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煤炭清潔發電可破解能源困局

發布時間:2015/10/12 21:08:37     瀏覽次數:6550

 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發展面臨安全保障、經濟性和環境保護等諸多挑戰。我們的研究表明,立足我國國情,大力發展煤炭清潔發電、實施能源終端消費革命才是破解我國能源發展困局的有效途徑。

  我國能源產業面臨的主要挑戰

  1.安全保障挑戰

  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,經濟發展和環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”時有發生, 嚴重影響區域能源安全和社會穩定。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,由于進口通道受制于人及我國遠洋自主運輸能力不足,石油天然氣穩定供應面臨挑戰。近年來我國雖然加大了海外油氣合作項目的開發力度,但易受到地緣政治形勢、地區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

  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,可再生能源產業發展迅猛,非化石能源占一次能源消費結構比重已超過10%。但可再生能源產業存在成本較高的問題,目前風電發電成本約0.45元/千瓦時,太陽能光伏發電約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年基本完成全市規模以上工業企業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、提升幾乎所有行業商品與服務的成本。

  3.環境保護挑戰

  傳統能源生產和消費方式引起的污染物排放已使我國生態環境不堪重負。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境污染。2012年,我國酸雨區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、發生頻度越來越高、持續時間越來越長。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,發達國家200多年工業化進程中分階段出現的環境問題正在我國集中出現。生態環境問題已經成為整個社會重要,迫切需要解決的問題之一。

  為解決傳統能源生產利用方式帶來的環境保護問題,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環境的影響,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,通過發展煤制油、煤制天然氣等現代煤化工項目還可實現大規模油氣替代,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“煤炭發電”“煤制油品”“煤制天然氣”。三種方式的能效、成本、耗水及環保排放、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、輸配環節、發動機效率等各個環節的能效匯總,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。目前多數發電企業的度電成本在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,年運營成本可再節省1.8萬元。因此,“煤炭—電力—電動車”運營成本頗具競爭力。

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