绿色能源与燃煤发电:燃煤电厂该何去何从

燃煤电厂 Image copyright Getty Images

我乘火车去参观英国最后几个烧煤发电厂之一,经过了三个正在吸收阳光的太阳能发电站。我还路过了一个叫艾格伯勒(Eggborough)的燃煤电厂,它几乎已经停止了运行。巨大的冷却塔上没有蒸汽升起。它将于九月关闭。

但我要参观的这家燃煤电厂不同。它以当地一个村庄的名字德拉克斯(Drax)命名,是西欧最大的发电厂。到2023年,电厂主人计划完全停止燃煤。他们希望自己的发电厂将只消耗天然气和生物燃料——碾成粉末的木屑颗粒。

未来几十年里欧盟有一些减少污染的重点目标,许多国家已指定关闭燃煤电厂,以实现这些目标。在英国,政府计划到2025年结束燃煤发电。

类似的故事发生在世界其它地方。包括美国在内的许多国家正在远离煤炭,因为其它能源变得越来越便宜,而环境法规也让这种矿物燃料的市场遇冷。

但这留下了一个大的问题:我们该如何处置那些旧的发电厂呢?

过去一个世纪以来,这些电厂一直是全球能源市场的重要参与者。这些电厂接入国家电网花费昂贵,这意味着简单地拆除它们可能并不明智。许多人,包括德拉克斯电厂的管理层,都坚持认为还有另一种方式。

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Image caption 只有倒下的树木被能从空气中吸收二氧化碳的新树苗所取代时,生物燃料才能减少碳排放。

德拉克斯的规模是显而易见的。在容纳锅炉和涡轮机的巨大建筑两侧,矗立着六座米色冷却塔。白色的蒸汽飘向天空。在厂房的中央矗立着一个高达259米的烟囱。电厂背后有一大堆煤——但是工作人员告诉我,现在比以前少了很多。

煤炭被放在这里,直到它被传送带运到发电站,碾碎并在高温下燃烧。熔炉把水加热,使其变成蒸汽,通过复杂的管道系统,使涡轮机以每分钟3000转的速度稳定旋转。这种发电方式很简单,但污染严重。

能量转换

这在很大程度上解释了为什么这里用煤炭的日子真的屈指可数。今年4月,英国整整3天没有使用任何燃煤发电——下降的速度远远快于许多人的预期。这一趋势意味着,自2018年初以来,英国总共已经有1000小时不使用煤炭能源,已经超过了去年的记录。

“2012年,燃煤发电占了能源组合的45%,”智库机构“碳跟踪”(Carbon Tracker)的格雷(Matthew Gray)说。“如今这个比例非常低。”

然而,从电厂运营商的角度来看,替换煤炭并不容易。该公司首席执行官科斯(Andy Koss)表示,这是因为生物燃料是一种比煤炭更难以处理的物质。

“它会堵塞设备,”科斯说,他还记得早期将生物燃料移动到煤炭传送带上的实验是如何导致颗粒分解并产生尘埃的。和煤炭不同,生物燃料必须一直保持干燥,以免膨胀成无用的粥状混合物。它甚至很容易起火,因为它会慢慢氧化,所以对于成堆的生物燃料必须经常检查其温度是否上升。德拉克斯花了7亿英镑进行能源转换,确保新的生物燃料可以得到小心处理,在发电厂内沿着防雨的通道进行运输。

该发电厂还投资修建了4座球径圆顶,每座高50米,用于在现场储存生物燃料。每天都有16列有盖火车抵达,并存放更多的木屑颗粒,以保证发电厂的燃料供应充足。货车通过一个棚子,当车轮滚过地面的格栅时由磁铁触发,自动打开。木屑颗粒从格栅中流出,落入下面深处的一个洞穴,然后被带到圆顶中临时存放。

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Image caption 德拉克斯发电厂从煤炭到生物燃料的转换,耗资7亿英镑。

就生物燃料处理而言,“我认为它是世界上规模最大的,”科斯说。在我访问的时候,德拉克斯的煤炭发电能力和生物燃料发电能力均为20亿瓦。它现在已经完成了第四个生物燃料发电机组。剩下的两个最终会烧天然气。

德拉克斯试图将自己重塑为一个标新立异的形象,告诉人们如何利用一个老旧的燃煤电厂。在那里,人们有足够的意愿,而且确实有足够的钱来支付这种转换。美国许多小型燃煤电厂最近已转为烧天然气——这比转为生物燃料更便宜。

德拉克斯希望在现场建造大型蓄电池,在备电网最需要时使用。世界各地还有其他类似的项目。加拿大一家名为海德罗斯特(Hydrostor)的公司已经设计出了将旧燃煤电厂改造成压缩空气存储装置的方案。当需要电力时,空气可以被释放出来,迫使电厂的涡轮机重新运转。

还有很多其它的想法可以重新改造以前的燃煤电厂。2016年,中国宣布计划将部分燃煤电厂改造为核电站——尽管此后关于这一计划的新闻并不多。德拉克斯远不是世界上唯一的煤转生物燃料项目,尽管它是最大的。在丹麦,哥本哈根的一家燃煤电厂将被改造成100%的生物燃料电厂。附近新建的焚化炉大到可以在屋顶上修建一个人工滑雪坡道。

为何煤炭污染如此严重?

煤炭产生一系列的污染物,尤其是温室气体二氧化碳(CO2)。一块煤的碳含量在60-80%之间。煤燃烧时产生二氧化碳。温室气体在地球大气层中积累,在大气层中形成一层阻止热量在夜间发散的物质。

燃烧煤炭还会释放对人体健康有害的物质,如汞、氮氧化物和二氧化硫。最后,还有颗粒物,或者煤烟,也会扩散到大气中。据估计,每年有数千人死于这些污染物。

并非所有的燃煤电厂转换项目都是由能源生产企业完成。谷歌(Google)正在把阿拉巴马州(Alabama)的一个旧电厂改造成数据中心。

煤炭为王

一些地方仍在继续使用煤炭,这也是事实。尽管中国已经放弃了100多家燃煤电厂,但仍然严重依赖这种尘土飞扬的黑色化石燃料来满足其能源需求。德国已经决定关闭所有核电站,目前超过五分之一的能源来自煤炭,包括褐煤(lignite)——一种污染更严重的燃料。

气候新闻网站“碳简报”(CarbonBrief)发布的一份全球燃煤发电站互动式地图显示,在美国和西欧,有很多燃煤发电站关闭,但在亚洲,还有很多新电厂在建。

与此同时,一些市场对煤炭提出了质疑,然后又重新开始使用。早在2015年,澳大利亚新南威尔士州(New South Wales)政府以57万英镑的低廉价格出售了一家主要的燃煤电厂。当时,政界人士认为,该电厂将在10年内关闭,但随后该地区的电价飙升至峰值。这座电厂现在价值4.15亿英镑,它的新主人近期内没有计划关闭它。

不过,对煤炭的信心也许并不总是能得到回报。在波兰,能源巨头PGE一直在对旧的煤炭基础设施进行大量投资,希望在未来几年继续燃烧煤炭能源。但这要花费数亿美元,与此同时,可再生能源,尤其是风能和太阳能价格正迅速下降。

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Image caption 新种植的树木需要数年的时间才能吸收燃烧木材释放出的等量的碳。

同样可以质疑的是,一些燃煤电厂的转换方案到底有多环保。

以生物燃料为例。虽然木屑颗粒在燃烧时会释放碳,但它被吹捧为“绿色”是因为为它们所砍伐的树木可以随着时间的推移被种上新树苗,之后可以再次吸收碳。但并不是每个人都认同这确实使生物质发生碳中和(carbon-neutral)。甚至德拉克斯年报的第33页也显示,生物燃料每单位发电产生的二氧化碳比煤炭多——这是此种燃料的一个严重问题。

德拉克斯的一位老板回应了支持生物燃料的主要观点,他告诉我,这个问题可以通过立刻补偿提供生物燃料的森林来解决。德拉克斯还说,考虑到森林的补充和供应链排放,使用生物燃料意味着最终排放的二氧化碳比使用煤炭少80%。

但是新的树木的生长需要几十年。此外,在全球范围内,森林的总体规模正在缩小。于是全球的森林重新吸收大气中二氧化碳的能力正在变得越来越差,而不是越来越好。

“我同意这是件坏事,”科斯说。但是关于森林砍伐,他坚称,“森林砍伐发生在我们的木材来源以外的地区……我们与此完全无关。”

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Image caption 为了从生物质中发电,食品碎片被压成粉末,然后被送入焚化炉。

没错,但这不足以说服一些环保人士。一些专家指出,我们现在需要快速减排,而不是等上十年或几年让新的树木生长。

德拉克斯希望通过另一种方式来减少碳排放:生物能源碳捕获储存技术(BECCS,bioenergy carbon capture storage)的试点。电厂燃烧生物燃料产生的气体,如果一切继续进行下去,将通过一种溶剂,这种溶剂与排放的二氧化碳发生反应,在二氧化碳进入大气之前将其捕获。然后这些二氧化碳就可以被回收,这样溶剂就可以一次又一次被用于捕获。这是一种很聪明的方法,而且已经在一两个地方上进行了商业应用。德拉克斯也正在测试一个新版本。

很明显,煤炭停用之后发电厂还能继续生存。但是,如果我们要充分利用这些笨重的旧电厂,我们就需要智慧、有环保意识,并准备为有意义的结果提前付出代价。

煤炭为世界提供了数十年的电力。它是维多利亚时代成就的象征。与其简单地将其一扫而空,我们还不如利用这个曾经伟大的产业所遗留下来的结构进行创新。

请访问 BBC Future 阅读英文原文

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