煤制氣與煤電孰優孰劣？

 

 

 

根據我國國情，天然氣、電力消費需求均具有不可替代性。煤炭燃燒發電是煤炭最主要的利用方式，占比約55%。近年來，以煤制天然氣為熱點之一的煤化工產業成為新的投資風潮。煤制天然氣簡稱煤制氣，即以原煤為原料，通過煤氣化、凈化和甲烷化等工藝，生產熱值符合一定標準的代用天然氣的過程。我國化石資源稟賦決定了經濟發展離不開煤炭，在評估分析并解決現有示范項目存在問題的基礎上，將環境資源作為主導因素，科學規劃布局，集中、有序、適度發展煤制氣，有利于提高褐煤等低變質煤的利用效率。

 

 

 

近年來，以煤為原料生產電力和天然氣的環保利弊，一直是業界爭論的焦點。通過對煤制氣和燃煤發電在生產、輸送和使用等環節的環保對比，筆者有以下基本認識：

 

 

 

一是煤制氣和煤電發展均面臨資源環境約束。項目跟著煤走，是我國煤制氣產業布局的突出特點。但是，我國煤、水資源呈逆向分布，內蒙古、新疆等煤炭資源豐富的西部地區，往往缺少足夠的納污水體，水環境容量極低。近些年，隨著西部地區經濟社會發展和國家大型煤電基地建設，煤電項目也呈現從東部向西部擴張的趨勢。大量煤制氣及煤電項目分布于西部干旱、半干旱地區，加劇了這些地方水資源緊缺的局面，并有可能引發一系列區域性生態環境問題和社會問題。

 

 

 

二是煤制氣在資源利用方面具有一定優勢。我國儲量較大的褐煤等低變質煤種，氣化反應性高、黏結性弱、燃燒效率較低，將其用于煤制氣，可以有效利用資源。近期，褐煤制油示范項目的運行，有利于褐煤更好地發揮其資源價值。煤制氣噸標煤耗水約3噸，低于濕冷技術的煤電。后者噸標煤耗水約6.6噸，但采用空冷技術的燃煤電廠，其節水率可達70%以上。此外，煤制氣的能量轉化效率高于燃煤發電，但產品天然氣再用于發電的綜合能源轉化率低，不具合理性。

 

 

 

三是煤制氣在大氣污染物排放方面優勢明顯。煤制氣采用還原條件下的純氧氣化，二氧化硫、氮氧化物、煙塵和重金屬排放量很低，可有效回收硫磺資源，避免二次污染，且容易捕集封存高濃度的二氧化碳。目前，燃煤發電機組末端已有三級至四級的煙氣處理設施，成為燃煤電廠能耗的主要來源。今后，如果相關政策進一步增加對脫碳、脫汞的要求，燃煤電廠的環保設施投入和能耗水平也將進一步提高。如不提前研判，有可能對煤電產業發展造成難以逆轉的影響。

 

 

 

四是廢水處置成為煤制氣發展面臨的主要環境瓶頸，西部煤電發展也將面臨類似問題。采用碎煤加壓固定床氣化技術的煤制氣項目，廢水成分復雜，處置難度非常高，是國際煤化工行業普遍面臨的難題。此外，國內一些企業和地方為推動煤制氣項目上馬，提出所謂的廢水“零排放”方案。但實際上，大部分已投運的項目都存在不同程度上的環境問題，至今仍難以實現長周期穩定的廢水“零排放”。燃煤電廠大部分生產廢水處理難度相對較小，絕大多數電廠將含鹽水以清凈下水名義外排，未納入污水監管。在美國部分水環境條件苛刻的地區，要求實現燃煤電廠的廢水“零排放”，其高鹽廢水處理技術與煤化工十分類似。

 

 

 

五是煤制氣與燃煤發電均存在固體廢物環境制約問題。煤制氣產生的氣化灰渣等，煤電產生的鍋爐底渣、粉煤灰、脫硫石膏（或硫酸銨）等大宗固體廢物，在露天堆放時，除占用土地外，還容易引發揚塵、污染地下水等環境風險。蒸發塘鹽泥為雜鹽，綜合利用價值不大，處置不當易引起二次污染并復溶于雨水。

 

 

 

六是電力在輸送和使用環節更為清潔。與管道輸送天然氣相比，電網覆蓋范圍更廣，電更易被輸送至用戶，且輸電的環境風險略小，但也存在輸送損耗高的問題。此外，燃燒天然氣將不可避免的產生CO2，用電則不產生溫室氣體，更為清潔。

 

 

 

七是煤炭氣化和煤電可以優勢互補、有效整合。以煤氣化為龍頭的煤氣化燃氣—蒸汽聯合循環發電系統（IGCC），可整合煤炭氣化和發電的優勢，實現煤、電一體化的耦合生產，有利于實現煤炭資源的環境經濟效益最大化。同時，還有利于節水、減排和二氧化碳的捕集與封存，具有顯著的環保優勢，并日益受到重視。

 

 

 

加強煤炭管理刻不容緩

 

 

 

為滿足我國日益增長的天然氣和電力需求，保證煤炭資源利用的環境經濟效益最大化，應結合國家化石資源消耗全局，合理確定煤炭加工利用行業產能和選址布局，集中有序適度地發展煤制氣和燃煤發電產業。為此，應從以下方面加強我國煤炭開采利用的環境管理。

 

 

 

首先，做好優化煤炭利用方式的頂層設計。對煤炭開采和加工利用的全過程，包括運輸、煤化工、水資源等進行統籌管理。深入研究煤炭與石油、天然氣等，在一次能源和二次能源中的定位與產業分工。優化煤炭作為原料和燃料的比例，提高煤炭作為化工原材料的占比。協調煤制氣與煤電用煤結構，根據大氣污染治理的需求，優化煤炭的分質利用。在條件適宜的地區，將褐煤、高硫煤優先用于煤制氣，提高資源的利用效率。

 

 

 

其次，從全生命周期論證煤炭綠色發電方式。推廣IGCC系統，實現煤、電、化、熱一體化的煤基多聯產耦合生產系統，整合煤炭氣化和發電的環保優勢。加快煤電純氧燃燒方式的關鍵技術研究和工程示范，從源頭減少氮氧化物排放并大幅降低能耗。加快科技創新，以高效燃煤鍋爐替代分散的工業鍋爐，持續提高燃煤鍋爐脫硫、脫硝、除塵等末端治理技術效率并降低能耗。研究制定前瞻性、系統性、長期性的煤炭資源開發利用政策，便于相關產業提前做好技術儲備。

 

 

 

第三，合理布局和規劃煤制氣產業。環境保護應早期介入煤制氣和煤電發展規劃，開展煤炭資源開發的戰略、規劃環評。選擇西部水資源相對豐富，且具備廢水、廢渣合理處置去向的地區，集中布局適度規模的現代煤化工項目，并與其他產業和風能、太陽能等可再生資源形成耦合和規模效應。結合大氣污染嚴重城市的需求，以改善區域大氣環境質量為前提，列出燃煤替代的先后順序，科學制定煤制氣的產能總規模，合理規劃和建設天然氣管網，確定煤制氣項目的選址布局方案。嚴格控制煤制氣產業規模和項目環境準入，從源頭預防可能引發的水資源和生態環境問題。在煤制氣示范項目取得突破前，優先從國外購買LNG以緩解天然氣供應不足。做好甲烷化等關鍵技術國產化儲備及裝備制造技術能力儲備。

 

 

 

第四，推進生活方式和消費模式的綠色轉型。倡導化石能源消費的減量化，節約資源。加快制定綠色消費相關政策和指導性文件，引導全社會建立綠色消費價值觀，推動居民能源消費從燃煤到燃氣、用電的轉變，提高居民清潔能源使用比例。加快提高農村供電質量和供電可靠率，實行同網同價，有效替代采暖等用途的分散燃煤，改善采暖期大氣環境質量。

 

 

 

（原文標題：尋求煤炭資源利用環境經濟效益最大化，原載中國環境報。作者：梁鵬 梁睿 童莉 周學雙，環境保護部環境工程評估中心）