昔日能源之王卷土重來
????作者：Jeremy Main ????準確地說，它從來就沒離開過。事實上，隨著能源需求的增長，我們今后使用的煤將會更多。 ????在一個天寒地凍、晴朗無云的日子里，橫跨美國懷俄明大草原的比格霍恩雪峰在閃閃發光。在160公里外，一臺巨大的挖掘機正揮動著比足球還長的手臂，為挖出下面的煤層，它每一口都能吞下76立方米的巖石和土壤。在下面，靠近24米厚的煤層表面的地方，有一個龐大的挖土機，把這些黑色的物質挖起來，裝在載重量達400噸的卡車上。然后，卡車隆隆地開到附近的裝卸店，在那里的雙環軌道上日夜都有一英里長的火車長龍。裝運十分緩慢，但是從不停止。接下來，裝滿煤的火車啟程，穿越整個國家，每一列都能運輸15，000噸煤。這里每天都要駛出18列以上的火車，相當于每天運出25萬多噸煤，這還僅僅是一個煤礦。 ????在皮博迪能源公司(Peabody Energy)的北安特洛浦/羅切斯特煤礦(North Antelope-Rochelle mine)，這種情景一年365天都在不停上演。它是全世界最大的煤礦。去年這個煤礦一共運出了8，200萬噸煤，也就是美國每年用煤總量的8%。這個煤礦位于懷俄明州東北部與蒙大拿州南部交界處的保德河盆地腹地，該盆地被礦工們稱為“煤炭上的沙特阿拉伯”。據估計，美國現有煤礦中可采煤儲量為2，680億噸，其中儲藏的能量是沙特阿拉伯的石油中儲藏能量的兩到三倍，足夠使用兩個世紀以上。其中將近一半的儲量就在保德河盆地。蒙大拿州的儲量有750億噸，基本沒動過，懷俄明州有420億噸。這僅僅是現有煤礦中的儲量。要說可開采的儲量，美國有近5，000億噸。因為近來伊利諾斯州也成了重要產煤區，儲量達1，050億噸。 ????價格低廉、儲量豐富、不會受到國際危機的影響，這些優勢使煤這個“昔日能源之王”東山再起。然而實際上，它就從來沒有離開過。只不過除了在談到污染的時候，我們很少注意它。20世紀下半葉，其他能源吸引了我們大部分注意力，比如核能和進口石油。到了20世紀90年代，我們又開始熱衷于便宜、清潔的天然氣。所以我們沒有發現煤還有設么前途。但是，它一直沒有退出舞臺，是美國電力的最主要來源，我們使用的電力有一半都是煤炭提供的。而我們對電力的需求在持續上漲，發電量一直在穩定增長，在過去十年里大約增長了26%。而且美國能源信息局(Energy Information Administration)預測，發電量還會以每年1.8%的速度穩定增長，一直到2020年。 ????要想讓這些煤在美國的經濟中順暢地發揮作用，就必須在開采、運輸和燃燒煤的整個過程中應用某些昂貴和復雜的設備。鐵路運輸非常緊張。阿巴拉契亞出產的煙煤現在在美國的煤電領域占據者主要地位，與它相比，保德河盆地出產的無煙煤含硫較少，但蘊含的能量也比較少。許多發電廠都必須花很高的成本更新設備，才能使用來自西部的煤。 ????最重要的是，美國的煤電站數量迅速增加，中國和印度的煤電站增長甚至更快，這會向大氣中釋放千百億噸碳，《京都議定書》可能帶來的改善都會因此付諸東流。假設像越來越多的證據表明的那樣，發電廠排放的二氧化碳和其他污染物就是引起全球變暖的主要原因，那么燒煤可能成為我們面臨的最嚴重環境威脅。但是，新的技術可能使燃燒完全或幾乎完全不釋放污染物。最近10年，美國政府花費了20億美元研究清潔煤炭的技術。美國各大公司也紛紛涉足這個領域。通用電氣公司和貝克特爾公司(Bechtel)最近建立了合作伙伴關系，共同建設更加清潔的發電站。 ????美國最大的兩家煤炭生產公司的負責人，皮博迪能源公司的艾爾?恩格爾哈特(Irl Engelhardt)和肯內科特能源公司(Kennecott Energy)的布雷特?克萊頓(Bret Clayton)都承認，煤需要變得更清潔。“我們必須進行技術投資，使煤變得越來越清潔，”克萊頓說。恩格爾哈特則說，“我們的目標是接近零排放。”他們還督促美國努力實現能源組合的平衡。沒有人打算建設新的核電站，那些幾十年以前建造的核電站也已經停工了。石油和天然氣的供應日益緊張，而且價格飛漲。 ????電力公司又開始青睞煤了。現在天然氣的成本是20世紀90年代末的三倍，那時候電力公司選擇建設燒天然氣的電站，而現在他們打算建設燒煤的電站。據電力行業咨詢師羅伯特?麥基爾文(Robert McIlvarine)計算，美國正在計劃中的新煤電站大約有100個。由于其中大部分還僅僅處于方案階段，他認為很多電站將不會動工修建。即使如此，未來20年也會興建起幾十個新的煤電站。這會消耗大量的煤，發大量的電，產生大量污染物。 ????煤炭生產的增長肯定組要來自于保德河盆地。來自阿巴拉契亞的東部煤炭為美國的工業提供了兩個多世紀的電力，現在逐漸變得不足了。在過去兩年里，高質量的東部煤炭的價格翻了一番，從大約30美元一噸增加到60多美元一噸。同時，保德河盆地的煤多年來一直相當穩定，大約6美元一噸，最近也僅有小幅慢漲。但是，使用保德河盆地的煤看起來并不是非常合算，因為長途跋涉的運輸成本相當于使每噸煤的價格增加30美元左右。而且保德河盆地中的煤中的能量比東部煤炭少1/3,電力公司不得不購買更多的煤才能滿足需要。不過，與太陽能、風能和落差水能以外的其他能源比起來，西部煤炭仍然算是便宜的。 ????在這種地表采礦過程中，第一步是通過爆破疏松覆蓋層。然后巨大的挖掘機開進來把表土挖到一邊，把其余的覆蓋層挖到另外一邊。這些挖掘機在剛推出的時候每臺價值700萬美元。然后，用爆破疏松下面的煤層，再用柴油挖土機挖起疏松的煤，把它們裝到那些巨大的卡車上。這些挖土機的鏟斗足有兩輛多功能運動車那么大。最大的卡車每臺價值330萬美元，它的一個輪子就有3.65米高，價值3萬美元。 ????這些卡車像巨大的甲蟲一樣沿著寬闊骯臟的道路徐徐開到裝卸站，把煤倒進壓碎機里。煤從壓碎機出來后，通過傳送帶倒進跨在鐵軌上的大槽里。鐵軌是兩條環線，需要的時候可以一次通過兩列火車。火車的100多節車廂一次移動到槽下面，正好裝進去100噸煤。等火車裝滿15，000噸煤以后，就隆隆地開往幾百甚至千英里 的發電站。 ????北安特洛浦煤礦煤年產煤820萬噸，肯內可特能原公司在附近的煤礦斯德羅?羅喬煤礦(Cordero Rojo mine)產量是它的一半。盆地中的其他煤礦也在全年不停，一天24小時進行著這樣龐大的操作。只有積雪阻塞了吉萊特（被稱為“美國的能源之都”，人口2.4萬）北面的59號公路的日子除外。每隔12個小時，就有一班新的工人下到煤礦中去。 ????按照阿爾明州法律的規定，作業的最后一個步驟是挖掘機把覆蓋層和表土放回去，使它看起來與草原原來的等高線大致相同。然后，挖掘機蹣跚地駛過大片松軟的土地，以大約每分鐘1.83米的速度開往新的作業地點。懷俄明州環境質量部說，全州由于采礦挖開的草原共有16，510公頃，有14，973公頃已經重新播種了草種。 ????環保主義者說，煤炭公司有時候在購買合適的草種和灌木方面是很吝嗇的，特別是在購買山艾樹的時候。他們還聲稱，裁決和爆破使塵土和有時候可能有毒的煙霧在這片土地上蔓延開來。但是，總的來說，他們似乎還是相當滿意的，因為煤炭對環境影響還是比較溫和的。懷俄明州立大學拉克爾肖斯環境與自然資源研究所（Ruckelshaus Institute of the Environment and Natural Resources）主任哈羅德?伯格曼(Harold Bergman)說：“我想，每個人都會跟你說他們干得不錯。”（伯格曼對另一種采礦作業就不這么評價。那就是從12，000多個小型礦井中開采沼氣的作業。懷俄明州的牧場主和環保主義者對蔓延15，540平方公里的鉆孔、運輸、電線和噪音巨大的設備帶來的破壞感到異常憤怒。） ????由于對保德河盆地的煤的強烈需求，煤炭供應鏈開始感覺到了壓力。要買一個裝卸卡車上的那種大輪胎需要三個月的時間。鐵路還要應對集裝箱運輸的增長，也感到了壓力。有些電力公司說，煤總是在最后關頭才運到，或者根本運不到。 ????2004年，鐵路部門突然受到了經濟復蘇的影響。阿奇煤炭公司(Arch Coal)是盆地中的黑雷煤礦(Black Thunder mine)的所有者，它在去年第二季度的報告中寫道：“鐵路運輸緊張導致東西部的煤都沒辦法及時運出去，公司在某些利潤最高的業務也是如此。”這家公司說，鐵路運輸的延遲使它蒙受了800萬美元的損失。為盆地中的煤礦服務的兩家鐵路公司，即伯靈頓北方鐵路公司(Burlington Northern)和太平洋聯合鐵路公司(Union Pacific)，都在擴大規模。去年，太平洋聯合鐵路公司新雇用了5，000名工人補充到員工隊伍中去，創下了歷史紀錄。它還新買了700輛機車，又訂購了315輛。 ????在某種意義上，煤還可以沿著傳輸線運輸。在某些情況下，在懷俄明州建立坑口電廠，再遠距離傳送電力，甚至更加經濟。不管是否這么做，美國的高壓輸電網都需要加強。報事貼和透明膠帶的發明者3M公司有一項新發明，可能對實現這一目標大有幫助：該公司發明了一種傳輸線，它能夠傳送的電力是現在使用的電線的兩倍，在緊急情況下還可以傳送得更多。 ????這種新的電纜是3M公司偶然發現的。20世紀90年代初，這家公司正在研究在噴氣機發動機中使用陶瓷的問題，發現陶瓷纖維和鋁是可以兼容的。后來，現在負責電線項目的特雷西?安德森(Tracy Anderson)發現，長距離輸電線在跨越明尼蘇達州北部的湖區時，在距離比較遠的兩個高架塔之間會下垂。3M公司把它的研究與這一現象聯系起來，指出它可以利用噴氣機發動機的研究制造一種更輕的高性能電纜。傳統的電纜是用鋁包著一根鋼纜。3M公司把它的新發明叫做合成導體，它是由包在一個氧化鋁纖維核心外面的耐熱鋯鋁纜組成的。傳統的電線傳送電力時會發熱和下垂。如果負載過重，可能會垂到樹上或其他障礙物上，正是這個原因導致了2003年的電力中斷，使整個東北部地區陷入癱瘓。3M公司的新電纜能夠承受更高的溫度，而且下垂的程度也比較小，更結實，更輕。普通的導體可以傳輸800-1，000安培，而3M公司的電線平均可以傳輸1，600-1，800安培，最高可以達到傳統電線的五倍。 ????3M公司的電纜在一英里的短距離試驗中已經取得了成功。特溫城的一家公用事業機構Excel 能源公司用現在的線路和現在的高架塔，在通往郊區的線路中安裝了16英里的3M公司電纜。3M公司產品的一大突出優點是使用時不需要鋪設新的線路，也不必與“別建在我家后院”的反應作斗爭，或者建設新的高架塔。 ????盡管保德河盆地的煤儲量豐富、價格低廉、含硫量低，它也給使用煤的電力公司帶來了一些麻煩。這些煤炭里面包含的化學物質會形成黑色、像巖石一樣的渣塊，破壞鍋爐。這些渣塊有的可能像一輛小型汽車那么大，降低了發電廠的效率。有的渣塊可能從鍋爐18-25米高的頂部掉下來，把爐子的底部砸壞。更常見的情況是，要猛烈地敲擊才能把這些渣塊弄下來，有時候甚至要用小型炸藥包或散彈槍。發電廠可能要為此停產幾天。 ????現在的很多發電廠可能把70%的西部煤和30%的東部煤混在一起燒，這樣就不會產生渣塊的問題。但是，也有很多發電廠100%地使用西部的煤，如果這樣的話，它們可能就需要新的技術來解決這個問題。燃料技術公司(Fuel-Tech N.V.)是位于伊利諾斯州巴特維亞的一家污染控制公司，它開發了一種防止渣塊的方法。這個系統能夠向鍋爐中噴出劑量精確的霧化的氫氧化鎂和水的懸浮液，把渣塊變成一種無害易碎的物質，很容易清除。 ????西部農民電力公司(Western Farmers’ Electric Cooperative)是俄克拉荷馬州的一家公用事業公司，它下屬的雨果發電廠100%使用西部煤炭，結果每年不得不停工兩次，每次花五六天的時間清理渣塊。兩年前，這家公司利用燃料技術公司叫做TIFI(targeted in-furnace injection,定向熔爐注射劑)的系統解決了這個問題。 ????DTE能源公司是密歇根州的一家大型公用事業公司，該公司負責化石能源發電的副總裁羅伯特?理查德（Robert Richard）對燃料技術公司的方法非常滿意。DTE已經用這種方法改造了兩個小型發電站，還打算再改造兩個。他本來只想對TIFI做個試點，但現在看來結果非常好。這個系統帶來的節約遠遠超過了安裝和運營它的成本。新發電站的設計可以不需要燃料技術公司的系統就能處理西部的煤，但燃料技術公司的總裁史蒂文?阿拉布賴特(Steven Argabright)指出，美國還有大約400個舊鍋爐需要使用這個系統。（美國在411個發電站中大約有1，000個左右燒煤的鍋爐。） ????在煤的發展中，還有其他的新技術會使煤變得更有效率、更清潔、更通用。有些技術已經可以采用，還有一些有待試點來證明其價值。使用氣化煤的發電廠可能更清潔，也許可以做到幾乎不釋放污染物。還可以用液化煤作為汽車的燃料，這在南非已經實行好多年了。 ????根據1970年頒布的《凈化大氣法》(Clean Air Act)及其修正案的要求，發電廠大幅度減少了排放的微粒、硫和氧化氮。它們安裝了氣體洗滌器，使二氧化硫的排放量減少到了1980年的一半。二氧化硫是造成酸雨的主要原因。 ????但是，發電廠在非常不確定的全球變暖問題上到底扮演了什么角色呢？對二氧化碳排放的限制僅限于提高電力公司的效率，因此可以用更少的煤發同樣多的電。忘記《京都議定書》吧。布什總統的《潔凈藍天計劃》(Clear Skies Initiative)只號召大家自愿控制二氧化碳的排放，他還粗暴地拒絕在議定書上簽字。但是不管怎樣，《京都議定書》的目標僅僅是到2010年減少5.2%的二氧化碳排放，所以即使美國參與，二氧化碳的排放仍然會上升，而不是下降。發展中國家不受《京都議定書》的限制，中國和印度計劃建設數百個發電站，再加上美國的發電站和其他計劃中的發電站，將會使大氣中增加千百億噸二氧化碳。 ????二氧化碳的問題不容忽視，而煤是產生二氧化碳的主要來源。正如肯內科特的克萊斯頓所說，“只有解決了煤的問題，才能解決碳的問題。“前環境保護署署長兼兩黨聯合委員會（該委員會去年12月發布了能源政策報告）主席威廉?賴利(William Reilly)說，“煤炭氣化與二氧化碳隔離技術相結合，有可能使能源生產發生革命性的變化。” ????他指的是一種叫做整體煤氣化聯合循環(integrated gasification combined cycle)的技術，即IGCC。現在使用天然氣的發電廠都是采取單一循環模式——由于天然氣產生的熱氣流推動選渦輪發電。這個過程沒有污染，但是效率低下，因為隨后所有的熱氣就都被浪費了。使用整體煤氣化聯合循環技術的發電廠會把這些熱氣再收集起來，用它制造蒸汽，然后用這些蒸汽發出更多的電。“聯合循環”的名稱就是由此而來。在更理想的情況下，使用整體煤炭氣化聯合循環技術的發電廠可以使用合成的氣體來發電，也就是這個行業所說的“合成氣”(syngas)，其中一部分就是氧化的煤。合成氣的燃燒比煤清潔，而且有可能解決二氧化碳廢氣的問題。大規模使用整體煤氣化聯合循環技術在經濟上還不合算，而且也沒有人真正了解如何處理那些“被收集起來的”二氧化碳——一旦這樣的發電站普遍建立，就會產生幾十億噸二氧化碳。一個可能的解決方案是把它埋藏在舊的油田或煤礦里，但這種想法可能會與核廢料一樣面臨眾多反對。 ????不管怎么說，整體煤氣化聯合循環正在逐步普及。它已經成了一項主流業務，一個不容置疑的信號就是去年通用電氣公司購買了雪佛龍-德士古(ChevronTexaco)公司的氣化操作技術，然后與貝克特爾合作，準備把整體煤氣化聯合循環技術商業化。這對合作伙伴已經共同建立了一些使用整體煤氣化聯合循環技術的試點發電站，現在它們正在與印第安納州的大型電力公司辛辛那提能源公司(Cinergy)談判，打算建設一個500-600兆瓦的發電廠。但是，使用整體煤氣化聯合循環技術的發電站要到2010年才能建成，而使它們不釋放出碳的技術需要更長的時間才能完善。 ????同時，在未來10到20年間，全世界不斷增長的電力需求仍然要靠更多的煤電站來滿足，它們肯定比老的煤電站污染少，但肯定還會釋放出碳。天然氣發的電在總的比例中將會下降。氫氣和燃料電池等其他能源可能也將被用來發電，核電也有充分的理由卷土重來，但煤在未來若干年內將仍然是能源之王。 ????譯者：廉曉紅 相關稿件
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