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北京:拆掉最后一根烟囱后 如何用电气化留住蓝天

2019-06-19

  中国的改革开放,开启了全球最大规模的城市化进程。截至2017年年末,中国城镇人口已经占总人口的58.52%。如何让城市在经济发展、温室气体减排、应对气候变化、提升空气质量和居民生活质量之间形成良性互动,是城市面临的关键挑战。

  然而,中国幅员辽阔,东中西部发展进程、资源禀赋各不相同,达到城市低碳发展目标、环境管理目标有着不同的路径,也面临各自独特的问题。澎湃新闻联合能源基金会选取北京、上海、海南、广东深圳、江苏徐州、云南昆明呈贡,从不同侧面剖析,希望能呈现、探索中国的城市低碳转型之路。本篇为该系列的第六篇。

  从治沙到治霾,对“北京蓝”的向往,浓缩了生态家底并不厚的首都在低碳发展之路上的烦恼。这座超级城市长期聚集着中国最丰富的资源,是全国政治、文化、国际交流及科技创新中心。与此同时,随着城市空间规模不断扩张、能源消费一路走高,这一长久以来地位特殊的中国城市承载的生态与环境压力格外突显。

  在中国城市能源转型进程中,北京正经历一场以“脱煤、提气、增电”为主要特征的深刻变革。北京市最后一座大型燃煤电厂在2017年停机备用,2018年,北京全市近3000个村落实现了煤改清洁能源,宣告平原地区基本实现“无煤化”。北京,成为中国第一个将燃煤发电写入历史的城市。

  “自20世纪90年代以来,北京供应侧和消费侧的能源规模及结构都发生了重大变化,呈现出明显的脱煤趋势。”国网能源研究院能源战略与规划研究所主任金艳鸣对澎湃新闻表示,城市功能定位变化和环境问题倒逼,是驱动北京能源转型的主要因素。

  基于北京的能源资源禀赋,电力在城市能源转型过程中发挥了重要的保障作用。在过去很长一段时间里,北京本地煤炭削减和外来电力增加的现象悄然发生,北京越来越依托外来电力替代本地燃煤,满足其转型升级的发展需求。在可预见的未来,电气化是其能源高效转型的路径。

  根据北京城市总体规划(2016年—2035年)要求,到2035年大气环境质量得到根本改善。电气化给“北京蓝”带来多大的贡献?能否助力碳排放如期达峰?如何保障首都能源的安全供应?如何让电气化更好地发挥支撑和引领的作用?

  遥想2013年的北京,四大燃煤电厂仍在市中心兢兢业业地运作,城市郊县还大多依赖散烧煤供暖,全年空气质量优良天数不足一半,雾霾迷城,形势迫人。5年后的2018年,北京能源供应大幅转型电气化,燃煤源的清退使其基本退出北京本地大气PM2.5主要贡献源行列,全年无三天以上连续重污染天气。只有巩固好电气化转型的成果,探索建构以电为中心的大型城市能源新模式,我们才能畅想留住“北京蓝”,应对发展过程中凸显出的新问题、新趋势。

  最后一座燃煤电厂

  2004年10月27日,一位重量级“客人”来到北京,标志着北京能源结构大规模转型的开启。这是一台重330吨的燃气轮机,由长42米、宽6.22米、高1米的17轴法国尼古拉大货车运载,有272个车轮,由工人们徒步护送。净重248吨的发电机定子紧随其后,由15轴的奔驰货车驮着进京。

  它的到来甚至甚至还改变了途经之处的基础设施:凡是通过的桥梁全部加固,绕不开的个别过街天桥为它拆除。全程警车护驾,4条高速路实行封闭……在京城声势浩大地穿行10天后,巨无霸终于抵达京丰燃气发电厂门口。为了吊装,电厂从内蒙古请来了吊重450吨的吊车,巨大的车体也被拆分并由30多辆运输车陆续运进工厂。

  从2004年吊装第一台燃气轮机开始,到2008年4月30日,赶在奥运会之前,京丰电厂关停了服役多年的燃煤火电机组,掀开了北京热电厂绿色转型的大幕。在这之后,靠近市中心的四大燃煤热电厂也被提上了关停的日程。除了号称“长安街最后一根烟囱”的国华热电厂外,还有位于高碑店的华能北京热电厂、大唐高井热电厂、京能石景山热电厂。它们长期是京城供电、供暖的主力军,装机总量为273万千瓦,年耗煤量约920万吨,占到当时北京市煤炭消费的40%。

  2009年11月3日,时任国家能源局局长的张国宝在京指出这四家电厂“相关技术指标已不先进,且位于市中心,影响城市减排和发展。”

  但全部改建的构想在企业层面得到了几乎一致的反对声音。几家电厂都表示:“煤改气”改建会在生产成本、原料保障、甚至人员安置方面带来诸多问题。而且这四家电厂在奥运会前已经在燃煤机组上投入大量资金进行设备改造,各项排放指标均达到国家和北京市标准,在世界范围内也处于领先水平。

  电厂改建争议之际,也是PM2.5由一个陌生的专业名词,迅速变为全社会高度关注的“心肺之患”的时期。

  与雾霾的战斗在2013年正式打响。2013年1月1日至1月30日,北京共有26天出现雾霾天气。包括北京在内的中东部数十个城市,都一度被标为“褐红”——当时最严重的污染预警等级。

  这一年也是北京PM2.5检测的元年:建立35个覆盖全市的空气质量自动监测站点,对PM2.5、二氧化硫等六项主要污染物开展监测,对PM2.5拥有了完整的全年数据。有了这临门一脚,北京开始加大从各个方面削减煤炭使用,告别煤电厂,已成必然之势。

  2013年9月,《北京市2013-2017年清洁空气行动计划》出台,提出到2017年全市燃煤总量比2012年削减1300万吨,控制在1000万吨以内;煤炭占能源消费比重下降到10%以下,优质能源消费比重提高到90%以上。此外,加快推进四大燃气热电中心建设,关停热电厂燃煤机组。

  2014年1月,北京市出台号称史上最严大气污染防治条例,罚无上限。该条例的核心内容是“总量控制”,对燃煤总量和机动车数量进行控制再次进行明确。

  高井、石热和国华燃煤电厂先后于2014年7月、2015年3月实现关停,每年共削减燃煤约680万吨以上,相应减少二氧化硫排放约7400吨、氮氧化物排放约14000吨、粉尘排放约2300吨。

  京能石景山热电厂在2015关停的是4台正当“壮年”的燃煤机组,引得老师傅们含泪告别。“为了北京的蓝天白云,京能石热用实际行动履行了企业的社会责任!”副厂长李染生说。

  2017年3月18日上午9时42分,4号机值长刘勇在按下停止键的一刹那,华能北京热电厂的最后一个燃煤机组正式实现停机,北京从此成为全国首个告别煤电的城市。

  在做好停机准备的同时,电厂制定了保养方案,以确保一期燃煤机组作为北京市唯一热网应急备用热源,根据城市热网需求顺利启动运行。

  城市定位变化倒逼能源转型

  从燃煤到“提气增电”,北京能源转型的主要驱动因素为城市定位变化和环境问题倒逼。

  上世纪末的北京,能源结构图中的大半边还都是“黑色的”和“灰色的”用煤。尤其居民生活、餐饮行业、“小散乱污”企业的燃煤散烧,是雾霾形成的重要原因。煤除了燃烧时直接产生大量颗粒污染物,还会排放出二氧化硫、氮氧化物等有害气体,在大气中通过一系列化学反应生成二次PM2.5。这些燃煤散烧基本属于低矮面源,容易被人呼吸到,直接威胁到人体健康。

  从长远来看,要转型成为宜居的可持续发展城市,首都势必要告别喷吐白烟的电厂烟囱、告别流淌黑水的胡同煤厂,提高天然气和电力在能源结构中的比例。

  据国网能源研究院能源战略与规划研究所室主任金艳鸣观察,从20世纪90年代起,北京就已经开始了以“脱煤、提气、增电”为主要特征的能源转型过程。这三项措施背后的核心都是削减当地的燃煤用量,从而减少二氧化硫和烟粉尘的排放,可对区域的空气质量的改善起到积极作用,改善城区居住环境。同时,这三项措施的实行,也可以显著降低当地的温室气体排放。

  具体来说,北京“脱煤、提气、增电”的能源转型过程可大致分为三个转型阶段:

  1995-2000年:以煤炭主导的能源消费阶段,脱煤趋势逐渐显现。一次能源消费总体增长缓慢,年均增速3.2%,在外来电增加的作用下,脱煤趋势开始显现,煤炭在能源消费中的占比降低10个百分点,但依然占据能源消费的半壁江山。2001-2007年:能源消费进入多元化阶段,外来电的快速增加是能源转型的重要推动力。电力占一次能源消费增速大幅提升,年均增速达到6.1%。外来电保持快速发展,年均增速达到12.5%,增量为250亿千瓦时,在能源消费增量中的占比达到35%。煤炭消费继续大幅降低,呈现出煤炭、油品和其它能源三分天下的能源消费格局。2008-2017年:在这一阶段,北京的经济发展和能源发展进入提质增效阶段,经济增长与能源消费基本脱钩,脱煤取得显著成效。在北京加大环境治理力度驱动下,能源消费增速进入慢车道,年均增速降至1.3%的低位区间,但经济增速依然保持较快增长,年均增速8.1%。煤炭消费占比降至6%以下,天然气在此期间得到快速发展,取代煤炭成为除油品以外的第二大能源消耗。在总能耗水平下降的趋势下,外来电增长速度也有所下降,年均增速3.2%。

  1995-2017年期间,煤炭在能源结构中扮演的角色出现重大变化。在能源供给侧方面,电力和天然气的供应量迅速增加,煤炭的供应从增长放缓直至逐渐减少,从1995年的1840万吨标煤下降到了2017年的403万吨标煤。在能源消费侧方面,工业煤炭消费量下降90%,电力消费量增加30倍;第三产业煤炭消费量下降73%,电力消费量增加7倍;居民煤炭消费量下降55%,电力消费量增加9倍。

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  北京能源转型阶段示意图 数据来自国网能源研究院《大型城市构建以电为中心的能源发展模式研究》

  金艳鸣注意到,城市转型对能源结构的倒逼作用生动地体现在先后几版北京城市总体规划的调整中。“自1983年的城市总体规划中去掉‘工业基地’的定位后,‘生产’在北京中的地位有所下沉,‘消费’等城市生活的必须元素开始引起重视。”

  尤其是在1993年版的城市总体规划中首次提出“现代国际城市”定位后,北京在1990年代后期实现了产业结构中第三产业替代第二产业成为主导的转变,加上工业等二产去产能的影响,煤炭消费占比也出现了下降趋势。

  城市高速发展中,资源、环境、人口等问题开始暴露,2004年版的北京城市总体规划中首次提出“宜居城市”的定位,将大气污染治理列入规划。自2006年起,北京炼焦、发电及终端用煤逐步削减,煤炭消费总量首次出现绝对量的下降,2008年更因奥运会的举行而出现煤炭消费量急剧下滑。此后第三产业替代第二产业成为能源消费的主导。

  对于北京的生态环境质量与能源结构,《北京城市总体规划(2016年—2035年)》描绘了更具象的远景:“发挥北京的辐射带动作用,打造以首都为核心的世界级城市群”。规划要求全面推进燃气锅炉低氮燃烧改造工程,以煤改气、煤改电等方式,推进各类燃煤设施和农村地区散煤采暖的清洁能源改造。到2020年全市煤炭消费总量下降到500万吨以内,实现平原地区基本无燃煤锅炉,中心城区和重点地区实现无煤化;到2035年全市基本实现无煤化。

久久99re热在线播放  关于大气质量,上述规划的目标为正常气象条件下,到2020年大气中细颗粒物(PM2.5)年均浓度由现状80.6微克/立方米下降到56微克/立方米左右,到2035年大气环境质量得到根本改善,到2050年达到国际先进水平。

  以电为中心

  在空气污染问题和城市定位转变的驱动下,更多城市将像北京一样告别煤炭。然而,如何填补煤炭留下的空白?做完“减法”后如何做好“加法”?

  例如,天然气是替代煤炭的能源之一,在关停四大燃煤电厂的同时,北京启动了四大燃气热电中心的建设。然而,目前中国天然气对外依存度已高达39%,气源供应保障能力受限,华北地区就面临着冬季天然气供应紧张的问题。

  作为严重依赖外来能源的城市,加大引入外来电力是北京市削减燃煤后满足本地能源供应的重要手段。金艳鸣注意到,过去一段时期,北京本地煤炭削减和外来电力增加呈“此消彼长”态势,1995年到2017年,北京市煤炭消费量减少1437万吨标煤,同期外来电增加540亿kWh,折合标煤1427万吨。北京一次电力占一次能源供应量的比重为27%,占终端能源消费比重达40%,1995-2017年,外来电总量增加了4倍,有效满足了本地能源需求的缺口。

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  图北京煤、清洁能源、电力在一次能源消费占比变化示意图 来自国网能源研究院研究报告《大型城市构建以电为中心的能源发展模式研究》

  曾经,西北风一起,储蜂窝煤和囤白菜是京城百姓的“入冬两件事儿”。胡同煤厂都是“前厂后店”式,现场砸制蜂窝煤,1分钟能砸50块。一到秋冬季加班加点生产,胡同里黑煤渣遍地,粉尘满天飞。一下雨,“黑汤儿”就顺着路边流。

  2003年,北京正式开始实施“煤改电”工程,范围涉及核心城区、老胡同、文物保护区及部分农村地区。截至2018年底,全市已有近3000个村落、110万户实现无煤化,已经从大规模铺进过渡到巩固、维护的第二阶段。2020年底之前,北京平原地区将基本实现无煤化。

  除了设备得到普及,管理智能化也在进行。清洁取暖管理全过程都在评估平台上实时记录,无论哪户设备出现问题,相关负责人都可第一时间看到并跟进。农户们也可了解自家设备的运行情况,远程进行开关机和温度调节。

  金艳鸣认为,电气化在北京能源系统中起到的清洁化和低碳化作用十分显著。在外来电和本地新能源的作用下,一次能源消费中煤炭消费占比从62.1%降低到5.7%。从污染物排放上看,浓度总体呈现不断下降趋势,PM10、PM2.5和二氧化硫近几年的下降趋势尤为显著。2000-2017年,北京PM10、二氧化硫和二氧化氮浓度分别下降了78、63和25微克/立方米,下降幅度达48%、89%和35%。PM2.5浓度自2013年进行监测以后,2013-2017年度下降了32微克/立方米,下降幅度达36%。除了数据,人们从感官上也觉得“北京蓝”的频率提高了。这其中,尤其是在冬季污染高发时间段,散烧煤的治理和电力、其他清洁能源替代,对大污染物减排、减少秋冬季节雾霾天数的贡献尤其明显。

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  来自国网能源研究院研究报告《大型城市构建以电为中心的能源发展模式研究》

久久99re热在线播放  与此同时,外来电及本地新能源转化为电力高效利用,替代高碳化石能源发电;电能替代煤炭、石油等终端化石能源消费,还有效减少了碳排放。“从碳排放总量看,近几年碳排放量的增长已经趋停滞,同比增长率从1995年的4.5%已经下降至1.6%;从碳排放强度看,1995-2017年北京碳排放强度持续下降,下降幅度达到75%。”金艳鸣说。

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  来自国网能源研究院研究报告《大型城市构建以电为中心的能源发展模式研究》

久久99re热在线播放  综合考虑经济转型、生活水平、能源排放等各方面因素,对以电为中心的北京能源发展情景进行模拟后,金艳鸣预测到2020年,电力将超越石油成为北京第一大能源供应品种,电力在一次能源供应中的比重达到34%至35%左右,煤炭供应比重下降至3。8%,化石能源供应总量达到峰值。到2035年,电力在能源供应中的主体地位更加巩固,占比达到50%至57%。

  北京能源消费碳排放将在2020年前提前达峰,峰值约1亿吨二氧化碳,达峰后碳排放量将保持递减趋势。预计2035年碳排放量约为7125至7751万吨,年均下降幅度约2%;单位GDP碳排放量约为0。65至0。70吨/万元;2035年碳排放强度较2015年下降约75%。

久久99re热在线播放  如何增加绿电比例?不仅要外来电,本地可再生能源也要进一步挖掘

  “随着经济的发展和人民生活质量的提高,居民端电力消费会进一步提升。像北京这样发达的、人口密集的大城市,电力在一次能源消费中的占比提高将会成为大势所趋。在这样的情况下,除了保障电力供应安全,加快电力供应的低碳化、清洁化也显得尤为重要,毕竟城市环境管理和碳排放管理的终点,不应是污染和排放转移。”能源基金会清洁电力项目主任陆一川说道。

  展望未来,北京仍有进一步提升能源清洁化和低碳化的空间。“绿电进京计划”就是一块重要的拼图,即引入河北、内蒙古、山西等周边地区可再生能源电力,满足北京绿色电力需求。

  《北京市“十三五”时期能源发展规划》提出,加强北京与河北张家口、内蒙古赤峰、乌兰察布和山西大同等地的清洁能源合作,推动共建一批可再生能源输出基地。到2020年,年外调绿电总量达到100亿千瓦时。

  配合京张、京蒙绿色电力输送通道的建设,北京将在外来电中优先使用绿色电力,绿电规模进一步扩大。

  除了依靠大量的区外用电,金艳鸣认为,本地的可再生能源也需要进行充分地挖掘,配合外来电保障能源的有效供给。

  北京本地的可再生能源以太阳能和地热能为主。除了在既有建筑上推进分布式光伏、热泵系统的应用,新建建筑则优先使用可再生能源,新增电源建设以可再生能源为主。

  同时,北京还在探索利用关停矿区建设大型光伏地面电站,鼓励农村地区太阳能综合应用。根据《北京市“十三五”时期能源发展规划》,到2020年,全市新增光伏发电装机容量将达到100万千瓦,新增太阳能集热器面积100万平方米。

  北京的风电和生物质能也会得到有序的开发。北京计划在“十三五”期间建成百万千瓦风能生物质发电工程,完成官厅风电场四至八期工程、昌平青灰岭风光互补发电工程,加快推进延庆旧县镇等风电项目前期工作。顺义、通州、房山等地的垃圾焚烧发电工程也会上马建设。到2020年,北京新增风力发电装机容量45万千瓦,总容量达到65万千瓦;新增生物质发电装机容量15万千瓦,总容量达到35万千瓦。

  除了在供给端增加清洁能源规模,消费侧的拉动能力同样重要。扩大绿色电力消费,可以帮助可再生能源发展从政府主导逐渐走向市场主导。北京正在探索建立绿色电力交易机制,逐步形成京冀晋蒙绿色电力市场。随着政府及公共机构率先使用绿色电力,研究开展绿色电力自愿认购制度,绿色低碳消费理念将在企业和个人层面上得到鼓励。

  现有的“煤改电”、集中供热清洁改造等工程也有许多新模式可以探索。例如,在采暖领域,随着农村居民分散式电采暖的逐步推广、完善,下一步应重点考虑针对村委会、村民公共活动场所、医疗室、学校以及需供暖的农业生产设施等面积较大的集中式电采暖改造。

  新的战场、新的挑战

  今年1月,北京市生态环境局举行2018年去年空气质量新闻发布会。2018年,北京市细颗粒物(PM2.5)等四项主要污染物同比均有所改善,其中PM2.5年均浓度为51微克/立方米,二氧化硫(SO2)年均浓度再创新低,连续两年浓度达到个位数,为6微克/立方米,空气质量持续改善。

  从蓝天数量来看,2018年,北京市优良天数227天,占比62.2%,比2017年增加1天。重污染日15天,比2017年减少9天,近六年来重污染日持续减少。此外,首次实现了全年无持续3天及以上的重污染过程。北京市环境局认为,2018年“蓝天”含金量进一步提高,空气质量呈现“优增劣减”特征。

  PM2.5主要来源结构的变化引人关注。解析结果显示,经过经年的努力,北京本地源中燃煤源基本退出主要贡献源行列,而机动车从2014年的31.1%提升至45%,一跃居首。与其他来源相比,移动源的污染问题更显突出,所占比例有不断拉大的趋势。交通行业的电气化成为减少空气污染、降低碳排放下一个重要战场。

久久99re热在线播放  北京本地的机动车保有量已经从2000年的157.8万辆,跃升至2018年的608.4万辆。根据2019年北京市交通工作会议,今年北京市机动车保有量将控制在620万辆左右,同时进一步发展公共交通,将中心城区绿色出行比例提高至74%。在今年印发的《北京市打赢蓝天保卫战三年行动计划》中,更是明确将优化交通运输结构,大力推进车辆电动化作为未来三年的重点工作。北京市提出的目标是,到2020年,公交车、物流车将全部新能源化,非新能源车不能上路。

  在绿色货运方面,北京近年来将重型柴油车污染治理上升至战略高度,2017年出台政策,限制国三柴油货车通行北京市六环路及以内道路。随着“封杀令”一再升级,监管和惩罚举措也日趋严格。2018年北京人工检查重型柴油车216.8万辆,立案处罚排放超标重型柴油车32.5万辆次。

  今年11月1日,国三柴油车将从北京境内道路上彻底消失。随着城市定位转型和环境治理的进一步要求,未来传统燃油机动车是否也会与燃煤电厂和胡同煤厂一并谢幕?新能源车、电动车是否会成为未来北京交通的主力,而交通能源结构的改造将会对能源结构,尤其是电力供应系统提出怎样的挑战?在中国南方的海南和深圳,地方政府管理者们正在进行一场新的,大胆的尝试,未来他们的经验也许会帮助北京市回答这些问题。而蓝天正如一面明镜,将继续照鉴京城的低碳发展。


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