中国经济可持续发展的能源战略方向——煤炭清洁利用

一、引言

中国目前处于城市化工业化阶段，经济增长方式粗放，主要靠大量能源与资源的消耗，并且对能源的需求量与日俱增。在经济高速发展的同时，是资源的枯竭及一系列的环境问题。中国现在已超过美国成为了世界第一大二氧化碳排放国，同时又是作为世界第二大经济体，我国节能减排压力巨大。近期持续严重的大范围雾霾天气，已经深刻影响到人们的日常生活。作为大气污染的主要来源，煤炭的粗放型开发利用模式给环境生态造成了巨大压力，直接影响了国家社会经济的发展。中国是世界上最大的产煤国和消费国，煤炭占我国能源消费结构的68%。由于我国资源禀赋特征和产业结构的现状，决定了在未来相当长一段时期内煤炭在我国能源结构中的主体地位不会改变。因此寻求一种高效、洁净的能源利用方式是我国经济可持续发展的重要任务，煤炭的清洁利用将是今后中国经济可持续发展的战略选择和落脚点。

二、煤炭在我国经济发展中的重要地位在过去

20 年中，总体来看中国产业结构的趋势为：第一产业比重持续下降，第二产业的第一大产业地位得到巩固和第三产业份额明显提高[1]，但是长期以来一直是第二产业的增长构成了中国经济高速发展的主要动力[2]。而在第二产业中，重工业的所占比重一直很大，在经济发展过程中煤炭的廉价性、可得性满足了我国经济发展的需要，使得经济发展对煤炭的依赖度较高。而煤炭使用过程中产生的污染是中国主要的大气环境污染源。燃煤热能是我国工业、城市供电、以及北方冬季取暖的主要资源。利用燃煤热能的行业在我国工业总行业中的比例达到了80%。而燃煤过程中产生的氮氧化物、硫化物、粉尘等都是大气污染的主要来源[3]。近十几年来，中国煤炭资源生产消费量仍在持续稳步上升，见图1。2013年我国煤炭产量为36.8亿吨，占一次能源生产的76%。煤炭消费38亿吨，占一次能源消费的66.6%，见图2。中国"富煤、贫油、少气"的能源禀赋特点决定了未来相当一段时间内煤炭的主体地位不可替代[5]。

图1 中国煤炭生产消费及进出口量示意图

数据来源：EIA-Analysis-China （U.S.Energy InformationAdministration）

 

经济的可持续发展是由能源安全来保驾护航的。2013年，中国石油、天然气的对外依存度已分别达到了58.1%和31.6%。受技术、经济、安全等因素的影响，非化石能源未来供应能力还存在不确定性。乐观估计，到2020年，非化石能源占中国能源消费的17%，短期内也难以大规模替代传统化石能源。因此，短时期内煤炭仍将作为中国主要的能源在能源消费构成中占有重要地位。而煤炭的清洁利用将是今后中国能源战略的关键问题[5]。
 
三、我国煤炭工业发展及煤炭清洁利用现状

从空间分布上看，中国煤炭资源分布极不平衡，呈现出既广泛又相对集中的特点。中国煤炭资源品质的空间分布也呈现出北优南劣、西优东劣的格局。昆仑山－秦岭－大别山一线以北地区的煤炭资源占全国的90.3％，此线以南地区只占到了全国的9.7%[10]。煤炭资源的空间分布与区域社会经济发达程度呈逆向分布又是中国煤炭资源的另一个显著特点。这种煤炭生产区消费区严重分离的现象，造成了煤炭的区域性流动,给交通和生态环境带来很大压力[10]。

我国煤炭工业近些年发展较快，煤炭资源整合力度持续加大，大型煤炭基地、企业发展较快。但也还存在一些现实的问题: 第一，虽然原煤入洗率有所上升,但总体水平仍然不高。第二，煤炭直接燃烧利用比例仍然过大,有80%以上的煤炭都是以直接燃烧的形式加以利用的，洁净高效燃烧技术推广应用范围小[11]。第三，煤炭集中利用程度低，在钢铁电力等行业中分散使用现象严重。第四，煤炭清洁利用技术层面发展较快,但产业化程度不足,政策体系有待进一步完善。

目前学术界普遍认同的煤炭清洁利用的概念是:以提高煤炭的利用效率和减少环境污染为宗旨的生产、加工、燃烧、转化及有害物质排放控制的总称,这些措施贯穿煤炭开发到利用的全过程中,是经济、社会与环境的结合[13]。煤炭清洁利用中开发、燃烧、转化及污染物排放的控制这几方面分别涉及以下核心技术：

煤炭选洗技术

洗煤就是将开采出来的原煤中的杂质去除提高洗后精煤的发热量，提高热效率，按照优劣分成不同质量、规格的产品 ,以适应不同用户的需求，提高利用率[14]。煤炭洗选是洁净煤技术的基础和源头，在煤炭洁净利用产业链条中起着关键作用。

煤炭燃烧与发电领域

清洁煤发电技术——整体煤气化联合循环(IGCC)是指将煤炭、生物质、石油焦、重渣油等多种含碳燃料进行气化，将得到的合成气净化后与高效的联合循环相结合的先进动力系统。它代表着21世纪洁净煤发电技术的发展方向。

煤气化与煤液化

煤气化是以以煤或煤焦为原料，以氧气（空气、富氧或纯氧）、水蒸气或氢气等作气化剂，在高温条件下通过化学反应将煤或煤焦中的可燃部分转化为气体燃料的过程。煤经过气化以后,烟尘可有效降低95%,二氧化硫可降低90%以上，是实现煤炭洁净利用的先导技术和主要途径[4]。煤炭液化能够脱除煤中的矿物杂质和有害硫份，使大量高硫煤转化为低硫、低灰燃料，实现煤炭的洁净利用，改善大气环境。

污染物控制

对于煤炭燃烧过后的污染物控制方面，主要包括烟气净化、二氧化碳捕获和封存( Carbon capture and storage, CCS)等技术。

其中，我国目前大气污染治理的一项重要技术进展为“近零排放”技术，“近零排放”是指通过综合治理，使火力发电厂各项大气污染物排放指标达到或低于燃气电站排放指标，同时利用系统的协同脱除效应，大幅减少PM2.5微粒、汞、SO3的排放和脱硫石膏雨现象。“近零排放”目前采用的技术路线是对现有的脱硫脱硝除尘设施进行增效升级改造，如图3，这对于我国在以煤炭为基础能源无法改变的客观条件下，最大限度地减少污染物排放意义重大。

图3 "近零排放"技术路线图

资料来源：北京国能中电节能环保技术有限责任公司

表1 "近零排放"与一般排放指标、特别限值排放指标污染物排出情况对比表

单位：（ mg/Nm3）（以2×600MW机组为例）

目前，以北京国能中电节能环保技术有限责任公司在上海外高桥三电厂的示范性工程为起点，长三角地区各省、山东、河北等省以及各大电力集团纷纷开展了"近零排放"示范项目的研究和实施，具有良好的示范效应。由此我们可以看出，燃煤电站火电厂实施"近零排放"后，其污染物排放量较之前有大幅减少，以全国火电装机9亿KW计，如60%电厂实施近零排放改造，每年可减少SO2排放63万吨，减少NOX排放48万吨，减少烟尘排放24万吨。

四、国外煤炭清洁利用经验

德国煤炭清洁利用经验

德国煤炭资源丰富，煤炭在其能源结构中占最大比例。德国鲁尔矿区的成功经验是世界煤炭产业发展的一个优秀代表。德国政府把环境修复作为出发点和着眼点，全面解决老矿区遗留下来的土地破坏和环境污染问题。在矿山治理方面建立了比较完备的法律体系，如《德国经济补偿法》《德国矿产资源法》等，保证了煤炭开采补偿有法可依。州政府设立土地基金，购地后对污染严重地区进行修复处理后再出让给新企业。其次，实现产业升级，关、停、并那些生产成本高、机械化水平低、生产效率低的煤矿，将采煤业集中到盈利多和机械化水平高的大型企业中。

伦敦烟雾治理经验

1952年12月的伦敦烟雾事件震惊世界，两周内4000多人死亡。而今日的伦敦，空气已经有了极大的改善。上世纪50年代的英国和现阶段的中国有很多相似之处，经济增长主要靠大量能源与资源的消耗，过度依赖煤炭等化石燃料。从1958年到1978年的20年间，伦敦的颗粒物年均浓度降低超过90%，SO2降低超过80%。在这空气质量快速改善的20年间，伦敦政府采取的一项核心措施是大范围的划定烟尘控制区，并在区域内进行壁炉的煤改气、燃煤锅炉的环保改造，同时禁止高污染燃料在控制区内销售[24]。

五、支撑煤炭清洁化、低碳化发展的保障对策

基于以上对煤炭在我国经济发展中重要作用的分析以及我国煤炭清洁化、低碳化利用的现状阐述，并结合具有典型性的国外煤炭行业可持续发展的经验，我国煤炭清洁利用的发展应参考以下几方面的政策建议：

坚持科技兴煤，加大科技投入

科技是第一生产力，而转型发展的根本动力在于创新驱动。对中国这样依赖煤炭资源的国家而言，最迫切需要解决的问题是如何利用好煤炭，实现高碳资源低碳发展、黑色煤炭绿色发展。需建立新一代清洁煤能源技术研发基地和综合性清洁煤能源创新产业园，形成技术研发、工程化研究和示范紧密结合的国家级平台 [30]。

对于资源转化运输方面，通过积极发展特高压输电，构建起坚强的特高压骨干网架，能够显著增强电网大规模、远距离输电能力，促进煤、电就地转化，变输煤为输电。应提高煤炭集中利用程度，对散布各地的燃炉进行拆除，通过整体的规划集中供应能源，尽可能地减少终端分散利用的煤炭。煤炭清洁利用技术创新要将重点放在关键性的实用技术如整体煤气化联合循环（IGCC）、烟气治理中的"近零排放"技术等。

发挥价格、税收、补贴等的激励和导向作用

制定重点行业能效、排污强度"领跑者"制度，对达标企业予以激励。因此要充分发挥市场机制作用，完善环境经济政策，运用经济手段促进煤炭清洁利用的发展。

首先应在深化环保电价补贴政策方面下功夫。其次，应扩大一些对污染物总量指标进行有偿分配的试点范围，在借鉴国外经验的基础上结合中国实际情况，国家应抓紧选择一些条件好的地区或企业开展排放指标有偿取得和排污交易试点。推进已有碳交易、二氧化硫交易平台的科学规范运转。另外，应加紧对煤炭开发的生态补偿政策的系统研究，重点选取山西、内蒙古、新疆等典型煤炭资源开采区域，开展煤炭开采生态补偿试点，再逐步推广。政府应引导银行业金融机构加大对大气污染防治项目的信贷支持，提供"融智+融资"的综合化金融服务。

大力发展城市群，提高煤炭集中利用度

在新型城镇化的发展中，城市群将逐渐成为新型城镇化的主体形态，中国城市在新型城镇化过程中，需要通过大力加强城市管理、规划、设计等能力，提高城市集约紧凑的运行能力。大力发展城市群，城市集中供暖，综合集中利用煤炭，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，分户式供暖热量消耗比较大、浪费能源。目前我国农村及小城镇还大量存在着直排小型锅炉或家庭燃炉。而人口向大城市集中，则有利于节能减排，对于全国范围来讲能源消耗总量会降低。未来我国将会有75%的人集中在城市，尤其是像西安、成都、郑州、武汉这样的二线城市，人口承载力还有很大空间，人口向这些城市集中构筑城市群，可提高集约紧凑的城市运行能力，市政基础设施改造力度也会更大，效果更明显[32]。相对于发达国家来说，中国的煤炭集中利用还有很大的提升空间。美国的煤炭集中度达到80%，日本达到90%，而中国则不及50%。这也是为什么中国大气污染控制难度大、见效慢的原因之一。通过提高燃煤集中度，能够大大提高能源效率，同时减小环境治理的压力，实现绿色经济。

完善促进煤炭清洁利用的法律法规

从国外的经验来看，持续的立法努力是推动污染治理持久进行的有力保障和动力。因此我国应该加快制订修订煤炭行业排放标准、开采规范、供热计量标准等，完善行业污染防治技术政策和清洁生产评价指标体系。

尤其值得注意的是，在煤炭开采阶段的立法保护我国还很欠缺，煤炭开采后的生态恢复是国外煤炭循环经济发展中最值得我们借鉴的经验，我国绝大多数煤炭开采后不采取任何措施，造成了极大的生态破坏，国家需要立法强制要求煤炭开采后的生态恢复，采用复垦技术恢复土地原貌。

全民参与的机制

大气污染治理是一项极其复杂庞大的工程，关系到人们的切身利益，影响深远。因此需要社会公众的共同参与，尤其是我国人口数量庞大，加强全社会的节能减排教育，普及相关法律法规，引导健康合理的生活消费习惯，对节能减排目标的实现十分重要。

六、结语

中国煤炭资源总量丰富，但资源赋存条件相对较差，因此开采难度不断增大，随之资源浪费也加重。在煤炭利用方面，煤电能效和转化效率近年来有所改善，但是整体水平不高，还存在大量能耗高、服役时间长的燃煤小锅炉，大大降低了煤炭资源的有效利用率。在煤炭燃烧后的污染物排放治理方面，我国处于刚刚起步阶段，全国还有近一半的小型燃煤装备烟气净化装置不健全，燃煤过程中产生的氮氧化物、粉尘、硫化物等是导致我国大气污染的主要来源。

尽管我国煤炭清洁利用技术在近些年取得了很大进步，但是产业化程度不足，与国外还有很大差距。结合国外煤炭行业发展的经验，我国应着力从完善法律体系入手，完善管理机制。煤炭清洁利用是一项复杂持久的工程，应由政府引导，加强企业在节能减排中的主体作用。同时国家需要加大资金投入，使低碳化、清洁化利用真正落实在煤炭行业发展的各个方面,以保障煤炭长期稳定地供应。因此，不断提高煤炭清洁利用水平才可破解我国"燃煤之急"。