的排放率,单位是kg(CO2)/t(Coal);B为煤耗,单位为kg；Q为煤炭的单位热值,单位是MJ/kg；E为单位热值下潜在的碳排放量, 单位是t(C)/TJ;KCO2为燃料中碳的氧化率;CO2为CO2与C的摩尔质量比,约3.667。文献20给出中国煤炭实测平均数据:单位热值为21.2MJ/kg;碳的潜在排放量为2

8、4.74t(C)/TJ;碳的氧化率为0.9。由此计算得到CO2的排放率为:GCO2=100021.224.74/10000.93.667=1730.97kg/t (1-5)NOX是常规煤电的第二大污染物。目前燃煤电厂在常规燃烧方式下生成的NOX中,NO占90%。国外KenOkazaki等学者采用多变量回归方法,导出NO的转化率公式:CR=-0.407-0.128N+10-43.34V2(-1)+5.5Tmax+35RO2 （1-6 ）式中:CR为转化率,表示燃烧过程中最终生成的NO浓度与燃料中的氮全部转化为NO时的浓度之比;N为燃煤中氮含量;V2为燃料中的挥发份含量;为氧与燃料化学当量比;Tm

9、ax为炉膛火焰最高温度;RO2为空气中初始氧含量。根据目前的发电技术,发电厂燃烧1t煤排放的污染物量见表1。取煤质单位热值Q为21.2MJ/kg,煤炭含硫率Sy为1%,灰分Aar为15%,静电除尘效率99%。天然气发电污染物排放计算天然气发电的污染物排放率是根据国内外大量实测数据统计得出的。燃烧106m3天然气排放的污染物量见表2。两者比较为了对两类方式加以比较,这里选取燃烧相同热值的20中国常规煤（热值21.2MJ/kg即5063.53kcal/kg）1t和西气东输天然气（热值按36MJ/m3即8600kcal/m3）588.78m3。（计算公式为5063.531000/8600）由此可见,

10、即使不考虑天然气发电和燃煤发电的效率,相同热值天然气和煤炭燃烧所排放的污染物也不在同一个数量级上。其中，对环境污染较为严重的SO2指标，天然气仅为燃煤的0.04%。事实上，天然气电站的热效率一般高达5560，而最好的燃煤机组也能达到4045。下面取天然气电站的热效率为55.4%，常规燃煤电站的热效率为35%，对比分析天然气电站在环境保护方面的价值。1.3 500MW天然气电站环境影响评价环境影响评价是评价一项工程对环境产生的物理、化学或生物影响。国内在评价两种典型电厂环境影响方面基本上达成共识。根据燃煤电厂污染物排放率,将燃煤与燃气电厂对环境的影响作如下对比(见表3)。如果电厂装机容量为500

11、MW,年利用小时为6000h,则年发电量为30亿kWh。取煤炭热值Q为5063.53kcal/kg即21.2MJ/kg,燃煤电厂热效率35%,厂用电率6%,则年耗煤量B约154.84万吨;西气东输天然气的低位热值取8600kcal/m3即36MJ/m3，天然气电站热效率取55.4%则年耗气量为5.42亿m3。计算公式分别为：Bcoal=(3010810003600/(21.2106)/(35%(1-6%)=15.48108kg即154.84104吨 (1-7)Bgas=(3010810003600/(36106)/(55.4%)=5.42108m3 (1-8)根据由此计算的结果以及表4-3，可

12、以初步获得装机容量为500MW,年利用小时为6000h带烟气脱硫装置(FGD)燃煤电站（脱硫效率1取0.71，脱氮效率2取0.60）和天然气电站每年排放的污染物，从而可以进一步估算两者对环境的影响，比较获得天然气电站的环保价值。可见,相对带烟气脱硫装置(FGD)燃煤电站（脱硫效率1取0.71，脱氮效率2取0.60）燃煤电厂而言天然气发电对环境的影响也非常小,其SO2减少近99.9%,固体废弃物几乎为零,温室气体(CO2)减少近60%,NOX减少30%,TSP减少近80%。此外,从生态效益看,其占地面积减少1/2,耗水量减少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。 对照验证为验证环境影响评价的可信度,将上述评估与表4-6(国家电力九五规划)加以纵向比较。500MW燃煤电站的SO2、NOx、CO2排放指标极为接近，误差分别为0.50%、2.00%和8.91%。可见评估基本上较为正确。其余指标如TSP、灰、渣的排放指标差别较大，估计原因在于不同的燃煤电站的电除尘设备参数和效率不同。再将国内电厂污染物测算值进行国际横向比较(见表4)。国内排放SO2、NOX的测算值略高于美国1997年煤电平均水平;对于颗粒物而言,国内测算是TSP,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