清华大学贺克斌：天然气将在治霾和减碳中发挥更大作用
2017-08-19 14:40:59
摘要：清华大学环境学院教授 ，环境学院院长，中国工程院院士贺克斌出席会议并作主题演讲。贺克斌院士在演讲中表示，如果把天然气的使用问题解决好，其将在治霾和减碳中将发挥更大的作用。
图为清华大学环境学院教授 ，环境学院院长，中国工程院院士贺克斌
能源新闻网讯 2017年8月19日，由国务院发展研究中心资源与环境政策研究所主办的“2017年能源大转型高层论坛”在北京召开，清华大学环境学院教授 ，环境学院院长，中国工程院院士贺克斌出席会议并作主题演讲。贺克斌院士在演讲中表示，如果把天然气的使用问题解决好，其将在治霾和减碳中将发挥更大的作用。
以下为贺克斌院士演讲文字实录：贺克斌：谢谢主持人，非常高兴有机会来参加论坛，就天然气利用和大气环境质量控制问题给大家汇报一些东西。我想从长期以来，相对于油气，天然气是清洁能源，这是大家的共识，不需要专门的论述。但是我想由于近年来，包括前面两位领导致辞中讲的，我们社会经济发展和能源和环境的因素受到了国内外的高度关注，特别是社会上产生了一些对天然气的认识问题，所以有必要的重点谈一谈对这些方面的问题的认知，我们知道用英文的字头来将，经济能源环境生态都是用E打头的，我们经常讲四个E是一个大系统，所以在我们的经济转型中能源和环境密不可分这是非常重要的。
我想我们可以看到中国在社会经济发展到今天确实受到了很大的环境发展的制约，这是2012年通过卫星反演出的全球PM2.5的浓度分布，我们可以看到整个中国东部和印度的北部是全球浓度最高的地方。我们也可以看到在北京的空气质量问题经常受到国内外的高度关注，这次2016年在联合国UNEP环节署发布的一份报告，关于北京1998-2013年空气污染控制的这样一个评估报告。我是这个报告的牵头作者。这里有一些信息大家可以看到，北京在1998-2013年这15年当中的GDP增长了720，机动车增长了300%，人口增长了70%，能耗增长77%，这种情况下，北京针对煤的问题，通过火电厂，煤的工业锅炉，燃煤的工业锅炉和民用用煤有一系列措施，横着是1998-2013年的时间轴，纵向是什么阶段采取了什么措施，1998年开始我们就可以看到就采取了强有力措施，特别是2005年开始煤改气，2010年开始的天然气的热电联供，发挥了非常重要的作用，第二个是针对它的机动车有很多措施，横着倒数紫框第三排，清洁能源和新能源的机动车里面CNG车从1999年就开始改造，所以整个过程中，对于气的利用，当然我们可以看到对于煤炭的情节利用和对像天然气这样的相对煤气清洁能源的加大比例的使用，这是同时在用的两个手段，所以我想这个思路中可以看到什么成绩呢？北京在GDP涨幅、人口涨幅和机动车涨幅这么大的情况下，这样的涨幅在世界历史上去查，这种大都市是非常罕见的。
但是，我们在中国的空气质量的六个指标中有四个指标是在持续下降，其中有两个指标是一氧化碳和二氧化硫，已经稳定的达到了国家的标准，还有两个指标是接近达到。目前我们还剩两个指标，一个是PM2.5，特别是冬季的，一个是臭氧，是夏季的，这是截止到2013年的时候面临的空气质量问题，但是我们不能单一的讲到就是空气质量不好，六个指标中一一来说的话，我们取得的成绩和面临的挑战，也都是非常明显的。
所以说2013年开始，国家才推出了强有力的空气质量改善，大气污染防治的行动计划，国务院直接推出，其中京津冀地区明确要求PM2.5要下降25%，到今年年底就要做到。
我们再来看目前的情况是什么样的呢？我们可以看到这是全国二氧化硫排放的变化情况，从1990年到2015年，我们可以看到从2005年开始国家采取总量控制的政策之后，总量就开始在下降，特别是我们的火电厂，下边的红颜色的部分，下降幅度，2013年大气十条开始实施之后，又有一个折线的明显下降，特别是对于燃煤的超低排放也有少量的，像北京这样的地区开始做这个燃气电厂的改造。氮氧化物从2012年开始，全国的总量开始下降，仍然是火电厂脱硫脱硝的功能是最明显的，一次PM2.5从排放口出来的PM2.5，也是从2005年是一个节点，2013年是一个节点，两次下降的幅度明显的加大。
所以我们可以看到，从现在开始，尽管我们的总的几种主要污染物的排放量，还是比较大的，但是我们从2005年开始全面下降的希望还是非常明显的。那么我们可以看到，排放量是地上的，我们最关心的是天上的污染物的浓度，这是中国国家标准要求的六种污染物的浓度，那么我们可以看这六种污染物的浓度，有五种都是在不同程度上下降的。臭氧在最近两年有所上升PM2.5下降得非常明显，氮氧化物的浓度也是在比较明显的下降。现在面临的问题是，经常我们可以看到，过一段时间冬季采暖季就来了，包括在北京会感觉到有这么多的雾霾的现象，或者是说污染比较重的现象，这张图非常清晰说明一个问题，这四个方块从2013-2016年四年，纵向是京津冀等十三个城市，从最北边的秦皇岛到最南边的邯郸的这十三个城市的排序，可以看到这四个方块全年平均的改善效果是非常明显，视觉效果非常明显。红色、紫色是污染种的，黄色和绿色是轻的，黄色是优，绿色是良，可以看一年的一头一尾，11月份，12月份的时候是采暖季，紫色和红色就出来了，三四月份，四五月份，五六月份的时候很多的蓝天，冬季的时候重污染还是没有完全消除，特别是有的时候，还有加重的情况。
我们就会来看到为什么冬季有比较重的现象，PM2.5是一果多因，天上的PM2.5是地上多种污染源排放的，包括我们的化石能源的使用，更重要的是它一次排放的PM2.5飞到天上，特别是二次形成，也就是像二氧化硫，氮氧化物排到天上之后，会通过化学反应形成硫酸盐硝酸盐，成为PM2.5里面的重要成分，2015年12月份的一个例子，整个31天，出现了总共四次，特别是25号那次，20-25号前后，非常高的浓度，可以看到这个浓度中红颜色是硫酸盐，蓝颜色的硝酸盐，二氧化硫是氮氧化物转换过来的，重污染的时候非常明显。在这个图上是棕色的二氧化硫。二次的成分非常高。
第二个特点 是蓝颜色的柱子浓度非常高，那是大气当中的水气含量或者是叫相对湿度，所以我们经常说北方的冬季非常干燥，但是每次重污染形成的时候，湿度都会影响。所以说这是中国气象局团队给出的一个长期的统计，2013-2015年三年时间，凡是出现重污染的时候，相对湿度在80%，这是说明湿度，或者是说大气当中的水分对他的影响非常明显。
第二个是最新的科研成果也表明我们传统的大气化学理论在国际认知上，认为臭氧是引起二次化学反应的一个氧化剂，但是在北京重雾霾的时候，臭氧的浓度几乎是零，最新的成果表明氮氧化物在这里，在中国已经出现了和国际上，洛杉矶和伦敦的现象不一样的是，氮氧化物成为了一个重要的氧化剂，相对的排序已经超过了臭氧和过氧化氢，因为我们国家空气中水气的含量问题。二氧化碳的浓度比较高的问题，还有北方的偏碱性的，像氨等颗粒物里面的碱性成分的排放，所以造成了这个反应过程。
也就是说我们从科学认知上，空气当中的水分增加会加重重雾霾的形成，空气当中的二氧化氮的浓度增加会加重重雾霾的形成，这是大家有基本共识的。
接下来的问题是有一部分的报告开始用这个跟天然气关联，因为天然气燃烧会增加空气中的水分，所以会加剧雾霾的形成，第二个是天然气燃烧会增加氮氧化物的排放，也会加剧雾霾的形成，在我们做PM2.5雾霾控制的专家队伍里面，大家对前面的这个小节这部分是认同的。后面是大家没有想到的，就是说一开始也没有太在意，到后来发现在互联网、甚至是有一些给我们领导的报告中，对决策层的影响开始显现，所以对这些问题已经有一些正式的报告，或者是说今天这个场合给大家介绍一下这个方面的问题。
首先一个，燃气和燃煤来比是不是大量的增加了水汽的排放，一个电厂排放水，一个是烟囱，一个是冷却塔和燃机里面的机力塔，这是以大唐电厂为例给出的例子，这两个排水系统加在一起的话，这个燃气跟燃煤比可能并没有增加，甚至水分明显的少。第二个问题是这两个烧出来的水和天然大气当中的水形成的气态水和液态水来比较，根本不值一题，或者是说微乎其微，下面我想给出这个，这个是中国气象科学研究院的专家，我们反复讨论的时候提出来，如果我们按照全国天然气消耗量，我不和煤气比了，就说天然气消耗的水，都算的话，一千八百亿立方米产生的气态水两千八百亿千克，这些气态水百分之百转成液态水，体积是2.89亿方液态水，假设这些液态水的形成都平摊到我国东部，东南部，360万平方公里，相当于一年里面是0.08毫米，每天是0.00022毫米的降水量，跟大气当中正常的可降水量的60来比较的话，是27万分一之，所以你算这个的话，根本就不要考虑了。但是我们单一拿出来的时候，一下子有这么多，2.89亿立方米，他对大气当中的水的转换不是非常了解。
另外还有报告提出北京一千公里范围内，空气当中因为采暖季的时候，一天燃烧天然气有15万吨的液态水，那个计算一点儿错没有，教科书上也有计算流程，但是问题和刚才一样，就是把它折算成每天都算百分之百液体水的话是0.15，折算成采暖季，25毫米的液态水的话，是千分之六，也就是0.6%，这是微乎其微的。所以说我们在这个方面，并且更不用说煤跟天然气之间比较，天然气没有增加它的液态水。所以说这两个澄清之后，它把它当成一个因素，甚至是引用了我们做环境的一些，思路会影响雾霾，问题是它是微乎其微的因素。所以你要单一的拿出来说，让大家误解成一个排序第一的因素，这是一个最大的问题。第二个是说它的排放，天然气是国际上给出来的一些平均的信息。就是说煤、油、天然气，无论从常规的二氧化硫，氮氧化物，还是全球关心的碳排放，明显的低这次一个基本的事实，特别是我们说要用单位发电量或者是发电量来算它的浓度，而不是用立方米，因为它的燃烧效率的不同。所以说用单位的产出千瓦小时来折的话，出来的排放系数是非常明显的差异。如果我们用一个全生命周期，从天然气的开采和使用的整个过程来比较的话，煤、油、天然气的比较也是非常明显的，天然气的氮氧化物的排放明显比它低的情况。
是不是说它开采的时候少，燃烧的时候，它是一个什么样的变化呢？我们单独把它的每个周期拿出来来看的话，煤炭的情况和生命周期，和天然气的几段生命周期来比，基本上在它的二分之一还要弱。有的大概是三分之一的这种情况。
所以我们在这里可以看到，无论是初始浓度，还是采取了控制措施的浓度，可以说，第一对比二氧化硫和颗粒物，大家现在没有争议，天然气几乎是近零的排放系数，但是比氮氧化物，天然气初始浓度不比煤的高，第二个是采取技术措施，比如说低碳加上后续的控制，SCR这些措施以后，跟煤之间的超低排放来比较的话，大家在一个水平的，所以说明显的减少了硫和尘，没有增加氮氧化物的排放，这是基本的结论。
这个是大唐的一个电厂，一年下来比较燃煤和燃气机组的排放，氮氧化物，二氧化硫和烟尘的排放也是明显的降低。我们可以看到从2013年开始，中国大气十条开始实施以后，京津冀是一个特别的地区，国务院有特殊的要求，所以北京、天津、河北的规划里面，它的总能耗在这几年当中有作增加，但是，它的天然气的用量，蓝色的那部分是明显增加的，分别就北京和天津、河北，都有增加。我们当时说是指望煤转气得到相当的减排量，可以看到北京、天津、河北分别拿天然气来干什么，用到民用的桃色的柱子，天然气发电是北京、天津比较多，是红色的部分，河北基本上是民用和中小工业锅炉，我们说这个地方集中做了那么多天然气的使用，是不是如果按照前面说排放的那两个重要的因素，那么它的氮氧化物的浓度，PM2.5的浓度，是北京从2013-2016年的PM2.5，氮氧化物和二氧化硫的浓度情况，氮氧化物是二氧化氮来讲的，可以看到PM2.5的下降，可以说里面一次也下降了，还有其他的措施，如果天然气大大增加氮氧化物的话，二氧化氮的浓度也是下降了16%，一氧化硫大家没有争议，一直下降，从20%，16%，13%，无论从地上因素来看，还是天上因素来看，天然气回到油和煤来讲，无论是常规污染物还是说碳，它都是一个清洁能源，这一点是毋庸置疑的，我们提出了以上的这些观点，供大家参考。
最后一个小节是空气当中的水份和二氧化氮，确实会增加会产生雾霾，问题是和大气当中的降水量相比，燃气人为产生的水气对形成重雾霾的影响是微乎其微的，包括燃煤的水分折算下来也是微乎其微的，与燃煤相比，燃气发电可以大大降低二氧化硫和颗粒物的排放，氮氧化物，按照单位发电量的初始排放也明显较燃煤低，和燃煤一样采取适当的减排措施，比如说低碳燃烧，SCR技术，这之后可以更较燃煤排放来降低。所以天然气从环境角度来讲，用得越多，对环境改善的减排压力会起很好的作用，关键是有气用，用得起，我们有的地方谈到会希望用，有气用，用得起，如果我们把这个问题解决好，在治霾和减碳会发挥更大的作用，怎么有气用，怎么用得起，这不是我的专业，我不敢在这里多说，我今天在这里洗耳恭听，请大家多利用天然气，使环保的压力会大大缓解，使我们冬天能有更多的蓝天，谢谢大家。(能源新闻网)
注：本文整理自贺克斌于“2017年能源大转型高层论坛”上的致辞，未经本人审阅。
