随着世界化石能源的日益匮乏和人类对能源需求的不断增加，加上传统化石能源电力生产过程中的环境污染，人类不得不努力寻找可以补充或替代煤炭、石油、天然气这类常规能源的可再生、环保、洁净的绿色能源。风能作为一种取之不尽、用之不竭的绿色可再生能源，与传统化石能源相比，不会产生任何有害气体、废水和固体颗粒物，环境效益相当显著。当人们用已经发展一百多年的火电厂技术与新发展起来的风电技术相比较时，总是看到其发电间歇、波动的不足，看到政府的价格补贴，得出风电成本高于火电的结论。然而当燃煤火电达到一定规模时，燃煤火电的度电成本中原本可以忽略不计的“环境成本”就变成一个不得不计量的“附加成本”。本文试图从这个角度出发，分析燃煤火电发电过程中的各种“环境成本”，把它附加到传统意义上的燃煤火电成本电价上。以此为基础把燃煤火电与风电进行成本比较，得到一个与传统概念相反的结论：燃煤火电的“完全成本”远高于风电。
研究背景
一、火电的发展与能源转型
1882年，我国第一座火力发电厂建立，距今已有132年历史。火力发电技术成熟，初期投资小，建设周期短，目前成本较低，并且对地理环境要求不高，不受季节和气候的影响。同时，与水电相比，火电不会遇到枯水期无法发电或供电能力下降的问题;与风电相比，火电的供应更加稳定，不受风速、风向等自然条件的影响;与核电相比，火电相对安全，不必担心核泄漏等安全问题。以石油、煤炭和天然气等化石能源主导的能源体系极大地推动了人类社会的发展，使人类从农业文明过渡到工业文明并不断进步。现代社会发展离不开电力，电力行业对促进国民经济的发展和社会进步起到不可磨灭的作用。我国的能源结构以煤炭为主，70%的电力来源于燃煤火电，燃煤发电是社会发展的有力保障。
然而，随着时间的推移和能源消费量的大幅度增加，传统化石能源的不可再生性和地域分布不均匀带来的能源安全问题以及对化石能源的利用所带来环境污染等问题也日益突出。化石能源价格的日趋攀升和气候变化问题不断推动着新能源技术和产业的发展，能源转型问题已经引起国际社会的广泛关注，能源结构由传统的化石能源向新能源转型、由高碳走向低碳是大势所趋。
二、我国燃煤火电污染严重，损失巨大
在我国把火电作为主要电力来源发展经济的同时，自然环境也遭到巨大破坏。世界银行曾在2007年发布报告《中国污染成本》(COSTOFPOLLUTIONINCHINA)，从多方面描述了我国的环境污染问题，大气污染首当其冲。我国大气污染属于煤烟型污染，以烟尘和酸雨污染的危害最大，并呈现逐步加重的趋势。造成我国煤烟型污染的主要原因是燃煤火电为主排放的气态污染物。燃煤火电排放的气态污染物主要包括SO2、NOX、CO2、粉尘颗粒物(PM)等。2010年中国环境统计年报统计数据表明：电力行业SO2排放量占工业SO2排放量的52.8%，NOX排放量占65.1%，烟尘排放量占36.2%，分别如图1、2、3所示。
(一)污染物SO2
SO2对人类各个脏器均有损伤;其与植物中的化学元素发生反应，影响植物的正常生长;另外，SO2可以改变土壤和水体的酸性，形成酸雨。目前我国61.8%的南方城市出现酸雨，酸雨面积占国土总面积的30%，如图4所示。中国环境科学研究院等单位研究表明：我国每年由于SO2导致的经济损失超过1100亿元，如果将SO2对材料和建筑物腐蚀的影响考虑在内，该损失还会增加。
图4我国酸雨分布图
(二)污染物NOX
NOX对人类以及自然环境的破坏作用同样不可小觑，其与空气中的水气或水滴反应产生硝酸，进而形成酸雨或酸雾。2010年环保部发布《火电厂氮氧化物防治技术政策》中显示：实施全面脱硝技术后，每年可减排NOX477至609万吨，需要设备投资461至652亿元，年运行费用259至390亿元。
(三)污染物CO2
CO2作为全球排放量最大的温室气体给环境带来了极大的损害。CO2溶于海水会提高海水酸度，形成更多碳酸。过量的CO2会引起“温室效应”，造成地球上病虫害增加，物种减少，海平面上升，气候反常，海洋风暴增多，土地干旱，沙漠化面积增大等问题。
(四)污染物PM
粉尘颗粒物分为大粒径颗粒物、可吸入颗粒物(PM10)和细颗粒物(PM2.5)。PM2.5又称可入肺颗粒物，其含大量有毒有害物质，对大气环境和人类健康影响巨大。其进入肺泡的细颗粒物可以被迅速吸收、不经过肝脏解毒直接进入血液循环分布到全身，从而损害血红蛋白的送氧能力，使其丧失功能;其中的有害气体和重金属等溶解在血液中，对人体造成更大的伤害，例如加重呼吸系统疾病，引起充血性心力衰竭和冠状动脉等心脏病，如图5所示;PM2.5还可能成为病毒和细菌的载体，推动呼吸道传染病的传播;另外，世界卫生组织2013年的研究表明：PM2.5可以引起肺癌和膀胱癌。在欧盟国家中，PM2.5导致人们的平均寿命减少8.6个月;在我国，二十年的统计数据显示，烧煤的淮河以北，人的平均寿命比淮河以南人群寿命低5.52年。由卫星拍摄的我国PM2.5分布状况如图6所示。
图5PM2.5对人体的伤害图6卫星拍摄的PM2.5分布图
图6卫星拍摄的PM2.5分布图
三、计算燃煤火电完全成本的必要性
燃煤火电发电的全过程尤其是其排放的各类污染物对环境承载力产生了一定的影响。环境承载力是衡量人类社会经济活动与环境是否协调的重要指标，是指在一定时期内，在维持相对稳定的前提下，环境资源所能容纳的人口规模和经济规模的大小。由于地球的资源有限，因此环境承载力也是有限的，人类的所有活动必须在地球环境承载力的极限之内进行。但目前不可再生资源的开采将枯竭，并且在利用这些化石能源的工业进程中产生大量污染物。以燃煤火电发电为例，作为一个整体过程，从煤炭的开采、运输到电厂的燃煤发电，各个环节都会造成环境污染，这些都是与环境承载力之间出现冲突的表现。然而在我国电力价格中，煤炭发电的环境附加成本并没有计算在电价中。煤炭发电的整个生命周期过程中产生的环境附加成本，尤其是对环境的污染和对人类健康的影响已经成为制约我国社会可持续发展的重要因素。只有把环境成本计算在发电成本中，各种能源形式的发电成本相比较才有意义。因此我们有必要计算燃煤火电的环境成本(记为Ce)，其与当前燃煤火电成本电价(记为Cp)之和定义为燃煤火电全电价，即燃煤火电完全成本(记为Cc)，如式(1)所示：
Cc=Cp+Ce(1)
燃煤火电环境成本的计算
一、SO2和NOX
近年来我国电力行业SO2和NOX排放情况如图7和图8所示。本文引用“影子价格”计算SO2和NOX造成的经济损失。联合国把影子价格定义为“一种投入(比如资本、劳动力和外汇)的机会成本或它的供应量减少一个单位给整个经济带来的损失”。2007年美国国家研究委员会采用剂量——响应模型确定SO2和NOX的影子价格分别为5800美元/吨、1600美元/吨，按照2007年美元兑人民币汇率换算，即44138元/吨、12176元/吨。由中国环境统计年报2007年统计数据可知，电力行业排放SO21099万吨，排放NOX811万吨。由此可计算2007年我国电力行业排放SO2和NOX带来的经济损失分别为4850亿元和987亿元。2007年我国火力发电总量为2.7万亿千瓦时，可得由燃煤火电排放SO2和NOX引起的环境成本分别为Ce(SO2)=0.1795元/千瓦时，Ce(NOX)=0.0366元/千瓦时。
二、CO2
本文利用国际碳交易机制计算燃煤火电排放CO2造成的经济损失。pointcarbonannualreport2004-2008年统计数据如表1所示，其中2008年全球碳交易量为59亿吨，碳交易额为1250亿欧元，按2008年欧元兑换人民币汇率计算，CO2排放单价为216元/吨。环境保护部环境工程评估中心数据显示：2008年我国电力行业CO2排放量为24亿吨。2008年我国火力发电总量为2.79万亿千瓦时，由此可计算燃煤火电排放CO2带来的环境成本为Ce(CO2)=0.1865元/千瓦时。
三、粉尘颗粒物(PM)
2010年，北京、上海、广州、西安四城市由于PM2.5污染造成的死亡人数、经济损失以及当年城市人口总数如表2所示。
根据表中数据可求得PM2.5污染对每位死亡患者造成的经济损失为79.5万元。《2010年全球疾病负担评估》报告显示：我国因PM2.5导致的死亡人数估计为123.4万人，由此带来的经济损失为9810亿元。环境保护部研究表明：2010年我国PM2.5排放总量为2278.4万吨，其中火电行业排放的一次细颗粒物PM2.5为100.8万吨，排放的SO2转化为二次细颗粒物PM2.5为350万吨，排放的NOX转化为二次细颗粒物PM2.5为265.5万吨，排放的SO3转化为二次细颗粒物PM2.5为107.3万吨，合计占全国PM2.5排放总量的36.1%。2010年我国火力发电总量为3.33万亿千瓦时。综合以上数据，2010年由PM2.5造成的燃煤火电环境成本为Ce(PM2.5)=0.1065元/千瓦时。
综上，燃煤火电排放的气态污染物导致的环境成本如表3所示。
四、煤炭开采
本文采用条件价值评估法(CVM)并与直接市场法和间接市场法相结合计算煤炭开采过程导致的燃煤火电环境成本。有数据表明，开采单位煤炭的生态环境经济损失为81.09元/吨-81.37元/吨，本文取81.23元/吨。根据国家电网能源研究院经济与能源供需研究所公开数据：2010年我国电力行业煤炭消费17.3亿吨，结合2010年我国火力发电总量332533363.7万千瓦时，可计算出由煤炭开采过程带来的燃煤火电环境成本为Ce(煤炭开采)=0.0423元/千瓦时。
a)煤炭运输
目前我国煤炭运输方式主要有铁路、公路和水路运输，无论采用哪种方式运输，均会排放温室气体及其他有害气体，造成环境污染。
根据《中华人民共和国铁道部2008年铁道统计公报》，2008年全国铁路货物发送量完成329035万吨，煤炭运量完成169146万吨，占51.41%。全国铁路货物周转量为23360.32亿吨公里，煤炭周转量为8360.28亿吨公里。根据铁道部统计中心得出的铁路运输大气污染排放因子，可计算出2008年我国煤炭铁路运输的污染物排放量，结合前文计算出的大气污染物环境成本，可得煤炭铁路运输的环境成本，如表4所示。2008年我国火力发电总量为278573680.4万千瓦时，由此可计算煤炭铁路运输的环境成本Ce(铁路运输)=0.0029元/千瓦时。
根据《2009年公路水路交通行业发展统计公报》，2008年我国公路货运平均运距为171.48公里，总周转量为1664.35亿吨公里，水路货运平均运距为1706.66公里，总周转量为6952.93亿吨公里。结合公路与水路运输主要排放因子的数值，可计算出2008年我国煤炭公路运输的污染物排放量，由前文计算出的大气污染物环境成本，可得煤炭公路运输的环境成本，如表5所示。2008年我国火力发电总量为278573680.4万千瓦时，由此可计算煤炭公路运输的环境成本Ce(公路运输)=0.0007元/千瓦时。
Ce(煤炭运输)=Ce(铁路运输)+Ce(公路运输)(2)
根据公式(2)可得由煤炭运输造成的燃煤火电环境成本为Ce(煤炭运输)=0.0036元/千瓦时。
b)热污染
热污染是指自然界和现代化工农业生产以及人类生活中排出的各种废热所导致的环境污染。其中燃煤火电排放废水中含有的大量废热不可忽视。热污染通过使受体水和空气温度升高的作用污染大气和水体，导致全球变暖、干旱地区增多、沙化严重、气候变异等危害。热污染主要包括水体热污染、大气热污染和全球影响这三个方面。燃煤火电排放的废热水直接造成水体热污染，从而间接引起大气热污染并对全球气候产生负面影响。热污染可能破坏海洋吸收二氧化碳的能力，从而使地球变得更热，同时滋生新的细菌和病毒，杀害海洋生物，威胁人类健康，破坏生态平衡，加快物种灭绝。热污染引起的两极冰原融化最初可能导致洪水肆虐，随着冰川枯竭，河流就会断流。作为生命之源的水资源一旦减少或枯竭，其对动植物和人类的影响将是不言而喻的，目前尚未统计出由热污染造成的经济损失，但并不能忽略热污染问题，我们必须意识到热污染对整个地球、对全人类造成的危害并积极采取相应措施有效控制热污染。
燃煤火电完全成本
综上，燃煤火电环境成本可以由公式(3)表示：
考虑燃煤火电对环境的污染及破坏带来的经济损失后，燃煤火电完全成本Cc(燃煤)为燃煤火电成本电价Cp(燃煤)与燃煤火电环境成本Ce(燃煤)之和，见公式(4)，具体数据如表6所示：
Cc燃煤=Cp燃煤+Ce燃煤(4)
风电完全成本
2009年7月，国家发改委价格司发布《关于完善风力发电上网电价政策的通知》，按风能资源状况和工程建设条件，将全国分为四类风资源区，成本电价如表7所示。由于风力发电整个过程不会产生环境污染物，因此不计环境成本，即Ce(风电)=0，风电成本电价Cp(风电)即可作为风电完全成本Cc(风电)，如公式(5)所示：
Cc风电=Cp风电(5)
结语
综合以上分析，燃煤火电完全成本与风电完全成本如表8所示。
由表8数据可以看出，燃煤火电完全成本比风电完全成本高出79.35%，风力发电的经济效益十分显著。“火电成本低，风电成本高、需要政府补贴”的传统理念需要被更新，当前实行的燃煤火电成本电价并没有将煤炭发电对环境污染的经济损失计算在内，即燃煤火电的环境成本被忽略掉，而煤炭发电对环境产生的破坏是潜在的、深远的、不可逆的，对人类健康和生态环境的影响仅用资本来衡量是不够的。政府对风电行业的补贴并不是补贴风力发电成本，而是补贴其对环境的贡献，是风力发电生态效益的体现。因此我们必须加快改造燃煤火电发电设备，减少污染物排放，降低煤炭发电在总发电量中的比重，减轻其对环境的破坏，同时鼓励风电设备的研发制造，支持风电先进技术的快速发展。在由传统的化石能源向新能源和可再生能源转型、由高碳走向低碳的能源转型方面与国际接轨。(来源：《风能》;作者：徐蔚莉，天津大学管理与经济学部;李亚楠、王华君，河北工业大学新能源科学与工程系)
