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关于北京环境污染问题的一些思考和建议
国家计委原局长，教授级高工王海
1999年7月

    一、北京市大气污染是一个突出问题。
    北京市大气污染的症结在于产业结构和能源结构不合理，能耗高。污染重的工业比重过大，产业结构同首都功能不相称。在能源消费中，煤占70％左右，清洁气体燃料仅占5％，北京市目前年耗煤量己达2700万吨，是世界上烧煤最多的首都。此外还烧掉上百万吨的燃料油，一百几十万吨机动车用汽油。柴油等。据资料北京目前大气污染中90％的二氧化硫和80％的颗粒物是燃煤排放的，40％～60％的一氧化碳和氮氧化物来自机动车。因此要解决北京的大气污染问题，需要采取一些重大举措，而且要多种途径进行。其中用天然气代替煤作燃料，是一个较为有效的办法。对于北京市如何扩大和合理利用天然气的问题，我谈一下个人的一些思考和建议，请批评指正。
    二、从资源条件看，增加对北京市天然气的供应是可能的。
    1997年12月中国能源研究会召开的北京能源环境研讨会上，不少专家提出2010年北京力争从陕北和俄罗斯等气源每年引入50亿-70亿m³天然气，可替代100O-1400万吨煤，我认为这个目标是可以力争办到的。
    主要的根据是近期我国陕甘宁盆地天然气资源储量有很大的突破。陕甘宁所在的鄂尔多斯盆地，是我国第二大沉积盆地，油气资源丰富。截止1998年，陕甘宁盆地的长庆气田，天然气探明储量为3100 亿m³,控制储量1200亿m³,预测储量3000多亿m³。据此，长庆局的同志提出2000年天然气探明加控制储量达到5000 亿m³， 2010年目标为10000亿m³（盆地地质资源总量为41800亿m³，届时探明10000亿m³，占资源总量的23．9％，还是合理的）。从盆地地质情况分析，我个人认为达到上述储量目标是有把握的。天然气气采出率一般为70％左右，如果天然气合理开放强度按肌计算，天然气年产量2000年和2010年将分别达到100亿m³和200亿m³，而且可以服务35年。设想一半左右供应首都北京，即2000年和2010年向北京供应50亿m³和100亿m³，从资源条件看是有可能的。加上我国西部青海，新疆等地，近年来天然气资源探明储量增加也很快，这样，可以作为长庆气田的后备气源，在我国实现西气东输的规划依靠国内资源就可以实现，不一定等待俄罗斯等周边国家的长输天然气管道的建设，然后国内采用搭车输气的方案，有了西部地区及国外天然气后备资源的支持，对陕甘宁盆地天然气可否长期稳定地大量供应北京市的问题是可以放心的。
    三、近期影响北京天然气大规模应用主要制约因素是其价格，但从今后发展来看，天然气价格应是下降的趋势。
    现在管道气供应北京市门站的价格是0.99元/m³，这不是根据生产成本制定的价格。北京市天然气目前供应价格为：民用1.4元/m³，工业用1.4-1.80元/m³。天然气热量规定（低热值）不低于8400大卡/m³。根据清华大学叶大均教授等人的研究材料，北京地区原煤价格为200元/t，低硫煤为250元/t，电0.45元/kwh，渣油980元/t，柴油2100元/t，石油液化气1960元/t，按热量成本比较，如煤为1，则其它低硫煤为1.2，渣油2.66，柴油4.13，石油液化气4.21，电13.08，天然气为4.17（天然气按1.4元/m³计，如为1元/m³，则为2.98）。我国天然气与煤的比价与国外差别很大。例如，美国天然气与优质低硫煤的能量成本比大约是1.58，而我国则是3.33。简单地说，按现行的汇率，中国与美国低硫煤的价格大体相当，而天然气价格却高出一倍。天然气价格高，带来的问题是大规模应用将十分困难。例如北京市政府作出积极推广使用清洁燃料天然气和禁止使用高硫煤的决定，井提出“加快无煤区建设”和“改造区域采暖锅炉”等具体措施，在实施中遇到的最大难题就是费用的大幅度增加。据介绍方庄，左家庄之个锅炉房共有24台物吨锅炉，改用天然气仅锅炉本体改造费用达1亿元，每年燃料费按冬季4个月计算达1.8亿元，为原来燃煤所需燃料费（按低硫煤250元/t)3800万元的4.7倍。这样宠大的开支政府和百姓都难以承受，也就是说这样的煤改气措施经济上是不可行的。
    从长远来看，天然气价格应是下降的趋势。理由是气田扩大生产规模，会有规模效益，此外生产积累了经验，例如气田单井日产量原来计划为4.2万m³，现在可以提高到6.4万m³，能力提高明怅生产成本也应随之降低，特别是管输气成本，要成倍地降低。 1993年10月我们在研究陕甘宁盆地中部气田总体开发可行性研究报告时，当时设想气田规模为25亿m³/年，总投资50亿元，天然气平均成本0.305元/m³，售价为0.51/m³，每m³天然气平均利润为0.159元，长输到北京门站，天然气成本在1元左右，即输气费用约为井日生产成本的一倍以上。
    最近我和壳牌（Shell）公司的专家交谈，他们有意向与长庆局合作，开发长北气田（在长庆气田的北部）包括中、下游的合作开发，气田面积约4000平方公里，预期储量700～1000亿眠产气规模30亿毗他们在打井上，采用主井下打水平定位井，从而节约投资，并且由于管线输送是满负荷，固此在北京门站天然气价格应该下降，他们同意这个观点，但没有许诺具体的数字。另一方面，对于天然气的价格，根据国外的经验，对不同用户是有区别的，其中工业大户特别是发电用天然气，价格是最优惠的。因此，我认为今后北京门站天然气价格应低于1元/m³，而供应发电用天然气为0.7-0.8元/m³，是比较合理的。
    此外，如何解决均衡用气，也是制约天然气扩大规模利用的一个回素。据介绍北京市冬季现在规划日需天然气己达到580万m³，己超过管线年供气17～18亿m³能力，而夏季日需天然气仅为140～150万m³，相当年供气5亿m³左右，冬夏二季相差3倍以上，这给天然气供应带来很大困难。天然气工业的上、中游建设都是投资密集型产业，要气田生产及长输管线服从用户负荷进行大幅度调峰，是不经济的，技术上也有一些困难，所以一般在用户附近建设地下储气库或地面储罐系统进行调峰，这些都需要巨大的开支，而且调幅也是有局限的，有一个技术经济合理的问题，因此要千方百计设法使用气负荷均衡。
    四、发展燃气透平热电联产是合理利用天然气最好的选择
    北京工业大量利用天然气有困难，一方面距天然气产区不近（陕京输气管线长864公里），天然气价格不低；另一方面酋都的职能作用，产业结构也不允许大量发展天然气化工产业。对于解决环境污染问题，北京市大气污染超标以冬季采暖季节最为严重，其中采暖燃用600一700万吨煤是最大污染源，这是我们主攻的目标。

北京市现有建筑面积的供热状况

用天然气代替煤作采暖锅炉燃料，环境问题可以大为改善，但正如前文介绍方庄、左家庄的例子，能量利用不合理，经济上是不可行。清华大学叶大均教授等人曾进行计算，北京市现行供热价为18元/M²·季，供热时间为120天（2880小时），供热能量为0.21GJ/M²·小时，则相应的热价是29.76元/GJ。如天然气直接代煤烧锅炉，天然气热值8400大卡/M³（35.2MJ/M³），锅炉热效率按90％计算，热网管道损失按5％，每M³天然气供热收入仅为0.89元。北京市每度电实际售价0.41元，如采用天然气联合循环热电机组，热电效率为85％其中发电效率40％，供热效率45％，扣除厂用电2％，管网热损5％，计算每烧1M³天然气可发电3.7Kwh，收入1.51元，有效供热14.08MJ，可收入0.44元，合计收入1.95无，是前者天然气直接烧锅炉收入的219％，增加1倍以上，略高于目前的天然气价格（1.4元/M³），这是由于采用燃气透平热电联合生产，能量得到梯级合理利用，可以得到经济价值较高的电力，达到节约能源，增加电力，改善环境的目的，从而得到较好的经济效益和社会效益。
    我们可以把燃气透平机组的燃烧室视为锅炉，所不同的是天然气在燃烧室瞬间燃烧产生1100℃以上的高温燃气进入燃气透平中膨胀做功发电，排出的500℃-600℃高温废气再进行余热回收，产生蒸汽进行汽轮机发电或直接供暖，这后部分与燃烧常规锅炉作用相似。在国外，燃气透平热电联产技术十分成熟，而且发展很快。根据1988年12月对美国能源综合利用考察的报告，（团长是中国国际工程公司蒋兆祖先生），美国自1980年至1987年，建设各种热电站1728座，装机4494万千瓦，其中1986、1987每年装机投产都在1000万千瓦以上，预计今后若干年仍然会保持这种增长势头。这些热电站的特点：
    1．从燃料构成看，以烧天然气为主，占同期新建热电站数目的73％，发电容量的60％；
    2．从热电站容量构成看，以中、小型为主。热电站平均容量为2.6万千瓦，其中燃用天然气为2.1万千瓦，考察团曾见到较小容量如休斯敦莱斯大学热电站装机容量仅3100干瓦。
    现在北京一些高级宾馆以及一些公用建筑及居民，夏季降温多用窗式空调，而且越来越多，耗电很大，加剧了电力供应紧张。如果有条件能够利用原有的冬季供汽取暖系统，在夏季使用蒸汽采用溪化锤制冷器制冷，既可使热电厂热负荷全年更趋于平衡，提高热电厂经济性，又可降低制冷成本（联供的集中制冷成本约为直燃机吸收制冷成本的60％，分体空调的42％左右）。
    清华大学正在研究防治城市大气污染的先进供能模式——小区集中燃机热电冷联供。他们提出机组可以冬季供暖，夏季供冷，春秋调峰供电，可以很好地平衡一年间的用气量。发展集中制冷，不仅节能，更可减少城市热岛效应，他们提出绿色能源工程项目，初步意见在清华大学装机2x5万千瓦（燃机），供热200万M²，供冷90万眠发电5.6亿度/年，年耗天然气约1.7亿M³，总投资估算为4.5亿人民币，单位于瓦造价4100元左右。
    另外北京首创集团，东方能源发展公司1999年6月提出首都蓝天热能系统工程设想，建设规模为5.6万千瓦燃气联合循环发电厂20个，年用天然气18亿眠可解决4000万M²居住面积取暖，并建议在清华大学，北京西客站、海淀上地实创热力厂进行试点。
    这些设想和建议都值得重视，当然也存在一些实际问题需要研究解决。例如天然气供应能否保证，天然气合理价格制定？发电上网以及上网电价的问题，以及政府扶持的相关优惠政策等研究。
    总之，发展燃气透平热电联产的优点是：
    1、节能的重要措施，节约能源近一半。
    热电联产可以热电效率达到75～90％，其中发电效率30～40％，供热效率45～50％；而常规冷凝式发电由于必不可少的冷端损失，发电效率为30～40％，热损失达60～70％，即使天然气锅炉效率可以高达85～90％，但生产同样数量的电力和热能，几乎比热电联供多消耗近一半的一次能源。
    2、天然气有效能利用高，增加了发电，也增加了收入，在北京情况下项目经济效益较天然气烧锅炉可以成倍提高，并且可以减少北京现有燃煤电厂的负荷，减少污染。
    3、热电可以互补以平衡用气，减少城市天然气调峰的投入。
    4、夏季有条件发展集中制冷，减少城市热岛效应，并可以一年四季大量供应生活热水，提高居民生活质量。
    5、规模灵活，可以选择多种中、小型燃气透平机组以及活塞式内燃机，由于机组热效率主要取决于燃气进入透平的初温（即T1温度），而与机组容量大小关系不大。
    6、改善北京冬季燃煤锅炉带来的大气污染，特别是对一些分散小区（大院式）供热的改造，更有现实意义（一般城市集中锅炉房供热规模大，烟囱也高，有利于烟气扩散和消尘处理）。
    五、争取日本环保优惠低息贷款
    据介绍1997年9月日本桥本前首相访问中国时，提出要大力支持中国的环境保护事业的发展，宣布了关于环保特别日元贷款，其贷款年利率为0.75％，偿还期限为40年（还款期30年，宽限期10年），并开始在1998年度对中国第四批日元贷款中实施。今年1月日本丸红公司北京办事处主任掘嘉刚先生给我来信也表示，有关北京环保项目利用环保特别日元贷款，他们公司愿意尽力促进。
    这种贷款，如果考虑通货自然贬值，基本不付利息，相当过去国家拨款搞投资项目，可以解决北京环保项目资金投入问题以及改善项目经济效益（每年少支付贷款利息）。
    北京市是我国的首都，国务院己将北京市环境污染治理列入本届政府确定的国家环保重点治理计划。因此北京市申请此项国外优惠低息贷款，我认为会得到国家有关部委的支持。北京市可以设想北京环境保护项目款下，有若干于项目，包括清洁能源利用及其他项目，而且可以分儿批，长期进行滚动投入，成熟一批项目，解决一批资金贷款。
    六、北京市还要重视重点工业污染源及郊区养殖业的污染监测及治理工作
    例如在北京市上风向对城市环境影响大的首钢，高井电厂等重点污染源的治理力度要加大。在东郊工业区如北京焦化厂、北京化工实验厂的环境污染也十分严重。其实北京化工实验厂采用富氧连续气化代替现在间断造气就可以大大改善大气污染。用氧气要增加支出，也可以选用价格便宜的小粒焦或无烟块煤，以降低生产合成气的原料费用，造气炉能力可以增加一倍并可能进一步热能利用等，作以上一些弥补来补偿用氧气的支出，应进行专题研究。
    对地下水污染问题要及早注意。我们在解决“菜篮子”的同时，大多数养殖业的粪便及污水几乎未进行任何处理，形成了不容忽视的污染源。一个年产万头的猪场，每年粪尿排放量1．1万吨，污水排放量达5万吨以上。大量的粪尿、污水未加处理，随意排放或堆放，排入沟渠、河网、导致大气。水源。土壤的严重污染。
    据北京博大环境工程公司赵立军总经理反映，北京市存栏猪己达240万头，粪便每年排放450多万吨，按B0D排放量计算，相当于3100万人的排放量，己相当全市人民所排放量的3倍。
    而对菜篮子工程所带来养殖业集约化生产的废弃物和污水处理，技术上是没有问题。北京大兴县留民营沼气工程，就是一个例子。该工程主发酵池为100M³的高温厌氧装置，日产沼气300余M³，自1992年9月建成投产以来，运行稳定，不仅处理了5万只蛋鸡的粪便污染问题，还供全村241户农民生活用沼气和7个村办企业食堂用气，每年可节约用煤700多吨，经济效益十分可观，环境大为改善。
    北京市应该推广留民营沼气工程的经验，在北京郊区选择10个点进行推广，所需部分资金可以考虑从日本环保低息贷款中解决。

参考文献：
[1]北京首创集团、东方能源发展公司：首都蓝天热能系统工程， 1999年6月；
[2]李宇红、焦树建、叶大均：防治城市大气污染的先进供能模式——小区集中燃机热电冷联供，
   1999年5月；
[3]叶大均、李宇红、周文华：积极推进燃气的燃气——蒸汽联合循环热电冷联供系统在我国的发展，  
   1999年7月；
[4]蒋兆祖、岳鹿群：美国能源综合利用考察报告（内部资料）， 1988年12月。