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1 能源蓝皮书 分报告九清洁化利用 : 我国煤炭能源的 低碳之路 李永亮赵乐袁钟楚 摘要 : 我国的一次能源生产 消费结构和煤炭资源储量特点, 决定了我国 以煤为主 的能源特点 国民经济和社会发展的 深度依赖, 以及严重污染环境的负外部性的双重特征, 决定了在我国能源产业战略中, 煤炭产业必须走上一条清洁化利用的可持续发展的道路 进入 21 世纪以来, 在国际能源清洁化利用的主流趋势引领之下, 目前, 我国在煤炭能源清洁化利用领域取得了初步进展, 总体上处于前沿技术跟踪 技术引进和转化, 以及工业化示范等阶段 其中, 与我国煤炭行业优势应用结合较为紧密的一些领域的技术创新和产业化应用已居前列, 引领潮头 关键词 : 以煤为主清洁化利用技术创新 前 言 我国的一次能源生产 消费结构和煤炭资源储量特点, 决定了我国 以煤 为主 的能源特点 我国是世界上最大的煤炭产煤国和消费国, 同时, 我国开 发 生产 利用煤炭能源资源的历史悠久, 长期以来, 国民经济和社会发展已形 李永亮, 西北农林科技大学硕士, 主要研究方向为资源经济与环境管理 ; 赵乐, 中国人民大学经济学硕士研究生, 曾在国务院发展研究中心 中国经济时报 等长期从事采编 咨询及管理工作, 主要研究领域为能源经济 经济转型 循环经济 ; 袁钟楚, 中国航天工业科学技术咨询公司研究员, 高级咨询师 毕业于中国社会科学院研究生院数量经济与技术经济系, 主要研究方向为产业经济 技术政策 342

2 分报告九清洁化利用 : 我国煤炭能源的 低碳之路 成对煤炭资源的深度 依赖 在一次能源生产和消费结构中, 煤炭占比长期超过 70% 同时, 作为化石能源, 资源的物理化学特性也决定了煤炭本身是一种环境排放较高 外部性大 污染极为严重的资源 我国的煤炭能源大多具有高硫 低热值的特点, 煤炭工业整体技术装备欠发达 我国的煤炭资源, 从开采 生产 运输到以燃烧为主的利用等, 各工业流程及消费环节均对大气环境 水环境 地表和地下土壤环境等造成严重污染或破坏, 不仅威胁人民群众的身体健康, 更对人类赖以生存的自然环境造成难以恢复的恶劣影响 国民经济和社会发展的 深度依赖, 以及严重污染环境的负外部性的双重特征, 决定了在我国能源产业战略中, 煤炭产业必须走上一条清洁化利用的可持续发展的道路 煤炭资源的清洁化利用, 不仅能够提高煤炭能源效率, 减少能源排放污染, 促进人与自然 工业现代化与生态环境的和谐发展, 而且, 能够相应降低对油气等相对短缺能源的国际化依赖, 将成为从根本上解决我国能源战略安全 供给安全问题, 提高经济性, 优化环境清洁性的必由之路 为此, 必须密切结合国情, 加强战略规划工作, 通过技术创新 制度创新和市场机制改革的深入实践, 有效地促进煤炭资源的清洁化利用 进入 21 世纪以来, 在国际能源清洁化利用的主流趋势引领之下, 目前, 我国煤炭能源清洁化利用领域也取得了初步进展, 总体上处于前沿技术跟踪 技术引进和转化, 以及工业化示范等阶段 与我国煤炭行业优势应用结合较为紧密的一些领域的技术创新和产业化应用已居前列, 引领潮头 我国煤炭清洁化利用领域的主要技术创新与应用, 目前形成三大领域 : 以整体煤气化联合循环发电系统 (IGCC) 及超 ( 超 ) 临界燃煤技术为主的高效清洁燃烧领域 ; 以碳捕集与封存 (CCS) 等先进技术为核心的碳排放管理领域 ; 包括煤炭气化技术, 以及煤制油等煤基替代液体燃料等煤炭液化技术等为基本内容的煤炭能量形式转化领域 此外, 煤层气产业化开发以及煤矸石等煤炭副产品的资源化利用, 也成为我国煤炭资源深化利用的重要补充内容 总体看来, 除煤层气等煤炭伴生产品及煤矸石等副产品资源化利用之外, 由于规划明确, 实践丰富, 资源基础和工业基础良好, 我国在煤炭气化 煤炭液化 ( 尤其是煤基液体替代油品 ) 等煤炭转化技术领域, 研发 工业示范及产业化应用等都取得了不同程度的进展, 其中一些领域已达到较高工业化利用水平 在燃 343

3 能源蓝皮书 煤机组高效清洁燃烧技术领域, 我国总体处于技术自主创新 积极主动跟踪和引进主流技术并实现国产化的阶段 2008 ~ 2009 年, 我国先后大量装备了以超 ( 超 ) 临界燃煤机组为主体的先进燃煤机组, 并针对 新一代清洁发电技术 IGCC 电站, 进行了积极主动自主创新和工业示范建设, 使我国高效清洁燃烧领域的工业化水平迈上一个新台阶 在煤炭能源碳排放管理等最前沿领域, 对于碳捕集与封存 (CCS) 等技术方法先进而发展理念激进的技术, 目前, 我国已有一些具体的技术引进和示范试验, 但是处于碳捕集及工业化综合利用阶段, 总体处于研发和跟踪阶段 一 发展煤炭高效清洁利用的必要性 ( 一 ) 我国经济发展对煤炭的 深度依赖 特征及碳减排压力 1. 现代经济高度依赖煤炭资源在世界范围内, 煤炭也是仅次于石油的基础性能源 人类社会经过 200 多年的工业化发展, 如今世界经济已达到相当巨大的规模, 现代化和工业化水平也已达到人类历史上前所未有的高度 支持如此庞大的国际经济系统可持续地 稳健地运转, 世界能源领域构筑的安全的 普遍的能源来源, 具有经济性及可获得性的能源供应体系中, 煤炭一直扮演着重要的角色, 处于较高利用水平, 牢牢地掌控了 三分天下 美国 日本 德国以及英国等世界主要发达经济体, 以及印度 俄罗斯等新兴经济体, 都存在着一定程度的 煤炭能源依赖, 有的甚至高于世界平均利用水平 ( 见图 9-1) 作为世界第二大经济体和第二大能源消费国 1, 我国的 能源依赖 尤为严重, 煤炭能源的产量和消费量巨大 BP 世界能源统计 (2009) 相关统计数据显示, 我国是世界第一产煤大国, 2008 年煤炭产量占世界总产量的 % ; 煤炭能源消费在一次能源消费总量中所占比例高达 %, 远超 % 的世界平均利用水平 1 作为世界第二大经济体和第二大能源消费国, 我国一次能源消费总量已达到 百万吨油 当量 (Mtoe), 占世界总量的 %, 仅次于世界第一大能源消费国美国 ( Mtoe), 远高于目前的第二人口大国印度的 百万吨油当量的消费规模 (BP, 2009) 344

4 分报告九清洁化利用 : 我国煤炭能源的 低碳之路 图 9-1 世界主要经济体的 煤炭依赖 数据来源 : BP 世界能源统计 (2009) 总的来看, 在世界主要经济体中, 具有资源 高可获得性 以及煤炭工业化水平较高的国家, 其一次能源消费结构中的 煤炭依赖 较为明显 其中, 具有资源获得优势的, 主要包括本国煤炭赋存具有优势, 以及能够以相对优势的贸易条件从周边区域市场取得国际煤炭资源的资源大国或人口大国 而那些资源储量丰富的 煤炭大国, 由于煤炭工业发展历史悠久, 利用技术成熟, 产业化具有较高水平, 随着高效 清洁化利用技术创新的体系化完善, 其对煤炭资源的利用深度和广度得到持续加强 在世界一次能源消费中, 石油占 40%, 煤炭占 27%, 天然气占 23. 2%, 核能占 7. 3%, 水电占 2. 6% ; 而我国能源消费结构中, 煤炭占比长期保持在 70% 以上 2006 年我国煤炭消费占一次能源消费总量比例高达 76. 8% 十一五 以来, 我国煤炭行业继续保持稳健增长 产销两旺的积极发展态势 2. 我国经济发展具有 煤炭深度依赖 特征能源资源是人类社会生存和经济社会发展的重要条件, 也是我国全面建设小康社会重要的物质基础和保障 我国能源结构具有 以煤为主 的特点 作为我国最重要的基础能源, 煤炭在国民经济发展中长期具有重要的战略地位, 为我国经济增长提供了强有力的能源保障 ( 见图 9-2) 同时, 煤炭行业的生产 消费 技术创新 行业管理机制改革以及技术经济政策的演变, 也反过来深刻地影响着我国经济的增长方式 结构调整和发展水平 进入 21 世纪以来, 中国 富煤 贫油 少气 的能源资源特点, 以及进入 重化工业主导型 经济发展阶段的特点, 从根本上决定了在较长时期内, 煤炭 345

5 能源蓝皮书 图 世纪以来煤炭能源为我国经济增长提供有力保障 数据来源 : 中国统计年鉴 (2001 ~ 2009) ; 2008 年部分指标调整参考 2008 年 国民经济和社会发展统计公报 在我国一次能源消费结构中占主导地位的格局将保持不变 由于资源储量的客观制约和能源使用导致的环境污染程度加剧, 自 十五 中后期以后, 中国煤炭生产增速呈现递减倾向 ; 而同时, 在清洁能源和能源结构多元化的客观要求和发展趋势下, 中国煤炭消费占一次能源消费的比重亦呈现缓慢下降的趋势 1995 年煤炭能源消费占比为 74. 6%, 2000 年为 67%, 2005 年为 63. 5% 结合中国经济发展的实际情况和国际形势, 国家发改委的 能源发展 十一五 规划 进一步决定和明确了 坚持节约优先 立足国内 煤为基础 多元发展 的能源方针, 提出 2010 年中国煤炭消费量占一次能源消费总量的 66% 1 尽管如此, 有研究显示, 到 2020 年, 我国一次能源消费结构中仍有 60% 以上来自煤炭能源 ( 二 ) 我国发展煤炭清洁化利用的必要性及条件 1. 我国煤炭能源污染排放及节能减排压力 煤炭在生产 运输和利用过程中, 将排放大量的污染物 其中, 在燃烧过程 1 今后能源总的战略方针是 48 个字 : 节约优先, 效率为本, 煤为基础, 多元发展, 立足国内, 开拓国外, 统筹城乡, 合理布局, 依靠科技, 创新体制, 保护环境, 保障安全 这 48 个字的目的, 就是为全面建设小康社会提供稳定 经济 清洁的能源保障, 以能源的可持续发展和有效利用, 来支持我国经济社会的可持续发展 见 中国发展, 离不开能源的清洁利用 访国家能源领导小组办公室副主任徐锭明, 商业文化 2008 年 10 月 346

6 分报告九清洁化利用 : 我国煤炭能源的 低碳之路 中产生的硫氧化物 (SO 2 等 ) 氮氧化物 (NOx) 二氧化碳 (CO 2 ) 以及粉尘对大气造成的污染问题, 越来越引起人们的重视 目前, 在以上四类严重污染物排放中, 由于除尘设备国产装备比较完善, 我国在控制粉尘排放方面已取得较好的成效 而对煤炭燃烧中产生的 SO 2 NO X 以及 CO 2 等污染物的减排和控制, 成效并不明显, 还亟须进一步重视, 以取得能效提高 排放降低的成果 参考发达经济体清洁化利用煤炭的经验和技术, 目前, 我国控制煤炭燃烧中产生的 SO 2 和 NO X 以及 CO 2 排放的主要思路是 : 采取技术措施去除以满足环保要求 目前控制燃煤 SO 2 污染技术可分为四类 : 煤燃烧前脱硫 燃烧中脱硫 燃烧后脱硫以及煤转化过程中脱硫, 其中烟气脱硫仍被认为是控制 SO 2 污染行之有效的途径 燃煤锅炉的 NO X 控制技术, 可分为两大类, 即燃烧中和燃烧后控制技术 其中燃烧中控制技术是根据 NO X 的形成机理产生的, 主要有低氧燃烧法 分级燃烧法和烟气再循环法等 ; 燃烧后脱硝技术可分为干法 湿法和干 湿结合法三大类 ( 见表 9-1) 表 9-1 先进的高效清洁燃烧技术 ( 洁净煤技术 ) 生产和利用过程 主要技术及装置 燃前 煤炭加工和转化技术 包括煤炭的洗选和加工转化技术, 如型煤 水煤浆 煤炭液化 煤炭气化等 燃中 煤炭燃烧技术 主要是洁净煤发电技术, 目前, 在中国确定的主要技术包括循环流化床燃烧 增压流化床燃烧 整体煤气化联合循环 超临界机组加脱硫脱硝装置 燃后 烟气脱硫技术 主要有湿式石灰石 / 石膏法 炉内喷钙法 喷雾干燥法 电子束法 氨法 尾部烟气 海水脱硫等多种 石灰石 / 石灰 / 石膏湿法脱硫是目前世界上技术最为成熟 应用最多的脱硫工艺 资料来源 : 根据相关资料整理 目前减缓能源和电力生产中 CO 2 排放的主要方法是提高燃煤锅炉及电站的效率 一般而言, 电站效率每提高 1%, CO 2 排放将减少 2% 此外, 通过煤化工技术使煤炭能源形式获得转化, 包括气化 液化, 以及对煤层气 煤矸石等煤炭副产品进行气化技术处理, 以形成具有产业化能源规模的清洁 高热效率的煤基气化 液化能源产品, 也是煤炭清洁化利用的重要组成部分 2. 我国发展煤炭清洁化利用的必要性及条件目前, 我国基本具备全面提升煤炭工业现代化建设, 促进资源高效清洁化利 347

7 能源蓝皮书 用的 煤炭新产业革命 所需的资源 制度机制 战略思考 技术创新准备和社会共识等条件 (1) 从总体上看, 我国的煤炭资源条件及煤炭在国际市场中的高可获得性, 有利于煤炭行业 清洁化利用革命 的统一规划 全面部署 稳健落实 一方面, 我国煤炭资源丰富, 煤种齐全, 查明煤炭储量达 1. 5 万亿吨, 可持续开采上百年 相对储采比仅有 41 年的石油资源, 煤炭资源是我国发展经济可以 依赖 的资源 另一方面, 2008 ~ 2009 年以来我国逐渐过渡为煤炭进口国, 具有高可获得性, 品质 经济性等均处于相对良好水平的国际煤炭资源, 将成为我国煤炭行业高效清洁化利用的良好资源补充 最近三年来, 尤其是 2009 年, 我国煤炭行业加大国内资源整合力度, 生产安全保障不利 开采技术落后 资源浪费 环境排放严重的以小型民营煤炭企业为主的大批煤炭资本退出煤炭开发 生产 流通领域 在强化治理的三年中, 供给面的迅速短缺, 使我国逐渐向国际煤炭市场敞开大门 2008 ~ 2009 年, 我国迅速从煤炭净出口国转变为煤炭进口国, 以区域能源补充 品种调剂为主要目的, 我国正式进入借助国际能源市场配置和补充煤炭资源的历史进程 (2) 从国家产业政策看, 在制度创新和技术创新双重促进之下, 能源工业实现 清洁革命, 将获得有力支持, 是大势所趋 我国国民经济以粗放型发展的模式用 20 年的时间实现了第一步走的发展战略目标之后, 国民经济发展的模式将向质量效益型转换, 传统的高污染 高消耗 低附加价值产业将被低污染 低消耗 高科技含量的产业取代, 具有一定创新 竞争能力和较高知识技术含量的新型产业会成为新一轮国民经济发展的主导产业, 能源工业的清洁化和高科技化在所难免 (3) 制度机制的全面创新, 尤其是煤炭产业定价机制改革的不断深入完善, 我国电煤价格机制市场化基本形成 1, 为促进煤炭清洁化利用的技术创新和全面产业化应用, 提供了充分的制度机制条件 1 经过 1998 ~ 2008 年的不断改革, 2007 年以来, 政府定价开始不断放松, 至 2009 年底, 为下游国有发电巨头企业提供 低价 电煤资源为主要目的的 煤炭订货会 煤炭产运需衔接会及煤电合同汇总的政府 煤电企业年度聚会永远终结, 改为网络汇总煤电合同信息, 并鼓励煤电企业自由择机 分散谈判, 鼓励以 长协 价格协调煤电矛盾 这标志着 : 资源领域最后一只巨大的计划经济 恐龙 运行了 16 年的 双轨制 从此退出了历史舞台, 我国煤炭行业进入了定价机制市场化新阶段 348

8 分报告九清洁化利用 : 我国煤炭能源的 低碳之路 我国具有储量优势的煤炭能源, 长期未能走出清洁化利用的创新之路, 客观上也受到了我国国情因素的制约 我国国民经济发展中长期以来形成的对煤炭资源稳固的 深度依赖, 依托于我国工业化思路的历史惯性, 更根植于制度 机制和社会条件所提供的制度化空间 一方面, 我国开发 生产 利用煤炭能源资源的历史悠久, 国民经济和社会发展中对煤炭能源形成严重 依赖 在一次能源生产和消费结构中, 煤炭占比长期超过 70% 另一方面, 改革开放 30 多年来, 我国经济增长模式的成功, 客观上也应归因于资源粗放 环境污染以及人民群众普遍处于低水平福利均衡等所提供的巨大增长空间 由于新中国成立初期迅速实现第一阶段重工业化的工业发展战略的客观需求, 煤炭能源的市场价值长期徘徊于政策性 压制 的狭窄且低价的运行空间内 这种历史惯性和机制不完善共同促成的 低价能源 属性, 从根本上造成了在煤炭生产环节, 开采技术水平低 生产不具规模经济性 设备投入不足 生产安全难以保障 ; 在煤炭生产性消费环节, 热效率及煤电机组燃烧效率低, 资源浪费, 技术创新不足, 以及环境污染严重等不可持续发展的恶果 这也是过去几十年来煤炭产业资源集约经营和环境污染治理中, 形成 末端治理难以治本 的被动局面的内在因素 经过 16 年的多轮改革, 我国煤炭行业的价格改革艰难曲折地走过了 煤炭订货会 煤炭产运需衔接会等政府定价阶段, 不断加以调整 完善 目前, 我国电煤价格机制市场化基本形成, 在机制和市场化方面, 为促进电力企业和煤炭企业资源联合 互相渗透, 全面发展煤炭资源的清洁化利用, 创造了良好的制度条件 年底, 国家发展改革委下发 关于完善煤炭产运需衔接工作的指导意见, 明确要求政府部门和行业组织不得再干预煤价, 并鼓励煤电双方自由谈判, ~ 1994 年, 国家分两步放开了煤炭市场价格 1993 年放开了东北 华北地区和湖南省国有重点煤矿煤炭出厂价格, 以及洗精煤和电力 冶金行业用动力煤价格 ; 1994 年 7 月份放开了除电煤外的其他煤炭价格 ( 包括化肥生产用煤 ) 从此我国煤炭行业进入漫长的 双轨制 阶段 2002 ~ 2006 年, 电煤定价进入国家发改委介入价格谈判的 煤炭订货会 阶段 2002 年国家发改委宣布不再发布 电煤指导价, 煤电双方通过 煤炭订货交易会 协商确定当年的基准电煤价格 但在每年煤炭订货会上政府发布一个 参考协调价格, 以促成煤电双方成交 2005 年底, 国家发改委正式宣布从 2006 年开始, 对电煤价格不再进行宏观调控, 并将 煤炭订货会 更名为 全国重点煤炭产运需衔接会 然而, 2006 年 2007 年的衔接会的一般结果仍是 : 只有在国家发改委直接出面干预, 多数电煤合同才得以落实 349

9 能源蓝皮书 签订长期协议煤电合同 2007 ~ 2009 年, 尽管煤电顶牛, 因异常天气电煤储备不足而引发 煤荒 电荒 的现象频现, 但国家发改委对于电煤谈判和价格的直接干预仍逐渐弱化 同时, 随着煤炭资源的大力整合, 上游的煤炭资源逐渐向核心煤炭企业集中, 煤炭行业集中度迅速提高 ; 煤炭巨头企业的形成, 增强了其与电力巨头企业进行价格谈判的 话语权, 煤炭大型企业谈判地位的提升, 煤电博弈形势一度加剧, 但电煤的价格形成彻底通过市场化方式实现, 已经成为可能 (4) 在战略思考方面, 经过深入全面的理论研究 周密思考和实践强有力的检验, 煤炭资源在我国可持续发展的能源战略中地位愈加巩固 作为世界上唯一的 人口大国 及 发展大国, 自加入国际化竞争和发展体系之后, 中国受到来自全球化和国际化的双重影响 在市场 能源资源 技术 金融和制度等现代经济要素国际化逐渐深入的同时, 为有力地保障和支持我国国民经济总量可持续的迅速增长, 立足我国资源国情, 我国及时制定方略, 向国际市场要能源 能源的国际化获得, 从根本上影响着我国能源战略的调整, 改变了我国工业化的进程 一方面, 加入世界贸易体系后, 在国际经济体系全球化经济资源高效配置的刺激和推动下, 我国已经成长为世界上规模第二的经济体 在能源领域, 国际石油天然气市场为我国狂飙的 经济快车 提供了丰富的 充足的资源保障 我国已初步奠定了 依托国际市场开发油气资源 的基本思路 1993 ~ 2008 年, 遵循安全性 经济性原则, 我国政府通过系统化 科学决策, 积极 主动地调整能源战略, 立足国内和国际两个资源, 组建能源安全供应体系 这一阶段, 油气等清洁 高效的优质能源在我国能源战略中的地位得到加强, 从 以煤为主 转向 煤电油气并举, 多元发展 煤炭资源在我国工业化和国民经济中的唯一核心和基础地位开始悄然发生变化 另一方面, 国际化和全球化也存在着巨大的风险 现代能源工业由于高度的资本密集特性, 风险因素尤为明显 : 资源勘探开发具有较高不确定性, 资源民族主义勃兴, 能源项目投资建设周期长, 油气运输管网等能源储运设施投建资本密度高, 不可再生的耗竭型化石能源严重依赖资源储量, 海运 陆运运输物流成本高, 以及大宗资源商品价格风险频仍等 对中国而言, 在上述多重风险中, 因国际石油市场 盯住 国际石油期货市场基准价格而带来的巨大价格风险难以根本避免, 并严重危害我国向油气等轻型化和清洁化能源转型的能源战略变革进程 2007 ~ 2009 年, 伴随世界经济的 350

10 分报告九清洁化利用 : 我国煤炭能源的 低碳之路 衰退和走向复苏的历史进程, 国际石油期货价格经历了从 60 美元 / 桶, 超过 百元, 冲高到 147 美元 / 桶并迅速回落, 相继跌穿 60 美元 / 桶的国际资本心理线和 35 美元 / 桶的世界离岸生产成本线 1 的历程 国际石油定价机制 期货价格基准 遭遇非供需因素的强大挑战, 造成油气资源国际化的思路面临挑战和考验, 导致了我国不得不重新审视和调整能源战略转型的方向和方法 这使本国赋存具有优势 国际能源市场资源亦具有高可获得性的煤炭资源, 重新获得重视, 而清洁化利用战略的贯彻和实施, 将能够确保煤炭能源在我国能源战略中的基础能源地位的可持续性 (5) 十一五 后期, 随着我国全面建设小康社会的发展战略阶段性目标不断付诸实现, 煤炭清洁化利用所急需的创新主体 专业人才队伍 技术创新辅助机制, 以及相关政策规划等条件趋向成熟和完善 以大型国有发电企业集团为技术创新 工业示范和产业化应用龙头, 以国内相关机构和高校等专业研究人力资源群体为研发 引进并消化技术和装备的主体技术力量, 遵循政府规划中有关节能减排和提高能效的总体安排和部署, 以跟踪国际先进适用技术实现自主研发为主, 以引进先进技术并有效进行国内转化为有力技术支持, 密切结合我国国情, 在相关财税政策机制构成的有利制度体系中, 在全社会对于转变增长方式 节能减排 定价机制市场化改革等形成强大共识的有力社会条件支持下, 煤炭作为我国国民经济和社会发展最基础能源, 实现清洁化利用, 具有充分的可行性 ( 三 ) 煤炭清洁化利用的定义范围和技术领域煤炭清洁化利用所涉及的领域, 涵盖广泛, 内容丰富 由于煤炭资源工业化利用的历史惯性 资源禀赋, 以及主要面临的能源 环境和经济性矛盾的侧重点不同, 在较长时期内, 我国煤炭资源的清洁化利用与国际上发达经济体相比, 在目标 技术创新领域以及政策措施方面, 有明显的不同 2 长期以来, 由于我国煤炭资源的定价机制具有未包括经济外部性的 不完全成本 等特点, 煤炭价格具有相对低价的历史惯性, 因此, 我国对于煤炭的 1 2 直到 2009 年的第三季度, 随着世界经济在百年不遇的经济衰退中一路踉踉跄跄 最终站稳脚跟, 国际石油期货价格方回到 70 ~ 80 美元 / 桶的 合理 价格区间水平 由中国煤炭开采和利用的特点所决定, 中国洁净煤技术领域与国外洁净煤技术领域重点放在燃烧发电技术上有所不同, 而是涵盖了从煤炭开采到利用全过程, 是煤炭开发和利用中旨在减少污染和提高效率的煤炭加工 燃烧 转化和污染控制等新技术的总称 351

11 能源蓝皮书 清洁利用, 主要关注减少工业污染排放, 具有 减排 目标优先的特征 2007 年以来, 尤其 2009 年, 在统筹发展煤炭资源及行业整合的大潮之下, 在煤炭清洁利用的技术创新和产业组织上, 很多企业投资于煤化工 煤电热多联产或化产回收等方面, 因而延伸了煤炭资源上下游产业价值链, 使煤炭资源副产品的资源化等方面也呈现了一些新特点, 体现出部分经济性目标 总体而言, 我国的煤炭清洁化利用, 主要有四个发展方向 : 洁净煤技术 煤化工产业 以工业污染末端治理为产业逻辑的化产回收对于煤炭伴生资源 / 副产品的资源化等领域 国务院 1997 年批准的 中国洁净煤技术 九五 计划和 2010 年发展规划 指出, 我国的 洁净煤技术 包括煤炭加工 煤炭高效洁净燃烧 煤炭转化 污染排放控制和废弃物处理等四大领域, 涉及 14 项技术 1 煤炭加工领域 : 选煤技术 型煤技术以及水煤浆 1 技术 ; 2 煤炭高效燃烧与先进发电技术领域 : 整体煤气化联合循环发电技术 (IGCC) 增压流化床发电技术以及循环流化床发电技术 (PFBC); 3 煤炭转化领域 : 煤炭气化技术 煤炭液化技术以及燃料电池联合利用技术 2; 4 污染排放控制与废弃物处理领域 : 主要包括烟气净化 3 电厂粉煤灰综合利用 煤层气的开发利用 煤矸石和煤泥水的综合利用 工业锅炉以及窖炉技术 煤炭高效 洁净燃烧与发电技术是洁净煤技术的核心 其中, 循环流化床锅炉 (CFBC) 的适应煤种广, 燃烧效率高, 脱硫效果显著 4 燃煤联合循环发电, 包括煤气化联合循环发电 ( IGCC) 和增压流化床联合循环发电 (PFBC - CC 等 ) 是新一代高效 洁净燃煤发电技术 IGCC 电厂供电效率可达 水煤浆技术是 20 世纪 70 年代 石油危机 后中产生的一种以煤代油的煤炭利用新方式 其主要技术特点是将煤炭 水 部分添加剂加入磨机中, 经磨碎后成为一种油状可流动的煤基流体燃料 水煤浆具有较好的流动性和稳定性, 可以像石油产品一样储存 运输, 并且具有不易燃 不污染的优良特性, 是目前比较经济实用的清洁煤代油燃料 燃料电池联合利用技术是以增压 (1. 0 ~ 1. 6MPa) 流化床燃烧室为主体, 以蒸汽 燃气联合循环为特征的热力发电技术 烟气净化包括 : 清除燃煤产生的烟气中的有害物质 ( 灰尘 SO 2 NO x 等 ), 具体包括除尘 脱硝和脱硫等内容 从煤炭中获取能量主要靠燃烧, 目前以循环流化床锅炉 ( CFBC) 的适应煤种广, 燃烧效率高, 且易于实施床内脱硫, 与常规粉煤锅炉比, SO 2 NO x 可减少 50% 以上, 与采用粉煤锅炉加净化装置比, 可节约投资 10% ~ 15% CFBC ( 包括常压 AFBC 增压 PFBC) 是近年来国际上竞相发展的洁净燃烧技术 ; 发展高效低污染粉煤燃烧 ( 先进的燃烧器 ) 应以稳燃 高效 低污染和防结渣作为开发燃煤技术与燃烧器的目标 352

12 分报告九清洁化利用 : 我国煤炭能源的 低碳之路 50% ~ 52%, 脱硫率可达 99%, NO x 排放只有常规电厂的 15% ~ 30% 耗水只是常规电厂的 1 / 3 ~ 1 / 2 对比来看, 国际上煤炭清洁化利用的重点, 则以节能 环保和能效提高的经济性为目标, 发达经济体的煤炭清洁化利用主要侧重于洁净煤技术 煤炭能源形式的转换以及碳管理等三个领域 洁净煤技术较为成熟, 早已充分实现产业化 从概念上说, 洁净煤技术是指在煤的开发 加工转化 利用过程中能够提高效率 减少污染的各种新的 洁净的 煤技术, 主要包括煤加工 洁净燃煤与发电 煤转化 污染物治理及资源综合利用等四个技术领域 ( 见表 9-2) ( 尽管各国发展进度不同, 各有侧重, 各具特色, 但大体可归纳为这四个不同领域 ) 表 9-2 国际上 洁净煤 的技术领域分类 利用处理过程燃烧前的加工转化技术先进的燃煤发电技术煤燃烧后的脱硫 脱氮及污染控制技术非传统的煤基发电技术 技术领域包括先进的洗选技术 煤气化技术 煤层气开发利用技术 废煤处理技术 水煤浆的输送技术等包括超临界煤粉燃烧循环发电技术 循环流化床燃烧发电技术 加压流化床发电技术 整体煤气化联合循环发电技术 高效能外燃发电技术等包括石灰 / 石膏法烟气脱硫技术 烟气除尘技术 富氧燃烧技术等包括先进的煤基燃料电池发电技术 磁流体发电技术等 资料来源 : 参见熊一权 洁净煤技术产业新发展, 节能与环保 2006 年第 2 期 美国最早提出 洁净煤技术 1 概念, 并于 1986 年率先推出 洁净煤技术示范计划 欧盟和日本也于 20 世纪 年代相继投入巨资, 开展洁净煤技术的研发 其中, 日本积极开发了一系列洁净煤技术, 包括 : 提高煤炭利用率技术 (IGCC FBC PFBC); 脱硫 脱氮技术 ( 先进选煤技术 富氧燃烧技术 废烟处理技术等 ); 煤炭转化技术 ( 煤炭直接液化 加氢气化 燃料电池和煤热解等 ) 及粉煤灰有效利用技术 日本的洁净煤技术与应用, 主要体现出三方面特 1 洁净煤 ( 英文为 Clean Coal Technology, 简称 CCT), 20 世纪 80 年代初, 由美国和加拿大关于解决两国边境酸雨问题谈判的特使德鲁 刘易斯 ( Drew Lewis, 美国 ) 和威廉姆 戴维斯 (William Davis, 加拿大 ) 共同提出, 是指从煤炭开发到转化利用的全过程中, 旨在减少污染和提高效率的煤炭加工 燃烧 转化和污染控制新技术的总称 ( 范维唐, 2004) 353

13 能源蓝皮书 点 : 提高能效, 促进清洁 环保, 可经济性地替代液体能源 目前可用于工业煤代油燃烧的洁净煤技术主要有水煤浆技术 煤气化技术和粉煤燃烧技术 洁净煤技术在国际上商业化应用后, 带来环境的明显改善和能源效率的显著提高 发达国家已把洁净煤技术作为可持续发展的能源新技术之一, 作为重要的国际输出技术 此外, 在国际上, 煤炭清洁化利用的核心技术以及占有国际比较优势的前沿技术应用领域主要包括联合煤气化循环发电技术 (IGCC) 和碳捕集及封存技术 (CCS) 等 经过近年的技术追赶, 我国联合煤气化循环发电 ( IGCC) 电站已进入示范项目阶段, 预计将在 2016 年前后进入全国试点推广 IGCC 电站的主要技术和装备中, 我国也取得了一些具有自主知识产权的技术创新成果 但有些重要技术装备仍需引进技术, 或直接进口设备 碳管理尤其是碳捕集与封存技术领域, 由于技术路线和经济性的制约, 我国仍处于谨慎的摸索和初期尝试阶段, 虽有数个小规模项目已经尝试进行碳捕集, 但回收的 CO 2 多用于下游食品行业等工业化使用, 考虑到我国的实际情况, 尚未做到碳的地下埋存甚至彻底 封存 此外, 由于我国重化工业进入新的增长阶段, 油气能源的需求持续高企 ; 因此, 煤化工产业以及煤层气产业化开发等, 以煤炭气化 煤基液化为主要内容的煤炭形式转换, 成为我国煤炭清洁利用领域的 重头戏 二 我国煤炭清洁化利用现状及发展概述 就世界范围而言, 由于国际发达经济体的能源结构均已实现了以油气资源为主 以可再生性能源为辅的轻型化和清洁化, 因此, 21 世纪以来, 国际上对于煤炭及电力系统等传统能源的清洁 高效利用, 集中体现在三个方面 : 针对煤炭等低热值高污染能源作为电源, 主要强化燃煤机组的高效清洁燃烧技术以及碳排放管理技术 (CCS); 此外, 在电源端, 则侧重提高电网输电效率 在国际上, 20 世纪 90 年代以来, 1000 兆瓦规模的大容量整体煤气化联合循环发电系统 (IGCC 电站 ) 和循环增压流化床联合循环发电技术 ( PFBC) 成为产业化应用的主流 进入 21 世纪以来, 为有效减少工业 CO 2 对全球大气系统的排放和影响, 碳排放管理技术中最为先进的碳捕集与封存 ( CCS) 技术应运而 354

14 分报告九清洁化利用 : 我国煤炭能源的 低碳之路 生 不过, 安装 CCS 系统, 造价高昂并明显影响 IGCC 电站的工作效率, 严重损害燃煤机组的经济性 ; 迄今为止, 世界范围内并无大规模工业化应用 CCS 技术的成功案例, 此项技术尚处于示范应用阶段 在国际能源清洁化利用的主流趋势的引领下, 目前, 我国煤炭能源清洁化利用领域也取得了初步进展, 总体上处于前沿技术跟踪 技术引进和转化以及工业化示范阶段 与我国煤炭行业优势结合较为紧密的一些应用领域中, 我们的技术创新和产业化应用已居世界前列 引领潮头 我国煤炭清洁化利用领域的主要技术创新与应用, 目前分布于三大领域 : 以整体煤气化联合循环发电系统 (IGCC) 及超 ( 超 ) 临界燃煤技术为主的高效清洁燃烧领域 ; 以碳捕集与封存 (CCS) 等先进技术为核心的碳排放管理领域 ; 包括煤炭气化技术 煤基替代液体燃料等煤炭液化技术为基本内容的煤炭能量形式转化领域 此外, 煤层气产业化开发以及煤矸石等煤炭副产品的资源化利用, 也成为我国煤炭资源深化利用的重要补充内容 总体看来, 除煤炭伴生产品及副产品资源化利用之外, 我国煤炭能量形式转化技术研发 工业示范及产业化应用等, 由于规划明确 实践丰富 资源基础和工业基础良好, 其工业化利用水平较高 在燃煤机组高效清洁燃烧技术领域, 我国总体处于技术自主创新 积极主动跟踪和引进主流技术并实现国产化的局面 2008 ~ 2009 年, 我国先后大量装备了超 ( 超 ) 临界燃煤机组, 并对 新一代清洁发电技术 IGCC 电站积极进行自主创新和工业示范建设, 使我国高效清洁燃烧领域的工业化利用水平跨上一个新台阶 此外, 在煤炭能源碳排放管理的最前沿领域, 例如, 在碳捕集与封存 (CCS) 等这些技术方法先进 发展理念激进但不具经济性和适用性的领域, 我国的技术研发水平与应用程度与世界其他主要经济体较为接近 目前, 我国已有一些具体的技术引进和自主研发实践, 但还处于碳捕集及工业化利用阶段, 并未实现以 封存 或地下埋存方式的 彻底减排 总体上, 在 CCS 领域, 我国仍处于工业方法论层面的审慎观察和思考阶段 ( 一 ) 高效清洁燃烧 碳排放管理技术及应用 1. 高效清洁燃烧技术 : 从超临界机组到 IGCC 电站煤炭的高效洁净燃烧是实现煤炭发电 清洁化 的一个最重要研发领域, 是煤炭清洁利用技术的核心 煤炭的高效洁净燃烧技术在国际上是近 10 年开发的新技术, 其中, 整体煤气化联合循环发电 (IGCC) 电站, 被认为更具有革命 355

15 能源蓝皮书 性, 也成为发达国家重点发展的低碳技术 目前全球共有近 30 座 IGCC 示范电厂 在建或运行, 总装机容量超过 8000 兆瓦, 其中运行超过 10 年的 IGCC 电厂有 4 个 ( 见表 9-3) IGCC 电厂是我国自主创新以及追赶国际先进潮流的重中之重 表 9-3 国际主要 IGCC 电站概况 (250 兆瓦以上 ) 坦 帕 (Tampa) 沃巴什河 ( Wabash River) 德母克勤 (Demkokec) 普尔托努 ( Puertollano) 燃料烟煤烟煤烟煤煤 + 石油焦 气化炉技术 GE - Texaco 水煤 浆加压气化 Destec 水煤浆加 压气化 Shell 干煤粉加压 喷流床气化 普尔托努 ( Prenflo) 干 煤粉加压喷流床气化 燃机 GE GE SIEMENS SIEMENS 净功率 ( 兆瓦 ) 全厂净效率 (% ) 建设地点 ( 时间 ) 美国 (1996) 美国 (1995) 荷兰 (1994) 西班牙 (1997) 资料来源 : 参见乌若思 建设自主创新的干煤粉气化炉 IGCC 电站 绿色煤电 项目第一阶 段任务, 未公开出版资料, 2006 整体煤气化联合循环发电系统 (Integrated Gasification Combined Cycle, 简称 IGCC), 是一种新型的先进洁净煤燃烧发电技术 在整个工业流程中, 将煤气化为中低热值煤气, 再将煤气净化, 除去其中的硫化物 氮化物 粉尘等污染物, 变为清洁的气体燃料, 进入燃气轮机的燃烧室燃烧 ; 加热气体以驱动燃气轮机做功, 燃气轮机排气进入余热锅炉加热给水, 产生蒸汽驱动蒸汽轮机做功, 是个联合循环过程 国际上发达经济体如美国等, 长期以来, 对于煤炭清洁化利用的技术创新主要集中于提高发电燃烧效率, 因此, 在高效清洁燃烧系统方面, 欧美国家具有明显的领先优势 对比来看, IGCC 电站在欧美已进入成熟的工业化应用阶段, 我国尚处于示范应用的早期 IGCC 电站的建设, 在我国以华能集团的 绿色煤电 计划 1 为代表, 其发 年 12 月 23 日, 在国家发改委 科技部等部委领导下, 中国华能集团公司联合了包括中国大唐集团公司 中国华电集团公司 中国国电集团公司 中国电力投资集团公司 神华集团公司 国家开发投资公司 中国中煤能源集团公司等 8 家煤炭 发电 金融等国有巨头企业, 共同发起成立了绿色煤电有限公司 356

16 分报告九清洁化利用 : 我国煤炭能源的 低碳之路 展重点为提高电力供应效率 减少污染物排放, 以有效地保护环境 绿色煤电项目还得到了国家有关部委的政策性支持, 不仅列入国家发改委的 IGCC 电站示范工程和高技术产业化专项, 而且有关关键技术已列入国家中长期科技发展规划 我国电力工业积极发展 绿色煤电, 基于以下三个原因 第一, 我国 以煤电为主 的电源格局将长期保持不变 一方面煤炭资源是我国的优势能源 ; 另一方面在发电的能源方面, 中国电力结构中火电占约 74%, 而其中 95% 为煤电, 并且中国平均供电煤耗远高于国际先进水平, 提高燃烧系统效率, 具有创新的广阔空间 第二, 我国电力工业以燃煤发电为主, 主要面临严重的环境污染的可持续发展的困境 除低效外, 火电也是环境污染的重要排放源 随着全球气候变暖, CO 2 排放的问题日益受到国际社会强烈关注 同时, 中国火力发电是 CO 2 的重要排放源, 排放量占到总排放量 50% 以上, 还将进一步增长, 未来电厂必将面临 CO 2 减排压力 随着 2012 年政府间协同减排的国际义务进入新的阶段, 国际社会在气候谈判和 CO 2 等主要 温室气体 减排 1 国际监督方面, 将对发展中的经济大国尤其是中国形成较为严格甚至苛刻的监督 未来国际社会对 CO 2 减排的要求日益严格, 以煤气化制氢及其发电为主的燃煤发电技术将实现煤基能源转化系统的近零排放和较高的综合利用效率, 是未来比其他洁净煤技术更具有优势的绿色煤电技术 第三, 由于我国已进入新一轮的经济增长, 传统发电系统难以满足环保要求下的增长迅速的电力需求 目前我国主流的发电技术为超临界和超超临界发电技术等 1 联合国政府间气候变化专门委员会 ( Intergovernmental Panel on Climate Change, 一般简称为 IPCC) 在其 2007 公布的 气候变化报告 中指出 : 在主要的温室气体中, CO 2 对地球生态系统的 温室效应 影响最大, 占 60% 由于大气环境中的 CO 2 主要来源之一为化石燃料燃烧释放, 因此提高燃烧化石能源的火电系统的清洁高效是 CO 2 减排的最根本途径 温室效应是指大气中的 CO 2 等气体能透过太阳短波辐射, 使地球表面升温 同时阻挡地球表面向宇宙空间发射长波辐射, 从而使大气增温 由于 CO 2 等气体的这一作用与 温室 的作用类似, 故称之为 温室效应, CO 2 等气体被称为 温室气体 目前, 主要温室气体中的六种, 被定义为对生态环境有害, 包括二氧化碳 (CO 2 ) 甲烷 ( CH 4 ) 氧化亚氮 ( N 2 O) 氢氟碳化物 (HFCS) 全氟碳化物 (PFCS) 以及六氟化硫 (SF 6 ) 357

17 能源蓝皮书 我国目前最为先进的发电技术也难以解决 CO 2 的大量排放问题, 难以满足未来电力的可持续发展要求 需要发展和采用更先进 效率更高的新一代发电技术 1, 比如循环流化床锅炉发电技术 ( CFBC) 整体煤气化联合循环发电技术 (IGCC) 以及增压循环流化床燃烧联合循环发电技术 (PFBC) 等 通过发展 IGCC 电站, 我国能够实现如下的技术创新 : 研发 示范 推广以煤气化制氢 氢气轮机联合循环发电和燃料电池发电为主并进行 CO 2 分离处理的煤基能源系统 ; 大幅度提高煤炭发电效率, 使煤炭发电达到污染物和 CO 2 的近零排放 ; 掌握其核心技术 支撑技术和系统集成技术, 形成自主知识产权的 绿色煤电 技术 ; 通过自主研发和技术进步, 使其在经济上可接受, 逐步推广应用, 实现燃煤发电的可持续发展 值得一提的是, 华能集团和西安热工研究院联合研发的 具有自主知识产权的清洁煤电关键技术 两段式干煤粉加压气化 的核心技术和整体工艺已获得国家发明专利 其中, 两段式干煤粉加压气化 的核心技术比较成熟 2009 年 3 月 23 日, 中国华能集团公司控股的西安热工研究院与美国未来燃料公司在上海签署了 美国宾夕法尼亚 15 万千瓦 IGCC 项目煤气化技术使用许可原则协议 这是我国具有自主知识产权的清洁煤电关键技术 干煤粉加压气化技术首次进入西方发达国家和国际能源市场, 标志着该项技术达到国际先进水平 2. 我国电力工业污染物减排概述煤是远古植物遗骸, 埋在地层下, 在地壳隔绝空气的压力和温度作用下产生碳化化石矿物 煤炭的主要成分为碳 氢 氧和少量的氮 硫或其他元素 硫是煤的最主要杂质之一, 其通常以硫化物的形式出现于煤的燃烧生成物中 目前现代工业中电力燃煤排放到大气中的污染物种类繁多, 性质复杂, 主要包括烟尘或气体形式存在的硫氧化物 (SO 2 等 ) 氮氧化物 ( NO X 等 ) 碳化合物 ( 以 CO 2 为主 ), 以及有机化合物及卤化物等 在排放减量中, 一般可监测主要以 SO 2 NO X CO 2 以及可吸入颗粒物及视觉可辨识烟尘 1 IGCC 发电技术与超超临界燃煤技术的比较优势在于 : 超超临界燃煤技术主要追求的是消耗更少的煤炭, 相比之下, IGCC 发电则是将煤气化, 在合成气进入燃气轮机之前就将碳脱除, 因此在燃烧发电过程中几乎零排放 相比其他清洁煤发电技术, IGCC 的优点很多 : 发电效率高达 45%, 能实现 98% 以上的污染物脱除效率, 耗水量小, 燃烧前进行碳捕集的成本低, 能与其他先进的发电技术 ( 如燃料电池等 ) 结合等 358

18 分报告九清洁化利用 : 我国煤炭能源的 低碳之路 自 2007 年以来, 由于我国将节能减排的发展目标作为国民经济 十一五 发展规划的约束性指标加以量化, 污染排放物的清洁化工作成效明显 其中, 尤其是 2008 ~ 2009 年, 新建燃煤发电机组不仅有容量上的下限要求, 更要求必须配备烟气脱硫装置 火电厂烟气脱硫装机容量增幅非常明显 根据国家发改委 2009 年 2 月公布的 2008 年度我国火电厂烟气脱硫 显示 : 截至 2008 年底, 我国火电厂烟气脱硫装机容量超过 亿千瓦, 约占煤电装机总容量的 66%, 同比上年 (2. 7 亿千瓦 ) 提高了 16 个百分点 然而, 对于其他污染物 NO X CO 2 等的有效减排以及回收技术 1, 目前我国还处于研发和技术探索阶段 此外, 对于可吸入颗粒物 2 的减排必要性的研究, 我国还处于理论探讨和认识重建阶段, 与国际先进水平尚有一定差距 3 3. IGCC + CCS 两项煤炭清洁利用技术的 低碳组合 化石能源中, 煤炭的碳排放系数最高, 约为 吨 CO 2 / 吨标准煤 在我国, 燃煤电厂有效的脱碳技术是煤炭实现清洁化利用的核心 目前, 煤炭实现低碳化的技术路线主要有两大条 : 一条是煤制天然气 二甲醚等目前具有产业 常用的 CO 2 回收利用方法包括 : (1) 溶剂吸收法 使用溶剂对 CO 2 进行吸收和解吸, CO 2 浓度可达 98% 以上 该法只适合于从低浓度 CO 2 废气中回收 CO 2, 且流程复杂, 操作成本高 (2) 变压吸附法 采用固体吸附剂吸附混合气中的 CO 2, 浓度可达 60% 以上 该法只适合于从化肥厂变换气中脱除 CO 2, 且 CO 2 浓度太低不能作为产品使用 (3) 有机膜分离法 利用中空纤维膜在高压下分离 CO 2, 只适用于气源干净 需用 CO 2 浓度不高于 90% 的场合, 目前该技术国内处于开发阶段 (4) 催化燃烧法 利用催化剂和纯氧气把 CO 2 中的可燃烧杂质转换成 CO 2 和水 该法只能脱除可燃杂质, 能耗和成本高, 已被淘汰 上述方法生产的 CO 2 都是气态, 都需经吸附精馏法进一步提纯净化 精馏液化, 才能进行液态储存和运输 吸附精馏技术是上述方法在接续过程中必须使用的通用技术 通常将粒径在 10 微米以下的颗粒物称为 PM10, 又称为可吸入颗粒物或飘尘 颗粒物的直径越小, 进入呼吸道的部位越深 10 微米直径的颗粒物通常沉积在上呼吸道, 5 微米直径的可进入呼吸道的深部, 2 微米以下的可 100% 深入到细支气管和肺泡 可吸入颗粒物 (PM10) 在环境空气中持续的时间很长, 对人体健康和大气能见度影响都很大 一些颗粒物来自污染源的直接排放, 比如烟囱与车辆, 另一些则是由环境空气中的硫氧化物 氮氧化物 挥发性有机化合物及其他化合物互相作用形成的细小颗粒物 可吸入颗粒物是城市生态环境尤其是大气环境中对于人类影响较为重大的环境污染源 如果被人吸入后, 会累积在呼吸系统中, 引发许多疾病 粗颗粒物的暴露可侵害呼吸系统, 诱发哮喘病 细颗粒物可能引发心脏病 肺病 呼吸道疾病, 降低肺功能等 目前, 我国火电行业环评中, 大气环境评价因子中主要包括 : SO 2 NO 2 PM10 ( 烟尘 ) S 沉降及 N 沉降 二次颗粒物归于 PM10 可吸入颗粒物粒径为 10 微米, 即 PM10; 而国际上一些发达经济体对可吸入颗粒物的监控达到 2. 5 微米 (PM2. 5) 359

19 能源蓝皮书 化可行性的项目, 成为清洁利用的有效途径, 为国内外各类资本所热捧, 投资旺盛, 产业化迅速铺开 一条是核心技术国产化不足, 应用成本高昂的先进技术, 包括煤炭的高效清洁燃烧技术 ( IGCC 电站 ) 和碳捕集及封存 ( CCS) 技术等 作为 碳减排 时代最富有革命性的技术组合 CCS + IGCC, 这两项煤炭清洁高效技术已成为世界主要经济体推动能源 清洁革命 的共同发展方向 因加快自主研发和先进技术引进后国产化力度 ( 目前国内已建成 4 座 IGCC 电站示范项目 ), 我国发电工业揭开 IGCC 时代的帷幕 而在碳捕集及封存 (CCS) 碳捕集及利用 (CCU) 1 技术领域, 虽已投建了 3 个示范项目, 但总体上, 我国仍还处于研发和理论研究阶段 ( 见表 9-4) 碳捕集及封存 (Carbon Capture and Storage, CCS) 技术, 是一项在燃煤 燃气发电站以及其他碳排放密集产业内, 实现对 CO 2 捕集和封存的技术 这项技术完整的流程是 : 在产生大量 CO 2 排放的工业流程, 通过捕集装置将 CO 2 隔离 压缩, 并通过管道运输或其他方式输送到地下干枯的油气井或其他合适的地质岩层中, 利用岩层特性将其永久封闭起来 CCS 技术的难点和根本目标是 : 实现 CO 2 的地质封存, 使之与大气环境彻底隔绝, 有效降低 温室效应 在有效降低工业化碳排放力度方面, CCS 技术具有明显的比较优势 据称, CCS + IGCC 煤炭清洁高效技术组合, 能够达到近零排放的 绿色煤炭 的最高减排目标 据联合国政府间气候变化委员会 ( Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC) 的调查以及国际能源署 能源技术展望 (2009) 预测, 到 2050 年, 应用 CCS 的技术减排将占全球碳减排总量的 20% ~ 40% 由于人类工业文明的长足发展, 在技术创新的有力支持下, 煤炭等传统化石能源迎来了 清洁革命 时代 然而, 2009 年, 随着碳减排成为全球进入 气候主导政治经济新格局 后的首要关注点, 作为首席碳减排技术, CCS 技术也成为自 2009 年以来世界能源革命的 技术明星 1 碳捕集及利用 (Carbon Capture and Use, CCU), 是指先将工业流程产生的高密度 CO 2 进行储存, 并将其作为化工产品或化工原料进行有效的工业化循环利用 与 CCS 相比, CCU 技术的安全性和经济性优势是显著的 目前国际应用经验是 : CO 2 与氢结合可进行甲烷 甲醇等有机化工产品的生产, 实现循环利用 ; 也可将 CO 2 用于碳纤维 工程塑料 沥青 建材等的生产, 进行永久固碳 ; 还可利用植物的光合作用进行生物固碳 此外, CO 2 和氢的牵手也将拓展未来氢能的利用领域 360

20 分报告九清洁化利用 : 我国煤炭能源的 低碳之路 表 9-4 近期煤电领域主要碳捕集 / CCS 应用项目 国家项目承建企业碳捕集特点碳封存方式投资规模建设规划 美国 西弗吉尼亚州纽黑文 登山家 燃煤发电厂 CCS 项目 美国电力公司 10 万 ~ 20 万吨 / 年, (AEP) 捕集率达 90% 液化后输入郊区 7800 英尺下砂岩层中, 再压入砂岩层 400 英尺以下的白云石层 获 DOE 验证资助 亿美元 2009 年示范运营 德克萨斯州米德兰 - 美国敖德萨电厂 CCS 项目 美国 Summit Texas 清洁 270 万吨 / 年, 捕集率封存至西德州二叠纪盆地的获 DOE 验证资助 年 12 月获 能源公司 达 90% 油田, 以提高石油采收率亿美元 CCS 验证资助 阿拉巴马州莫比尔燃 美国 煤电厂 CCS 项目 美国南方公司 100 万吨 / 年, 捕集率封存至地下盐水深层达 90% 获 DOE 验证资助 亿美元 2009 年 12 月获 CCS 验证资助 芬兰西部 Meri-Pori 丹麦燃煤电厂 CCS 验证项目 丹麦 A. P. 穆勒 - 马士基公司与芬兰 TVO( 富腾公司旗下 ) 公司合作 125 万吨 / 年, 捕集率达 90% 封存于北海丹麦地区的衰竭 8000 万 ~ 1 亿美元油田中 拟于 2015 年投入使用 法国西南部拉克电厂法国道达尔公司 12 万吨 / 年 CCS 项目 注入阿基坦地区鲁塞枯竭气 6000 万欧元田, 封存深度为 4500 米 2009 年实施碳捕集及注入 华能北京高碑店热电中国华能集团北京热电厂厂碳捕集示范项目 3000 吨 / 年, 捕集率超过 85% 捕集 CO 2 精制为食品级 CO 2 产品销售 2400 万元 / 碳捕集装置 2008 年 7 月建成投产 华能石洞口第二电厂中国华能集团上海第二电厂碳捕集示范项目 1 万 ~ 10 万吨 / 年, 捕集率可达 90% 捕集并生产高纯度 CO 2 产 1. 5 亿元 ( 总投资 ) 品销售 2009 年进入调试阶段 重庆市合川双槐电厂中国碳捕集示范项目 中国电力投资集团远达 1 万吨 / 年环保公司 捕集并生产万吨高纯度 CO 2 产品销售 1235 万元 / 碳捕集装置 2010 年 1 月 21 日正式投入运营 注 : 2009 年 12 月, 美国能源部 (DOE) 宣布, 作为 清洁煤发电启动计划 的一部分, 西弗吉尼亚州纽黑文 登山家 燃煤发电厂 CCS 验证项目 德克萨斯州米德兰 - 敖德萨电厂 CCS 验证项目以及阿拉巴马州莫比尔燃煤电厂 CCS 项目等, 共获美国能源部验证资助 亿美元 资料来源 : 根据公开信息整理 361

21 能源蓝皮书 自 哥本哈根世界气候大会 闭幕以来, 尽管会议本身并未如期缔结具有 法律约束力的协议, 明确各主要经济体的减排责任①, 但全世界都已深刻认识到 以先进的技术手段切实实现工业化碳减排, 迫在眉睫 因此, 2009 年底至 2010 年初, 后哥本哈根效应 正在积极显现, 全球主 要发达经济体纷纷加快了 CCS 的示范项目的建设进程 总体而言, 在相关能源战略及政策方面, 由于技术储备丰富, 试验和开发经 验丰富, 欧美等经济发达国家在以 CCS 技术减排实现低碳化方面, 态度积极, 力度激进 ( 见专栏) 专栏 世界主要发达经济体重视发展碳捕集及封存 ( CCS) 技术 1 美国 在 CCS 领域, 美国是当之无愧技术创新的 领跑者 尽管并未签署 京都 议定书, 但美国十分关注碳排放技术的创新, 早在 1997 年就着手规划和实验 美国发展 CCS 技术由美国能源部 ( DOE) 来主导, CCS 技术发展规划由化石能 源办公室 ( FE, Office of Fossil Energy) 负责管理, 由国际能源技术办公室负责 实施, DOE 则负责彼此间的协调以及保障支持 1997 ~ 2007 年, 碳封存计划 发展的第一个十年, 对 CO2 的 捕 捉 分 离 隔离 地质及陆地贮存 相关法 规 章 程 以 及 经 济 性 利 用 等 方 面 进 行 了 深 入 全面的研究 实验和示 范 项 目 实 施 CCS 技 术 已 使 CO2 的 排 放 得 到 有 效 削减, 使石化燃料具有作为发 电 能 源 的 可 持 续 性, 从 而 成 为 有 效 的 经 济 的 技术 2008 年以后, 碳封存计划 逐渐扩大 CCS 技术应用的实地实验规模, 充分 研究潜在的封存地点地质特征, 以确保规模达百万吨级的碳地质封存的永久性 安全性 此外, 美国 的 CCS 计 划, 不 是 孤 立 的 技 术 目 录, 而 是 整 合 了 燃 煤 电 厂 的 CCS 应用技术, 包括先进的煤气化循环复合发电技术 ( IGCC) 先进的涡轮技 ① 哥本哈根世界气候大会, 全称为 联合国气候变化框架公约 缔约方第 15 次会议暨 京都 议定书 缔约方第 5 次会议, 于 2009 年 12 月 7 ~ 19 日在丹麦首都哥本哈根召开 超过 85 个 国家元首或政府首脑 192 个国家的环境部长以及近百个国际组织的领导人与会, 商讨 京都 议定书 一期承诺到期后的后续方案, 就未来应对气候变化的全球行动签署新的协议, 即 2012 ~ 2020 年的全球减排责任分担 362

22 分报告九清洁化利用 : 我国煤炭能源的 低碳之路 术 燃料电池技术等其他前沿技术 2009 年, 美国总统奥巴马及其新一任政府, 上任伊始即宣称 : 在未来 10 年投入 4. 5 亿美元在美国 7 个地区进行 CCS 项目试验 自 1997 年起, 美国已投入约 34 亿美元进行 CCS 技术的研究 美国能源部表示, 资助将广泛用于燃煤发电厂 化工厂 炼油厂 水泥厂 钢铁和冶金厂等工业 CO 2 高密集排放领域的减排示范项目 美国能源部希望获得拨款的每套装置, 到 2015 年能够使碳捕集和封存能力达到 100 万吨 / 年的规模 美国对于 CCS 技术减排可谓信心十足, 雄心勃勃 根据美国电力科学研究院 (EPRI) 的数据, 通过 CCS 技术加大可再生能源比例促进能源结构进一步清洁化, 以及发展新型核电站等, 预计到 2030 年, 美国碳排放总量将减少 41% 2. 欧盟目前, 英国 法国 德国 意大利 西班牙 瑞典 挪威 荷兰等发达欧盟国家, 都已开展 CCS 项目研发 英国政府 2009 年 6 月发布 清洁煤炭发展框架草案, 规定 : 所有新建火力发电厂必须提供 CCS 示范证明才能获批, 每个示范项目在 10 ~ 15 年内, 所封存的 CO 2 必须达到 2000 万吨的规模 此外, 德国莱茵集团 法国道达尔集团 荷兰壳牌石油公司等著名跨国能源企业, 也提出 CCS 研发计划, 在全球开展了多个 CCS 示范项目, 并设计出未来 ( 短期内 ) 能够实现商业化运作的技术路线 在 2009 年下半年召开的 八国集团 峰会上, 欧洲制订了 CCS 技术推广时间表, 指出 : 到 2010 年, 至少有 20 座燃煤发电厂使用 CCS 技术, 到 2020 年前, 欧洲和美国的 CCS 技术进入商业化推广阶段, 并于 2025 年前实现在全球工业领域的推广 3. 其他 OECD 国家据称, 澳大利亚正在建设世界上规模最大的 CCS 项目, 将使释放到大气中的 CO 2 注入深度达 1300 米衰竭的天然气井中, 每年捕集和封存 CO 2 可超过 340 万吨, 接近目前全球示范项目的总规模 受到美国积极发展 CCS 技术的鼓励, 加拿大也十分重视 CCS 技术研发和示范 仅在 2009 年 5 月, 加拿大联邦政府批准了 8 个 CCS 项目, 每个项目拨款 300 万 ~ 3000 万加元不等, 总计拨款高达 1. 4 亿加元 4. 中国在 CCS 技术研发和示范中, 截至目前, 我国尚无实施 CO 2 捕集 分离 隔 363

23 能源蓝皮书 离以及地质封存等全流程的 CCS 技术示范项目或相关经验 2008 年 7 月以来, 我国燃煤发电领域已投建三个 CCS 示范项目, 华能北京高碑店热电厂 上海华能石洞口第二电厂以及中国电力投资集团远达环保公司 2010 年 1 月 20 日刚刚启动的规模为 1 万吨 / 年的重庆市合川双槐电厂 CO 2 捕集及利用示范项目 其中, 华能北京高碑店热电厂是我国目前唯一在热电厂实现工业级应用碳捕集技术的项目 截至 2009 年底, 鄂尔多斯的 10 万吨 / 年 CO 2 捕集和封存示范项目, 也是国内首个完整流程的碳捕集和封存示范项目, 通过了研发和评估程序, 已进入工程招标阶段 据了解, 按照规划, 神华鄂尔多斯煤制油万吨级 CCS 示范项目, 作为神华鄂尔多斯 100 万吨 / 年煤直接液化示范工程配套项目 ( 利用煤直接液化工艺, 每生产一吨成品油需排放约 3 吨液态 CO 2 ), 将以煤制油厂为来源依托, 以鄂尔多斯盆地为封存目标区, 探索我国煤制油化工领域实施 CCS 的可行性 通过建立实施万吨级 CO 2 地质封存示范项目, 掌握具有全流程特点 针对中国典型地质条件下的封存理论和关键技术, 提升中国 CCS 技术的研发水平, 为将来实施大规模 CCS 项目奠定基础 大量捕集 CO 2 后如何封存或利用, 始终是个难以抉择的技术和产业方向 国际 CCS 示范项目的实施, 一般为完整的 CCS 流程, 即 CO 2 的捕集和储存技术, 其做法是将高碳能源生产流程中富集的 CO 2 有效分离 收集并集中埋存于地下数千米的地质层中隔绝起来, 彻底 封存 起来, 使之无法影响大气环境系统 而在我国, 预期 CO 2 捕集的规模远远超过工业化 CO 2 需求的市场容量 此外, 2008 年 7 月以来, 我国目前从工业排放中回收的 CO 2 约有 40% 用于生产化学品, 35% 用于油田 3 次采油, 10% 用于制冷, 5% 用于碳酸饮料, 其他应用占 10% 可见, CO 2 实现工业化捕集后的循环利用价值还有待开发 5. 中美能源合作近年来, 中美能源合作逐渐热络, 清洁煤技术是重要的合作领域之一 2009 年 11 月, GE 能源公司与神华集团签约, 开展战略合作以进一步提高气化和整体气化联合循环发电 ( IGCC) 技术商业运用 以煤气化为核心的发电技术, 以及配置碳捕集与封存 (CCS) 技术装置的 IGCC 商用电站, 都是美国希望销往中国燃煤发电领域的核心技术 目前在中国的 8 亿千瓦的电力装机中, 火电装机超过 7 亿千瓦, CCS + IGCC 的先进脱碳技术组合在中国的潜在市场 364

24 分报告九清洁化利用 : 我国煤炭能源的 低碳之路 极为巨大 而中国作为发展中大国, 是否采用 CCS 技术减排, 以及如何确保落实工业化减排目标, 已成为可持续发展面临的 两难 问题 一方面, 我国国民经济和社会发展中面临的 碳减排 压力巨大, 责任重大 统计数据显示, 火力发电是当前世界排放 CO 2 的最大行业, 火力发电厂排放的 CO 2 占全球燃烧同种燃料排放量的 30%, 大约占全球人类活动排放 CO 2 的 24%, 而在中国这一比例高达 40%, 所以降低燃煤电厂碳排放被视为中国完成碳减排目标的关键领域 在哥本哈根气候会议召开前夕, 我国国家领导人在 2009 年 9 月召开的 联合国气候变化峰会 上庄严承诺 : 到 2020 年中国单位国内生产总值 CO 2 排放 ( 碳强度 ) 较 2005 年下降 40% ~ 45% 另一方面, 目前大规模技术碳减排仍处于前沿技术行列, 由于在我国实施技术成本昂贵, 因而其经济性成为制约 CCS 技术在我国大规模商用的主要障碍 已有示范项目数据显示, 配套碳捕集装置的电厂成本要比没有进行碳捕集配套装置的电厂高出 30% ~ 40%, 捕集每吨 CO 2 大约需要 20 ~ 40 美元 对于中国传统燃煤企业来说, 使用 CCS 技术可能面临成本高昂的问题 国际示范项目的经验数据是 : 采用 CCS 比普通燃煤电站的发电成本增加 50% 即使是最先进的 IGCC 电站, 装置 CCS 系统后, 能效也会明显降低 随着技术进步和商业化进程加速, CCS 整体成本有望在四五年内大幅下降 根据法国道达尔公司的数据, 未来 5 年左右, 传统燃煤系统整合 CCS 技术的综合成本, 反映到终端用户或电价水平, 有望降低到与风电电价基本持平的水平 结合我国煤炭领域技术发展和行业应用的实际, 我国技术减排所采用技术路线选择方面, 也存在不确定性 目前, 燃煤电厂 CO 2 捕集的技术路线主要有三种 : 燃烧前脱碳 燃烧后脱碳以及富氧燃烧技术 有技术专家分析认为, 燃烧前捕集适合于未来新建电厂, 燃烧后捕集适用于现有电站改造 我国华能集团开展的 绿色煤电 计划示范项目采用了基于整体煤气化联合循环 ( IGCC) 技术, 属于燃烧前 CO 2 捕集技术, 是能耗最低的技术路线 而华能北京热电厂 3000 吨 / 年的 CCS 示范项目则属于 燃烧后捕集 的案例 而富氧燃烧技术目前还在清华大学进行试验, 处于研发阶段 但是, 我国目前尚无商业运行并加载 CCS 脱碳装置的 IGCC 电站, 超过 6 亿千瓦的发电装机是传统燃煤电站 而燃烧后烟气 CO 2 捕集技术最适合于现有的传统燃煤电站改造, 有利于在近期实现商业化 365

25 能源蓝皮书 示范 CCS 技术是一种脱碳效率较高的先进技术 国际上 CCS 项目的脱碳效率多在 90% 以上, 我国华能北京热电厂脱碳率超过 85% CCS 对 CO 2 的捕集, 可广泛应用于燃煤或燃油电厂 钢铁厂 水泥厂 炼油厂 合成氨厂等 CO 2 的集中排放源 除燃煤电厂潜在技术减排需求巨大之外, 我国仍处于重化工业阶段, 高排放行业众多, 减排压力巨大, 因此, CCS 作为燃烧后烟气 CO 2 捕集技术是我国近期有效降低单位 GDP 碳排放量的最为适宜的手段之一 最后, 不得不正视的问题是 : 应用完整工业流程的 CCS 技术, 捕集后的巨量 CO 2 的地质封存难度很大 碳封存 需要首先寻找到适宜封存 CO 2 并使其与大气完全隔绝的地质层 从地质学角度看, 有三类地质层适合埋存 CO 2 : 油气田 不含碳氢化合物的地质层以及深度蓄水盐层等 CO 2 地质封存 环节的实施, 除了技术和管理因素之外, 需要考虑封存目标区的地质环境影响, 更需要当地地方政府的全力配合, 以及当地居民的大力支持 目前, 在欧洲, 荷兰壳牌公司以及瑞典 Vattenfall 公司的 CCS 项目实施中, 都受到了 CO 2 地质封存区居民的激烈反对, 而未能顺利实施 对此, 美国稳步推进 CCS 技术发展的经验值得借鉴 美国能源部 ( DOE) 自 1997 年起组织规划和实施了 CCS 技术发展规划, 即 碳封存计划 经过 10 多年的发展, 通过对 CO 2 的捕捉 分离 隔离 地质及陆地贮存 相关法规章程以及经济性利用等方面进行的深入的 全面的研究 实验和示范项目实施, 目前美国的 CCS 技术比较成熟, 成为一种 使化石能源作为电源能够保持可持续性 的技术 2008 年以来, 美国的 碳封存计划 逐渐转向 碳地质封存 永久性及安全性研究和实地实验方面 美国发展 CCS 技术, 具有两个鲜明特点 : 其一, 碳封存计划 不是孤立的技术目录, 而是系统整合了燃煤电厂的 CCS 应用技术, 包括先进的煤气化循环复合发电技术 ( IGCC) 先进的涡轮技术 燃料电池技术等其他前沿技术 这使参与研发企业能够基于本行业的技术创新需求逐渐采用 CCS 技术 其二, 在地质封存技术研发与应用方面, 美国能源部注重构建区域性 多层次 多元化合作体系 美国能源部于 2003 年发起了 区域碳封存合作伙伴计划, 与包括联邦政府 州政府以及私营企业等, 结成共同伙伴的关系, 通过对 CCS 示范项目进行资金支持, 扩大对碳封存技术的实地实验规模和范围, 为未来的 碳封存 在不同地区进行实验创造条件, 以确定最合适的技术 366

26 分报告九清洁化利用 : 我国煤炭能源的 低碳之路 法规和基础设施建设 该计划强有力地推动了 CCS 的研究和发展 截至目前, 美国 区域碳封存合作伙伴计划 共拥有 7 个地区的合作伙伴, 包括 350 多个州立机构 大学和私营企业, 地跨美国 42 个州 3 个印第安地区和 4 个加拿大省份 结合我国 CCS 示范项目的实际运行, 我国目前二氧化碳回收的利用方式, 受制于地质空间条件的缺乏和技术不足, 均未考虑做封存处理, 而是采用了 碳捕集及利用 (CCU) 方式 1 ( 二 ) 煤炭形式转化 1. 煤炭气化煤炭气化, 作为资源利用和能量储存形式的转变, 煤炭转化为气态, 包括两类 : 煤气化, 即 将煤炭压碎气化后转化天然气的过程 2 ; 抽取或收集固态煤炭资源的伴生产物 非常规天然气体煤层气, 进行资源化开发 ( 见表 9-5) 这里侧重探讨 煤炭转化为人工天然气的煤制天然气 领域 目前, 在 2009 年出台的 石化产业振兴规划 所鼓励的五类新型煤化工领域中, 煤制天然气具有极为明显的经济优势 资源综合利用及环境清洁性优势, 有利于煤炭资源综合利用 区域经济规划及统筹布局 因此, 煤制天然气成为国家产业政策 能源企业以及拥有大量煤炭储量的地方政府发展清洁能源和新型煤炭化工的 宠儿 1 2 目前, 已投建的三个燃煤电厂 CCS 项目中, 燃烧后烟气 CO 2 捕集运行良好, 但国内 CO 2 封存技术尚处于研究阶段 在我国碳捕集 运输 地质封存等 CCS 全流程尚无示范项目 已有示范项目中, 燃烧后捕集到的烟气 CO 2 经过精制工艺流程生产出高纯度的 CO 2 产品, 用于食品工业或其他领域, 循环再利用 从这个意义上看, 我国的 CO 2 捕集及再利用技术更接近于 CCU, 即将 CO 2 封存 在制造业产品中, 在工业化产业链中实现了资源的循环再利用 煤炭气化是指煤在特定的设备内, 在一定温度及压力下使煤中有机质与气化剂 ( 如蒸汽 / 空气 或氧气等 ) 发生一系列化学反应, 将固体煤转化为含有 CO H 2 CH 4 等可燃气体和 CO 2 N 2 等非可燃气体的过程 煤炭气化技术用途广泛, 可作为工业燃气 民用煤气 化工合成和燃料油合成原料气 冶金还原气, 还作为联合循环发电 (IGCC) 燃气 煤炭气化技术与高效煤气化结合的发电技术就是 煤炭气化燃料电池技术, 其发电效率可高达 53% 此外, 作为基础技术, 煤炭气化制氢广泛地用于电子 冶金 玻璃生产 化工合成 航空航天及氢能电池等领域 尤其, 煤炭直接液化以及直接液化, 都离不开煤炭气化 367

27 能源蓝皮书 表 9-5 煤炭气化工艺及产品分类 定 义 煤气化就是以煤为原料, 以空气或氧气和蒸汽为气化介质, 在一定的高温下, 与煤中的可燃 物质 ( 碳 氢等 ) 发生反应, 经过不完全的氧化过程, 使煤转化成为含有一氧化碳 ( CO) 氢 (H 2 ) 和甲烷 (CH 4 ) 等可燃成分的混合气体 ( 称为煤气 ) 的过程 广义分类 技术分类 煤的完全气化, 产品以煤气为主 煤的温和气化, 或称低温干馏, 产品以半焦为主 煤的高温干馏, 产品以焦炭为主 入炉煤的块度 块煤气化 细粒煤气化 粉煤气化 气化介质 空气气化 蒸汽 - 空气气化 蒸汽 - 氧气气化 气化过程的阶段性 单段气化 双段气化 多段气化 过程的操作压力 常压气化 加压气化 煤在气化炉内过程状态 固定床气化 沸腾床气化 气流床气化 熔渣床气化 产品分类 发生炉煤气 ( 燃气 ) 水煤气 ( 原料气 ) 城市煤气 通常用作冶金工业中的平炉炼钢 锻造 轧钢及耐火砖窑等燃料气, 也用作机械 建筑 纺织工业等部门的燃料气供化工部门作合成氨 甲醇 合成汽油等的原料气主要为城市居民作燃气用 资料来源 : 参见范维唐 洁净煤技术的发展与展望, 2006 在能效方面, 与其他煤资源转化的能源产品和生产工艺相比, 煤制天然气的能源转化效率较高, 可达 50% ~ 52%, 煤制油为 34. 8% 煤制二甲醚为 37. 9% 煤制甲醇为 41. 8%, 而最先进的 IGCC 电站能效为 45% 此外, 煤制天然气单位热值水耗在煤化工所有项目中最低, 为 ~ 吨 / 吉焦, 煤制油为 吨 / 吉焦 煤制二甲醚为 吨 / 吉焦 煤制甲醇为 吨 / 吉焦 在资源布局和统筹发展方面, 由于我国煤炭能源的分布和水资源等其他资源之间呈现逆分布, 远离经济发达的主要能源消费市场, 长期受制于综合运输系统及物流能力的不足 煤炭制成气体能源后, 依托现有或新建的天然气等已初具规模的气体能源的管网运输, 不仅能够降低运输成本 节约大量运输资源, 在煤化工一体化建设过程中, 更能够有效配置当地各类经济资源, 带动当地区域经济实现共同发展 在技术装备方面, 目前, 国内煤制天然气主要采用鲁奇气化炉法, 除甲烷化装置需要引进高压蒸汽过热器 循环气压缩机等个别国外先进设备以外, 其余大部分基本实现了技术设备国产化 自主研发与引进国际先进技术的相结合, 既能保证技术的成熟性, 具有一定的产业化张力, 又符合企业投资能力, 具有一定经 368

28 分报告九清洁化利用 : 我国煤炭能源的 低碳之路 济性 在技术路线和产业化应用方面, 结合发达经济体的发展经验, 从长远发展来看, 煤基气态能源产业化开发的重点应是 : 选择煤气化循环发电 ( IGCC) 技术以改造现有老电厂, 以及实现煤基合成油和合成化工产品综合开发 1 与石油天然气等高热值能源相比, 长期以来, 即使在国际上, 煤制气的产业化仍然处于发展初期 目前, 大规模的产业化项目仅有美国大平原公司一家, 运行了 20 多年, 综合经济效益良好 由于适于气化的褐煤资源丰富, 澳大利亚北悉尼煤炭公司正在研究新的气化技术, 并希望进一步用于煤制油产业, 预计 2013 ~ 2014 年能产出成品汽油 世界上第三大煤炭生产国印度, 其褐煤储量约为 350 亿吨, 十分关注煤炭气化技术的创新和进展 目前, 印度石油天然气公司和印度煤炭公司联合建设了地下褐煤气化中试装置, 印度 Shiv-Vani 油气开发服务公司与澳大利亚 Linc 能源公司也联合建设了褐煤气化和煤制油项目 印度哥达伐里电力和钢铁公司则认为发展煤炭气化, 最终形成煤 化 电 冶联产模式, 使褐煤资源得到高效利用 在我国, 尤其是 2009 年第三季度国内出现严重的 天然气荒, 囿于定价机制僵化而导致的供应严重不足, 使天然气行业准政府定价机制 松绑 以促进有效供应的呼声高企, 气体能源需求的巨大增长, 使煤制天然气呈现前所未有的良好发展时机 截至目前, 我国企业通过国家发改委批准 国家立项, 以及在地方政府和企业通力合作下已开工建设的有 10 个煤制天然气项目, 合计产能接近 200 亿立方米 / 年, 主要位于 2007 年以来煤炭新增储量巨大的内蒙古自治区和新疆维吾尔自治区等地 ( 见表 9-6) 其中, 神华集团内蒙古鄂尔多斯项目将 西煤 就地转化为 西气, 然后通过全封闭管道 东输, 进一步提高了煤炭清洁利用水平, 丰富了 西气东输 战略的内涵 此外, 新汶集团 山东枣庄 潞安集团 庆华集团 永煤集团等企业的煤制天然气项目前期工作也已陆续启动, 一些企业已开工建设 1 张亮等 : 煤基气态能源产业化发展问题研究, 中国能源发展报告 (2009), 社会科学文献出版社, 2009, 第 443 ~ 475 页 369

29 能源蓝皮书 表 9-6 我国目前已规划或投建的主要煤制天然气项目 投建企业 建设资源区 SNG 产能规模 ( 合成天然气 ) 产业化度 总投资 神华集团内蒙古鄂尔多斯 20 亿立方米 / 年已开工建设一期 140 亿元 大唐国际克什克腾旗 40 亿立方米 / 年 大唐国际辽宁阜新 40 亿立方米 / 年 已作为 国家级示范工程 列入国家石化振兴规划已作为 国家级示范工程 列入国家石化振兴规划 226 亿元 约 180 亿元 内蒙古汇能 集团 内蒙古 16 亿立方米 / 年 已作为 国家级示范工程 列入国家石化振兴规划 神东天隆集团 新疆吉木萨尔五 彩湾矿区 13 亿立方米 / 年国家发改委已批复 亿元 新汶矿业集团 新疆伊犁 20 亿 ~ 100 亿立 方米 / 年 已开工建设 约 90 亿元 新疆庆华煤 化工 新疆伊宁伊犁河 谷 55 亿立方米 / 年已开工建设 277 亿元以上 华银电力内蒙古鄂尔多斯 18 亿立方米 / 年规划中 174 亿元 中海油总公司 同煤集团 山西大同 40 亿立方米 / 年规划中一期 210 亿元 资料来源 : 中国化工报, 2009 年 11 月 2. 煤基液化 (1) 煤基液化产业受到国家产业政策支持 20 世纪的第一个十年, 能源工业实现了最大的范式创新 : 日渐高企的能源产品价格, 使石油 煤炭等传统能源资源, 不仅作为稀缺的能源产品被高价追捧, 也作为重要的化工原料在不断延伸的产业链上极大程度地影响和塑造当代工业的发展面貌 以提供多元化能源产品 提高能效和减少排放保护环境为目标, 世界各主要经济体或地区, 都根据资源和经济发展的需求, 选择现实可行 有效的煤炭加工及清洁化技术 ( 见表 9-7) 显然, 煤炭如何实现清洁化利用, 成为 21 世纪同时解决能源短缺和环境约束问题的主导技术 其中, 煤炭液化技术成为产业界的投资 明星 煤炭液化技术是将固体的煤炭转化为以液体烃类 化工原料等为主要产品的先进洁净煤技术 除煤基醇醚燃料之外, 通过液化技术实现 煤制油, 又可分为煤的直接液化技术和煤的间接液化 ( 合成油 ) 技术 煤的直接液化技术是将固体煤在高温 370

30 分报告九清洁化利用 : 我国煤炭能源的 低碳之路 表 9-7 煤基液体燃料经济和能源利用效率比较 项 目 直接液化合成油 间接液化合成油 甲醇燃料 吨产品耗煤 ( 吨 ) 4 ~ ~ ~ 2. 2 产品转化能效 (% ) ~ ~ ~ 50 吨产品成本 ( 元 ) 高 高 700 ~ 900 效益规模 ( 万吨 / 年 ) > 200 > 100 灵活 运输距离 大 大 小 运输量 小 小 大 储运能耗 相近 相近 相近 和汽油的替代比 ~ 总相对燃料能效 (% ) ~ ~ ~ 资料来源 : 参见陈俊武 谢克昌 中国能源可持续发展若干重大总量研究, 科学出版社, 2007 高压下与氢反应, 将其降解和加氢从而转化为液体油类的工艺, 又称加氢液化 1 煤直接液化油可生产洁净优质汽油 柴油和航空燃料 煤的间接液化技术则是先将煤气化, 然后合成燃料油和化工原料及产品 2 考虑到技术稳定性 可靠性 技术方案的经济性以及产业化对资源和环境的外部冲击等均存在不确定性, 长期以来, 我国对于 煤制油 持有谨慎态度 目前, 已获得国家发改委批准的仅有神华集团在鄂尔多斯建设的百万吨级煤直接液化制油示范项目, 以及内蒙古伊泰集团 16 万吨煤间接制油示范项目, 分别作为两种技术的 样板工程 3 进入 21 世纪, 面对能效 行业经济效益以及环保清洁性要求, 我国煤炭行业实现技术创新与产业升级, 主要体现在以煤炭资源清洁化利用为根本目标的煤 煤直接液化技术的工艺过程 : 把煤先磨成粉, 再和自身产生的液化重油 ( 循环溶剂 ) 配成煤浆, 在高温 (450 ) 和高压 (20 M ~ 30MPa) 下直接加氢, 将煤转化成汽油 柴油等石油产品 已投建运行的示范项目显示 : 1 吨无水无灰煤可产 500 ~ 600 公斤油品, 加上制氢用煤, 约 3 ~ 4 吨原煤产 1 吨成品油 煤间接液化技术的工艺过程 : 先把煤全部气化成合成气 ( 氢气和一氧化碳 ), 然后再在催化剂作用下合成汽油 以目前的工艺, 每产 1 吨成品油, 直接液化消耗原煤 3 ~ 4 吨, 而间接液化则消耗 4. 5 ~ 5. 5 吨 ; 每吨油品产出中, 直接液化耗水量为 5 ~ 6 吨, 间接液化项目的耗水量则是 8 ~ 12 吨 从单位投资金额计算, 直接液化 煤制油 每万吨产能需 0. 8 亿 ~ 1. 1 亿元人民币, 煤制油 间接液化则需 1. 1 亿 ~ 1. 3 亿元人民币 371

31 能源蓝皮书 化工领域 年以来, 在投资政策 财税政策 区域经济政策和产业政策等共同鼓励下, 以煤基能源液化为核心的煤化工产业技术创新, 进入了全新的发展阶段 我国能源产品中以生产高价值的焦炭产品为主的煤焦化等产业, 因上游优质资源 水资源和环境资源消耗或污染严重, 被划归到传统煤化工领域, 从国家产业政策的角度看, 属于 不受支持 甚至提高进入门槛的 限制 领域 而煤制油 煤制烯烃 煤制二甲醚 煤制甲烷气 煤制乙二醇等新型煤炭化工领域, 作为先进适用类技术创新, 受到国家产业政策的有力支持 2009 年 5 月, 国务院办公厅出台的 石化产业调整和振兴规划细则 明确指出 : 2009 ~ 2011 年规划期间, 稳步开展煤化工示范 应 坚持控制产能总量 淘汰落后工艺 保护生态环境 发展循环经济以及能源化工结合 全周期能效评价的方针, 坚决遏制煤化工盲目发展势头, 积极引导煤化工行业健康发展 今后三年停止审批单纯扩大产能的焦炭 电石等煤化工项目, 原则上不再安排新的煤化工试点项目, 重点抓好现有煤制油 煤制烯烃 煤制二甲醚 煤制甲烷气 煤制乙二醇等五类示范工程, 探索煤炭高效清洁转化和石化原料多元化发展的新途径 (2) 交通运输燃料替代成为煤基液化产业发展方向 同为化石燃料, 煤炭和原油的不同之处在于 : 煤炭的含碳量高, 含氢量低, 结构紧密 煤炭一般碳含量为 60% ~ 90%, 部分无烟煤含碳量甚至高达 95% 以上, 而氢含量一般在 5% 左右 与液体燃料相比, 煤炭不宜运输 尤其, 煤炭的低热值性使之不能直接提供给内燃机或其他内燃设备作为动力燃料直接使用, 因此, 不能直接应用于各种运输交通工具 有研究表明, 用作交通运输燃料的原油消费量超过了世界石油总消费量的 50% 进入工业化中期, 我国交通运输领域的石油需求存量和增量均呈现巨大规模 : 2007 年我国交通运输需求的石油缺口为 亿吨, 2010 年预期约为 2. 5 亿吨, 已超过 2009 年的原油进口总量 因此, 煤基液体燃料替代石油产品, 成为当前国内外对 煤制油 领域投资需求旺盛的强劲动力 1 煤化工是以煤为原料的化学工业, 与石油化工 天然气化工一起均属能源化工范畴 历史最悠久的煤化工是炼焦工业, 通过炼焦, 不仅可获得焦炭, 而且还可获得焦油 煤气 氨等化学品 焦油加工后还可得到苯 萘及其他几十种化学产品 从理论上讲, 焦油分馏精炼后可得到 500 多种产品 发展煤化工是促进煤炭企业可持续发展的重要途径 目前煤制油项目, 煤制甲醇 煤制二甲醚等项目在煤炭企业蓬勃开展 372

32 分报告九清洁化利用 : 我国煤炭能源的 低碳之路 在国际上, 液体燃料的广泛用途吸引了各国对煤制油 ( CTO) 的研究 美国 日本 英国和德国等国家历史上都曾进行过大型煤炭液化的研发项目, 出现了多种煤炭液化的工艺技术, 但截至目前仅有南非的 SASOL 公司具有唯一煤炭液化商业化项目 历史经验显示, 世界范围内的 煤制油 产业之所以未能实现全面工业化, 其根本制约因素来自经济的不确定性 20 世纪 80 年代以来, 国际石油行业在较长时期内处于稳定增长, 储量和油气新发现层出不穷, 相对低廉 便于使用的石油资源, 使 煤制油 产业的投资充满不确定性 最新一轮国际石油价格的变动, 对 煤制油 产业造成的严重危机发生在 2008 年第三季度至 2009 年间 由于国际石油价格从 147 美元 / 桶的历史高位, 半年之内暴跌到 60 美元 / 桶, 甚至一度跌破 35 美元 / 桶的生产成本线 这种来自国际石油市场金融属性的价格剧烈波动, 使 煤制油 产业的比较优势荡然无存, 且风险巨大 然而, 从国际石油市场总体仍处于供需紧平衡的大趋势来看, 进入 2009 年第三季度, 国际油价又稳步回升到 70 ~ 80 美元 / 桶的价格区间, 国际石油资源的相对短缺和石油价格的高位运行, 并未因经济危机的冲击而得到根本改变 随着国际经济形势逐渐走出低谷, 并稳步走向复苏, 替代石油的液体燃料仍极具吸引力, 包括中国在内的很多国家对 煤制油 等煤基燃料的工业化, 再次表现积极的投资建设的态势 (3) 我国煤炭液化技术进展 第一, 煤制油 直接液化技术进展 目前, 煤制油 的直接液化技术和工艺研究已列入国家 863 高科技发展计划 在直接液化催化剂方面, 煤科总院北京煤化工研究分院建成了高分散催化剂的连续制备试验线, 成功获得纳米级催化剂产品, 并于 100kg / d 直接液化连续试验装置上进行了煤直接液化试验 结果表明 : 与普通超细粉碎天然矿物催化剂相比, 该催化剂加入量仅约其 3 / 4, 液化油收率就能提高约 4% ( 干煤基 ) 在液化工艺方面, 结合神华集团 108 万吨煤直接液化示范工程的技术路线优化试验研究, 基本形成 神华煤直接液化新工艺, 正在建设的每天处理 6 吨煤的 PDU 试验装置对该工艺作进一步开发验证, 并作为国内第一条煤直接液化工业示范生产线的技术基础 1 1 神华集团于 2003 年成立煤制油公司, 完成了对示范工程基础设计的审查和论证, 对煤直接液化百万 吨级示范工程进度进行了调整, 并于 2007 年完成首条示范生产线的建设, 投入试运行 第一条生产 线的建设和投产将对神华集团乃至中国煤直接液化的产业化发展起到至关重要的示范和促进作用 373

33 能源蓝皮书 作为国家替代能源战略的重要组成部分, 神华集团鄂尔多斯煤直接液化项目是目前国家唯一批准的百万吨级煤制油商业化项目 该项目于 2005 年 5 月开工, 工程规划总规模为 500 万吨, 其中一期规划建设三条生产线 年产能 320 万吨 据介绍, 神华集团煤制油项目首条百万吨示范生产线投产后, 每年可转化煤炭 350 万吨, 生产柴油 石脑油等产品 108 万吨 按照神华集团目前的规划目标, 在目前设计生产能力年产油品 108 万吨的基础上, 2009 年煤制油产能达到 500 万吨, 并在 2020 年逐步形成 3000 万吨的油品和煤化工产品产能 随着国际石油价格历经百年不遇的经济危机, 仍然长期运行于 70 美元上的高位区间, 煤制油 的效益更加凸显 第二, 煤制油 间接液化技术进展 煤间接液化技术与工艺开发, 也得到了国家 863 高科技发展计划的支持 中科院山西煤化所于 2001 年建成每年生产 1000 吨产品的浆态床合成油试验装置和配套的催化剂制备装置, 2002 ~ 2003 年进行了多次连续运行试验, 并得到合格的合成产品, 在工艺开发 催化剂研制 运行条件优化及自动控制等多方面取得了一些重要成果 在 煤制油 间接液化方面, 2009 年 3 月, 内蒙古伊泰集团 16 万吨间接液化煤制油项目投产 ; 6 月, 山西潞安集团 16 万吨间接液化煤制油项目试车 此外, 神华集团的 16 万吨间接液化煤制油项目, 以及酝酿多年遭遇 叫停 至 2010 年初方获准放行的山东兖矿集团榆林百万吨级煤间接液化项目, 已具有在年内择机投建的可能 1 截至 2009 年底, 神华集团鄂尔多斯项目 内蒙古伊泰集团和山西潞安集团 煤制油 的运行, 使我国 煤制油 合计产能已达到 160 万吨的规模 第三, 煤基醇醚燃料发展进展 随着我国工业化和城市化进入新一阶段的高速发展期, 尤其是我国汽车工业迅速发展, 汽车保有量持续扩张, 使车用液体燃料的短缺成为我国现代化发展中最大的 能源 瓶颈 相应的, 在能源技术创新领域中, 目前替代能源研究的重点集中为 : 以生物乙醇或生物柴油等生物质液 1 兖矿集团在实验室开发研究的基础上, 于 2003 年下半年开始建设每年生产万吨级合成油的开发装置和配套催化剂制备装置 兖矿集团积极开展陕西榆林百万吨级煤间接液化项目, 并曾制订计划于 2013 年形成以低温费托工艺为主的年产 500 万吨油品的总生产能力, 到 2020 年左右建成 1000 万吨左右油品总生产能力 但由于国内各地对 煤制油 的投资热情过于高涨, 各地规划的总产能迅速膨胀, 未考虑与当地的水资源 煤炭储量等统筹规划 因此, 2008 年 8 月以来, 国家发改委连续三次发文紧急叫停 除神华集团和伊泰集团的两个示范项目以外, 事实上其他同类项目均被 叫停 兖矿集团受到的影响最为明显, 审批过程一再延宕, 直至 2010 年初才拿到所有文件获准放行, 具有投建的资格 374

34 分报告九 清洁化利用: 我国煤炭能源的 低碳之路 体燃料替代石油产品; 以包括甲醇 二甲醚以及合成油等煤基替代液体燃料 一 般认为, 含量低于 15% 高于 85% 的甲醇汽油, 是今后符合我国资源国情的 最 为可行的技术突破和发展方向 迄今为止, 我国相继发展了多种车用替代燃料, 主要包括甲醇 二甲醚等煤基醇醚燃料 乙醇和生物柴油等生物质液体燃料 天 然气 煤液化 ( 煤制油) 等 由于我国煤炭储量中高硫劣质煤约占资源总量的 40% ~ 50%, 这种劣质煤 不能作为一次能源使用, 但可采用煤清洁化洁净利用技术, 将其制成甲醇和二甲 醚等用来替代石油的二次能源, 即煤基醇醚燃料 同时, 由于我国目前生产甲醇 和二甲醚, 主要利用弃采的高硫劣质煤炭和焦炭生产中排空污染的焦炉煤气作为 原料, 既能够节约有限的能源资源, 而且成本低廉 具有经济性 在相关技术创新方面, 由于我国目前甲醇发动机技术基本解决 我国目前开 发了三代全甲醇发动机, 并能够生产甲醇燃料发动机和甲醇燃料汽车 1 升的甲 醇发动机其动力性能相当于 1 3 升的汽油发动机 自主知识产权的甲醇汽车已经 在山西省示范运营, 效果良好① 在相当长的一段时间里, 煤炭仍将在我国经济发展中扮演重要的基础能源角 色 相应的, 从长期可获得性 安全性和经济性等角度考虑, 并且对综合环境影 响相对比较有限, 开发应用煤基替代燃料将是我国现阶段发展替代燃料的现实 选择 总体来看, 自 2007 年以来, 在不断攀升的高油价刺激下, 可替代柴油的甲 醇汽油和二甲醚等煤基醇醚类液体燃料需求增长, 极大地刺激了国内企业在甲醇 和二甲醚生产上的大量投资 进入 2009 年, 依托内蒙古 山西 新疆等主要煤 炭资源产地, 在我国集中掀起了新一轮能源投资热潮 专栏 煤炭液化产业战略发展的激烈争鸣: 要不要发展 煤制油? 进入 21 世纪以来, 由于国际石油资源供应的紧平衡局面, 我国能源科技及 产业化领域, 掀起了 以具有传统资源优势的煤炭制造石油产品替代燃料 的 投资浪潮 ① 此外, 其他车用替代燃料在不同省 自治区 直辖市进行试点 例如在四川 北京 上海等 地试点推广了天然气燃料; 在东北三省 安徽 湖北等地应用试点乙醇燃料; 而在内蒙古则 建成了迄今为止国内最大的煤液化煤制油技术项目等 375

35 能源蓝皮书 与此同时, 要不要以 煤制油 的方式发展替代能源, 以解决运输燃料不足 ; 以及 煤制油 是不是煤炭清洁高效利用的一个好的可持续的发展方向, 成为国内科技界 产业界 投资界和政策研究领域人们激烈争鸣的焦点 不赞同 发展煤制油替代油品 的理由主要是 : 从经济性以及环境保护的清洁性要求来看, 煤制油 不具有 可持续的清洁替代性 国务院发展研究中心技术经济部马名杰认为 : 由于国际石油市场价格波动剧烈, 随着石油价格下跌, 煤炭价格上涨以及环境治理成本内部化价格上升等, 都将降低煤制油的经济性 过多的不确定性, 使 煤制油不符合清洁替代的发展方向 国际上经济发达国家的相关研究显示, 煤制油 的工业化未在多数富煤国家展开, 煤制油 并非发达国家的能源替代方向 以美国为例, 美国公众 国会中的多数和环保主义者都反对给予煤制油补贴政策 主要理由是煤制油生产过程中大量的 CO 2 排放污染了环境 麻省理工学院对煤炭利用前景的研究, 也从 CO 2 排放的角度不支持发展 煤制油 此外, 美国参议院多次否决了与煤制油有关的提案 2007 年 6 月否决的一份修正案计划为煤和其他原料的合成气体生产项目提供 100 亿美元的贷款, 用于煤制油工厂 CO 2 捕集和封存设备, 以减少 CO 2 排放 由于煤制油始终面临油价不确定 首家工厂的技术和经济风险 碳排放 煤炭供应的压力等问题, 又由于煤制油项目通不过财务评价, 而政府又不对规模生产予以政策扶持, 因此美国企业缺乏将该项技术商业化的积极性 他认为, 现有的有限几个商业化的煤制油商业化项目, 是 个别国家在特定背景下实现了煤制油的规模生产, 具体来说, 是因为种种原因限制之下无法进入国际石油市场, 不具有在全球化市场中更为经济 有效 可持续地配置经济资源的能力 相应的, 他认为, 中国目前匆忙上马的煤制油商业化项目, 具有一定的盲目性, 其根源是 体制缺陷 由于煤炭作为资源的定价机制市场化不足, 资源价格扭曲和极低的污染成本导致成本被严重低估, 扭曲的市场信号误导了企业的投资行为 而随着我国煤炭定价机制市场化改革的逐步深入, 煤炭作为不可再生性化石能源, 以及具有高污染性能源, 其可耗竭性的资源属性, 以及外部环境成本向煤炭价格的回归, 必然推动煤炭价格摆脱长期的制度性价格压抑, 恢复性的价格上涨, 将提高 煤制油 的原料成本, 从而降低 煤制油 的经济性 376

36 分报告九清洁化利用 : 我国煤炭能源的 低碳之路 参考国际上发展 煤制油 的三条经验 : 研发上长期支持 示范中严密跟踪 依照环境标准严格准入 相应的, 针对目前国内 煤制油 的示范项目的发展, 马名杰认为 : 第一, 应稳步实施示范工程, 以解决规模生产的技术问题 要坚持 能源发展 十一五 规划 和 加强煤化工项目建设管理促进产业健康发展的通知 提出的 稳步示范 的方针 煤制油在中短期内的任务是搞好示范工程, 完善技术和工艺, 真正做到技术成熟和稳定, 为规模生产奠定技术基础 政府支持煤液化关键技术的研究开发, 支持工程示范 但示范项目规模不宜大, 原则上同类技术只支持一个示范项目 有关部门应严格跟踪项目进展, 取得示范项目的煤耗 水耗 碳排放和能效等数据, 为煤制油的工业化提供科学依据 第二, 应严格环境评价和水资源保护, 减少环境损害 我国煤炭资源主要分布在水资源匮乏 生态资源脆弱地区, 发展煤制油要综合考虑煤炭资源 水资源和环境的可承受能力, 污染物排放要严格控制在环境容量之内 要对水资源和环境加以有效保护, 合理设置行业准入门槛 第三, 应加快推进煤炭价格形成机制改革, 让市场机制引导企业决策 促进煤炭产业清洁化, 不仅需要技术创新, 制度保障也要加强, 应推进 关于深化煤炭资源有偿使用制度改革试点实施方案 等煤炭价格形成机制的改革, 使煤炭价格能够真实反映市场供求关系 资源稀缺程度, 以及环境损害成本 针对 煤制油 项目, 原则上, 不应对 煤制油 项目减免资源有偿使用费等资源税费, 以防止进一步扭曲市场行为, 引发对环境和资源的新一轮破坏 最终, 应使煤制油的成本得到真实反映, 让真实的市场信号引导企业的投资和生产行为 而支持 煤制油 发展的观点则认为, 从中国能源发展战略和 国情 因素来考虑, 发展 煤制油 等煤基车用替代液体燃料, 短期看来, 虽在经济性方面不是最优选择, 却是中长期发展的根本出路 针对 以一种不可再生的化石能源替代另一种不可再生资源 的质疑, 倪维斗院士曾撰文指出 : 煤炭对我国来说也是稀缺资源, 但相对于其他能源资源仍可 忍受, 若每年将煤炭产量的 1 / 8 用于甲醇 二甲醚, 或煤制油等车用液体燃料的生产, 产出几千万吨的替代燃料, 从总的能源供应角度不会带来很大的不平衡 随着国民经济的发展, 未来石油需求的缺口巨大, 生物柴油和玉米等纤维素合成的 粮食乙醇 也只能解决一部分液体燃料短缺问题 倪维斗认为, 在我国石油储量 产量不多和车用液体燃料必须安全供应的形势下, 车用液体燃料短缺根本上还得从煤基替代燃料上找出路, 煤基醇醚燃料的替代成为我国必然的战略方向 377

37 能源蓝皮书 ( 三 ) 煤炭副产品的资源化利用 1. 煤层气资源的产业化开发与利用煤层气, 即煤层瓦斯或煤层甲烷, 是与煤共生, 开采煤炭时从煤体内析出的一种气体 煤层气的主要成分为高纯度甲烷 (90% 以上 ), 是成煤过程中生成的自储式天然气体, 以吸附和游离状态赋存于煤层及岩层, 属于非常规天然气 煤层气, 在我国煤炭工业史上是人们耳熟能详的煤炭安全生产 杀手, 但同时也是一种热值高 污染少 安全性高的清洁优质能源 传统煤矿开采中煤层气的大量排空对全球气候环境变化 ( 温室效应 ) 具有较大影响 有数据显示, 每 1000 立方米煤层气相当于 1 吨燃油和 吨标准煤 ; 煤层气发热量可达 8000 卡 我国的煤层气资源十分丰富, 是世界上继俄罗斯 加拿大之后的第三大煤层气储藏国, 居世界排名前 12 位, 占资源总量的 13% 根据最新一轮资源评估结果, 我国埋深 2000 米以浅的煤层气资源量达 万亿立方米, 相当于 450 亿吨标煤 350 亿吨标油, 与我国陆上常规天然气资源量相当 煤层气资源开发, 对于保障煤矿安全生产, 丰富能源品种, 提高能源利用水平, 以及保护大气环境, 均具有重要意义 目前世界上主要产煤国对煤层甲烷的资源化开发利用程度较高, 主要方法是地面钻井开采 美国 1993 年煤层气的产气井有 5000 余口, 产气量达到 207 亿立方米 对比来看, 我国煤层气的开发利用程度相对较低, 主要是采取井巷抽放, 气体利用价值低 近年来, 由于能源清洁环保的要求, 天然气得到工业化重视, 相应的, 也带动了我国煤层气产业化的良好发展势头 截至目前, 我国地面煤层气产业加快开发, 储量和产能得到了迅速发展 1 与 2005 年相比, 我国煤层气探明储量达到 1700 亿立方米, 增长 70% ; 累计施工煤层气井 3600 多口, 增长 5 倍 ; 年产量增长 18 倍, 产能达到 25 亿立方米 在开发与利用技术创新方面, 我国在煤层气利用方面技术逐渐成熟 经过多年攻关, 我国地面煤层气钻探 测试 排采等技术取得了长足进步, 羽状水平井已推广应用 在一些地区, 煤层气地面开发已经攻克了无法抽采利用 抽采利用不经济的难题, 奠定了产业化开发利用煤层气的技术 经济基础 从单纯的危害 1 目前全国煤层气探明储量达到 1700 亿立方米, 年产量达 7 亿立方米, 产能达 25 亿立方米 378

38 分报告九清洁化利用 : 我国煤炭能源的 低碳之路 治理, 到治理与开发并重, 我国已加强煤层气产业化规划和实施力度 2005 年 6 月, 国务院关于促进煤炭工业健康发展的若干意见 指出, 按照高效 清洁 充分利用的原则, 开展煤矸石 煤泥 煤层气 矿井排放水以及与煤共伴生资源的综合开发与利用 鼓励瓦斯抽采利用, 变害为利, 促进煤层气产业化发展 按照就近利用的原则, 发展与资源总量相匹配的低热值煤发电 建材等产品的生产 1 总体上, 我国煤层气产业化已进入快速发展轨道 从产业推进方面看, 自 2006 年将煤层气开发列入 十一五 能源发展规划以来, 我国在财税制度方面给予煤层气开发提供了一系列优惠政策, 包括抽采销售煤层气实行增值税先征后退政策 对地面抽采煤层气暂不征收资源税 减免企业所得税以及提供补贴等 同时, 我国更在行业宏观管理层面加强了煤层气产业化规划和实施力度 2009 年 4 月 27 日, 国家能源局发布 关于组织开展全国重点煤矿区煤矿瓦斯抽采利用规模化建设工作的通知 表示, 2010 年的发展目标是 : 建成年煤层气抽采量超过 1 亿立方米的矿区 18 个, 煤层气民用用户 200 万户以上, 煤层气发电装机容量 150 万千瓦以上, 到 2015 年建成 36 个煤层气抽采利用亿方级矿区 此外, 主要的煤层气矿业权人目前都制定了发展规划, 并加大投资力度勘探开发煤层气 然而, 我国煤层气的产业化开发, 使煤层气成为具有规模和稳定供应能力的工业化能源, 目前还存在一些制度方面的障碍和问题 必须看到, 煤层气作为煤炭生产的衍生副产品, 保障煤炭行业安全生产, 仍然是国家力促煤层气产业化开发的首要原因 由于煤层气与煤炭相伴而生, 如采用井下采气则在生产技术方式上必然与煤炭生产相互影响, 同一煤田采煤与采气主体的不一致, 导致煤层气的开采 缺乏独立性, 必须 服从服务于煤炭的生产 同时, 由于煤层气的气权 ( 煤层气抽采权 ) 与煤矿的矿权长期处于分置, 1 ( 二十 ) 推进资源综合利用 按照高效 清洁 充分利用的原则, 开展煤矸石 煤泥 煤层气 矿井排放水以及与煤共伴生资源的综合开发与利用 鼓励瓦斯抽采利用, 变害为利, 促进煤层气产业化发展 按照就近利用的原则, 发展与资源总量相匹配的低热值煤发电 建材等产品的生产 修改制定配套法规 标准和管理办法, 落实完善和财税优惠政策, 鼓励废弃物进行资源化利用, 无害化处理 在煤炭生产开发规划和建设项目申报中, 必须提出资源综合利用方案, 并将其作为核准项目的条件之一 参见 国务院关于促进煤炭工业健康发展的若干意见, 2005 年 6 月 7 日 379

39 能源蓝皮书 煤层气资源较难实现供给稳定 资源集中, 以及开采具有规模经济性等商业化基本条件 目前我国从矿井抽采的煤层气, 还存在资源分散 产量不稳 收集成本高 浓度低等现象 这使对煤层气开发和生产的投入和产出进行核算表明, 往往经济效益不佳 我国第一家煤层气专业企业 中联煤层气有限责任公司, 成立于 1996 年, 但发展迄今并没有形成具有商业化规模的地面抽采生产能力 截至 2007 年底, 中联煤层气有限责任公司的煤层气产量仅为 6000 万立方米 无论是作为生产安全 首害 的治理, 还是作为清洁 高效的常规能源的品种补充, 煤层气的产业定位不利, 使其产业化发展后劲严重不足 而矿权气权分置现状等制度性约束, 则在根本上限制了商业性社会资本的进入 作为煤炭的副产品, 煤层气资源实现可持续的产业化开发, 必须在产业定位和商业化规模扩张之间寻找到最适合的平衡点 2. 煤矸石的资源化利用煤矸石已经在世界各国获得了广泛的应用 但是煤矸石的利用率与其产量相比还远远不够 目前, 煤矸石的资源属性尚未充分发挥出来, 尤其对特定煤矸石对应的最适合用途及资源化途径尚未建立 除了应该继续加强已有的利用途径以外, 还应该开拓煤矸石资源化综合利用的新思路 新办法, 研究开发一批高科技含量 高附加值的具有国际先进水平 拥有自主知识产权的煤矸石利用技术 煤炭资源的清洁化利用技术, 作为我国今后发展清洁能源的重要内容, 一方面应大力加强技术创新, 发展清洁高效的燃煤发电技术系统 而另一方面, 应改变思路, 必须看到 : 如果作为废弃物或劣质资源对待煤矸石等煤炭副产品, 则外部性治理成本高昂收效甚微 ; 而如果以气化 净化分离技术以及煤炭液化技术等从根本上实现煤矸石等低质煤炭副产品的资源化利用, 则是发展的必由之路 煤矸石是煤炭开采与加工利用过程中伴生的固体产物, 具有含碳量低 灰分高的特点, 一般被认为废弃物 我国煤矸石的数量一般为原煤产量的 15% ~ 20% 作为工业废弃物露天堆放, 造成了比较严重的环境影响 目前, 我国煤矸石的累计堆存量已达 18 亿吨以上, 发热量相当于 4. 5 亿多吨原煤, 且煤矸石每年还以约 1. 5 亿吨以上的排放速度增加, 排放量很大, 大量占用农田 作为工业同态副产品, 由于我国一些电力企业燃烧技术较为落后, 煤矸石的碳化成分仍然很高, 其氧化自燃和挥发, 放出大量的硫化氢废气, 严重污染大气环境, 甚至破坏区域生态平衡 近年来, 随着国际社会环境保护的要求逐渐提高, 煤矸石的资源化开发与利 380

40 分报告九清洁化利用 : 我国煤炭能源的 低碳之路 用, 成为煤炭清洁利用的一个重要补充内容 目前, 一些国外技术先进国家的煤矸石利用率达 30% ~ 80% 我国在 2004 年煤矸石利用率仅为 54%, 技术水平有待提高, 作为煤炭副产品, 煤矸石开发利用的潜力和空间巨大 煤矸石含碳量的高低是决定其能源利用的主要依据, 以含碳量的高低, 可将煤矸石能源利用的途径划分为三类 : 含碳量小于 10% 不具有能源利用条件 ; 含碳量 10% ~ 20% 可作为水泥 制砖部门的混合能源 ; 当含碳量大于或者等于 20% ( 即热值在 6270 ~ 12550kJ / kg) 时方可作为能源利用 对含混在煤矸石中的煤炭资源加以回收, 是煤矸石能源利用和其他资源化再生利用必需的预处理工作 回收其中的煤炭制备煤气, 或作为发电 供热等代替能源 由于含碳量比较低, 劣质煤中的煤矸石作为锅炉燃料难以在普通锅炉中实现单独燃烧, 但可与其他煤种掺烧, 亦可在沸腾炉中使用 近年来较为先进的煤矸石高效清洁燃烧方式主要包括 : 沸腾燃烧 层燃燃烧 配煤燃烧 复合燃烧, 以及低温燃烧 加化燃烧 振动燃烧等其他燃烧方式 1 在专业用途方面, 我国采用煤矸石配料生产普通水泥技术比较成熟, 煤矸石还可用做烧砖内燃料或低温干馏燃料 此外, 煤矸石制气 ( 即劣质煤气化 ) 是目前较新的资源化领域 由于黑烟和尘粒排放的减量明显, 减轻了空气污染, 劣质煤和煤矸石气化技术不仅能够减少污染保护环境, 而且在全面充分利用煤炭副产品资源方面, 具有重要意义 三模式探讨 : 借低碳契机我国启动煤炭 清洁革命 ( 一 ) 我国启动煤炭 清洁革命 面临的技术及制度挑战总体看来, 我国煤炭资源实现清洁化利用, 主要存在三个不足 1. 战略规划不足作为我国最为传统的能源工业, 煤炭行业将向何处去必须成为战略规划者及行业龙头企业领导者深入关注的主题 面对近年来气候变化造成的我国经济增长和减排的压力, 对于减排的技术方式 技术路线 技术逻辑等, 我们应当打破工 1 李淑强等 : 煤矸石能源化高效清洁利用技术研究现状与发展趋势, 电站系统工程 2008 年第 24 卷第 5 期 381

41 能源蓝皮书 业化必然导致污染因而必须进行 末端治理 的固有思路, 应主动地从战略的高度全面 系统地思考 比如, 欧美等发达经济体提出的以高效清洁燃烧系统和捕捉及封存 CO 2 的碳管理方式作为新的国际政治经济秩序的所谓 技术标准, 我们是否必须刻板遵循, 并完全照搬 ; 结合我国国情和发展的需要, 提出具有前瞻性的解决方案和产业发展路线 进入 后哥本哈根 时代, 对于国际联合减排政府间承诺及责任安排这一充满质疑的 气候政治 问题, 我国有必要组织专业力量, 进行有效的 合理的 符合我国国情和发展客观规律的战略思考和对策研究 2. 技术创新不足技术创新是一个产业不断发展 提高效率 保持活力和产业竞争力的灵魂及核心 具有前瞻性 系统性 科学性的创新视角和必要的眼光, 是促进持续 有效创新的保障 必须看到, 我国现有的煤炭资源清洁化利用的体系和思路, 多是在传统计划经济的历史惯性和思维框架下的产物 近 20 年前确定的发展思路, 与当前的能源需求和经济发展形势, 已产生明显的分野 一方面, 由于技术创新不足, 导致对能源资源的深入认识不足 ; 片面地反映煤炭资源及其副产品的价值, 局限了能源资源的深入利用和产业链价值的扩展 比如煤炭副产品煤层气 煤矸石以及低质煤炭资源的产业化利用, 还停留在次优开发的徘徊和犹疑阶段 而对于煤基液体燃料的规模开发, 长时期的理论争鸣的深度和广度, 已远远超过技术革新本身的力度 另一方面, 由于行业管理和指导能力的事实 真空, 反过来导致技术创新缺乏制度性的 可持续的推动力, 从而导致技术创新严重不足 1 随着传统计划经济时代的结束, 在产业组织机制管理方面, 我国的能源管理处于煤炭 石油 电力各自为政的 分而治之 状态 而其中, 煤炭无论作为资源还是能源, 其行业层面协调和市场化资源配置的组织化水平, 都处于基本 真空 的状态 缺乏高端的行业组织和管理部门, 而产业链延伸较长, 各环节 1 与国际能源领域的技术先进性相比, 我国能源领域整体的技术创新水平存在重大差距, 主要表现为 : 传统能源领域的科研基础设施薄弱 ; 系统化 工程化 产业化水平低, 重大能源技术难以形成产业链 ; 基础创新能力不足, 难以形成创新价值链 ; 主体清洁化能源技术落后, 先进的发电技术对主要国际技术依赖明显 ; 大型技术先进 关键性 重要技术设备制造业又欠发达 ; 在煤基液化技术领域的工程放大 反应器技术方面技术创新不足 ; 电力系统主要运行技术指标和设备水平较低等 382

42 分报告九清洁化利用 : 我国煤炭能源的 低碳之路 上市场化水平严重不一致 此外, 从空间分布而言, 煤炭资源从分布 开发 运输到消费, 所涉及的地理范围广泛, 所跨越的省份在区域经济发展水平上相去甚远, 工业化和市场化深度差别巨大 ; 在缺乏行业总体协调机制 战略定位摇摆不定 规划严重不足的多方利益博弈的局面之下, 煤炭行业的发展很容易形成地方政府利益 少数国有大型企业利益 定价机制和行业运行市场化不完善的非平衡发展局面 这种利益集团或既得利益机构主导下的非市场化历史惯性, 导致我国煤炭产业的现代化 市场化 科学的可持续的发展受到非正常干扰 (1) 煤炭行业定价机制严重滞后, 长期推行的低价, 未能充分反映上游资源补偿成本 外部环境排放成本 企业安全生产的风险成本 政策的有效性大打折扣, 导致煤炭资源脱离其价值属性, 造成煤炭资源的浪费 污染严重 行业成长和创新乏力等不利局面 (2) 即使在发达经济体国家, 从战略到实施, 都极为注重煤炭的开发和清洁化利用 过去 30 多年来, 在世界范围内, 煤炭工业本身的健康 可持续发展, 是与煤炭的清洁化利用和煤炭工业层出不穷的技术创新密不可分的 清洁化利用煤炭, 使之成为可持续的 具有可靠性和便利性能源, 已成为煤炭工业内在发展的推动力, 以及煤炭工业竞争力的核心来源之一 由于历史惯性和国情因素的客观制约, 导致技术准备不足, 而在国际舆论的巨大压力下, 或在政府层面上为国际大国责任所驱动, 进行 创可贴 型的末端治理, 以期有所弥补或修复 后者与我国作为一个经济总量巨大, 力求树立良好的具有责任的大国的形象, 以及我国已经明确地切实落实科学发展观, 走可持续发展的和谐发展道路的战略理念, 极为不相称 (3) 由于能源的直接使用成本低廉 方便使用, 以及能源平台系统迁移成本比较低, 是促进能源工业化发展的基本驱动模式 因此, 仅仅以技术手段修复污染排放严重的工业化燃煤系统等, 缺乏经济价值的驱动, 显然缺乏行业发展的内在驱动力 同时, 受制于我国煤炭工业的现代化水平, 受制于专业人力资源建设及科技研发的能力, 我国煤炭能源的长远建设和发展, 显然技术创新的主动性和活力不足, 因而, 我国作为煤炭储量大国 消费大国, 以及煤炭利用历史最为悠久 传统积淀深厚的煤炭大国, 未能在煤炭行业层出不穷的创新竞争中占据技术和应用的领先优势 相对于 煤炭依赖 远远不如我国的欧美等发达经济体, 我们在煤炭清洁化 383

43 能源蓝皮书 利用的关键技术 设备以及发展思路和方法论方面, 长期处于跟随甚至落后的局面, 严重地制约了我们利用煤炭等优势资源, 提高国民经济能源保障程度的能力 3. 制度建设及政策供应不足制度建设及政策供应不足主要体现为 : 政策障碍以及管理机制的障碍 由于战略思考不足, 对于煤炭清洁化利用的战略定位 总体发展目标 思路和措施的思考不充分 思路不清晰, 目前在国家层面尚未形成完整的发展洁净煤技术政策体系, 缺少配套的法规与政策实施细则 现有的与之相关的科技政策 产业政策 环境政策 节能政策 资源综合利用政策等政策体系之间, 存在着政策效果匹配性差, 甚至有所抵触的现象 同时, 在 末端治理 的倒逼机制压力下, 环境政策的制定, 往往与已有产业政策 技术政策配套的衔接严重错位, 各自为政, 部分技术标准脱离生产实际, 与当前的技术水平等存在一定差距 尤其, 市场机制不足, 在借助市场化力量推动产业创新过程中, 思路不开阔, 过于保守, 不仅对于非国有资本进入煤炭清洁化利用领域的经济激励不足, 而且与鼓励国外企业投资政策的配套也比较差 此外, 促进创新 发展和投资的金融手段和财税机制严重不足 或者由于煤炭工业的传统积淀深刻, 现代财税体制以及现代金融体制的积极作用都难以得到发挥 能源领域金融手段薄弱, 创新技术获得的国家金融支持以及信贷渠道较为有限, 创新技术成长空间不足 ( 二 ) 实现煤炭 清洁革命 协调 能源 环境 经济 目标的模式探讨 1. 发达经济体煤炭清洁化利用的经验研究人类工业化水平以及现代化文明发展到今天, 经济规模的持续扩张 民众福利水平的持续保持, 离不开规模巨大的能源资源的有力支持和保障 同时, 工业生产和民众生活中能源消费对环境的外部性影响正在逐渐抵达边界, 即人类工业文明的 发展极限 这使人类文明的可持续发展, 必须建构在 能源 环境 经济 三者协调发展 和谐相处的基础之上 能源 环境 经济 目标的实现, 可具体体现为提高能效 清洁利用两个方面 在发展模式上, 因资源 人口 经济增长方式和增长空间的差别, 美日欧发达经济体在实现包括煤炭在内的 能源清洁革命 过程中, 体现出不同特征的 能源清洁化发展模式 ( 见表 9-8) 384

44 分报告九清洁化利用 : 我国煤炭能源的 低碳之路 表 9-8 美欧中日洁净煤技术研究与发展概况 国家规划投资情况重点领域及应用 美国欧盟日本中国 1986 年 3 月美国率先进的燃煤发电技术 ; 整体煤气化联合循环发电项目总投资先推出 洁净煤技术 (IGCC), 流化床燃烧 (CFBC); 改进燃烧和直接燃煤热机 亿美元 示范计划 ( CCTP), 环保设备 ;NO X 与 SO X 控制投资由政府和企到 1994 年 9 月已多煤炭加工成洁净能源技术 ; 煤炭洗选, 煤炭温和汽化及业共担, 政府资轮优选出 45 个示范液化助比例平均约项目, 并有 13 项取 35% 工业应用 ; 炼铁 水泥等行业控制硫 氮 灰尘排放和烟气得初步商业化成果回收洗涤等 正在研究开发的项目有煤气化联合循环发电 ( IGCC), 煤和生物质及废弃以提高能效和可再物联合气化 ( 或燃烧 ), 循环流化床燃烧, 固体燃料气化与燃料电池联合循生能源开发为主环技术等提高煤炭利用效率的技术, 如 IGCC CFBC 和 PFBC; 脱硫 脱氮技术, 如先发展洁净煤技术成进的煤炭洗选技术, 氧燃烧技术, 先进的废烟处理技术, 先进的焦炭生产技为热点术等 ; 煤炭转化技术, 如煤炭直接液化, 加氢气化, 煤气化联合燃料电池和煤的热解等 ; 粉煤灰的有效利用技术 1995 年国务院成立 中国洁净煤技术计划框架 涉及四个领域 : 煤炭加工 煤炭高效洁净燃烧 国家洁净煤技术推煤炭转化 污染排放控制与废弃物处理 ; 包括 14 项技术 : 煤炭洗选技术 型广规划领导小组, 组煤技术 水煤浆技术, 循环流化床发电技术 增压流化床发电技术 整体煤织制定 中国洁净煤气化联合循环发电技术, 煤炭气化技术 煤炭液化技术 燃料电池联合利用技术 九五 计划和技术, 烟气净化 电厂粉煤灰综合利用 煤层甲烷的开发利用 煤矸石和煤 2010 年发展纲要, 泥水的综合利用 工业锅炉以及窑炉技术 1997 年 6 月通过 资料来源 : 见范维唐 洁净煤技术的发展与展望, 2006 (1) 欧盟的 小国需求 模型 欧盟作为工业化和资本主义体系建设历史悠久 经验丰富的经济体集团, 长期重视经济发展方式与能源和环境的协调及良性互动 进入 21 世纪的 10 年间, 由于经济福利已发展到一定水平, 能源需求增长空间有限 同时, 欧盟各主要国家的能源结构均已实现了以石油 天然气 核能以及太阳能等可再生能源为主的多元化 清洁型, 对于煤炭等高污染 低热值的传统能源消费需求增长有限 这使英国等欧盟各国在能源的持续增长格局中处于 小国需求 的相对有利地位, 加之多年来的能源清洁化技术的沉淀和积累, 燃煤发电领域的清洁化力度强劲, 措施激进 作为 200 多年前率先掀起工业革命的发达资本主义大国, 进入新世纪 10 年以来, 英国又率先向 低碳经济 转型, 并凭借战略 技术 制度机制等方面的优势, 力图在未来的低碳时代获得发展先机, 在 气候变化主导国际政治经济格局 的时代大潮中, 成为 规则制定者 继 2008 年正式通过 气候变化 385

45 能源蓝皮书 法案 成为第一个对 碳排放 立法的国家之后 1, 2009 年 7 月 15 日, 英国又公布了详尽的 英国低碳转型 国家战略方案 这份方案涉及能源 工业 交通和住房等社会经济各个方面, 同时出台的配套方案有 英国可再生能源战略 英国低碳工业战略 和 低碳交通战略 等 在能源方面, 到 2020 年使 40% 的电力来自低碳领域 其中, 风能 潮汐能等可再生能源将在总能源构成中增加到 30% ; 政府正规划建设一系列新的核电站, 预计 2025 年投产 ; 对烧煤的火电厂进行技术改造, 捕捉并储存其所产生的碳 政府还计划对全国电网进行改造, 使其更智能化 由于燃煤火电机组目前占英国发电总量的 37%, 英国政府并不打算也不可能为了 低碳化 而抛弃化石能源, 因此着手对煤炭进行清洁化利用的改造 2009 年 6 月, 英国能源和气候变化部公布的 清洁煤炭发展框架 草案要求, 英国境内新设煤电厂必须首先提供具有碳捕集和储存能力的证明, 每个项目要有在 10 ~ 15 年内储存 2000 万吨 CO 2 的能力 此外, 新煤电厂还被要求及时更新相关设备 在 清洁煤炭 计划中, 火电厂势必因技术改造而成本上升, 政府因此要求电网中间商必须购买一定份额的 清洁煤炭电力, 同时对每度电收取专门的税费, 以支持该计划 由于政策目标体系长期保持承继性, 能源结构已基本实现多元化和清洁型, 因此, 英国现有的能源结构存量, 在经济性以及技术储备方面, 完全能够支撑较高的环保水平要求 作为 小国能源需求 环境 经济协调发展 的 小国需求 模式, 其发展思路侧重于 环境保护与协调发展 的战略思路, 值得我们在决策中加以参考 (2) 日本的 资源短缺 + 大国需求 模式 日本作为人口众多, 经济发展中能源需求巨大, 而国内资源产量严重短缺, 人口大国 + 资源需求型大国 的模式, 决定了自第二次世界大战结束以后的 60 多年来, 日本在能源相关战略和政策制定中, 尤其强调能源效率的提升, 能源获得的经济性, 并注重环境保护 在日本频繁推出的能源发展战略中, 均根据每个时期的能源发展需求和经济目标的平衡要求, 长期处于对于能源战略的高度重视, 并注重其在实践中的成效 政府层面的战略规划和能源产业发展计划均围绕 保障国民经济能源支持的供给 1 英国在 2008 年正式通过 气候变化法案, 成为第一个对碳排放作出法律规定的国家 法案提出, 英国将在 1990 年基础上, 到 2050 年至少减排二氧化碳 80% 法案还要求制定 5 年一次的 碳预算, 2009 年 4 月英国政府宣布新的财政预算时, 也同时宣布了 2008 ~ 2012 年的碳预算, 将到 2012 年的减排目标细化到 22% 386

46 分报告九清洁化利用 : 我国煤炭能源的 低碳之路 安全 这一最基本及核心的目标 并且, 日本在金融体制 财税机制 法律法规制定 技术政策和全社会公民支持等方面, 形成了有机的统一, 从而在比较长时期内, 尽管其国内能源严重匮乏, 仍能够有力地提供其作为经济大国的能源保障 由于具有国内资源严重不足 资源短缺型大国 的特征, 以及 人口众多需要长期保持较高福利水平 的 人口大国 的特征, 日本制定和落实能源战略的经验, 尤其值得我们参考 : 其一, 注重长期的技术创新, 提高能效, 保持经济性的方面的竞争力 ; 其二, 通过官民一体的努力, 依托国际化的能源市场不断获得具有经济竞争力的 廉价能源 ; 其三, 在能源领域实施的技术创新, 往往与工业发展的内在需求, 有机地结合在一起 比如, 能源战略发展和工业技术创新最典范的结合, 是日本汽车工业长期保持着不断创新, 并在全球打造技术领先标准, 作为技术创新和经济发展的 领跑者, 从而将解决能源供需矛盾的主动权牢牢掌控在自己手中 (3) 美国的 大国稀缺型 + 经济性优先 模式 相对而言, 在 经济 能源 环境 层面考察煤炭清洁化等传统能源利用, 美国的资源禀赋和国情因素与我国最为接近 一方面, 同样作为人口大国和经济总量大国, 美国在将人均能源消费保持在一定水平的同时, 需要不断提高经济发展水平将国民福利维持在较高的享受型 ( 我国则是全面发展型 ) 水平, 这种发达经济体的持续增量, 则导致其国内的资源供给显得相对不足 另一方面, 由于世界范围内的工业化和现代化的全面发展对能源产生了巨大的需求, 从供应总量上看, 国际能源和资源市场也总会达到一个理性的价格边界, 支持世界经济可持续发展的能源市场进入紧平衡状态 由于传统能源的工业化具有历史惯性, 因此, 20 ~ 50 年的中短期内, 各类新型可再生能源对传统工业化能源的完全替代, 还难以实现, 因此, 大国稀缺型 + 经济性优先 能源模式, 使美国的持续发展也面临着 能源 环境 双重制约 同时, 大国责任和超级大国形象, 也成为美国在制定能源战略 调整能源国际战略及国内相关政策发展时, 除了经济性优先之外, 也要考虑清洁型等低碳目标 在此层面来考察, 美国的 经济 能源 环境 模式具有 大国需求 以及内在创新不足的特征 后者与我国较为接近 一方面, 国内能源很大一部分需要以国际能源的安全供给得以实现, 这决定了大国必须在全球范围内进行资源安全战略的布局 另一方面, 能源消费的存量和增量, 均处于比较高的水平 ; 而能 387

47 能源蓝皮书 源市场的对于资源的配置水平决定了能源供给的效率 美国的能源战略思路是 通过市场化机制促进企业投资, 主要通过企业自主的基础创新技术, 辅之以财政金融手段的支持, 通过完善的市场化竞争与技术结合, 实现经济成本的竞争, 从而减少环境排放, 实现煤炭的 清洁化革命 保持能源成本经济性以及科技创新保持领先性等三个维度的可持续并领先的发展目标 这也是我国可以参考及借鉴的成功经验之一 但是, 囿于战略不足以及技术创新不足等不利因素, 就目前而言, 从总体上看, 应结合我国国民经济发展的规划与路径及其对能源需求, 从整体上进行系统考察 规划 管理以协调发展, 以及利用制度的方式进行约束或促进 同时应增强煤炭等我国具有国情优势的一次能源的规划能力, 使得我国能源发展战略具有一定的前瞻性 可扩展性 2. 我国实现煤炭能源 清洁革命 的模式探讨通过对美 欧 日各主要经济体能源战略 清洁化 的比较研究, 结合我国国情, 可知 : 在能源供应安全性 经济性以及能源结构清洁性三个目标中, 具有需求总量巨大而资源绝对短缺的 大国需求型 ( 比如日本 ), 侧重于提高可获得性, 确保能源供应的安全性的目标 而能源结构已实现多元化和轻型化的欧盟各国, 经济增量和能源增量相对有限, 因此尤其注重 以清洁性为核心的技术领先 而我国和美国的能源转型需求比较接近, 既然没有日本那么 绝对短缺, 也不像欧盟各国的能源结构那么富有弹性, 因此, 我国的煤炭能源要实现 清洁革命, 应以 经济性 为首要考虑, 以经济性的标准即更多以市场化的手段解决煤炭清洁化利用的问题 结合我国在煤炭清洁化利用领域的实际情况, 我们应 以煤炭洗选为源头, 以煤炭气化为先导, 以煤炭高效 洁净燃烧与发电为核心, 构建多联产系统, 建立资源 能源 环境一体化的能源系统 其中, 以煤炭能源形式的多元转化为富有创新活力和竞争力的行业价值增长点, 以加强碳排放管理作为补充技术手段 在此思路下构建具有竞争活力的完善的技术体系 ( 见图 9-3) 倪维斗院士认为, 煤炭清洁化利用的核心, 在于 以煤气化为核心发展多联产 通过煤 ( 或石油焦 ) 气化和化工反应一次通过方式实现电力 液体燃料 化工产品 供热 合成气等的联产 从技术上看, 多联产具有可持续发展性 由于不需要特殊的技术突破, 同现有技术是连贯和一致的, 技术上具有良好继承性和可行性, 为实现良好经济效益和环保性能奠定了基础 而现有的多联产技术和系统, 对于富集 CO 2 更容易捕获和分离, 有利于在未来实现 CO 2 捕集 388