麥電網訊：10月21日，國務院新聞辦公室舉行新聞發布會稱，截至2019年底，全國實現超低排放的煤電機組佔煤電總裝機容量86%，中國建成了世界最大規模的超低排放清潔煤電供應體系。放眼國外，煤電在為世界提供了百十年的電力後雖然漸顯頹勢，但許多國家至今仍在投入技術對其進行汙染治理和改造，使它繼續為人類服務。
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圖｜國際能源署稱世界燃煤發電在2018年到達創紀錄的頂峰，然後從2019年開始下降。
印度：控制煤電汙染會損失百億美元
長期以來，煤電一直是全球電力生產的領導者。根據英國石油公司（BP）2018年發布的《世界能源統計年鑑》，本世紀以來，燃煤發電在全球電力生產中的佔比基本徘徊在40%上下，幾乎是核電、水電和可再生能源發電量之和。從煤電佔能源供應比例來看，中國、印度、波蘭和南非四國國內超過2/3的電力來自煤電。
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圖｜印度燃煤電廠長期排放不達標，已經成為國家環境問題中的痛點。
以印度為代表的亞洲發展中國家，由於缺乏較為先進的清潔能源、儲能技術以及成熟的可再生能源政策框架，使用清潔能源的成本較高，對印度這樣的新興經濟體來說，廉價的煤電仍是最佳的發電選擇，這就使得南亞和東南亞一帶成為全球少有的煤電佔比增長地區，但這也給當地煤電治汙帶來了不小的麻煩。
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圖｜印度杜蒂戈林的一座亞臨界燃煤電站，這種電站熱效率最低，單位電量的碳排放最多。
幾年前，印度科學技術與政策研究中心（CSTEP）進行的一項空氣汙染研究表明，由於印度的燃煤電廠向大氣中排放大量有害氣體和顆粒物，到2030年因不遵守排放標準導致的早死病例多達30萬至32萬例，此外還有5100萬人因呼吸系統疾病住院。安裝更先進的設備來控制硫氧化物、氮氧化物和顆粒物等是個不錯的選擇，但這筆帳算下來，印度的燃煤電廠要損失98億至115億美元，每度電的成本會因此提高9%至21%，印度當局經過權衡，最後認為控制煤電汙值得投入。2015年12月，印度環境、森林與氣候變化部（MOEFCC）出臺了限制燃煤電廠中硫氧化物、氮氧化物和顆粒物濃度的新標準，給國內燃煤電廠兩年限期執行。但到2017年12月，當局發現幾乎沒有燃煤電廠安裝了治理汙染的設備，於是被迫將最後期限延長至2022年。」有消息人士說，兩年限期讓煤電行業承受了巨大的壓力，這才導致了延期。但大多數專家認為，到2022年許多燃煤電廠仍不會遵守嚴格的標準。當局對此有所準備，正從招標和施工審批、杜絕監測數據造假和監督改造成本上加大管理力度。目前，印度正在改造境內所有舊煤電廠，使其排放水平降至國家標準，同時將關閉一批嚴重超期服役的老舊電廠。
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圖｜印度是世界產煤大國，圖為印度一處露天煤礦。
拋開具體的技術不談，我們可以認為印度在煤電汙染治理中遇到的問題是許多發展中國家普遍存在的。不過，好在隨著可再生能源發電成本的不斷下降，煤電在印度能源結構中的「王者」身份也許會開始動搖。
日本：逐漸淘汰低效燃煤電廠
據國際能源署（EIA）2019年公布的數據，2018年日本90多家燃煤電廠的發電量估計為3170億千瓦時，在日本電力結構中佔比約為1/3。日本煤炭消費總量中99%來自進口。2018年，日本進口煤炭總量超過2.1億噸，若加上天然氣發電量，日本有74%的電力來自於化石能源，這一比例遠高於歐美發達國家。
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圖｜福島核事故發生後，日本煤電建設連續數年增長。
日本煤電高佔比的原因是一次歷史性突發事件。早在2010年時，日本經濟產業省就計劃減少燃煤發電量，計劃到2030年將煤電份額減少一半以上，用核電彌補這一空缺，將核電比例提升至50%。然而，2011年發生的福島核事故不僅大大削弱了日本電力的「清潔度」，更引爆了公眾多年來都無法緩和的「反核」情緒。為彌補關停核電帶來的電力缺口，日本啟動了很多煤電項目。不過，日本較好地處理了煤電產能擴大和汙染治理之間的矛盾，原因是日本在煤電汙染控制技術上有底氣。
日本自上世紀七八十年代以來，在燃煤發電諸多環節研發了大量先進技術，並投入使用，其中一些技術出口國外（包括中國）。在煙氣汙染防治技術方面，日本應用的以低低溫電除塵技術為核心的煙氣協同治理技術路線中，溼法脫硫的協同除塵效率可達 70%~90%。再如資源化脫硫技術中的活性焦脫硫技術，是通過移動床利用活性焦吸附解吸二氧化硫，利用硫酸生產工藝製備硫酸，集脫硫和收集工業原材料於一體。該技術在日本等國的大型電廠中投入應用，日本的新磯子電廠已有 2×600兆瓦機組的應用業績。
在低氮燃燒方面，日本的三菱、日立公司等在低氮氧化物燃燒器開發與應用上均有良好表現。在低氮燃燒技術相關專利申請方面，全球相關專利申請企業排名前10位中，日本佔有6家，美國有3家。但好消息是，近幾年來我國在這方面的專利數量正迅速增加。
2015年6月，日本成立由政產學各界組成的「促進新一代火力發電技術協會」，開始舉全國之力推動下一代火力發電清潔高效利用技術的開發。日本內閣於2018年7月批准第五個戰略能源計劃，推動日本向高效和下一代燃煤發電轉變，以逐步淘汰低效煤炭使用。今年7月，日本經濟產業大臣梶山弘志表示，日本將在2030年前逐漸淘汰低效燃煤發電廠，這是其戰略能源計劃的一部分，日本經濟產業省官員開始制定更為有效的新框架，以確保逐步淘汰低效燃煤發電廠。
美國：煤電發電量最大的發達國家
全球能源監測機構發布的數據顯示，2019年全球燃煤電站發電總量排名前十的國家由高到低依次為：中國、印度、美國、日本、韓國、南非、德國、俄羅斯、印度尼西亞、澳大利亞。在新建燃煤電站方面，2019年這10國中僅有美國、德國、澳大利亞3個國家沒有新建燃煤電站投運，且美國2019年關閉的燃煤電站容量位居10國之首。但如今的美國仍然是煤電發電量最大的發達國家，燃煤電廠對美國空氣汙染帶來的影響（包括PM2.5、臭氧和酸雨等）也不容忽視。在美國，燃煤電廠每年消耗的煤炭佔煤炭消費總量的90%以上，燃煤電廠排放的二氧化硫約佔全美國排放總量的一半，排放的氮氧化物佔10%。
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圖｜美國阿拉巴馬州的寡婦溪燃煤電廠停運後，美國谷歌公司2018年開始動工，將其改造成一個使用可再生能源的數據中心。
在美國，大多數燃煤電廠採用溼法煙氣脫硫系統（WFGD）來控制二氧化硫排放，用低氮燃燒器、燃盡風和選擇性催化還原系統（SCR）來控制氮氧化物排放，用靜電除塵器（ESP）來控制顆粒物（PM）。大約有一半的燃煤電廠還會使用帶有袋式除塵器的活性碳噴射系統（ACI）來控制汞排放。美國在低氮燃燒領域較為擅長。美國有公司開發了旋轉對衝燃盡風技術（ROFA），從鍋爐二次風中抽取30%左右的風量，通過不對稱安放的噴嘴，以高速射流方式射入爐膛上部，形成渦流，從而改善爐內的物料混合和溫度分布，從而大幅降低氮氧化物生成。目前，該技術在歐美發達國家有良好的應用。
全球每年排放到大氣中的汞總量約為5000噸，而燃煤過程中汞排放佔相當大的比重。從上世紀末開始，汞汙染治理一直是美國燃煤電廠的防治重點之一。美國環境保護署（EPA）稱，在1990年，下列三個工業部門的汞排放總量約佔美國的2/3：醫療廢物焚化爐、市政垃圾焚燒廠和燃煤發電廠。前兩個行業已受到排放標準的約束，但燃煤電廠的汞汙染還有待治理。
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圖｜2018年11月，美國北卡萊羅納州的諾曼湖上熱氣蒸騰，附近的馬歇爾電廠向湖中排放了大量溫度較高的廢水。
本世紀以來，美國燃煤電廠根據「清潔天空計劃」的要求，開始重點解決排汞控制問題，美國能源部為此選擇了8項新的排汞控制技術試驗項目進行投資。美國電力科學研究院的專利排汞控制技術作為試驗項目的一部分，在6個項目中進行試驗。此外，美國能源部計劃長期大規模地對富有發展前景的排汞控制技術進行試驗，尤其是在燃燒褐煤和裝有較小型靜電除塵器的燃煤電廠展開試驗。
歐盟：多國公布淘汰煤電時間表
在歐洲國家中，德國率先向燃煤發電汙染開刀，在上世紀80年代制訂了《大型燃燒裝置法》，要求自 1987年7月1日起，大型燃燒裝置排放煙氣中的二氧化硫濃度不得超過400毫克/立方米，煙氣中的硫含量低於燃料含硫量的15%。因此，幾乎所有的德國電廠都在原有的機爐廠房旁建立起高大嶄新的煙氣脫硫、脫硝設備，這成為德國電廠的一大特色。德國人後來把1983至1988 年期間在全西德範圍內加裝煙氣淨化設備的舉措稱之為「改裝運動」。到1988年，西德已有95%的裝機容量安裝了煙氣脫硫裝置，燃煤電廠的二氧化硫排放量由1982年的155萬噸降低到1991年的20萬噸，削減幅度達到87%，在歐盟和世界範圍內起到了很好的示範帶頭作用。
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圖｜位於勞西茨的一個德國燃煤電站，德國已經決定於2038年徹底停運燃煤電廠。
由於燃煤電廠煙氣在脫硝、除塵和脫硫的同時，可對汞產生協同脫除的效應。歐盟《大型燃燒裝置的最佳可行技術參考文件》建議，汞的脫除優先考慮採用高效除塵、煙氣脫硫和脫硝協同控制的技術路線。採用電除塵器或布袋除塵器後加裝煙氣脫硫裝置，平均脫除效率在75%（電除塵器為50%，煙氣脫硫為50%），若加上SCR裝置可達90%。
在清潔煤領域，歐盟研究開發的項目有整體煤氣化聯合循環（IGCC）技術、煤和生物質及廢棄物聯合氣化技術、循環流化床燃燒（簡稱CFB，當前主流清潔煤燃燒技術）技術、固體燃料氣化與燃料電池聯合循環技術等。
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圖｜英國北約克郡的艾格伯勒燃煤電廠已經於2018年關閉,同年該廠區成為電影《速度與激情》的拍攝場地之一。
在歐洲，煤電發展現狀和預期因國家而異。這主要取決於各國監管機構對脫碳、空氣品質的政策，以及煤電在各國電力生產中的地位等。為了落實《巴黎協定》中的節能減排目標，歐洲各國政府也相繼公布了淘汰煤電的時間表：英國決定在2025年前關閉所有煤電設施；法國計劃到2021年關閉所有煤電廠；芬蘭考慮到2030年全面禁煤；荷蘭將從2030年起禁止使用燃煤發電等。類似情況也在世界其他地方發生。包括美國在內的許多國家正在遠離煤炭，因為其他清潔能源正在變得越來越便宜，而環境法規也讓這種礦物燃料的市場遇冷——既然燃煤發電有替代選擇，為什麼還要用呢？
中國：煤電排汙標準比發達國家嚴
由於煤電在我國電力供應結構中佔比超過一半，全面實施超低排放和節能改造，有利於提升我國煤電行業清潔、高效、高質量發展的水平。自2014年以來，我國大力推進國內各發電企業實施超低排放和節能改造工程。一方面推行更為嚴格的煤電能效環保標準，提出全國有條件的新建燃煤發電機組大氣汙染物排放濃度基本達到燃氣輪機組排放限值，具備條件的現役燃煤機組實施超低排放改造。另一方面，有關部門進一步明確超低排放電價政策，有效降低了企業改造和運行成本。
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圖｜燃煤電廠是20世紀最重要的人類遺產之一
據中國電力企業聯合會統計，在2012年至2017年這5年間，在全國煤電裝機容量增幅達30%的情況下，煤電的二氧化硫、氮氧化物、煙塵排放量下降幅度達86%、89%、85%。煤電機組供電標準煤耗從325克/千瓦時下降至312克/千瓦時。考慮到我國煤電裝機容量全球最大，現在超低排放改造的基礎容量已經超過7億千瓦，這在全世界都絕無僅有。以前，我國的煙氣汙染物排放標準比發達國家要寬鬆，但現在我國燃煤電廠煙塵、二氧化硫和氮氧化物排放水平已與燃氣電廠接近，比發達國家的排放要求嚴格50%以上。
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圖｜印尼中爪哇島哲帕拉的孩子們在燃煤電廠附近玩耍，對近在咫尺的汙染源視若無睹。這種景象在煤電持續擴張的東南亞很常見。
中國的燃煤電廠發生的變化說明，煤電作為上個世紀遺留下來的象徵物並沒有過時，只要我們有智慧地對其進行充分利用，它就能繼續生存並煥發出生機活力。
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圖｜南非國有電力公司新建成的庫塞爾燃煤電廠也採用溼法脫硫裝置
原標題：超低排放成就清潔煤電——燃煤發電正在從黑走向白
聲明：本文內容轉載自 環境與生活雜誌 作者：劉國偉，轉載此文出於傳遞更多信息之目的，轉載內容版權歸原作者所有，如有侵權請聯繫「麥電網」刪除