煤炭清潔發(fā)電可破解能源困局

　　我國一次能源資源的稟賦特點是“富煤、貧油、少氣”。目前，煤炭在我國化石能源資源儲量中占比約94％，石油、天然氣合計不足6％。但我國能源消費結構中，煤炭占比不足65％，石油、天然氣則高達24.7％。資源儲量和消費結構上的不平衡使得我國能源產業(yè)發(fā)展面臨安全保障、經濟性和環(huán)境保護等諸多挑戰(zhàn)。我們的研究表明，立足我國國情，大力發(fā)展煤炭清潔發(fā)電、實施能源終端消費革命才是破解我國能源發(fā)展困局的有效途徑。

　　我國能源產業(yè)面臨的主要挑戰(zhàn)

　　1.安全保障挑戰(zhàn)

　　目前，我國石油年產量僅能維持在2億噸左右，增產潛力很小。但2013年我國原油表觀消費量達到4.87億噸，石油對外依存度已達到58.1％，遠超過50％的警戒線。與此同時，經濟發(fā)展和環(huán)境保護拉動我國天然氣剛性需求快速增長。特別是受治理霧霾天氣影響，全國多個省份加快煤改氣進程，導致天然氣需求量過快過猛增長。2013年我國天然氣表觀消費量已達到1676億立方米，天然氣進口量同比大增25％，達到530億立方米，天然氣對外依存度首次突破30％，達到31.6％。天然氣供應不足導致“氣荒”時有發(fā)生, 嚴重影響區(qū)域能源安全和社會穩(wěn)定。2013年冬季西安市出現天然氣供應緊張，影響了10萬余戶居民的家庭生活和取暖用氣。

　　此外，我國油氣進口大部分來源于中東、非洲和南美等地區(qū)，由于進口通道受制于人及我國遠洋自主運輸能力不足,石油天然氣穩(wěn)定供應面臨挑戰(zhàn)。近年來我國雖然加大了海外油氣合作項目的開發(fā)力度,但易受到地緣政治形勢、地區(qū)沖突以及出口國調整政策和西方對石油出口國相關制裁等因素影響，難以形成穩(wěn)定可靠的油氣供應來源,直接影響到我國的經濟安全。

　　2.經濟性挑戰(zhàn)

　　近年來，隨著我國政府對風電等可再生能源的扶持力度不斷加大，可再生能源產業(yè)發(fā)展迅猛，非化石能源占一次能源消費結構比重已超過10％。但可再生能源產業(yè)存在成本較高的問題，目前風電發(fā)電成本約0.45元/千瓦時，太陽能光伏發(fā)電約0.6元/千瓦時，分別是煤電（約0.3元/千瓦時）的1.5倍和2倍。受日本福島核事故后強化安全措施等影響，核電發(fā)電成本已上升至0.85元/千瓦時，其經濟性正在減弱。

　　天然氣作為清潔替代能源，被許多地方政府寄予厚望，紛紛提出將大量的工業(yè)燃煤鍋爐、燃煤電廠改造成以天然氣為燃料。

　　北京市計劃到2016年基本完成全市規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)燃煤設施清潔能源改造。河北石家莊計劃在2017年底前，基本完成燃煤鍋爐、窯爐、自備電站的天然氣替代改造任務。除氣源不足的問題外，天然氣也同樣存在經濟性較差的問題，燃氣發(fā)電成本（約0.8元/千瓦時）是煤電的近3倍，燃氣供熱成本則是高效燃煤鍋爐的約2倍。

　　清潔能源替代一方面導致政府財政負擔加重。2012年我國可再生能源電價附加補貼缺口已增至200億元左右。北京市“煤改氣”工程不算初始投資，每年僅運行費用支出至少164億元。蘭州市供熱企業(yè)政策性虧損逐年增加，財政連年補貼負擔沉重。另一方面導致居民生活支出和企業(yè)運營成本的增加。十年來,全國電價累計上漲超過0.17元/千瓦時,漲幅30％—40％。蘭州市2014年已將天然氣集中供熱價格由每月每平米4.2元上調為5元。電力、熱力等基礎性商品價格的上漲，必然會加重居民生活負擔、提升幾乎所有行業(yè)商品與服務的成本。

　　3.環(huán)境保護挑戰(zhàn)

　　傳統(tǒng)能源生產和消費方式引起的污染物排放已使我國生態(tài)環(huán)境不堪重負。二氧化硫、氮氧化物、可吸入顆粒物等排放對空氣、水體、土壤造成了十分嚴重的環(huán)境污染。2012年，我國酸雨區(qū)面積占到國土面積的12.2％。如按歐盟標準，我國95％左右的城市空氣質量不達標。2013年以來，嚴重霧霾天氣的覆蓋范圍越來越廣、發(fā)生頻度越來越高、持續(xù)時間越來越長。除了大氣污染以外，水污染、土壤污染、地面塌陷、水土流失等問題也日趨突出，發(fā)達國家200多年工業(yè)化進程中分階段出現的環(huán)境問題正在我國集中出現。生態(tài)環(huán)境問題已經成為整個社會最重要，最迫切需要解決的問題之一。

　　為解決傳統(tǒng)能源生產利用方式帶來的環(huán)境保護問題，有兩種途徑可供選擇：一是加快去煤化進程，轉而發(fā)展天然氣、核能、風能、太陽能，大幅提高清潔能源、可再生能源比重；二是立足國情，堅持煤炭主體能源地位不動搖，著力推進煤炭清潔高效利用。從安全保障和經濟性考慮，采取第一種路徑——盲目的“去煤化”存在諸多問題。而隨著煤炭綠色開采技術、超低排放燃煤發(fā)電等技術攻關和示范工程建設取得重大進展，采取第二種路徑——“煤炭清潔高效利用”能夠大幅減少對生態(tài)環(huán)境的影響，超低排放燃煤電廠可以達到天然氣電廠污染物排放限值。此外，通過發(fā)展煤制油、煤制天然氣等現代煤化工項目還可實現大規(guī)模油氣替代，提高我國能源供應安全程度。

　　三種煤炭清潔高效利用方式的對比分析

　　目前較為成熟的煤炭清潔高效利用方式有三種，即“煤炭發(fā)電”“煤制油品”“煤制天然氣”。三種方式的能效、成本、耗水及環(huán)保排放、安全性等存在一定差異。下面以不同煤炭清潔高效利用方式在交通領域的應用為例，即“煤炭—電力—電動車”“煤炭—油品—燃油車”“煤炭—天然氣—燃氣車”進行逐一比較分析。

　　1.能效比較

　　我們將煤炭運輸、轉化、輸配環(huán)節(jié)、發(fā)動機效率等各個環(huán)節(jié)的能效匯總，得到不同轉化路線的煤基能源產品全生命周期能效，從研究結果來看，“煤炭—電力—電動車”方案的總能效（28.6％）高于“煤炭—油品—燃油車”（19.2％）和“煤炭—天然氣—燃氣車”（13.3％）方案，分別是后兩者的1.49倍、2.15倍。也即，1噸標準煤通過“煤炭—電力—電動車”可使車輛行駛3627公里，通過“煤炭—油品—燃油車”僅可行駛2434公里，通過“煤炭—天然氣—燃氣車”僅可行駛1693公里。因此，“煤炭—電力—電動車”的能源轉化效率最高。

　　2.不同車輛運營成本對比

　　油品售價按7.72元/升、天然氣按3.1元/標方、電價按0.68元/度分別測算，燃油大巴運營成本最高52.41萬元/年，壓縮天然氣（CNG）大巴運營成本次之35.56萬元/年,電動大巴運營成本最低僅35.2萬元/年。此外，隨著我國天然氣市場化步伐加快，價格逐年上漲將成為必然趨勢。國家發(fā)改委宣布自2014年9月1日起將非居民用存量氣價每米提高0.4元。此次調整是為了達成2015年存量氣價與增量氣價并軌、分步理順存量氣價格目標而邁出的第二步。而另一方面，我國正在推進新一輪電力體制改革，未來發(fā)電廠將可能直接面向用戶售電，電網僅收取過網費。目前多數發(fā)電企業(yè)的度電成本在0.4元/度以下，過網費按0.1元/度測算，售電價僅0.5元/度，較我們測算電價0.68元/度下降0.18元/度，年運營成本可再節(jié)省1.8萬元。因此，“煤炭—電力—電動車”運營成本最具競爭力。

　　3.耗水及環(huán)保排放比較

　　煤炭轉化過程對環(huán)境的影響指標主要包括耗水量和污染物排放量；汽車運行對環(huán)境的影響指的是尾氣排放和噪音對環(huán)境的影響。耗水方面，轉化1噸標準煤常規(guī)煤炭發(fā)電耗水1.96立方米，采取空冷節(jié)水技術后可降至0.7立方米，而煤制油需要耗水1.8立方米、煤制天然氣耗水4.38立方米。進一步比較從煤炭到車輪的耗水量，即考慮不同轉化方式的能效，折算到汽車行駛相同距離的耗水量，“煤炭—電力—電動車”方式每千公里耗水量0.19立方米，小于“煤炭—油品—燃油車”的0.86立方米和“煤炭—天然氣—燃氣車”的2.59立方米。

　　從污染物排放角度分析，隨著各類最新環(huán)保技術的應用，煤發(fā)電、煤制油和煤制天然氣等煤炭轉化過程中，均可實現污染物的近零排放。電力輸送和車用電池的充放電過程以及電動車運行可以實現包括二氧化碳在內的污染物零排放。電車汽車行駛中產生的噪聲也遠遠小于燃油、燃氣汽車。因此，“煤炭—電力—電動車”方式對環(huán)境造成的負面影響最小。

　　4.安全性比較

　　油品、天然氣在存儲、運輸、使用等環(huán)節(jié)存在較大的安全隱患。據統(tǒng)計，我國油氣管道每千公里泄漏事故率為年均3次，遠高于美國的0.5次、歐洲的0.25次。一旦發(fā)生事故，生命財產損失非常巨大。中石化青島輸油管爆炸事故，致62人亡136人傷，直接經濟損失7.5億元。燃氣由于高壓、易燃易爆等因素，安全事故頻發(fā),傷亡損失慘重。據不完全統(tǒng)計，2013年因燃氣泄露引發(fā)的爆炸事件已達220余起，死傷1000余人，經濟損失達8.5億元。與之相比，電力的生產、輸配和使用都相對安全。因此，“煤炭—電力—電動車”方式安全性最高。

　　推動能源終端消費革命和煤炭清潔發(fā)電

　　通過以上分析看出，煤轉化為電能是最安全、經濟、環(huán)保的利用方式。推動能源消費革命，促進能源發(fā)展方式轉變，應堅持以煤炭為基礎、以電力為中心，大力推動煤炭清潔高效轉化利用戰(zhàn)略和電能替代戰(zhàn)略。

　　1.逐步擴大電力終端消費比重

　　在所有的終端消費能源中，電能是最為安全、高效、經濟、環(huán)保的能源。從國內外能源發(fā)展趨勢來看，電力消費比重擴大是大趨勢，電能是近20年消費增長最快的能源品種。目前，我國人均用電量剛達到世界平均水平，電能消費比重較日本等發(fā)達國家低近5個百分點，我國的電力消費仍有較大提升空間。研究表明，我國電能占終端能源消費的比重每提升一個百分點，單位GDP能耗可下降4％左右。

　　使用電力能源替代煤、油、氣等常規(guī)終端能源，可以通過大規(guī)模集中轉化和污染物集中處理來提高燃料的使用效率、減少污染物排放。據專家測算，通過全面實施電能替代，2015年、2017年、2020年我國東中部地區(qū)PM2.5排放可比2010年分別降低12％、20％、28％左右。

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