中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：隨著世界化石能源的日益匱乏和人類對(duì)能源需求的不斷增加，加上傳統(tǒng)化石能源電力生產(chǎn)過(guò)程中的環(huán)境污染，人類不得不努力尋找可以補(bǔ)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(huì)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(lái)的風(fēng)電技術(shù)相比較時(shí)，總是看到其發(fā)電間歇、波動(dòng)的不足，看到政府的價(jià)格補(bǔ)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(shí)，燃煤火電的度電成本中原本可以忽略不計(jì)的“環(huán)境成本”就變成一個(gè)不得不計(jì)量的“附加成本”。本文試圖從這個(gè)角度出發(fā)，分析燃煤火電發(fā)電過(guò)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(jià)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(gè)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(guó)第一座火力發(fā)電廠建立，距今已有132年歷史。火力發(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(duì)地理環(huán)境要求不高，不受季節(jié)和氣候的影響。同時(shí)，與水電相比，火電不會(huì)遇到枯水期無(wú)法發(fā)電或供電能力下降的問(wèn)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(duì)安全，不必?fù)?dān)心核泄漏等安全問(wèn)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(dòng)了人類社會(huì)的發(fā)展，使人類從農(nóng)業(yè)文明過(guò)渡到工業(yè)文明并不斷進(jìn)步。現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展離不開(kāi)電力，電力行業(yè)對(duì)促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步起到不可磨滅的作用。我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)以煤炭為主，70%的電力來(lái)源于燃煤火電，燃煤發(fā)電是社會(huì)發(fā)展的有力保障。
然而，隨著時(shí)間的推移和能源消費(fèi)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(lái)的能源安全問(wèn)題以及對(duì)化石能源的利用所帶來(lái)環(huán)境污染等問(wèn)題也日益突出?；茉磧r(jià)格的日趨攀升和氣候變化問(wèn)題不斷推動(dòng)著新能源技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，能源轉(zhuǎn)型問(wèn)題已經(jīng)引起國(guó)際社會(huì)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(shì)所趨。
二、我國(guó)燃煤火電污染嚴(yán)重，損失巨大
在我國(guó)把火電作為主要電力來(lái)源發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)，自然環(huán)境也遭到巨大破壞。世界銀行曾在2007年發(fā)布報(bào)告《中國(guó)污染成本》(COSTOFPOLLUTIONINCHINA)，從多方面描述了我國(guó)的環(huán)境污染問(wèn)題，大氣污染首當(dāng)其沖。我國(guó)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(shì)。造成我國(guó)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(guó)環(huán)境統(tǒng)計(jì)年報(bào)統(tǒng)計(jì)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(duì)人類各個(gè)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(zhǎng);另外，SO2可以改變土壤和水體的酸性，形成酸雨。目前我國(guó)61.8%的南方城市出現(xiàn)酸雨，酸雨面積占國(guó)土總面積的30%，如圖4所示。中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院等單位研究表明：我國(guó)每年由于SO2導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)1100億元，如果將SO2對(duì)材料和建筑物腐蝕的影響考慮在內(nèi)，該損失還會(huì)增加。
圖4我國(guó)酸雨分布圖
(二)污染物NOX
NOX對(duì)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(shí)施全面脫硝技術(shù)后，每年可減排NOX477至609萬(wàn)噸，需要設(shè)備投資461至652億元，年運(yùn)行費(fèi)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(lái)了極大的損害。CO2溶于海水會(huì)提高海水酸度，形成更多碳酸。過(guò)量的CO2會(huì)引起“溫室效應(yīng)”，造成地球上病蟲(chóng)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(wèn)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(duì)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(guò)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(duì)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(dòng)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(dòng)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(guó)家中，PM2.5導(dǎo)致人們的平均壽命減少8.6個(gè)月;在我國(guó)，二十年的統(tǒng)計(jì)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(guó)PM2.5分布狀況如圖6所示。
圖5PM2.5對(duì)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(jì)算燃煤火電完全成本的必要性
燃煤火電發(fā)電的全過(guò)程尤其是其排放的各類污染物對(duì)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(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)與環(huán)境是否協(xié)調(diào)的重要指標(biāo)，是指在一定時(shí)期內(nèi)，在維持相對(duì)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(dòng)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(kāi)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(gè)整體過(guò)程，從煤炭的開(kāi)采、運(yùn)輸?shù)诫姀S的燃煤發(fā)電，各個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)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(guó)電力價(jià)格中，煤炭發(fā)電的環(huán)境附加成本并沒(méi)有計(jì)算在電價(jià)中。煤炭發(fā)電的整個(gè)生命周期過(guò)程中產(chǎn)生的環(huán)境附加成本，尤其是對(duì)環(huán)境的污染和對(duì)人類健康的影響已經(jīng)成為制約我國(guó)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要因素。只有把環(huán)境成本計(jì)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(jì)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(jià)(記為Cp)之和定義為燃煤火電全電價(jià)，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(jì)算
一、SO2和NOX
近年來(lái)我國(guó)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(jià)格”計(jì)算SO2和NOX造成的經(jīng)濟(jì)損失。聯(lián)合國(guó)把影子價(jià)格定義為“一種投入(比如資本、勞動(dòng)力和外匯)的機(jī)會(huì)成本或它的供應(yīng)量減少一個(gè)單位給整個(gè)經(jīng)濟(jì)帶來(lái)的損失”。2007年美國(guó)國(guó)家研究委員會(huì)采用劑量——響應(yīng)模型確定SO2和NOX的影子價(jià)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(guó)環(huán)境統(tǒng)計(jì)年報(bào)2007年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知，電力行業(yè)排放SO21099萬(wàn)噸，排放NOX811萬(wàn)噸。由此可計(jì)算2007年我國(guó)電力行業(yè)排放SO2和NOX帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失分別為4850億元和987億元。2007年我國(guó)火力發(fā)電總量為2.7萬(wàn)億千瓦時(shí)，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(shí)，Ce(NOX)=0.0366元/千瓦時(shí)。
二、CO2
本文利用國(guó)際碳交易機(jī)制計(jì)算燃煤火電排放CO2造成的經(jīng)濟(jì)損失。pointcarbonannualreport2004-2008年統(tǒng)計(jì)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(jì)算，CO2排放單價(jià)為216元/噸。環(huán)境保護(hù)部環(huán)境工程評(píng)估中心數(shù)據(jù)顯示：2008年我國(guó)電力行業(yè)CO2排放量為24億噸。2008年我國(guó)火力發(fā)電總量為2.79萬(wàn)億千瓦時(shí)，由此可計(jì)算燃煤火電排放CO2帶來(lái)的環(huán)境成本為Ce(CO2)=0.1865元/千瓦時(shí)。
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(duì)每位死亡患者造成的經(jīng)濟(jì)損失為79.5萬(wàn)元?！?010年全球疾病負(fù)擔(dān)評(píng)估》報(bào)告顯示：我國(guó)因PM2.5導(dǎo)致的死亡人數(shù)估計(jì)為123.4萬(wàn)人，由此帶來(lái)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(guó)PM2.5排放總量為2278.4萬(wàn)噸，其中火電行業(yè)排放的一次細(xì)顆粒物PM2.5為100.8萬(wàn)噸，排放的SO2轉(zhuǎn)化為二次細(xì)顆粒物PM2.5為350萬(wàn)噸，排放的NOX轉(zhuǎn)化為二次細(xì)顆粒物PM2.5為265.5萬(wàn)噸，排放的SO3轉(zhuǎn)化為二次細(xì)顆粒物PM2.5為107.3萬(wàn)噸，合計(jì)占全國(guó)PM2.5排放總量的36.1%。2010年我國(guó)火力發(fā)電總量為3.33萬(wàn)億千瓦時(shí)。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(shí)。
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(kāi)采
本文采用條件價(jià)值評(píng)估法(CVM)并與直接市場(chǎng)法和間接市場(chǎng)法相結(jié)合計(jì)算煤炭開(kāi)采過(guò)程導(dǎo)致的燃煤火電環(huán)境成本。有數(shù)據(jù)表明，開(kāi)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(guó)家電網(wǎng)能源研究院經(jīng)濟(jì)與能源供需研究所公開(kāi)數(shù)據(jù)：2010年我國(guó)電力行業(yè)煤炭消費(fèi)17.3億噸，結(jié)合2010年我國(guó)火力發(fā)電總量332533363.7萬(wàn)千瓦時(shí)，可計(jì)算出由煤炭開(kāi)采過(guò)程帶來(lái)的燃煤火電環(huán)境成本為Ce(煤炭開(kāi)采)=0.0423元/千瓦時(shí)。
a)煤炭運(yùn)輸
目前我國(guó)煤炭運(yùn)輸方式主要有鐵路、公路和水路運(yùn)輸，無(wú)論采用哪種方式運(yùn)輸，均會(huì)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(guó)鐵道部2008年鐵道統(tǒng)計(jì)公報(bào)》，2008年全國(guó)鐵路貨物發(fā)送量完成329035萬(wàn)噸，煤炭運(yùn)量完成169146萬(wàn)噸，占51.41%。全國(guó)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(jì)中心得出的鐵路運(yùn)輸大氣污染排放因子，可計(jì)算出2008年我國(guó)煤炭鐵路運(yùn)輸?shù)奈廴疚锱欧帕?，結(jié)合前文計(jì)算出的大氣污染物環(huán)境成本，可得煤炭鐵路運(yùn)輸?shù)沫h(huán)境成本，如表4所示。2008年我國(guó)火力發(fā)電總量為278573680.4萬(wàn)千瓦時(shí)，由此可計(jì)算煤炭鐵路運(yùn)輸?shù)沫h(huán)境成本Ce(鐵路運(yùn)輸)=0.0029元/千瓦時(shí)。
根據(jù)《2009年公路水路交通行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》，2008年我國(guó)公路貨運(yùn)平均運(yùn)距為171.48公里，總周轉(zhuǎn)量為1664.35億噸公里，水路貨運(yùn)平均運(yùn)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(yùn)輸主要排放因子的數(shù)值，可計(jì)算出2008年我國(guó)煤炭公路運(yùn)輸?shù)奈廴疚锱欧帕?，由前文?jì)算出的大氣污染物環(huán)境成本，可得煤炭公路運(yùn)輸?shù)沫h(huán)境成本，如表5所示。2008年我國(guó)火力發(fā)電總量為278573680.4萬(wàn)千瓦時(shí)，由此可計(jì)算煤炭公路運(yùn)輸?shù)沫h(huán)境成本Ce(公路運(yùn)輸)=0.0007元/千瓦時(shí)。
Ce(煤炭運(yùn)輸)=Ce(鐵路運(yùn)輸)+Ce(公路運(yùn)輸)(2)
根據(jù)公式(2)可得由煤炭運(yùn)輸造成的燃煤火電環(huán)境成本為Ce(煤炭運(yùn)輸)=0.0036元/千瓦時(shí)。
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(guò)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(gè)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(duì)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(shí)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(huì)斷流。作為生命之源的水資源一旦減少或枯竭，其對(duì)動(dòng)植物和人類的影響將是不言而喻的，目前尚未統(tǒng)計(jì)出由熱污染造成的經(jīng)濟(jì)損失，但并不能忽略熱污染問(wèn)題，我們必須意識(shí)到熱污染對(duì)整個(gè)地球、對(duì)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(duì)環(huán)境的污染及破壞帶來(lái)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(jià)Cp(燃煤)與燃煤火電環(huán)境成本Ce(燃煤)之和，見(jiàn)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(guó)家發(fā)改委價(jià)格司發(fā)布《關(guān)于完善風(fēng)力發(fā)電上網(wǎng)電價(jià)政策的通知》，按風(fēng)能資源狀況和工程建設(shè)條件，將全國(guó)分為四類風(fēng)資源區(qū)，成本電價(jià)如表7所示。由于風(fēng)力發(fā)電整個(gè)過(guò)程不會(huì)產(chǎn)生環(huán)境污染物，因此不計(jì)環(huán)境成本，即Ce(風(fēng)電)=0，風(fēng)電成本電價(jià)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(yǔ)
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(bǔ)貼”的傳統(tǒng)理念需要被更新，當(dāng)前實(shí)行的燃煤火電成本電價(jià)并沒(méi)有將煤炭發(fā)電對(duì)環(huán)境污染的經(jīng)濟(jì)損失計(jì)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(duì)環(huán)境產(chǎn)生的破壞是潛在的、深遠(yuǎn)的、不可逆的，對(duì)人類健康和生態(tài)環(huán)境的影響僅用資本來(lái)衡量是不夠的。政府對(duì)風(fēng)電行業(yè)的補(bǔ)貼并不是補(bǔ)貼風(fēng)力發(fā)電成本，而是補(bǔ)貼其對(duì)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(duì)環(huán)境的破壞，同時(shí)鼓勵(lì)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(guó)際接軌。(來(lái)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)
