中國經(jīng)濟可持續發(fā)展的能源戰略方向——煤炭清潔利用

一、引言

中國目前處于城市化工業(yè)化階段，經(jīng)濟增長(cháng)方式粗放，主要靠大量能源與資源的消耗，并且對能源的需求量與日俱增。在經(jīng)濟高速發(fā)展的同時(shí)，是資源的枯竭及一系列的環(huán)境問(wèn)題。中國現在已超過(guò)美國成為了世界第一大二氧化碳排放國，同時(shí)又是作為世界第二大經(jīng)濟體，我國節能減排壓力巨大。近期持續嚴重的大范圍霧霾天氣，已經(jīng)深刻影響到人們的日常生活。作為大氣污染的主要來(lái)源，煤炭的粗放型開(kāi)發(fā)利用模式給環(huán)境生態(tài)造成了巨大壓力，直接影響了國家社會(huì )經(jīng)濟的發(fā)展。中國是世界上最大的產(chǎn)煤國和消費國，煤炭占我國能源消費結構的68%。由于我國資源稟賦特征和產(chǎn)業(yè)結構的現狀，決定了在未來(lái)相當長(cháng)一段時(shí)期內煤炭在我國能源結構中的主體地位不會(huì )改變。因此尋求一種高效、潔凈的能源利用方式是我國經(jīng)濟可持續發(fā)展的重要任務(wù)，煤炭的清潔利用將是今后中國經(jīng)濟可持續發(fā)展的戰略選擇和落腳點(diǎn)。

二、煤炭在我國經(jīng)濟發(fā)展中的重要地位在過(guò)去

20 年中，總體來(lái)看中國產(chǎn)業(yè)結構的趨勢為：第一產(chǎn)業(yè)比重持續下降，第二產(chǎn)業(yè)的第一大產(chǎn)業(yè)地位得到鞏固和第三產(chǎn)業(yè)份額明顯提高[1]，但是長(cháng)期以來(lái)一直是第二產(chǎn)業(yè)的增長(cháng)構成了中國經(jīng)濟高速發(fā)展的主要動(dòng)力[2]。而在第二產(chǎn)業(yè)中，重工業(yè)的所占比重一直很大，在經(jīng)濟發(fā)展過(guò)程中煤炭的廉價(jià)性、可得性滿(mǎn)足了我國經(jīng)濟發(fā)展的需要，使得經(jīng)濟發(fā)展對煤炭的依賴(lài)度較高。而煤炭使用過(guò)程中產(chǎn)生的污染是中國主要的大氣環(huán)境污染源。燃煤熱能是我國工業(yè)、城市供電、以及北方冬季取暖的主要資源。利用燃煤熱能的行業(yè)在我國工業(yè)總行業(yè)中的比例達到了80%。而燃煤過(guò)程中產(chǎn)生的氮氧化物、硫化物、粉塵等都是大氣污染的主要來(lái)源[3]。近十幾年來(lái)，中國煤炭資源生產(chǎn)消費量仍在持續穩步上升，見(jiàn)圖1。2013年我國煤炭產(chǎn)量為36.8億噸，占一次能源生產(chǎn)的76%。煤炭消費38億噸，占一次能源消費的66.6%，見(jiàn)圖2。中國"富煤、貧油、少氣"的能源稟賦特點(diǎn)決定了未來(lái)相當一段時(shí)間內煤炭的主體地位不可替代[5]。

圖1 中國煤炭生產(chǎn)消費及進(jìn)出口量示意圖

數據來(lái)源：EIA-Analysis-China （U.S.Energy InformationAdministration）

 

經(jīng)濟的可持續發(fā)展是由能源安全來(lái)保駕護航的。2013年，中國石油、天然氣的對外依存度已分別達到了58.1%和31.6%。受技術(shù)、經(jīng)濟、安全等因素的影響，非化石能源未來(lái)供應能力還存在不確定性。樂(lè )觀(guān)估計，到2020年，非化石能源占中國能源消費的17%，短期內也難以大規模替代傳統化石能源。因此，短時(shí)期內煤炭仍將作為中國主要的能源在能源消費構成中占有重要地位。而煤炭的清潔利用將是今后中國能源戰略的關(guān)鍵問(wèn)題[5]。
 
三、我國煤炭工業(yè)發(fā)展及煤炭清潔利用現狀

從空間分布上看，中國煤炭資源分布極不平衡，呈現出既廣泛又相對集中的特點(diǎn)。中國煤炭資源品質(zhì)的空間分布也呈現出北優(yōu)南劣、西優(yōu)東劣的格局。昆侖山－秦嶺－大別山一線(xiàn)以北地區的煤炭資源占全國的90.3％，此線(xiàn)以南地區只占到了全國的9.7%[10]。煤炭資源的空間分布與區域社會(huì )經(jīng)濟發(fā)達程度呈逆向分布又是中國煤炭資源的另一個(gè)顯著(zhù)特點(diǎn)。這種煤炭生產(chǎn)區消費區嚴重分離的現象，造成了煤炭的區域性流動(dòng),給交通和生態(tài)環(huán)境帶來(lái)很大壓力[10]。

我國煤炭工業(yè)近些年發(fā)展較快，煤炭資源整合力度持續加大，大型煤炭基地、企業(yè)發(fā)展較快。但也還存在一些現實(shí)的問(wèn)題: 第一，雖然原煤入洗率有所上升,但總體水平仍然不高。第二，煤炭直接燃燒利用比例仍然過(guò)大,有80%以上的煤炭都是以直接燃燒的形式加以利用的，潔凈高效燃燒技術(shù)推廣應用范圍小[11]。第三，煤炭集中利用程度低，在鋼鐵電力等行業(yè)中分散使用現象嚴重。第四，煤炭清潔利用技術(shù)層面發(fā)展較快,但產(chǎn)業(yè)化程度不足,政策體系有待進(jìn)一步完善。

目前學(xué)術(shù)界普遍認同的煤炭清潔利用的概念是:以提高煤炭的利用效率和減少環(huán)境污染為宗旨的生產(chǎn)、加工、燃燒、轉化及有害物質(zhì)排放控制的總稱(chēng),這些措施貫穿煤炭開(kāi)發(fā)到利用的全過(guò)程中,是經(jīng)濟、社會(huì )與環(huán)境的結合[13]。煤炭清潔利用中開(kāi)發(fā)、燃燒、轉化及污染物排放的控制這幾方面分別涉及以下核心技術(shù)：

煤炭選洗技術(shù)

洗煤就是將開(kāi)采出來(lái)的原煤中的雜質(zhì)去除提高洗后精煤的發(fā)熱量，提高熱效率，按照優(yōu)劣分成不同質(zhì)量、規格的產(chǎn)品 ,以適應不同用戶(hù)的需求，提高利用率[14]。煤炭洗選是潔凈煤技術(shù)的基礎和源頭，在煤炭潔凈利用產(chǎn)業(yè)鏈條中起著(zhù)關(guān)鍵作用。

煤炭燃燒與發(fā)電領(lǐng)域

清潔煤發(fā)電技術(shù)——整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)是指將煤炭、生物質(zhì)、石油焦、重渣油等多種含碳燃料進(jìn)行氣化，將得到的合成氣凈化后與高效的聯(lián)合循環(huán)相結合的先進(jìn)動(dòng)力系統。它代表著(zhù)21世紀潔凈煤發(fā)電技術(shù)的發(fā)展方向。

煤氣化與煤液化

煤氣化是以以煤或煤焦為原料，以氧氣（空氣、富氧或純氧）、水蒸氣或氫氣等作氣化劑，在高溫條件下通過(guò)化學(xué)反應將煤或煤焦中的可燃部分轉化為氣體燃料的過(guò)程。煤經(jīng)過(guò)氣化以后,煙塵可有效降低95%,二氧化硫可降低90%以上，是實(shí)現煤炭潔凈利用的先導技術(shù)和主要途徑[4]。煤炭液化能夠脫除煤中的礦物雜質(zhì)和有害硫份，使大量高硫煤轉化為低硫、低灰燃料，實(shí)現煤炭的潔凈利用，改善大氣環(huán)境。

污染物控制

對于煤炭燃燒過(guò)后的污染物控制方面，主要包括煙氣凈化、二氧化碳捕獲和封存( Carbon capture and storage, CCS)等技術(shù)。

其中，我國目前大氣污染治理的一項重要技術(shù)進(jìn)展為“近零排放”技術(shù)，“近零排放”是指通過(guò)綜合治理，使火力發(fā)電廠(chǎng)各項大氣污染物排放指標達到或低于燃氣電站排放指標，同時(shí)利用系統的協(xié)同脫除效應，大幅減少PM2.5微粒、汞、SO3的排放和脫硫石膏雨現象。“近零排放”目前采用的技術(shù)路線(xiàn)是對現有的脫硫脫硝除塵設施進(jìn)行增效升級改造，如圖3，這對于我國在以煤炭為基礎能源無(wú)法改變的客觀(guān)條件下，最大限度地減少污染物排放意義重大。

圖3 "近零排放"技術(shù)路線(xiàn)圖

資料來(lái)源：北京國能中電節能環(huán)保技術(shù)有限責任公司

表1 "近零排放"與一般排放指標、特別限值排放指標污染物排出情況對比表

單位：（ mg/Nm3）（以2×600MW機組為例）

目前，以北京國能中電節能環(huán)保技術(shù)有限責任公司在上海外高橋三電廠(chǎng)的示范性工程為起點(diǎn)，長(cháng)三角地區各省、山東、河北等省以及各大電力集團紛紛開(kāi)展了"近零排放"示范項目的研究和實(shí)施，具有良好的示范效應。由此我們可以看出，燃煤電站火電廠(chǎng)實(shí)施"近零排放"后，其污染物排放量較之前有大幅減少，以全國火電裝機9億KW計，如60%電廠(chǎng)實(shí)施近零排放改造，每年可減少SO2排放63萬(wàn)噸，減少NOX排放48萬(wàn)噸，減少煙塵排放24萬(wàn)噸。

四、國外煤炭清潔利用經(jīng)驗

德國煤炭清潔利用經(jīng)驗

德國煤炭資源豐富，煤炭在其能源結構中占最大比例。德國魯爾礦區的成功經(jīng)驗是世界煤炭產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)優(yōu)秀代表。德國政府把環(huán)境修復作為出發(fā)點(diǎn)和著(zhù)眼點(diǎn)，全面解決老礦區遺留下來(lái)的土地破壞和環(huán)境污染問(wèn)題。在礦山治理方面建立了比較完備的法律體系，如《德國經(jīng)濟補償法》《德國礦產(chǎn)資源法》等，保證了煤炭開(kāi)采補償有法可依。州政府設立土地基金，購地后對污染嚴重地區進(jìn)行修復處理后再出讓給新企業(yè)。其次，實(shí)現產(chǎn)業(yè)升級，關(guān)、停、并那些生產(chǎn)成本高、機械化水平低、生產(chǎn)效率低的煤礦，將采煤業(yè)集中到盈利多和機械化水平高的大型企業(yè)中。

倫敦煙霧治理經(jīng)驗

1952年12月的倫敦煙霧事件震驚世界，兩周內4000多人死亡。而今日的倫敦，空氣已經(jīng)有了極大的改善。上世紀50年代的英國和現階段的中國有很多相似之處，經(jīng)濟增長(cháng)主要靠大量能源與資源的消耗，過(guò)度依賴(lài)煤炭等化石燃料。從1958年到1978年的20年間，倫敦的顆粒物年均濃度降低超過(guò)90%，SO2降低超過(guò)80%。在這空氣質(zhì)量快速改善的20年間，倫敦政府采取的一項核心措施是大范圍的劃定煙塵控制區，并在區域內進(jìn)行壁爐的煤改氣、燃煤鍋爐的環(huán)保改造，同時(shí)禁止高污染燃料在控制區內銷(xiāo)售[24]。

五、支撐煤炭清潔化、低碳化發(fā)展的保障對策

基于以上對煤炭在我國經(jīng)濟發(fā)展中重要作用的分析以及我國煤炭清潔化、低碳化利用的現狀闡述，并結合具有典型性的國外煤炭行業(yè)可持續發(fā)展的經(jīng)驗，我國煤炭清潔利用的發(fā)展應參考以下幾方面的政策建議：

堅持科技興煤，加大科技投入

科技是第一生產(chǎn)力，而轉型發(fā)展的根本動(dòng)力在于創(chuàng )新驅動(dòng)。對中國這樣依賴(lài)煤炭資源的國家而言，最迫切需要解決的問(wèn)題是如何利用好煤炭，實(shí)現高碳資源低碳發(fā)展、黑色煤炭綠色發(fā)展。需建立新一代清潔煤能源技術(shù)研發(fā)基地和綜合性清潔煤能源創(chuàng )新產(chǎn)業(yè)園，形成技術(shù)研發(fā)、工程化研究和示范緊密結合的國家級平臺 [30]。

對于資源轉化運輸方面，通過(guò)積極發(fā)展特高壓輸電，構建起堅強的特高壓骨干網(wǎng)架，能夠顯著(zhù)增強電網(wǎng)大規模、遠距離輸電能力，促進(jìn)煤、電就地轉化，變輸煤為輸電。應提高煤炭集中利用程度，對散布各地的燃爐進(jìn)行拆除，通過(guò)整體的規劃集中供應能源，盡可能地減少終端分散利用的煤炭。煤炭清潔利用技術(shù)創(chuàng )新要將重點(diǎn)放在關(guān)鍵性的實(shí)用技術(shù)如整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC）、煙氣治理中的"近零排放"技術(shù)等。

發(fā)揮價(jià)格、稅收、補貼等的激勵和導向作用

制定重點(diǎn)行業(yè)能效、排污強度"領(lǐng)跑者"制度，對達標企業(yè)予以激勵。因此要充分發(fā)揮市場(chǎng)機制作用，完善環(huán)境經(jīng)濟政策，運用經(jīng)濟手段促進(jìn)煤炭清潔利用的發(fā)展。

首先應在深化環(huán)保電價(jià)補貼政策方面下功夫。其次，應擴大一些對污染物總量指標進(jìn)行有償分配的試點(diǎn)范圍，在借鑒國外經(jīng)驗的基礎上結合中國實(shí)際情況，國家應抓緊選擇一些條件好的地區或企業(yè)開(kāi)展排放指標有償取得和排污交易試點(diǎn)。推進(jìn)已有碳交易、二氧化硫交易平臺的科學(xué)規范運轉。另外，應加緊對煤炭開(kāi)發(fā)的生態(tài)補償政策的系統研究，重點(diǎn)選取山西、內蒙古、新疆等典型煤炭資源開(kāi)采區域，開(kāi)展煤炭開(kāi)采生態(tài)補償試點(diǎn)，再逐步推廣。政府應引導銀行業(yè)金融機構加大對大氣污染防治項目的信貸支持，提供"融智+融資"的綜合化金融服務(wù)。

大力發(fā)展城市群，提高煤炭集中利用度

在新型城鎮化的發(fā)展中，城市群將逐漸成為新型城鎮化的主體形態(tài)，中國城市在新型城鎮化過(guò)程中，需要通過(guò)大力加強城市管理、規劃、設計等能力，提高城市集約緊湊的運行能力。大力發(fā)展城市群，城市集中供暖，綜合集中利用煤炭，有助于提高能源利用效率，可有效控制燃煤的污染物排放。相比集中供暖，分戶(hù)式供暖熱量消耗比較大、浪費能源。目前我國農村及小城鎮還大量存在著(zhù)直排小型鍋爐或家庭燃爐。而人口向大城市集中，則有利于節能減排，對于全國范圍來(lái)講能源消耗總量會(huì )降低。未來(lái)我國將會(huì )有75%的人集中在城市，尤其是像西安、成都、鄭州、武漢這樣的二線(xiàn)城市，人口承載力還有很大空間，人口向這些城市集中構筑城市群，可提高集約緊湊的城市運行能力，市政基礎設施改造力度也會(huì )更大，效果更明顯[32]。相對于發(fā)達國家來(lái)說(shuō)，中國的煤炭集中利用還有很大的提升空間。美國的煤炭集中度達到80%，日本達到90%，而中國則不及50%。這也是為什么中國大氣污染控制難度大、見(jiàn)效慢的原因之一。通過(guò)提高燃煤集中度，能夠大大提高能源效率，同時(shí)減小環(huán)境治理的壓力，實(shí)現綠色經(jīng)濟。

完善促進(jìn)煤炭清潔利用的法律法規

從國外的經(jīng)驗來(lái)看，持續的立法努力是推動(dòng)污染治理持久進(jìn)行的有力保障和動(dòng)力。因此我國應該加快制訂修訂煤炭行業(yè)排放標準、開(kāi)采規范、供熱計量標準等，完善行業(yè)污染防治技術(shù)政策和清潔生產(chǎn)評價(jià)指標體系。

尤其值得注意的是，在煤炭開(kāi)采階段的立法保護我國還很欠缺，煤炭開(kāi)采后的生態(tài)恢復是國外煤炭循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展中最值得我們借鑒的經(jīng)驗，我國絕大多數煤炭開(kāi)采后不采取任何措施，造成了極大的生態(tài)破壞，國家需要立法強制要求煤炭開(kāi)采后的生態(tài)恢復，采用復墾技術(shù)恢復土地原貌。

全民參與的機制

大氣污染治理是一項極其復雜龐大的工程，關(guān)系到人們的切身利益，影響深遠。因此需要社會(huì )公眾的共同參與，尤其是我國人口數量龐大，加強全社會(huì )的節能減排教育，普及相關(guān)法律法規，引導健康合理的生活消費習慣，對節能減排目標的實(shí)現十分重要。

六、結語(yǔ)

中國煤炭資源總量豐富，但資源賦存條件相對較差，因此開(kāi)采難度不斷增大，隨之資源浪費也加重。在煤炭利用方面，煤電能效和轉化效率近年來(lái)有所改善，但是整體水平不高，還存在大量能耗高、服役時(shí)間長(cháng)的燃煤小鍋爐，大大降低了煤炭資源的有效利用率。在煤炭燃燒后的污染物排放治理方面，我國處于剛剛起步階段，全國還有近一半的小型燃煤裝備煙氣凈化裝置不健全，燃煤過(guò)程中產(chǎn)生的氮氧化物、粉塵、硫化物等是導致我國大氣污染的主要來(lái)源。

盡管我國煤炭清潔利用技術(shù)在近些年取得了很大進(jìn)步，但是產(chǎn)業(yè)化程度不足，與國外還有很大差距。結合國外煤炭行業(yè)發(fā)展的經(jīng)驗，我國應著(zhù)力從完善法律體系入手，完善管理機制。煤炭清潔利用是一項復雜持久的工程，應由政府引導，加強企業(yè)在節能減排中的主體作用。同時(shí)國家需要加大資金投入，使低碳化、清潔化利用真正落實(shí)在煤炭行業(yè)發(fā)展的各個(gè)方面,以保障煤炭長(cháng)期穩定地供應。因此，不斷提高煤炭清潔利用水平才可破解我國"燃煤之急"。