綠色能源與燃煤發電:燃煤電廠該何去何從

燃煤電廠 Image copyright Getty Images

我乘火車去參觀英國最後幾個燒煤發電廠之一,經過了三個正在吸收陽光的太陽能發電站。我還路過了一個叫艾格伯勒(Eggborough)的燃煤電廠,它幾乎已經停止了運行。巨大的冷卻塔上沒有蒸汽升起。它將於九月關閉。

但我要參觀的這家燃煤電廠不同。它以當地一個村莊的名字德拉克斯(Drax)命名,是西歐最大的發電廠。到2023年,電廠主人計劃完全停止燃煤。他們希望自己的發電廠將只消耗天然氣和生物燃料——碾成粉末的木屑顆粒。

未來幾十年裏歐盟有一些減少污染的重點目標,許多國家已指定關閉燃煤電廠,以實現這些目標。在英國,政府計劃到2025年結束燃煤發電。

類似的故事發生在世界其它地方。包括美國在內的許多國家正在遠離煤炭,因為其它能源變得越來越便宜,而環境法規也讓這種礦物燃料的市場遇冷。

但這留下了一個大的問題:我們該如何處置那些舊的發電廠呢?

過去一個世紀以來,這些電廠一直是全球能源市場的重要參與者。這些電廠接入國家電網花費昂貴,這意味著簡單地拆除它們可能並不明智。許多人,包括德拉克斯電廠的管理層,都堅持認為還有另一種方式。

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Image caption 只有倒下的樹木被能從空氣中吸收二氧化碳的新樹苗所取代時,生物燃料才能減少碳排放。

德拉克斯的規模是顯而易見的。在容納鍋爐和渦輪機的巨大建築兩側,矗立著六座米色冷卻塔。白色的蒸汽飄向天空。在廠房的中央矗立著一個高達259米的煙囪。電廠背後有一大堆煤——但是工作人員告訴我,現在比以前少了很多。

煤炭被放在這裏,直到它被傳送帶運到發電站,碾碎並在高溫下燃燒。熔爐把水加熱,使其變成蒸汽,通過複雜的管道系統,使渦輪機以每分鐘3000轉的速度穩定旋轉。這種發電方式很簡單,但污染嚴重。

能量轉換

這在很大程度上解釋了為什麼這裏用煤炭的日子真的屈指可數。今年4月,英國整整3天沒有使用任何燃煤發電——下降的速度遠遠快於許多人的預期。這一趨勢意味著,自2018年初以來,英國總共已經有1000小時不使用煤炭能源,已經超過了去年的記錄。

「2012年,燃煤發電佔了能源組合的45%,」智庫機構「碳跟蹤」(Carbon Tracker)的格雷(Matthew Gray)說。「如今這個比例非常低。」

然而,從電廠運營商的角度來看,替換煤炭並不容易。該公司首席執行官科斯(Andy Koss)表示,這是因為生物燃料是一種比煤炭更難以處理的物質。

「它會堵塞設備,」科斯說,他還記得早期將生物燃料移動到煤炭傳送帶上的實驗是如何導致顆粒分解並產生塵埃的。和煤炭不同,生物燃料必須一直保持乾燥,以免膨脹成無用的粥狀混合物。它甚至很容易起火,因為它會慢慢氧化,所以對於成堆的生物燃料必須經常檢查其溫度是否上升。德拉克斯花了7億英鎊進行能源轉換,確保新的生物燃料可以得到小心處理,在發電廠內沿著防雨的通道進行運輸。

該發電廠還投資修建了4座球徑圓頂,每座高50米,用於在現場儲存生物燃料。每天都有16列有蓋火車抵達,並存放更多的木屑顆粒,以保證發電廠的燃料供應充足。貨車通過一個棚子,當車輪滾過地面的格柵時由磁鐵觸發,自動打開。木屑顆粒從格柵中流出,落入下面深處的一個洞穴,然後被帶到圓頂中臨時存放。

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Image caption 德拉克斯發電廠從煤炭到生物燃料的轉換,耗資7億英鎊。

就生物燃料處理而言,「我認為它是世界上規模最大的,」科斯說。在我訪問的時候,德拉克斯的煤炭發電能力和生物燃料發電能力均為20億瓦。它現在已經完成了第四個生物燃料發電機組。剩下的兩個最終會燒天然氣。

德拉克斯試圖將自己重塑為一個標新立異的形像,告訴人們如何利用一個老舊的燃煤電廠。在那裏,人們有足夠的意願,而且確實有足夠的錢來支付這種轉換。美國許多小型燃煤電廠最近已轉為燒天然氣——這比轉為生物燃料更便宜。

德拉克斯希望在現場建造大型蓄電池,在備電網最需要時使用。世界各地還有其他類似的項目。加拿大一家名為海德羅斯特(Hydrostor)的公司已經設計出了將舊燃煤電廠改造成壓縮空氣存儲裝置的方案。當需要電力時,空氣可以被釋放出來,迫使電廠的渦輪機重新運轉。

還有很多其它的想法可以重新改造以前的燃煤電廠。2016年,中國宣佈計劃將部分燃煤電廠改造為核電站——儘管此後關於這一計劃的新聞並不多。德拉克斯遠不是世界上唯一的煤轉生物燃料項目,儘管它是最大的。在丹麥,哥本哈根的一家燃煤電廠將被改造成100%的生物燃料電廠。附近新建的焚化爐大到可以在屋頂上修建一個人工滑雪坡道。

為何煤炭污染如此嚴重?

煤炭產生一系列的污染物,尤其是溫室氣體二氧化碳(CO2)。一塊煤的碳含量在60-80%之間。煤燃燒時產生二氧化碳。溫室氣體在地球大氣層中積累,在大氣層中形成一層阻止熱量在夜間發散的物質。

燃燒煤炭還會釋放對人體健康有害的物質,如汞、氮氧化物和二氧化硫。最後,還有顆粒物,或者煤煙,也會擴散到大氣中。據估計,每年有數千人死於這些污染物。

並非所有的燃煤電廠轉換項目都是由能源生產企業完成。谷歌(Google)正在把阿拉巴馬州(Alabama)的一個舊電廠改造成數據中心。

煤炭為王

一些地方仍在繼續使用煤炭,這也是事實。儘管中國已經放棄了100多家燃煤電廠,但仍然嚴重依賴這種塵土飛揚的黑色化石燃料來滿足其能源需求。德國已經決定關閉所有核電站,目前超過五分之一的能源來自煤炭,包括褐煤(lignite)——一種污染更嚴重的燃料。

氣候新聞網站「碳簡報」(CarbonBrief)發佈的一份全球燃煤發電站互動式地圖顯示,在美國和西歐,有很多燃煤發電站關閉,但在亞洲,還有很多新電廠在建。

與此同時,一些市場對煤炭提出了質疑,然後又重新開始使用。早在2015年,澳大利亞新南威爾士州(New South Wales)政府以57萬英鎊的低廉價格出售了一家主要的燃煤電廠。當時,政界人士認為,該電廠將在10年內關閉,但隨後該地區的電價飆升至峰值。這座電廠現在價值4.15億英鎊,它的新主人近期內沒有計劃關閉它。

不過,對煤炭的信心也許並不總是能得到回報。在波蘭,能源巨頭PGE一直在對舊的煤炭基礎設施進行大量投資,希望在未來幾年繼續燃燒煤炭能源。但這要花費數億美元,與此同時,可再生能源,尤其是風能和太陽能價格正迅速下降。

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Image caption 新種植的樹木需要數年的時間才能吸收燃燒木材釋放出的等量的碳。

同樣可以質疑的是,一些燃煤電廠的轉換方案到底有多環保。

以生物燃料為例。雖然木屑顆粒在燃燒時會釋放碳,但它被吹捧為「綠色」是因為為它們所砍伐的樹木可以隨著時間的推移被種上新樹苗,之後可以再次吸收碳。但並不是每個人都認同這確實使生物質發生碳中和(carbon-neutral)。甚至德拉克斯年報的第33頁也顯示,生物燃料每單位發電產生的二氧化碳比煤炭多——這是此種燃料的一個嚴重問題。

德拉克斯的一位老闆回應了支持生物燃料的主要觀點,他告訴我,這個問題可以通過立刻補償提供生物燃料的森林來解決。德拉克斯還說,考慮到森林的補充和供應鏈排放,使用生物燃料意味著最終排放的二氧化碳比使用煤炭少80%。

但是新的樹木的生長需要幾十年。此外,在全球範圍內,森林的總體規模正在縮小。於是全球的森林重新吸收大氣中二氧化碳的能力正在變得越來越差,而不是越來越好。

「我同意這是件壞事,」科斯說。但是關於森林砍伐,他堅稱,「森林砍伐發生在我們的木材來源以外的地區……我們與此完全無關。」

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Image caption 為了從生物質中發電,食品碎片被壓成粉末,然後被送入焚化爐。

沒錯,但這不足以說服一些環保人士。一些專家指出,我們現在需要快速減排,而不是等上十年或幾年讓新的樹木生長。

德拉克斯希望通過另一種方式來減少碳排放:生物能源碳捕獲儲存技術(BECCS,bioenergy carbon capture storage)的試點。電廠燃燒生物燃料產生的氣體,如果一切繼續進行下去,將通過一種溶劑,這種溶劑與排放的二氧化碳發生反應,在二氧化碳進入大氣之前將其捕獲。然後這些二氧化碳就可以被回收,這樣溶劑就可以一次又一次被用於捕獲。這是一種很聰明的方法,而且已經在一兩個地方上進行了商業應用。德拉克斯也正在測試一個新版本。

很明顯,煤炭停用之後發電廠還能繼續生存。但是,如果我們要充分利用這些笨重的舊電廠,我們就需要智慧、有環保意識,並凖備為有意義的結果提前付出代價。

煤炭為世界提供了數十年的電力。它是維多利亞時代成就的象徵。與其簡單地將其一掃而空,我們還不如利用這個曾經偉大的產業所遺留下來的結構進行創新。

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