采暖和蓝天可否兼得

  这些天，北京的小伙伴们又上演了新一届的“朋友圈杯雾霾段子大赛”

  “根据达尔文进化论，随着大气污染的加剧，未来的人类进化最快的部位是鼻毛。”

  “空气太差会不可能影响下一代的长相？答案是会的，原因是很多人相亲的时候看不清对方长什么样。”

  11月26日至12月1日，北京迎来了“今年以来最严重的大气污染过程”。特别是12月1日，北京全城多地出现空气质量指数（AQI）“爆表”现象，能见度不足200米。这天，居住在北京的人们几乎都能用一张灰图代表身处北京任何一个地方不仅、故宫、鸟巢纷纷“消失”在人们的视线里，北京许多标志性建筑如央视大楼也纷纷“发射成功”。

  12月2日夜间，北风如约而至，送来一个清爽干净的北京。紧接着，环保部公开表态称找到了这次雾霾“元凶”：燃煤和工业排放入冬以来燃煤供暖和工业排放造成污染物排放量迅速增加。

  随着北方进入采暖季，我国多地（特别是华北和东北地区）进入雾霾高发期。监测数据表明，冬季是我国大气污染比较集中的时期，全国重点区域各省（区、市）供暖季PM2.5平均浓度均比全年平均浓度高20％左右。特别是北方地区，在进入采暖期后，受季节性燃煤影响，污染物排放量剧增。

  为了应对雾霾天气，不少城市都在供暖方式上采取了改进措施。北京市近年来一直在实施燃煤锅炉清洁能源改造，现在清洁能源占比已达80%左右，今年城六区将基本实现无燃煤锅炉。

  然而，此次北京所受的“霾伏”非但不比以往有所减轻，雾霾持续天数、空气质量指数反而超过了历史同期的程度。

  同济大学环境科学与工程学院教授蒋大和在接受《中国科学报》记者正常采访时表示，北京这次雾霾如此严重，有可能受到更大范围污染源的影响。

  “气象条件的变化有可能引发地区性的污染浓度峰值。像北京这次严重雾霾，不像是污染源突然高过往年，而是即使京津冀减少了产能，污染物还可以因为气象条件从山东、江苏、山西、河南、安徽等地传输过来。在北京地区积压造成新的峰值。”蒋大和对记者说，北京是26日开始雾霾加重的，到11月29日还在原来严重的程度内。反而是11月30日、12月1日，PM2.5浓度上升到新的峰值。“我认为可以怀疑山东、山西、河南、安徽的污染物向北输送影响到了北京。”

  蒋大和和记者说，11月26日~29日这几天的天气条件，PM2.5很难被清除掉，容易被输送和积累。

  河北、山东等地的雾霾成因与燃煤采暖关系不小。也就是说，北京此次遭遇强雾霾天气，燃煤排放污染物的积累和输送难脱干系。

  环保部近日组织对北京、天津以及唐山、廊坊、保定、沧州等京津冀大气污染防治核心区散煤洁净化工作进行了专项督查。督查发现，煤质不达标仍旧是焦点问题之一，此次环保部随机抽查10家集中供热企业，7家储煤煤质未达到非电工业用煤标准。

  据住房城乡建设部城市建设司一位负责的人介绍，供暖只是压垮空气质量的最后一根稻草。表面看是供暖导致雾霾，但根子还是供暖结构和消费模式不合理。我国北方绝大部分地区城镇和农村建筑的采暖是依靠燃煤，而且存在大量低质煤。城市大院、农村民宅使用的独立小锅炉比较多，污染物的排放就比较大。

  一个当前无法改变的事实是，我国是世界最大的煤炭生产和消费国，年消耗量约在40亿吨标煤上下，燃煤在我国能源结构中仍占约65%~70%。

  资源禀赋决定了我国煤炭产业的出路在于实现煤炭的清洁高效利用。今年两会以来，“煤炭洁净利用”开始为人们熟知和关注，而如何加快洁净煤的发展和有效利用，更是人们关注的焦点。

  一般意义上的煤炭“清洁”主要是指将煤炭中的灰分、硫分和其他有毒有害元素的去除，一般要经过洗煤和脱硫脱硝这两个技术步骤。否则这些有害于人体健康的物质遇到高温会氧化，一旦进入烟气中就成了污染物，再净化的成本更高。

  在不多的拥有蓝天的日子里，“APEC蓝”“阅兵蓝”让人印象非常深刻。然而这些短暂的北京蓝的背后是限煤和限排。中国工程院院士曹湘洪曾在接受《中国科学报》采访时指出，要解决煤炭利用中的污染问题，不应仅停留在“限煤”方面，发展煤炭清洁利用更是关键举措。

  据曹湘洪介绍说，在我国煤炭消耗结构中，大中型火力发电厂等“用煤大户”每年烧掉约80%的燃煤，其余20%煤炭被小锅炉或居民用于餐饮、取暖。

  “用煤大户用煤情况相对集中，所以更容易做到对其进行污染控制。为此，我们应着力于借助清洁利用技术，治理大户用煤的污染问题。”曹湘洪说，目前利用IGCC技术，火电站尾气已达到近零排放的清洁程度。

  相比于常规燃煤发电技术，整体煤气化联合循环（IGCC）电站具有发电效率理论值高（实际值因为系统不稳定、个别电站的好坏差距相当大）、空气污染物排放低等特点。因此，IGCC也被业界认为是洁净煤发电技术中的关键和希望，是煤炭的“救世主”，有望“曲线救国”。

  然而，尽管IGCC的前景几乎无人质疑，但高成本却使其饱受争议。据一位不愿透露姓名的业内人士指出，虽然IGCC电站目前并不稳定，甚至同一座电站在不同期间的发电效率变动也很大，但IGCC目前最大的障碍仍旧是成本。

  位于天津滨海新区的临港工业区的华能天津“GreenGen”电站示范工程是中国第一个，也是目前唯一的IGCC 电站，根据财经国家新闻网的报道，当前华能IGCC电站的投资估计已达到了每千瓦13000~14000块钱。现在IGCC电站的上网电价一度电约0.5元，但电价成本却接近0.9元。据华能内部的人偷偷表示，目前IGCC电站不仅赔固定资产的折旧，也赔变动成本，“基本上一个月亏一亿元”。

  谷歌公司曾在2007年时提出了“Re C”的愿景，希望借由发展技术让可再次生产的能源变得比煤炭更便宜。然而，随着IGCC洁净煤技术的发展，意外反向地“实现”了“C Re”，即如果未来燃煤发电采用IGCC技术，那么燃煤发电就会比可再生能源还要贵得多。

  据了解，华能天津GreenGen的发电成本已经比风力发电贵一倍，跟太阳光伏发电成本接近。而美国两座最新的IGCC电厂造价比GreenGen还要高几倍。按这样的趋势发展下去，“C Re”多少有点讽刺。

  中科院大气物理所研究员王庚辰在接受《中国科学报》记者正常采访时说，目前在煤炭清洁利用方面，发展了许多脱硫脱硝的技术方法，有些技术很成熟。只不过这些技术限于成本等因素，并没有被很好地使用。

  “环保意味着成本增加，这对于大规模的公司而言或许还可承担，但对更多的小企业来讲就难以承受。”王庚辰和记者说，许多小企业明知道上面来查，还是我行我素。“为什么？他们也没办法，成本高可能是迈不过去的一道坎。”

  早在今年5月，国务院副总理在京津冀及周边地区大气污染防治协作机制第四次会议上就曾强调，全力推进燃煤控制，一手抓煤炭减量，一手抓散煤替代。

  冰岛首都雷克雅未克是目前世界上最清洁的首都之一。然而，人们或许很难来想象，就在上世纪90年代，雷克雅未克的上空也被雾霾所笼罩。1970年，雷克雅未克实现99.8%的住宅采用地热系统供暖，全市区90%的能源来自地热。2008年，雷克雅未克成为国际知名的环境友好型城市标杆。

  中国地热物理学会地热专业委员会主任、中科院地质与地球物理研究所研究员庞忠和告诉《中国科学报》记者，冰岛成功利用地热供暖的模式，在中国也有样板，就在距离北京不远的河北雄县。

  庞忠和介绍说，“雄县地热城”是中科院地质与地球物理所和中石化绿源公司科研合作的成果之一，是利用“大型岩溶热储”地热资源实现规模化城市供暖、打造无烟城的国家示范工程，是河北版图上为数不多的一抹绿色，被誉为“雄县模式”。

  “地热能是我们脚下踩着的宝，京津冀地区地热资源丰富，开发出来用于冬季供暖的话，能够为减少雾霾解决一部分问题。”庞忠和和记者说，现在地热供暖在技术上已经没什么阻碍了，随着浅层地热产业规模的形成，成本也会降下来。

  今年11月，北京市地勘局、北京市地热研究院近日在通州西集地区打出了本市第三眼水温高达92℃的地热井，出水量也超出预想。据测算，西集地区的地热资源若充分开发，将足够为300多万平方米的建筑清洁供热。北京市政府领导考察后希望新的北京政府办公楼能够用上地热供暖。

  “习主席在巴黎气候大会作出2030年减少碳排放的政府承诺，也给我们提出了要求。现在雾霾又来得这么凶猛，我认为地热的推广力度还需要再加强。”庞忠和对记者说，浅层地热到处都有，现在该产业每年以十几个百分点的速度在增长。

  “我们算了笔账，”庞忠和说，“整个中国的地热能包括浅层热、水热和深层热如果都利用起来，每年应该能够超过10亿吨标准煤的利用量。”现阶段中国能源消费的年消耗量约在40亿吨标煤上下。替代10亿吨标煤的概念，就是20%以上能源为清洁能源，空气污染将减少近1/4。

  “这值得举国家之力去做。”庞忠和指出，地热资源虽然说不上取之不尽用之不竭，只要前期调查评价工作到位、设计到位，合理把握开采量，是能做到持续利用的。

  要解决煤炭利用中的污染问题，不应仅停留在“限煤”方面，发展煤炭清洁利用更是关键举措。

  地热能是我们脚下踩着的宝，我国许多地方地热资源丰富，开发出来用于冬季供暖的话，能够为减少雾霾解决一部分问题。

  当地时间11月18日，英国能源和气候变化大臣Amber Rudd在公布英国新的能源发展趋势和能源政策时表示，英国政府计划到2023年限制燃煤电站使用，到2025年将关闭所有的燃煤电站。

  目前，煤炭发电占英国电力的近三分之一。联合国政府间气候平均状态随时间的变化专门委员会（IPCC）在2014年的报告中称，持续增长的煤炭消耗带来的二氧化碳增加，使得地球温室效应加剧。与此同时，煤炭的燃烧产生二氧化硫和其他一些有毒化学物质不仅威胁着人类肺部健康，还导致了建筑物结构的损伤以及海水的酸度增加。而根据某种计算方式，煤炭发电厂所排放的辐射物质甚至比核电厂所排放的还要多。

  “对于发达经济体来说，如英国，依靠污染严重、50岁高龄的燃煤发电站是不能让人满意的。以煤炭为原料的火力发电站不是未来。我们应该构建新的能源基础设施，来适应21世纪。”Rudd说。

  “我们要确保英国有安全、充足、可供给的能源。这些是家庭、企业现在和未来能依靠的。英国正在解决投资不足、老化的电站，代替以可靠，效率高能减少碳排放的电站。”Rudd在新闻发布会上称。

  除了英国政府，一些发达国家也在行动。今年8月份，奥巴马公布了他所称的有史以来抗击气候平均状态随时间的变化的“最宏大、最重要”的一步《清洁能源计划》的最终版本，将减少美国对煤电的依赖程度，同时逐步发展风能、太阳能等可再次生产的能源。这也是2014年11月奥巴马访华时，中美共同发表的气候声明中的承诺。据估计，为了达到这一目标，数百座燃煤发电站将被关闭。

  此外，加拿大的安大略省也在2014年宣布，全省已关闭所有燃煤电厂，这相当于700万汽车停止行驶，对环境有更大改善效应。

  然而，“告别煤炭”在能源上的支出将是印度、非洲这样的发展中国家所难以承担的。贫穷问题也同样危害着发展中国家居民的生命安全，而缓慢的经济稳步的增长更将拖累其领导人在能源问题上作出改变。

  值得一提的是，在这次的气候大会上，中国再次承诺2030年单位GDP的二氧化碳排放比2005年下降60%~65%，2030年非化石能源比重提升到20%左右，2030年左右化石能源消费的二氧化碳排放达到峰值，2030年森林蓄积量比2005年增加45亿立方米。（赵鲁 整理自网络）

  在可再次生产的能源大家族中，地热是唯一的来自地球内部的能量。我们的地球正处于“壮年期”，地心温度高达4500℃，因此能量巨大。由于人类利用的热量很小，地温通常能在相同的时间尺度上恢复，因而地热能是可再次生产的能源。并且，地热能是一种清洁的能源，基本上不污染大气，也不排放温室气体。

  尽管地热能具有巨大潜力和显著的优势，但是由于技术发展水平及政策等因素的制约，目前它在能源结构中发挥的作用仍然较小。

  不过，未来地热能可望发挥非常大作用。近年来，国际能源署（IEA）、政府间气候变化组织等先后牵头制定了世界地热能技术路线图，充分肯定了地热能在未来能源构成中的重要地位。

  地热能分为浅热、水热和干热3种主要类型。其利用方式包括发电和直接利用两个主要方面。考虑到技术上的差异，IEA的路线图仅包括水热能和干热能开发。根据目前的评价结果，水热型地热能的电力资源量为每年45EJ（或12500TWh），这一个数字相当于2008年全世界发电量的62%。而直接利用的地热资源量为每年1040EJ，相当于289000TWh，这一个数字是2008年全世界用热量的6.5倍。

  此外，干热岩地热资源的开发潜力巨大。尽管目前尚未作出全球总量的评价结果，但是，美国和中国的数据已表明，这个量也将是个天文数字。据美国麻省理工学院的评估报告，美国在深度3.5~7.5km、温度150~250℃范围内具有约1330×104EJ的巨大热量资源，只开发这些资源的2%，就等于2006年美国一次能源消耗量的2600倍。

  目前，全球共有78个国家利用地热能，其中27个国家拥有地热发电厂。截至2010年，全球地热发电的装机容量为10.7GWe。全球地热直接利用的装机容量达到50.1GWt，约为地热发电的5倍。以1995~2010年为例，世界地热直接利用的增长率达到13%，其中浅层地热能的贡献比较大。目前这一增长率仍在保持。

  中低温地热发电技术在中国拥有悠久的历史，积累了丰富的实践经验。20世纪70年代初，我国先后在广东丰顺、山东招远、辽宁熊岳、江西温汤等地建成试验性地热电站。这些地热区热水的温度低，均属于中低温地热，大部分采用一次扩容发电，仅有江西温汤采用双工质循环。目前，已建成30多年的广东丰顺地热电站仍在运行。（赵鲁摘编自《科技导报》，有删节）