借鉴风电方法的电力供热环境价值分析

文 | 马雪韵

目前，中国城镇集中供热主要通过热电联产以及区域性集中建锅炉等方法实现，其中热源主要依赖煤炭，也有部分以柴油、天然气及地源热泵为燃料。发展集中供热已成为中国城市建设的一项基本政策。随着城市供热负荷逐年增长，热电联产供热系统带来的环境影响特别是减排CO2对各级政府压力越来越大。

高温蓄能式电力供热系统是以电蓄热锅炉利用夜间低谷电力加温蓄热，通过热交换器向供暖管网提供新型清洁能源的供热系统，可广泛应用于风电弃风电力利用、民用采暖等领域，其为促进风电消纳、维护电网稳定、提供供热质量、实现节能减排提供了一条有效途径。

因此，城镇区域采取电力供热相比热电联产及区域性集中建锅炉供热，可在一定程度上降低SO2、CO2、NOx以及粉尘等污染物的减排量。

本文借鉴一些风电环境价值的分析方法，对于电力供热在减少大气污染物排放方面的可能贡献给予量化评估。主要工作一是根据主要排放物排放率以及电力供热替代燃煤锅炉而减少的燃煤量，计算出主要污染物的减排量，二是参考有关文献及标准制定主要污染物的环境价值标准，三是以某常规小型燃煤热源厂作为典型工程案例，计算相关的变量指标。

电力供热的环境价值构成

根据魏学好等《中国火力发电行业减排污染物的环境价值标准估算》，一般所论污染物的环境价值，是指减排单位量的污染物所避免“污染经济损失”的价值量。本文所论电力供热的环境价值是相对于燃煤热源厂供热而言的。电力供热的环境价值同时为所替代的燃煤锅炉供热的环境成本，亦即电力供热相对于燃煤供热在减少污染物排放方面所蕴含的价值量。相对于燃煤热源厂而言，电力供热因其不会向大气排放SO2、CO2、NOx以及粉尘等污染物，从而相应有环境价值。

本文提出的电力供热环境价值的分析方法，部分借鉴了有关风力发电环境价值分析的文献资料（例如：余海淼等《风力发电的环境价值与经济性分析》）。

燃煤热源厂主要排放物及其排放率的测算

燃煤热源厂的污染物与燃煤电厂的污染物类别相同，主要有SO2、CO2、NOx、CO、粉煤灰、炉渣和TSP（总悬浮颗粒物）等。本文选取主要污染物进行分析。

一、SO2排放率的测算

燃煤热源厂供热的首要污染物为SO2，煤中的燃煤收到基硫分含量和燃烧过程中烟气硫的转化率都是影响SO2排放量的因素。SO2排放率的计算公式（参考陈雷等《风力发电的环境价值分析》）为：

取耗煤量1000kg，按照环保的要求，发电用煤的燃煤收到基硫分含量不应超过1%，若取燃煤收到基硫分含量Sar=1%，燃煤硫平均转化质量分数取0.85（参考朱法华等《火电行业主要污染物产排污系数》），则无脱硫装置常规小型燃煤热源厂SO2排放量为 17kg·t-1。

二、CO2排放率的测算

CO2是常规燃煤热源厂排放的一种温室气体，其排放率的计算公式为：

根据中国煤炭实测平均数值，煤炭的单位热值Q为21.2MJ·kg-1；碳的潜在排放量 E 为 24.74 MJ·kg-1；碳的氧化质量分数KCO2

为0.9，由此计算得到CO2排放率为1731 kg·t-1。

三、NOx排放率的测算

NOx是常规燃煤热源厂的第二大污染物，主要包括NO、N2O、N2O3、NO2、N2O4、N2O5等。在燃煤热源厂排放的NOx中，NO约占90%，加之NOx包含多种气体，计算其排放率相当复杂，因此本文仅用NO的排放率来间接测算NOx的排放率。对于NO的排放率，通过多变量回归的方法得出燃烧1t煤NO排放量公式（参考叶铭等《低NOx燃烧器在燃煤电站锅炉中的应用与前景》）[为：

式中：CR为NO排放量，kg；N为燃煤中氮的质量分数；V为燃料中挥发分；λ为氧与燃料化学当量比；Tmax为炉膛火焰最高温度；RO2为空气中初始氧的质量分数。

目前，国内小型燃煤热源厂链条式锅炉一般采取无低氮燃烧或者直接排放方式，燃煤热源厂的NOx排放量分别为 11kg·t-1。

四、TSP排放率的测算

对于TSP的排放率，其排放率的计算公式为：

式中：GTSP为TSP排放质量，kg；B为耗煤质量，t；煤质单位热值为21.2MJ/kg；灰分Aar为15%；n为飞灰比，供热链条锅炉取0.15；K为除尘设备的除尘效率，燃煤链条锅炉一般采用布袋除尘及电除尘，除尘装置不完善，除尘效率取90%。按照TSP排放率计算公式可得燃煤热源厂的TSP 排放量为 2.25kg·t-1。

针对其他污染物的排放率，取煤质单位热值为21.2MJ/kg，硫含量Sy为1%，灰分Aar为15%，除尘设备的除尘效率为90%，可计算出其他主要污染物的排放量。

综上分析，燃煤热源厂燃烧1t煤所排放的各主要污染物的数量详见表1所示。

燃煤热源厂主要污染物环境价值标准的制定

根据张树伟等《能源经济环境模型研究现状与趋势评述》及康重庆等《电力企业在低碳经济中面临的挑战与应对策略》文献资料，环境价值是对环境效益的货币化，而在评估环境价值时常以防护费用等来间接评估污染物的环境价值，其首先要评估污染物减排的环境价值标准。

一、SO2的环境价值

对于SO2的环境价值，通过煤电烟气脱硫的治理成本间接获得。石灰石—石膏湿法脱硫是目前世界上应用最为广泛的脱硫工艺，全球80%的脱硫装置采用该方法，同时也是我国SO2减排技术的主要方向。本文为此采用石灰石—石膏湿法脱硫的费用来间接评估，取6元/kg作为SO2的环境价值。

二、CO2的环境价值

根据世界观察研究所的估计、，发展中国家每减少1t CO2排放量的成本为5美元－10美元，发达国家则高达50美元。从温室效应损失看，范克豪泽（Fankhauser）估算出碳排放的经济价值为20＄/t，国际上将此值作为碳排放的环境价值加以利用，则CO2的环境价值为0.1213￥/kg（按1＄=6.0665￥折算）。

三、其他污染物的环境价值

针对其他污染物的环境价值，根据魏学好等《天然气发电的环境价值》及JesperMunksgaard，Anders Larsen，《Socio-Economic Assessment of Wind Powe》，借鉴美国价值标准，参照总量排污收费标准来对其进行估计，见表2。

综上分析，对燃煤热源厂污染物排放的环境价值进行计算，其结果详见表3。

四、电供热站电力供热的环境价值分析

表1 燃煤热源厂燃烧1t煤排放的主要污染物的量

表2 参照总量排污收费标准对环境价值估算结果

表3 燃煤热源厂污染物排放的环境价值标准

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）。电供热站减排环境价值的测量公式为：

式中：B为电力供热替代燃煤热源厂供热的环境价值，元；Vi为第i项污染物的环境价值，元/kg；△Qi为第i项污染物的减排量，kg；n为污染物总种类数。

本文针对一项具体工程案例作进一步计算分析。

该工程案例为位于山西省中北部地区的规划电供热站工程，拟装电锅炉采用全量蓄热模式，装机容量为40MW，晚间低谷（23:00－7:00）8小时正常运行，其它时段仅有少部分辅助设备用电，电费按照当地大工业用户低谷用电价格计算。该地区供暖天数为165天，设计采暖综合热负荷指标取60W/m2。热源厂所用煤炭发热量为5.5Gcal/t。

表4 电供热站相对于燃煤热源厂供热的环境价值标准

图1 电供热站环境价值构成图

该地区供热燃煤锅炉（亦为替代对象）一般容量较小，热效率较低，其热效率按55%选取。

所用电蓄热锅炉效率取95%。经测算，则该电供热站取暖季总热量为171232.60GJ，实际耗电量为50068.01MWh，替代燃煤量为1.35万t。

综合各污染物的环境价值标准，根据表1及公式（5），计算得到电供热站相对于燃煤热源厂的环境价值，见表4。

因此，相对于燃煤热源厂，电供热站的环境价值为0.1178￥·kWh-1，其构成见图1。此分析结果中不包括减排废水的环境价值，以及耗水减少所产生的生态价值。

可以相信，类似上述案例所得的环境价值测算数据，是可以作为制订相关激励政策的参考依据的。

仍然以上述案例为例，若其电力供热设施及企业可以按照“大工业用户”支付电费，而当地“大工业用户”谷期用电价格为每度0.3058￥，那么，如果能够以上述环境价值测算结果作为参考依据，即以每度0.1178￥制订某种电力供热的专项电价补贴机制，则企业实际支付电价仅为每度0.188￥。简单测算该工程案例的财务指标可知，考虑环境价值后的该电力供热系统用电支付能力大大提高，这样的电价水平下将使电力供热企业财务基本可行。

结语

就目前我国城镇供热产业而言，制约电力供热种类投资项目发展的主要因素在于成本价格问题。因为电力供热的主体设施为用电锅炉设备，而相比于当前城镇供热系统占主要比重的燃煤燃气动力方式，其单位热值的一般工业用电价格要较燃煤燃气价格高得多，因而导致电供热经济性明显不及其他常规供热方式。可以想见，如果能以环境价值分析作为突破口，制订相关激励支持政策，给予诸如电力供热企业电价补贴等形式的财力支持，电力供热将具有更广阔的发展前景，同时亦可对于推广应用风电清洁供暖技术做出贡献。