燃煤发电与燃气发电的效益分析
摘要：燃煤发电和燃气发电是我国发电行业的主流，与燃气发电相比传统燃煤发电对环境影响较大，新型的超低排放燃煤发电技术的应用则有效的解决了这一问题。本文通过分析我国煤炭和天然气资源的分布、产量、进口量，说明了煤炭资源在我国能源结构中的重要地位；对比燃煤发电和燃气发电的环境成本、经济成本、社会效益，提出新型超低排放燃煤发电仍是我国电力行业的主流。
关键词：燃煤发电 环境成本 经济成本 社会效益
一、前言
随着国内环境污染的日益加剧，环保课题也日趋严峻，国家目前大力提倡清洁能源的使用，随着国家环境保护力度的不断提高，燃煤发电渐趋淘汰之势。这对传统能源企业是一个冲击，我国50%左右的煤炭用于火力发电，煤炭工业受到一定的影响，加之经济形势的持续低迷，煤炭行业的生存越发困难。然而作为“富煤、贫油、少气”的国家，如何合理有效的使用丰富的煤炭资源是我们必须考虑的问题。本文旨在探究燃煤发电与燃气发电在经济、社会、环境等方面的效益比较，谋求一条改善煤炭行业现状，符合国家发展战略的煤炭企业转型升级之路。
二、我国煤气资源的分布情况
我国的天然气资源整体分布在偏远的西部、南部和东部海域下，地质构造、开采环境复杂。西部和南部天然气资源主要分布于易于天然气集聚的盆地地区，如塔里木盆地、吐哈盆地、准噶尔盆地、四川盆地和柴达木盆地等褶曲大量发育的地带，南方云贵琼地区和东海盆地内储藏了一定量的天然气资源。近年来，随着鄂尔多斯煤、气资源的开发，探明的天然气储量越来越大。在我国广袤的大地上已探明的天然气储量约为40-60万亿立方米，除此之外，在华中的煤炭富集区存在大量的煤层气资源。目前我国的天然气开发主要集中在四川盆地，随着近年来对煤炭资源开发的限制，天然气资源开发逐年增加，具体数据如图1所示。
从图中可以看出，近年来我国天然气的产量和进口量逐年增加，2010年到2015年，天然气消费量增长迅速。其中，天然气进口量从166亿立方米增加到583亿立方米，天然气产量从957.9亿立方米增加到1301.5亿立方米，2014年到2015年，天然气的产量和进口量虽然有所上升，但幅度有限，天然气资源整体使用趋于平缓，2015年天然气产量为1350亿立方米，进口量为614亿立方米，天然气的使用到达饱和值，在2000亿立方米左右动态波动。
我国的煤炭资源主要分布在华中、华北、山西和西部北部经济不发达的地区，煤种丰富，多为优质的动力煤，目前已探明煤炭资源总量约为5.06万亿吨。大部分煤田伴生有铝土矿、硫铁矿、石英砂岩、煤岩气等矿产，煤种丰富，煤质较差，给煤炭资源的绿色利用造成一定的压力。近年来我国煤炭资源产量和进口量如图2所示。
从图中可以看出，2010年至2015年间，我国的煤炭资源产量介于33亿吨到43亿吨之间，增长趋势逐渐变缓，近年来产量稳定在每年40亿吨左右；煤炭进口量在2010年到2013年间快速增长，从每年1.8亿吨增长到每年3.3亿吨，在2013年达到峰值点3.3亿吨后，煤炭进口量逐年下降，2015年仅进口煤炭2亿吨。数据表明，近年来，受到环境保护和政策的影响，我国煤炭资源的使用量有下降的趋势。
山西是我国的煤炭大省，煤炭资源丰富，已探明的2000米以上的煤炭资源储量为6552.02亿吨，其中动力煤约为4476.42亿吨，炼焦用煤约为1664.21亿吨，优质动力煤储量丰富。动力煤具有含硫杂质少、灰分低、分选性好的特点，易于分选出精煤，燃烧时热量高，排放量低，适用于火力发电。山西不具备大规模的天然气储备，天然气的使用多是靠从四川或新疆进口；除此之外，近年来，为了改变煤炭资源利用的困境，大力发展了煤炭的气液化技术，变煤为气，缓解了山西省的一部分用气压力。
三、燃煤发电和燃气发电的比较
（一）对环境的影响
煤炭资源燃烧利用中产生的大量二氧化硫、氮氧化物等是限制煤炭资源利用的重要原因，我国煤炭资源往往伴生着硫铁矿、石膏等矿物资源，煤质较差，传统的煤炭资源燃烧发电利用方式和天然气燃烧发电相比确实产生了较多的有害物质。天然气的主要成分是甲烷，占天然气资源的79-97%，燃烧时产生极少的二氧化硫和氮氧化物，但是以上海外高桥第三发电厂为代表的新型发电厂可以完美的解决火电厂排放的问题，它使用一系列的节能减排技术使煤炭燃烧的有害物质排放值低于天然气燃烧发电的排放值，与传统火电厂和燃气火电厂的排放具体数据见表1。
从表中可以看出，外三火电厂单位发电量煤耗为0.248kg，比传统火电厂节约煤炭0.052kg，节约比例17.33%。在降低二氧化硫和氮氧化物排放方面，外三火电厂比传统火电厂具有较大的优势，其中，二氧化硫排放量为23mg/m3，减少排放17mg/m3，降低幅度39.5%；氮氧化物排放量为23mg/m3，减少排放8mg/m3，降低幅度25.8%，减排效果明显。和燃气火电厂比较，上海外高桥第三发电厂的排放量达到或优于燃气发电的排放量，在二氧化硫和氮氧化物的排放方面完全符合清洁能源的排放标准，说明通过节能减排技术的使用，完全可以解决传统火电厂有害物质排放量过大的问题。外三火电厂低于燃气火电厂的有害物质排放量排放量，是通过一系列先进的技术实现的，如零能耗脱硫技术、高效节能电除尘技术、节能型高效全天候脱销技术等，其中零能耗脱硫是主要的节能减排技术，可以节能减排3.78%。
事实上，煤炭资源、和天然气资源都是不可再生资源，且储量有限，就我国已探明的资源储量和当前我国能源消费量来说，天然气资源可以使用60年，煤炭资源可以使用100年。煤炭资源利用不等同于环境污染，通过脱硫、脱硝和除尘处理，煤炭资源使用时的排放量可以达到清洁能源的标准。
（二）经济成本对比
上海外高桥第三发电厂的成功案例充分说明了超低排放技术应用的可行性，与传统火电厂相比，新型发电厂只是增加了减排设备，但同时有效的降低了煤耗和环境治理的成本。从表1中可以看出，外三发电厂比传统火电厂每度电煤耗降低了0.052kg，节能效果明显。以2×300MW级新型节能减排机组为例，满负荷运转年发电量70亿度，煤炭以300元/t计算，与原有机组相比，每年节约煤炭364万吨，减少煤炭资金消耗10.92亿元。2×300MW级新型节能减排机组的改造工程中，设备购置费用约为1亿元，建筑和安装费用约为0.15亿元，其他管理费用约为0.1亿元，改造过程中的静态成本1.25亿元。火电厂改造过程中，煤炭洗选的投资，可以通过原有的洗选设备技术规避。综合看来，火电厂改造后产生巨大的经济效益。
与燃气发电相比，燃煤发电一直有较为明显的优势，随着近年来煤炭价格的下降，燃煤火电厂的发电成本越来越低，以2×300MW发电机组为例，煤炭价格500元/t，天然气价格3.5元/Nm3为例，传统燃煤发电的成本为0.38元/kw·h-1，新型超低排放燃煤发电成本约为0.46元/kw·h-1，燃气发电的成本为0.88元/kw·h-1。
传统燃煤发电改造为新型超低排放燃煤发电的成本主要来自于节能减排设备的购置和建设、老旧设备的处理、新型设备使用时的能耗等，根据已有的新型火电厂建设经验，可以在5年左右收回火电厂改造的成本。
（三）煤炭行业的社会效益
我国是多煤、少气、贫油的能源格局，大量的煤炭资源储备注定煤炭行业不会退出历史舞台。煤炭不是单一的产业，与钢铁、电解铝、水泥和玻璃行业等行业联系密切，五大行业共解决了1000万左右人口的就业问题。
燃气发电和传统燃煤发电相比有优点，也有不足。燃煤发电的有害物质排放量极少，平均单位电量排放0.028kg/m3的二氧化硫和0.022kg/m3的氮氧化物，远小于传统燃煤发电的排放量，环境亲和性高，但是燃煤发电的成本较高，和目前的燃煤发电相比，燃气发电的成本增加了近一倍。近年来，以上海外高桥第三发电厂为代表的新型超低排放燃煤发电厂成功的解决了燃煤发电排放量大的问题，未来燃煤发电仍将是我国电力行业的主力。
四、结束语
随着节能减排技术的发展，在有害物质的排放量上，燃煤发电和燃气发电站在了同一起点，然而燃气发电的成本却居高不下，在未来的电力行业中，燃气发电没有了清洁能源的优势。煤炭资源的利用中，散煤的使用将逐渐减少，但是燃煤发电将依然是电力行业的主流。
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