中國經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的能源戰(zhàn)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(jì)增長方式粗放，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(jì)高速發(fā)展的同時(shí)，是資源的枯竭及一系列的環(huán)境問題。中國現(xiàn)在已超過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(jì)體，我國節(jié)能減排壓力巨大。近期持續(xù)嚴(yán)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源，煤炭的粗放型開發(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經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。中國是世界上最大的產(chǎn)煤國和消費(fèi)國，煤炭占我國能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的68%。由于我國資源稟賦特征和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀，決定了在未來相當(dāng)長一段時(shí)期內(nèi)煤炭在我國能源結(jié)構(gòu)中的主體地位不會改變。因此尋求一種高效、潔凈的能源利用方式是我國經(jīng)濟(jì)可持續(xù)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(jì)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略選擇和落腳點(diǎn)。

二、煤炭在我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的重要地位在過去

20 年中，總體來看中國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的趨勢為：第一產(chǎn)業(yè)比重持續(xù)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]，但是長期以來一直是第二產(chǎn)業(yè)的增長構(gòu)成了中國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的主要?jiǎng)恿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(jì)發(fā)展過程中煤炭的廉價(jià)性、可得性滿足了我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，使得經(jīng)濟(jì)發(fā)展對煤炭的依賴度較高。而煤炭使用過程中產(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(dá)到了80%。而燃煤過程中產(chǎn)生的氮氧化物、硫化物、粉塵等都是大氣污染的主要來源[3]。近十幾年來，中國煤炭資源生產(chǎn)消費(fèi)量仍在持續(xù)穩(wěn)步上升，見圖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(fèi)38億噸，占一次能源消費(fèi)的66.6%，見圖2。中國"富煤、貧油、少氣"的能源稟賦特點(diǎn)決定了未來相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)煤炭的主體地位不可替代[5]。

圖1 中國煤炭生產(chǎn)消費(fèi)及進(jìn)出口量示意圖

數(shù)據(jù)來源：EIA-Analysis-China （U.S.Energy InformationAdministration）

 

經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展是由能源安全來保駕護(hù)航的。2013年，中國石油、天然氣的對外依存度已分別達(dá)到了58.1%和31.6%。受技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、安全等因素的影響，非化石能源未來供應(yīng)能力還存在不確定性。樂觀估計(jì)，到2020年，非化石能源占中國能源消費(fèi)的17%，短期內(nèi)也難以大規(guī)模替代傳統(tǒng)化石能源。因此，短時(shí)期內(nèi)煤炭仍將作為中國主要的能源在能源消費(fèi)構(gòu)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(zhàn)略的關(guān)鍵問題[5]。
 
三、我國煤炭工業(yè)發(fā)展及煤炭清潔利用現(xiàn)狀

從空間分布上看，中國煤炭資源分布極不平衡，呈現(xiàn)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(xiàn)出北優(yōu)南劣、西優(yōu)東劣的格局。昆侖山－秦嶺－大別山一線以北地區(qū)的煤炭資源占全國的90.3％，此線以南地區(qū)只占到了全國的9.7%[10]。煤炭資源的空間分布與區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程度呈逆向分布又是中國煤炭資源的另一個(gè)顯著特點(diǎn)。這種煤炭生產(chǎn)區(qū)消費(fèi)區(qū)嚴(yán)重分離的現(xiàn)象，造成了煤炭的區(qū)域性流動,給交通和生態(tài)環(huán)境帶來很大壓力[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(xù)加大，大型煤炭基地、企業(yè)發(fā)展較快。但也還存在一些現(xiàn)實(shí)的問題: 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(yīng)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(xiàn)象嚴(yán)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(rèn)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(zhuǎn)化及有害物質(zhì)排放控制的總稱,這些措施貫穿煤炭開發(fā)到利用的全過程中,是經(jīng)濟(jì)、社會與環(huán)境的結(jié)合[13]。煤炭清潔利用中開發(fā)、燃燒、轉(zhuǎn)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)

洗煤就是將開采出來的原煤中的雜質(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(guī)格的產(chǎn)品 ,以適應(yīng)不同用戶的需求，提高利用率[14]。煤炭洗選是潔凈煤技術(shù)的基礎(chǔ)和源頭，在煤炭潔凈利用產(chǎn)業(yè)鏈條中起著關(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(jié)合的先進(jìn)動力系統(tǒng)。它代表著21世紀(jì)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，在高溫條件下通過化學(xué)反應(yīng)將煤或煤焦中的可燃部分轉(zhuǎn)化為氣體燃料的過程。煤經(jīng)過氣化以后,煙塵可有效降低95%,二氧化硫可降低90%以上，是實(shí)現(xiàn)煤炭潔凈利用的先導(dǎo)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(zhuǎn)化為低硫、低灰燃料，實(shí)現(xiàn)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(xiàng)重要技術(shù)進(jìn)展為“近零排放”技術(shù)，“近零排放”是指通過綜合治理，使火力發(fā)電廠各項(xiàng)大氣污染物排放指標(biāo)達(dá)到或低于燃?xì)怆娬九欧胖笜?biāo)，同時(shí)利用系統(tǒng)的協(xié)同脫除效應(yīng)，大幅減少PM2.5微粒、汞、SO3的排放和脫硫石膏雨現(xiàn)象。“近零排放”目前采用的技術(shù)路線是對現(xiàn)有的脫硫脫硝除塵設(shè)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(chǔ)能源無法改變的客觀條件下，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)路線圖

資料來源：北京國能中電節(jié)能環(huán)保技術(shù)有限責(zé)任公司

表1 "近零排放"與一般排放指標(biāo)、特別限值排放指標(biāo)污染物排出情況對比表

單位：（ mg/Nm3）（以2×600MW機(jī)組為例）

目前，以北京國能中電節(jié)能環(huán)保技術(shù)有限責(zé)任公司在上海外高橋三電廠的示范性工程為起點(diǎn)，長三角地區(qū)各省、山東、河北等省以及各大電力集團(tuán)紛紛開展了"近零排放"示范項(xiàng)目的研究和實(shí)施，具有良好的示范效應(yīng)。由此我們可以看出，燃煤電站火電廠實(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(jī)9億KW計(jì)，如60%電廠實(shí)施近零排放改造，每年可減少SO2排放63萬噸，減少NOX排放48萬噸，減少煙塵排放24萬噸。

四、國外煤炭清潔利用經(jīng)驗(yàn)

德國煤炭清潔利用經(jīng)驗(yàn)

德國煤炭資源豐富，煤炭在其能源結(jié)構(gòu)中占最大比例。德國魯爾礦區(qū)的成功經(jīng)驗(yàn)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(fù)作為出發(fā)點(diǎn)和著眼點(diǎn)，全面解決老礦區(qū)遺留下來的土地破壞和環(huán)境污染問題。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(jì)補(bǔ)償法》《德國礦產(chǎn)資源法》等，保證了煤炭開采補(bǔ)償有法可依。州政府設(shè)立土地基金，購地后對污染嚴(yán)重地區(qū)進(jìn)行修復(fù)處理后再出讓給新企業(yè)。其次，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級，關(guān)、停、并那些生產(chǎn)成本高、機(jī)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(jī)械化水平高的大型企業(yè)中。

倫敦?zé)熿F治理經(jīng)驗(yàn)

1952年12月的倫敦?zé)熿F事件震驚世界，兩周內(nèi)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(jì)50年代的英國和現(xiàn)階段的中國有很多相似之處，經(jīng)濟(jì)增長主要靠大量能源與資源的消耗，過度依賴煤炭等化石燃料。從1958年到1978年的20年間，倫敦的顆粒物年均濃度降低超過90%，SO2降低超過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(xiàng)核心措施是大范圍的劃定煙塵控制區(qū)，并在區(qū)域內(nèi)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(qū)內(nèi)銷售[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(jì)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(xiàn)狀闡述，并結(jié)合具有典型性的國外煤炭行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)，我國煤炭清潔利用的發(fā)展應(yīng)參考以下幾方面的政策建議：

堅(jiān)持科技興煤，加大科技投入

科技是第一生產(chǎn)力，而轉(zhuǎn)型發(fā)展的根本動力在于創(chuàng)新驅(qū)動。對中國這樣依賴煤炭資源的國家而言，最迫切需要解決的問題是如何利用好煤炭，實(shí)現(xiàn)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(jié)合的國家級平臺 [30]。

對于資源轉(zhuǎn)化運(yùn)輸方面，通過積極發(fā)展特高壓輸電，構(gòu)建起堅(jiān)強(qiáng)的特高壓骨干網(wǎng)架，能夠顯著增強(qiáng)電網(wǎng)大規(guī)模、遠(yuǎn)距離輸電能力，促進(jìn)煤、電就地轉(zhuǎn)化，變輸煤為輸電。應(yīng)提高煤炭集中利用程度，對散布各地的燃爐進(jìn)行拆除，通過整體的規(guī)劃集中供應(yīng)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(bǔ)貼等的激勵(lì)和導(dǎo)向作用

制定重點(diǎn)行業(yè)能效、排污強(qiáng)度"領(lǐng)跑者"制度，對達(dá)標(biāo)企業(yè)予以激勵(lì)。因此要充分發(fā)揮市場機(jī)制作用，完善環(huán)境經(jīng)濟(jì)政策，運(yùn)用經(jīng)濟(jì)手段促進(jìn)煤炭清潔利用的發(fā)展。

首先應(yīng)在深化環(huán)保電價(jià)補(bǔ)貼政策方面下功夫。其次，應(yīng)擴(kuò)大一些對污染物總量指標(biāo)進(jìn)行有償分配的試點(diǎn)范圍，在借鑒國外經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上結(jié)合中國實(shí)際情況，國家應(yīng)抓緊選擇一些條件好的地區(qū)或企業(yè)開展排放指標(biāo)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(guī)范運(yùn)轉(zhuǎn)。另外，應(yīng)加緊對煤炭開發(fā)的生態(tài)補(bǔ)償政策的系統(tǒng)研究，重點(diǎn)選取山西、內(nèi)蒙古、新疆等典型煤炭資源開采區(qū)域，開展煤炭開采生態(tài)補(bǔ)償試點(diǎn)，再逐步推廣。政府應(yīng)引導(dǎo)銀行業(yè)金融機(jī)構(gòu)加大對大氣污染防治項(xiàng)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(zhèn)化的發(fā)展中，城市群將逐漸成為新型城鎮(zhèn)化的主體形態(tài)，中國城市在新型城鎮(zhèn)化過程中，需要通過大力加強(qiáng)城市管理、規(guī)劃、設(shè)計(jì)等能力，提高城市集約緊湊的運(yùn)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，分戶式供暖熱量消耗比較大、浪費(fèi)能源。目前我國農(nóng)村及小城鎮(zhèn)還大量存在著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(jié)能減排，對于全國范圍來講能源消耗總量會降低。未來我國將會有75%的人集中在城市，尤其是像西安、成都、鄭州、武漢這樣的二線城市，人口承載力還有很大空間，人口向這些城市集中構(gòu)筑城市群，可提高集約緊湊的城市運(yùn)行能力，市政基礎(chǔ)設(shè)施改造力度也會更大，效果更明顯[32]。相對于發(fā)達(dá)國家來說，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(dá)到80%，日本達(dá)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、見效慢的原因之一。通過提高燃煤集中度，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(xiàn)綠色經(jīng)濟(jì)。

完善促進(jìn)煤炭清潔利用的法律法規(guī)

從國外的經(jīng)驗(yàn)來看，持續(xù)的立法努力是推動污染治理持久進(jìn)行的有力保障和動力。因此我國應(yīng)該加快制訂修訂煤炭行業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)、開采規(guī)范、供熱計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)體系。

尤其值得注意的是，在煤炭開采階段的立法保護(hù)我國還很欠缺，煤炭開采后的生態(tài)恢復(fù)是國外煤炭循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中最值得我們借鑒的經(jīng)驗(yàn)，我國絕大多數(shù)煤炭開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(qiáng)制要求煤炭開采后的生態(tài)恢復(fù)，采用復(fù)墾技術(shù)恢復(fù)土地原貌。

全民參與的機(jī)制

大氣污染治理是一項(xiàng)極其復(fù)雜龐大的工程，關(guān)系到人們的切身利益，影響深遠(yuǎn)。因此需要社會公眾的共同參與，尤其是我國人口數(shù)量龐大，加強(qiáng)全社會的節(jié)能減排教育，普及相關(guān)法律法規(guī)，引導(dǎo)健康合理的生活消費(fèi)習(xí)慣，對節(jié)能減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)十分重要。

六、結(jié)語

中國煤炭資源總量豐富，但資源賦存條件相對較差，因此開采難度不斷增大，隨之資源浪費(fèi)也加重。在煤炭利用方面，煤電能效和轉(zhuǎn)化效率近年來有所改善，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，燃煤過程中產(chǎn)生的氮氧化物、粉塵、硫化物等是導(dǎo)致我國大氣污染的主要來源。

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(jié)合國外煤炭行業(yè)發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)，我國應(yīng)著力從完善法律體系入手，完善管理機(jī)制。煤炭清潔利用是一項(xiàng)復(fù)雜持久的工程，應(yīng)由政府引導(dǎo)，加強(qiáng)企業(yè)在節(jié)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,以保障煤炭長期穩(wěn)定地供應(yīng)。因此，不斷提高煤炭清潔利用水平才可破解我國"燃煤之急"。