这几天,京津冀及其周边地区又陷入了持续重污染雾霾天气。

　　对于雾霾污染源的具体构成数据,目前不同机构都有各自的意见。不过,对于造成国内雾霾的“主犯”,无论是中科院张仁健的课题组,还是北京大学胡敏教授的课题组、清华大学姚强教授的课题组等,都一致认为是“化石燃料”——尤其是燃煤。

　　与此同时,2013年12月2日,由环保组织“绿色和平”与英国利兹大学研究团队最新发布的《雾霾真相——京津冀地区PM2.5污染解析及减排策略研究》中也指出:煤炭燃烧排放出的大气污染物是整个京津冀地区雾霾的最大根源。

　　确实,因雾霾四处作乱,近年来批判“煤在能源结构中比重过大”,呼吁大力发展清洁能源的声音,无论在学界、政府还是公众之中都时常可以听到。而北京、唐山、济南、青岛、荆州等城市,更相继搞起“煤改气”工程。北京更是提出“到2017年将设四大燃气热电中心,全面关停燃煤电厂”。

　　不过,在一些学者看来,这样使用清洁能源,实在是有些“暴殄天物”。

　　更有学者指出,清洁能源还“难堪大任”,中国最主要的能源支撑就是煤,治霾的核心问题还是应该研究好煤的清洁利用。

    “煤改气”,问题不止“气短”

　　提到使用清洁能源,很多人第一反应就是“大力发展天然气”。确实,在一众清洁能源之中,天然气目前是被开发应用得最为广泛的一种。电视里,中国与俄罗斯等国家签订大宗天然气进口协议的新闻也让人对天然气在不久的将来大展拳脚充满了期待。不过,花巨资引进天然气的中国,是不是在“财大”之余就能变得“气粗”了呢?

　　清华大学热能工程系教授姚强算了这样一笔账:“我们国家目前的能源消费结构大概60%～70%是煤,17%～20%是石油,5%～6%是天然气,核能、其他可再生能源等加起来不到10%。而国际上大概30%多一些是煤,33%是石油,25%左右是天然气,剩下10%左右是其他能源。2020年,之前签约的各国天然气都进来了,加上我们自己开采的,也就4000亿立方米。也仅仅能够占到我们能源消费结构的10%,仍远远低于25%的国际水平。”

　　实际上,不少大力发展“煤改气”的城市,最后都被“找不到足够的天然气”搞得难以为继。北京搞“四大燃气热电中心”,在清华大学热能工程系教授、中国工程院院士倪维斗看来,是“也只有首都才有这种便利条件能这么搞”,从全国的实际情况来讲根本不现实。

　　使用天然气,“气短”并不是唯一的问题。倪维斗院士解释说,中国北方的能源供应一般是“热电联供”,发电和供暖要同步进行,并且每种能源产生的电量和热量的比率是相对固定的。跟煤相比,天然气的电热比更高,即在供同样多热量的情况下,需要烧更多的天然气,而北京每年供热的量是相对固定的,所以,用的气就更多了。

　　倪维斗院士接着说,天然气虽然是清洁能源,但也只是“相对清洁”,如果不是在纯氧环境中高温燃烧,同样会和空气中的氮气发生反应产生会导致雾霾的氮氧化物,“用天然气代替燃煤发电,天然气再清洁也架不住用得多。这样算下来,产生的氮氧化物可能比之前还多。”

    清洁能源一定“清洁”吗?

　　天然气虽然清洁,毕竟也属于“化石能源”。那么,太阳能、风能这些看起来更加“绿色”的清洁能源呢?

　　对于评估一种能源对于环境的影响,倪维斗院士提出了“全生命周期分析”的概念,考虑的层面不光是能源的使用层面,还要从采集层面考虑能源的清洁性:“比如说太阳能,太阳能使用过程确实不产生污染物,但是做太阳能设备是非常耗能的。做太阳能板,用单晶硅、多晶硅,这些东西很耗能的。纯度很高的硅体,炼一吨要用好几十万度电。”

　　相对而言,风能在前期采集过程中的能耗相对低一些。然而,在风能发电如何进入电网这个环节,又出现了问题。“风电,包括太阳能发电也是,发多少电取决于‘老天爷’——风大风小,晴天阴天,都会影响发电多少。但本身电网的需求是要求‘可控’——需要电多就得多发一些,需要电少就少发一点。一般现在燃煤电厂都是可控的。可以多发可以少发。但是风电的话,电网的需求跟老天爷不一定‘匹配’。发电和送电是要同步的,不能说存起来,现在还没有很好的技术来存电。如果能存起来,那么可以解决很多问题。现在风电的规模越来越大,但是电网与之相匹配的即发即用的系统没建立起来。”倪院士坦言,在现有技术条件下,风电想接入电网,不但要有大量的设备调整,同时电网内原有的很多火力发电厂也要针对风电的波动来调整自己的发电量,涉及变动的地方太多,更需要很多备用机组来待命,“有的电网方面的人,直接就管风电叫做‘垃圾电’‘劣质电’,电网接纳风电的积极性一直不高。”

　　煤也可以是清洁的,治霾的核心问题还是应该好好研究煤的清洁利用

　　至于煤炭是雾霾“祸首”的看法,倪维斗院士虽然也认可,但他觉得如果因此来限制燃煤发电,明显是“板子没打对屁股”:“其实燃煤发电对雾霾的‘贡献’很有限。最主要还是散煤的燃烧。”

　　姚强教授也认可倪院士的观点:“散煤是什么?比如家家户户烧的煤球、蜂窝煤,还有一些自己供暖的小锅炉,那个小炉子要去控制它的二氧化硫、氮氧化物等的排放,是很难的。我计算过,没有减排控制的400万吨散煤造成的污染物,大概和2000万吨进行了集中减排处理的煤造成的污染物是相当的。”实际上,在美国,90%的煤都集中用在发电领域,德国也有88%。而中国,这个数字只占50%。

　　“煤不一定就是脏的。你可以很好地利用洁净煤技术,包括脱硫脱硝、煤的汽化液化等洁净煤技术,完全可以在相同的煤炭使用的情况下,污染物减少至少一半,甚至能达到80%～90%。”姚强教授介绍说,现在在国内,已经有一些燃煤电厂的污染物排放接近甚至达到了天然气的排放标准,上海外高桥第三发电厂的排放量之少甚至达到了世界第一。

　　“清洁能源的概念是什么?是不是排放污染物少?如果能通过技术减少煤炭使用时的污染物排放量,能说它就不清洁么?”倪维斗院士指出,控制雾霾,对煤不能一刀砍死。因为煤的总量太大了,占到70%多的比重。中国最主要的能源支撑就是煤,核心问题还是应该研究好煤的清洁利用。

    清洁能源要“巧用”

　　煤炭要清洁利用,同时倪维斗院士认为,目前还“难堪大任”的清洁能源,从长远角度来看也需要发展,问题是要“巧用”,要发挥其最大价值。

　　“像天然气、风电、太阳能电这样的清洁能源,更适宜用分布式能源系统来解决——发电系统不一定是大电网,比如清华大学搞一些机器设备,能发电、冬天能供热,夏天能供冷。以天然气为主,可以加上风电、太阳能、地热能等,自己形成一个小网。基本上自给自足,实在不行再用电网电。”

　　倪维斗院士介绍的这种摆脱电网,“自立门户”的分布式能源系统,基本构成是一个发动机(按照发电规模可以采用内燃机或燃气轮机)用天然气为一个区域发电,同时该区域的风电、太阳能、地热等都可以耦合进来,完成不同种来源供电的小平衡。而如果分布式能源系统形成规模,一个个小系统之间还可以就近连接起来,形成区域间的能源互补利用。“所以说,天然气的价值在于它不仅仅本身是清洁能源,它其实还具有带动其它清洁的可再生能源应用的潜力——就是通过分布式能源系统把各种可再生能源带起来。这才是天然气最能发挥作用的地方。”