中國儲能網(wǎng)訊：隨著世界化石能源的日益匱乏和人類對能源需求的不斷增加，加上傳統(tǒng)化石能源電力生產(chǎn)過程中的環(huán)境污染，人類不得不努力尋找可以補充或替代煤炭、石油、天然氣這類常規(guī)能源的可再生、環(huán)保、潔凈的綠色能源。風(fēng)能作為一種取之不盡、用之不竭的綠色可再生能源，與傳統(tǒng)化石能源相比，不會產(chǎn)生任何有害氣體、廢水和固體顆粒物，環(huán)境效益相當(dāng)顯著。當(dāng)人們用已經(jīng)發(fā)展一百多年的火電廠技術(shù)與新發(fā)展起來的風(fēng)電技術(shù)相比較時，總是看到其發(fā)電間歇、波動的不足，看到政府的價格補貼，得出風(fēng)電成本高于火電的結(jié)論。然而當(dāng)燃煤火電達(dá)到一定規(guī)模時，燃煤火電的度電成本中原本可以忽略不計的“環(huán)境成本”就變成一個不得不計量的“附加成本”。本文試圖從這個角度出發(fā)，分析燃煤火電發(fā)電過程中的各種“環(huán)境成本”，把它附加到傳統(tǒng)意義上的燃煤火電成本電價上。以此為基礎(chǔ)把燃煤火電與風(fēng)電進(jìn)行成本比較，得到一個與傳統(tǒng)概念相反的結(jié)論：燃煤火電的“完全成本”遠(yuǎn)高于風(fēng)電。
研究背景
一、火電的發(fā)展與能源轉(zhuǎn)型
1882年，我國第一座火力發(fā)電廠建立，距今已有132年歷史?；鹆Πl(fā)電技術(shù)成熟，初期投資小，建設(shè)周期短，目前成本較低，并且對地理環(huán)境要求不高，不受季節(jié)和氣候的影響。同時，與水電相比，火電不會遇到枯水期無法發(fā)電或供電能力下降的問題;與風(fēng)電相比，火電的供應(yīng)更加穩(wěn)定，不受風(fēng)速、風(fēng)向等自然條件的影響;與核電相比，火電相對安全，不必?fù)?dān)心核泄漏等安全問題。以石油、煤炭和天然氣等化石能源主導(dǎo)的能源體系極大地推動了人類社會的發(fā)展，使人類從農(nóng)業(yè)文明過渡到工業(yè)文明并不斷進(jìn)步。現(xiàn)代社會發(fā)展離不開電力，電力行業(yè)對促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會進(jìn)步起到不可磨滅的作用。我國的能源結(jié)構(gòu)以煤炭為主，70%的電力來源于燃煤火電，燃煤發(fā)電是社會發(fā)展的有力保障。
然而，隨著時間的推移和能源消費量的大幅度增加，傳統(tǒng)化石能源的不可再生性和地域分布不均勻帶來的能源安全問題以及對化石能源的利用所帶來環(huán)境污染等問題也日益突出?；茉磧r格的日趨攀升和氣候變化問題不斷推動著新能源技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，能源轉(zhuǎn)型問題已經(jīng)引起國際社會的廣泛關(guān)注，能源結(jié)構(gòu)由傳統(tǒng)的化石能源向新能源轉(zhuǎn)型、由高碳走向低碳是大勢所趨。
二、我國燃煤火電污染嚴(yán)重，損失巨大
在我國把火電作為主要電力來源發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時，自然環(huán)境也遭到巨大破壞。世界銀行曾在2007年發(fā)布報告《中國污染成本》(COSTOFPOLLUTIONINCHINA)，從多方面描述了我國的環(huán)境污染問題，大氣污染首當(dāng)其沖。我國大氣污染屬于煤煙型污染，以煙塵和酸雨污染的危害最大，并呈現(xiàn)逐步加重的趨勢。造成我國煤煙型污染的主要原因是燃煤火電為主排放的氣態(tài)污染物。燃煤火電排放的氣態(tài)污染物主要包括SO2、NOX、CO2、粉塵顆粒物(PM)等。2010年中國環(huán)境統(tǒng)計年報統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明：電力行業(yè)SO2排放量占工業(yè)SO2排放量的52.8%，NOX排放量占65.1%，煙塵排放量占36.2%，分別如圖1、2、3所示。
(一)污染物SO2
SO2對人類各個臟器均有損傷;其與植物中的化學(xué)元素發(fā)生反應(yīng)，影響植物的正常生長;另外，SO2可以改變土壤和水體的酸性，形成酸雨。目前我國61.8%的南方城市出現(xiàn)酸雨，酸雨面積占國土總面積的30%，如圖4所示。中國環(huán)境科學(xué)研究院等單位研究表明：我國每年由于SO2導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失超過1100億元，如果將SO2對材料和建筑物腐蝕的影響考慮在內(nèi)，該損失還會增加。
圖4我國酸雨分布圖
(二)污染物NOX
NOX對人類以及自然環(huán)境的破壞作用同樣不可小覷，其與空氣中的水氣或水滴反應(yīng)產(chǎn)生硝酸，進(jìn)而形成酸雨或酸霧。2010年環(huán)保部發(fā)布《火電廠氮氧化物防治技術(shù)政策》中顯示：實施全面脫硝技術(shù)后，每年可減排NOX477至609萬噸，需要設(shè)備投資461至652億元，年運行費用259至390億元。
(三)污染物CO2
CO2作為全球排放量最大的溫室氣體給環(huán)境帶來了極大的損害。CO2溶于海水會提高海水酸度，形成更多碳酸。過量的CO2會引起“溫室效應(yīng)”，造成地球上病蟲害增加，物種減少，海平面上升，氣候反常，海洋風(fēng)暴增多，土地干旱，沙漠化面積增大等問題。
(四)污染物PM
粉塵顆粒物分為大粒徑顆粒物、可吸入顆粒物(PM10)和細(xì)顆粒物(PM2.5)。PM2.5又稱可入肺顆粒物，其含大量有毒有害物質(zhì)，對大氣環(huán)境和人類健康影響巨大。其進(jìn)入肺泡的細(xì)顆粒物可以被迅速吸收、不經(jīng)過肝臟解毒直接進(jìn)入血液循環(huán)分布到全身，從而損害血紅蛋白的送氧能力，使其喪失功能;其中的有害氣體和重金屬等溶解在血液中，對人體造成更大的傷害，例如加重呼吸系統(tǒng)疾病，引起充血性心力衰竭和冠狀動脈等心臟病，如圖5所示;PM2.5還可能成為病毒和細(xì)菌的載體，推動呼吸道傳染病的傳播;另外，世界衛(wèi)生組織2013年的研究表明：PM2.5可以引起肺癌和膀胱癌。在歐盟國家中，PM2.5導(dǎo)致人們的平均壽命減少8.6個月;在我國，二十年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，燒煤的淮河以北，人的平均壽命比淮河以南人群壽命低5.52年。由衛(wèi)星拍攝的我國PM2.5分布狀況如圖6所示。
圖5PM2.5對人體的傷害圖6衛(wèi)星拍攝的PM2.5分布圖
圖6衛(wèi)星拍攝的PM2.5分布圖
三、計算燃煤火電完全成本的必要性
燃煤火電發(fā)電的全過程尤其是其排放的各類污染物對環(huán)境承載力產(chǎn)生了一定的影響。環(huán)境承載力是衡量人類社會經(jīng)濟(jì)活動與環(huán)境是否協(xié)調(diào)的重要指標(biāo)，是指在一定時期內(nèi)，在維持相對穩(wěn)定的前提下，環(huán)境資源所能容納的人口規(guī)模和經(jīng)濟(jì)規(guī)模的大小。由于地球的資源有限，因此環(huán)境承載力也是有限的，人類的所有活動必須在地球環(huán)境承載力的極限之內(nèi)進(jìn)行。但目前不可再生資源的開采將枯竭，并且在利用這些化石能源的工業(yè)進(jìn)程中產(chǎn)生大量污染物。以燃煤火電發(fā)電為例，作為一個整體過程，從煤炭的開采、運輸?shù)诫姀S的燃煤發(fā)電，各個環(huán)節(jié)都會造成環(huán)境污染，這些都是與環(huán)境承載力之間出現(xiàn)沖突的表現(xiàn)。然而在我國電力價格中，煤炭發(fā)電的環(huán)境附加成本并沒有計算在電價中。煤炭發(fā)電的整個生命周期過程中產(chǎn)生的環(huán)境附加成本，尤其是對環(huán)境的污染和對人類健康的影響已經(jīng)成為制約我國社會可持續(xù)發(fā)展的重要因素。只有把環(huán)境成本計算在發(fā)電成本中，各種能源形式的發(fā)電成本相比較才有意義。因此我們有必要計算燃煤火電的環(huán)境成本(記為Ce)，其與當(dāng)前燃煤火電成本電價(記為Cp)之和定義為燃煤火電全電價，即燃煤火電完全成本(記為Cc)，如式(1)所示：
Cc=Cp+Ce(1)
燃煤火電環(huán)境成本的計算
一、SO2和NOX
近年來我國電力行業(yè)SO2和NOX排放情況如圖7和圖8所示。本文引用“影子價格”計算SO2和NOX造成的經(jīng)濟(jì)損失。聯(lián)合國把影子價格定義為“一種投入(比如資本、勞動力和外匯)的機(jī)會成本或它的供應(yīng)量減少一個單位給整個經(jīng)濟(jì)帶來的損失”。2007年美國國家研究委員會采用劑量——響應(yīng)模型確定SO2和NOX的影子價格分別為5800美元/噸、1600美元/噸，按照2007年美元兌人民幣匯率換算，即44138元/噸、12176元/噸。由中國環(huán)境統(tǒng)計年報2007年統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知，電力行業(yè)排放SO21099萬噸，排放NOX811萬噸。由此可計算2007年我國電力行業(yè)排放SO2和NOX帶來的經(jīng)濟(jì)損失分別為4850億元和987億元。2007年我國火力發(fā)電總量為2.7萬億千瓦時，可得由燃煤火電排放SO2和NOX引起的環(huán)境成本分別為Ce(SO2)=0.1795元/千瓦時，Ce(NOX)=0.0366元/千瓦時。
二、CO2
本文利用國際碳交易機(jī)制計算燃煤火電排放CO2造成的經(jīng)濟(jì)損失。pointcarbonannualreport2004-2008年統(tǒng)計數(shù)據(jù)如表1所示，其中2008年全球碳交易量為59億噸，碳交易額為1250億歐元，按2008年歐元兌換人民幣匯率計算，CO2排放單價為216元/噸。環(huán)境保護(hù)部環(huán)境工程評估中心數(shù)據(jù)顯示：2008年我國電力行業(yè)CO2排放量為24億噸。2008年我國火力發(fā)電總量為2.79萬億千瓦時，由此可計算燃煤火電排放CO2帶來的環(huán)境成本為Ce(CO2)=0.1865元/千瓦時。
三、粉塵顆粒物(PM)
2010年，北京、上海、廣州、西安四城市由于PM2.5污染造成的死亡人數(shù)、經(jīng)濟(jì)損失以及當(dāng)年城市人口總數(shù)如表2所示。
根據(jù)表中數(shù)據(jù)可求得PM2.5污染對每位死亡患者造成的經(jīng)濟(jì)損失為79.5萬元?！?010年全球疾病負(fù)擔(dān)評估》報告顯示：我國因PM2.5導(dǎo)致的死亡人數(shù)估計為123.4萬人，由此帶來的經(jīng)濟(jì)損失為9810億元。環(huán)境保護(hù)部研究表明：2010年我國PM2.5排放總量為2278.4萬噸，其中火電行業(yè)排放的一次細(xì)顆粒物PM2.5為100.8萬噸，排放的SO2轉(zhuǎn)化為二次細(xì)顆粒物PM2.5為350萬噸，排放的NOX轉(zhuǎn)化為二次細(xì)顆粒物PM2.5為265.5萬噸，排放的SO3轉(zhuǎn)化為二次細(xì)顆粒物PM2.5為107.3萬噸，合計占全國PM2.5排放總量的36.1%。2010年我國火力發(fā)電總量為3.33萬億千瓦時。綜合以上數(shù)據(jù)，2010年由PM2.5造成的燃煤火電環(huán)境成本為Ce(PM2.5)=0.1065元/千瓦時。
綜上，燃煤火電排放的氣態(tài)污染物導(dǎo)致的環(huán)境成本如表3所示。
四、煤炭開采
本文采用條件價值評估法(CVM)并與直接市場法和間接市場法相結(jié)合計算煤炭開采過程導(dǎo)致的燃煤火電環(huán)境成本。有數(shù)據(jù)表明，開采單位煤炭的生態(tài)環(huán)境經(jīng)濟(jì)損失為81.09元/噸-81.37元/噸，本文取81.23元/噸。根據(jù)國家電網(wǎng)能源研究院經(jīng)濟(jì)與能源供需研究所公開數(shù)據(jù)：2010年我國電力行業(yè)煤炭消費17.3億噸，結(jié)合2010年我國火力發(fā)電總量332533363.7萬千瓦時，可計算出由煤炭開采過程帶來的燃煤火電環(huán)境成本為Ce(煤炭開采)=0.0423元/千瓦時。
a)煤炭運輸
目前我國煤炭運輸方式主要有鐵路、公路和水路運輸，無論采用哪種方式運輸，均會排放溫室氣體及其他有害氣體，造成環(huán)境污染。
根據(jù)《中華人民共和國鐵道部2008年鐵道統(tǒng)計公報》，2008年全國鐵路貨物發(fā)送量完成329035萬噸，煤炭運量完成169146萬噸，占51.41%。全國鐵路貨物周轉(zhuǎn)量為23360.32億噸公里，煤炭周轉(zhuǎn)量為8360.28億噸公里。根據(jù)鐵道部統(tǒng)計中心得出的鐵路運輸大氣污染排放因子，可計算出2008年我國煤炭鐵路運輸?shù)奈廴疚锱欧帕浚Y(jié)合前文計算出的大氣污染物環(huán)境成本，可得煤炭鐵路運輸?shù)沫h(huán)境成本，如表4所示。2008年我國火力發(fā)電總量為278573680.4萬千瓦時，由此可計算煤炭鐵路運輸?shù)沫h(huán)境成本Ce(鐵路運輸)=0.0029元/千瓦時。
根據(jù)《2009年公路水路交通行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計公報》，2008年我國公路貨運平均運距為171.48公里，總周轉(zhuǎn)量為1664.35億噸公里，水路貨運平均運距為1706.66公里，總周轉(zhuǎn)量為6952.93億噸公里。結(jié)合公路與水路運輸主要排放因子的數(shù)值，可計算出2008年我國煤炭公路運輸?shù)奈廴疚锱欧帕?，由前文計算出的大氣污染物環(huán)境成本，可得煤炭公路運輸?shù)沫h(huán)境成本，如表5所示。2008年我國火力發(fā)電總量為278573680.4萬千瓦時，由此可計算煤炭公路運輸?shù)沫h(huán)境成本Ce(公路運輸)=0.0007元/千瓦時。
Ce(煤炭運輸)=Ce(鐵路運輸)+Ce(公路運輸)(2)
根據(jù)公式(2)可得由煤炭運輸造成的燃煤火電環(huán)境成本為Ce(煤炭運輸)=0.0036元/千瓦時。
b)熱污染
熱污染是指自然界和現(xiàn)代化工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及人類生活中排出的各種廢熱所導(dǎo)致的環(huán)境污染。其中燃煤火電排放廢水中含有的大量廢熱不可忽視。熱污染通過使受體水和空氣溫度升高的作用污染大氣和水體，導(dǎo)致全球變暖、干旱地區(qū)增多、沙化嚴(yán)重、氣候變異等危害。熱污染主要包括水體熱污染、大氣熱污染和全球影響這三個方面。燃煤火電排放的廢熱水直接造成水體熱污染，從而間接引起大氣熱污染并對全球氣候產(chǎn)生負(fù)面影響。熱污染可能破壞海洋吸收二氧化碳的能力，從而使地球變得更熱，同時滋生新的細(xì)菌和病毒，殺害海洋生物，威脅人類健康，破壞生態(tài)平衡，加快物種滅絕。熱污染引起的兩極冰原融化最初可能導(dǎo)致洪水肆虐，隨著冰川枯竭，河流就會斷流。作為生命之源的水資源一旦減少或枯竭，其對動植物和人類的影響將是不言而喻的，目前尚未統(tǒng)計出由熱污染造成的經(jīng)濟(jì)損失，但并不能忽略熱污染問題，我們必須意識到熱污染對整個地球、對全人類造成的危害并積極采取相應(yīng)措施有效控制熱污染。
燃煤火電完全成本
綜上，燃煤火電環(huán)境成本可以由公式(3)表示：
考慮燃煤火電對環(huán)境的污染及破壞帶來的經(jīng)濟(jì)損失后，燃煤火電完全成本Cc(燃煤)為燃煤火電成本電價Cp(燃煤)與燃煤火電環(huán)境成本Ce(燃煤)之和，見公式(4)，具體數(shù)據(jù)如表6所示：
Cc燃煤=Cp燃煤+Ce燃煤(4)
風(fēng)電完全成本
2009年7月，國家發(fā)改委價格司發(fā)布《關(guān)于完善風(fēng)力發(fā)電上網(wǎng)電價政策的通知》，按風(fēng)能資源狀況和工程建設(shè)條件，將全國分為四類風(fēng)資源區(qū)，成本電價如表7所示。由于風(fēng)力發(fā)電整個過程不會產(chǎn)生環(huán)境污染物，因此不計環(huán)境成本，即Ce(風(fēng)電)=0，風(fēng)電成本電價Cp(風(fēng)電)即可作為風(fēng)電完全成本Cc(風(fēng)電)，如公式(5)所示：
Cc風(fēng)電=Cp風(fēng)電(5)
結(jié)語
綜合以上分析，燃煤火電完全成本與風(fēng)電完全成本如表8所示。
由表8數(shù)據(jù)可以看出，燃煤火電完全成本比風(fēng)電完全成本高出79.35%，風(fēng)力發(fā)電的經(jīng)濟(jì)效益十分顯著?！盎痣姵杀镜?，風(fēng)電成本高、需要政府補貼”的傳統(tǒng)理念需要被更新，當(dāng)前實行的燃煤火電成本電價并沒有將煤炭發(fā)電對環(huán)境污染的經(jīng)濟(jì)損失計算在內(nèi)，即燃煤火電的環(huán)境成本被忽略掉，而煤炭發(fā)電對環(huán)境產(chǎn)生的破壞是潛在的、深遠(yuǎn)的、不可逆的，對人類健康和生態(tài)環(huán)境的影響僅用資本來衡量是不夠的。政府對風(fēng)電行業(yè)的補貼并不是補貼風(fēng)力發(fā)電成本，而是補貼其對環(huán)境的貢獻(xiàn)，是風(fēng)力發(fā)電生態(tài)效益的體現(xiàn)。因此我們必須加快改造燃煤火電發(fā)電設(shè)備，減少污染物排放，降低煤炭發(fā)電在總發(fā)電量中的比重，減輕其對環(huán)境的破壞，同時鼓勵風(fēng)電設(shè)備的研發(fā)制造，支持風(fēng)電先進(jìn)技術(shù)的快速發(fā)展。在由傳統(tǒng)的化石能源向新能源和可再生能源轉(zhuǎn)型、由高碳走向低碳的能源轉(zhuǎn)型方面與國際接軌。(來源：《風(fēng)能》;作者：徐蔚莉，天津大學(xué)管理與經(jīng)濟(jì)學(xué)部;李亞楠、王華君，河北工業(yè)大學(xué)新能源科學(xué)與工程系)
