| 中国经济可持续发展的能源战略方向——煤炭清洁利用 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 煤炭资讯网 | 2014-8-21 7:00:53 头条 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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中国经济网编者按：煤炭的廉价性、可得性使得我国在经济发展中对它的依赖度较高，但它亦是中国主要的大气环境污染源。白云峰、易鹏、杜少中、王莹等多位盘古智库（博客）学者联合撰写此文，他们认为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。本网全文刊发，以飨读者。 中国经济可持续发展的能源战略方向 ——煤炭清洁利用 盘古智库课题组成员：白云峰、易鹏、杜少中、王莹 摘要 中国作为世界第二大经济体，经济增长方式粗放，节能减排压力巨大。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在我国能源结构中的主体地位不可替代。目前受技术、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。煤炭目前占我国能源消费结构的68%，而我国煤炭清洁利用整体水平不高，开采工艺落后、煤炭生产“弃薄采厚、挑肥拣瘦” 等资源破坏浪费现象严重，污染物排放治理水平较低。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，坚持科技兴煤，以保障煤炭长期稳定地供应。同时运用经济手段促进煤炭清洁利用的发展，完善相关法律体系。因此，不断提高煤炭清洁利用水平才可破解我国“燃煤之急”，煤炭的清洁利用将是今后中国能源可持续发展的战略选择和落脚点 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 2.1 我国经济结构及特点决定了煤炭的重要地位 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，具体可见图2-1。2013年我国第三产业比重首超第二产业2.2个百分点，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。 图2-1：三大产业结构变化趋势  数据来源：国家统计局-国民经济核算 而在第二产业中，重工业的所占比重一直很大，2000 年到 2009 年期间，中国重工业占全部工业的比重从 50.8%上升到 70.5%，提高了近 20 个百分点。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。 造成我国大气污染的最主要的因素是燃煤所产生的废气。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。2012年，全国二氧化硫排放总量为2217.9万吨，氮氧化物排放总量为2404.3万吨。全国烟尘排放量的 70%、二氧化硫排放量的 90%、氮氧化物的 67%、二氧化碳的 70%都来自于燃煤。其中，长三角、珠三角、环渤海三大经济圈是我国空气污染相对较重的区域，占我国国土面积的8％，但消耗了全国煤炭的43％，单位面积污染物排放强度是全国平均水平的5倍。对于空气中细颗粒物（PM2.5）的来源，燃烧煤炭、汽车尾气、工业排放、扬尘、区域传输等来源，在不同地区、不同时段其贡献各不相同。其中，就北京、上海这两座特大级城市来看，PM2.5的各种来源比例如图： 图2-2： 北京上海两市PM2.5主要来源比例图
数据来源：环境保护部科技标准司统计数据 2. 2煤炭在我国能源结构中占主导地位 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2-3。2012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%。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2-3：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 Information Administration） 《中国统计年鉴（2013）》显示，在能源生产和消费结构方面，2012年全国一次能源产量33.2亿吨标准煤，同比增长4.4%。生产结构为：原煤占76.5%，原油所占比例为8.9%，天然气为4.3%，水电、核电、风电等占10.3%。2012年能源消费总量36.2亿吨标准煤，同比增长3.9%。能源消费结构为：煤炭占66.6%，石油18.8%，天然气5.2%，水电、核电、风电等占9.4%，见图2-4。可见煤炭在我国能源结构中的绝对主导地位。 图2-4：我国一次能源消费构成示意图
数据来源：国家统计局——中国统计年鉴2013 中国能源结构的特点决定了我国电力工业以火电为主，而在火电行业中又是以燃煤作为最主要的动力来源。如表2-1，近十年来，我国每年煤炭占发电燃料总量的75%。 表2-1 1990-2011年我国电力生产分布表 单位：亿千瓦小时
数据来源：中国统计年鉴2013
2.3 其他化石能源及新能源对能源安全的影响
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%。这是天然气对外依存度首次超过了30%。《2013年国内外油气行业发展报告》中预计，2014年我国石油需求增速为4%左右，达到5.18亿吨，石油和原油净进口量将分别达到3.04亿吨和2.98亿吨，较2013年增长5.3%和7.1%。
经济的可持续发展是由能源安全来保驾护航的。我国是石油天然气进口的大国,我国石油进口主要集中在中东国家,及部分非洲国家，我国主要从中东国家以及部分非洲国家进口石油，液化气主要是从阿联酋、伊朗、科威特、澳大利亚进口。除澳大利亚以外,这些国家地区大部分局势比较动荡,外交贸易政策不稳定,国家内部宗教、政治冲突严重,给我国的能源进口带来较多安全隐患。我国在油气储备方面起步较晚、储量小,且中国介入国际能源市场的时间不长，欧美发达国家对能源输出国的干预等原因造成我国处于相对被动的地位。
而新能源的开发不能一蹴而就，新能源资源属于地域性自然资源，本身无法直接输送，必须转化为电能才能实现大规模利用。当前我国新能源资源密集地区用电负荷较少，就地消纳困难，必须通过电网长距离输送至东中部负荷中心。新能源资源具有分散性、随机性、间歇性、波动性等的特点，受季节、气候等因素影响大。由于能流密度低，分布到单位面积上的能量较少，风电、太阳能电站占用的空间较大 。
太阳能发电的光电转化率很低，而且光伏发电需要很大的面积，这依旧是新能源开发领域的一大挑战。风力发电在生态上的问题是可能干扰鸟类，风力发电的经济性不足：许多地区的风力有间歇性，风力发电需要大量土地兴建风力发电场，才可以生产比较多的能源。进行风力发电时，风力发电机会发出庞大的噪音，所以要找一些空旷的地方来兴建。现在的风力发电还未成熟，还有相当发展空间。水电开发对河流生态系统服务功能的影响从长期来看，河道水域系统的水文、泥沙、生物等生态组分结构，通过水分梯度的渐变，这种影响逐渐传递，引起两岸陆地的植被、土壤结构等生态系统的组分结构的改变。从短期来看，前期修建工作会对人口迁移、植被清除、道路修建等方面产生影响。
因此受技术、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。预计到2050年，电力生产中煤炭能源的消耗将降到50%左右，但这意味着煤炭作为中国的主要能源地位不可动摇。因此，相当长一段时间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。
三、我国煤炭工业发展及煤炭清洁利用现状
3.1 我国煤炭资源分布及开发利用现状
3.1.1 煤炭资源分布
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。在煤炭的品质方面，我国北方煤炭含硫量比较低，以烟煤和无烟煤为主，而南方地区含硫量比较高，以无烟煤和贫煤为主。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%。
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。中国煤炭储量前几位的是：山西（ 908.42亿吨 ）、内蒙古（ 401.66亿吨）、新疆（ 152.47亿吨 ）、陕西（108.99亿吨 ）、河南（99.09亿吨 ）、安徽（80.38亿吨 ）、山东（ 79.73亿吨）、贵州（ 69.39亿吨 ）[6]。这八个省份中，除了山东省，基本都分布于中西部地区。而煤炭消费又呈现出东多西少的特征，江苏、河北、广东、浙江、湖北、辽宁、上海、广西、福建为主要输入省份。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：北煤南运，西煤东运，长距离运输煤炭给交通和生态环境带来很大压力。
3.1.2 我国煤炭开发利用现状
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，产业集中度进一步提高。2010年14个大型煤炭基地产量占全国产量的90%左右，其中11个基地产量超过亿吨，千万吨级以上矿业集团接近45家。其中产量前15家5000万t级的大型企业原煤产量14亿t，占全国原煤产量的44.35%。 目前大型企业产量占大型煤炭基地产量的90% 左右，已初步形成以大型企业为主体开发大型煤炭基地的格局。
煤炭行业技术发展主要表现在:原煤入洗率逐年提高,原煤深加工程度加深,范围变广,比例变大,而直接燃烧利用的比例稳步下降。工业用型煤比例增加,水聚煤技术发展迅速，煤炭气化技术已比较成熟,煤气在越来越多的方面代替了天然气的角色。煤炭液化的性能和技术条件试验,以及煤炭液化商业化、产业化的可行性研究正稳步推进。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。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。
具体来看，我国煤炭开发效率低，浪费资源严重。我国的矿井平均生产规模小、开采工艺落后、采掘机械化程度低，受经济利益驱动，煤炭生产"弃薄采厚、挑肥拣瘦" 等资源破坏浪费现象严重。 世界煤炭采出率最高85%，据统计2011年我国煤炭资源采出率平均为40%，中小型矿井采出率最低不足10%。 2000年到2010年，我国煤炭累计产量234.4亿t，按30%至40% 的采出率计算共造成煤炭资源浪费311亿t到505亿t。
加之煤炭的开采条件日趋复杂，使开采难度不断增加。浅部资源逐步枯竭，开采条件逐渐恶化。我国埋深在 1000米以下的资源量占煤炭资源总量的49%，包括资源富集的西部矿区在内，全国浅部煤炭资源已消耗殆尽。煤矿开采深度加速向下延伸，目前煤炭的平均开采深度接近600米，采深超过千米的矿井有47座，深部煤炭资源开采条件日趋复杂。高地压、高瓦斯、高温度的" 三高" 问题日趋严重，冲击地压危险性大，我国已有114 处煤矿发生过不同程度的冲击地压。
3.2 我国煤炭清洁利用现状
3.2.1 煤炭清洁利用的概念
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]。煤炭清洁利用应包括煤炭利用前、中、后三方面的内容:
第一是在煤炭利用前完成的,包括煤炭的洗选和加工以及转化在内的各种煤炭加工技术,如煤炭成型(型煤)技术、水煤装、煤炭液化和气化技术等;第二是煤炭燃烧技术,主要是煤炭清洁发电技术,包括低N02燃烧排放、循环流化床燃烧技术、以及联合循环系统等;第三是燃烧后的烟气净化技术,例如烟气脱硫脱销中的"近零排放"技术，二氧化碳捕捉和封存技术等。
3.2.2 煤炭清洁利用技术简介
根据煤炭清洁利用中开发、燃烧、转化及污染物排放的控制这四个方面，在此也针对以上四方面各列举一到两个核心技术的基本情况。
煤炭选洗技术
开采出来的原煤中含有煤砰石、黄铁矿等杂质，还有泥煤等劣质煤的掺杂影响煤的质量。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。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。2009年，我国原煤入洗率为43%，动力煤入洗率为30%，分别比美国、南非、俄罗斯等煤炭行业发达的国家低12和20个百分点。如果将动力煤入洗率提高到40%，每年将节约3400万吨标煤，节约运输耗煤近1000万吨，节能潜力巨大。
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。这种系统是集成煤气化和燃气-蒸汽联合循环的超清洁、高效发电技术，并具有延伸产业链、发展循环经济的技术优势。它继承和发展了当前热力发电系统几乎所有的技术，代表着21世纪洁净煤发电技术的发展方向。目前IGCC技术正逐步从商业示范阶段走向商业应用阶段，全世界已运行的IGCC电站已有59座。而我国IGCC的发展处于起步阶段，由于其技术复杂，整体性技术难点多，但是随着技术的进步以及设备的改进和研发，其效率的增长和成本的降低将逐步实现。
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。在煤的气化过程中可以产生大量的化工原料。煤液化是将固体的煤炭转化为液体燃料、化工原料和产品的先进洁净煤技术。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。煤炭液化技术可分为直接液化技术和间接液化技术。煤的直接液化技术是将固体煤在高温高压下与氢反应，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，可生产洁净优质汽油、柴油和航空燃料; 煤的间接液化技术是先将煤气化，然后合成燃料油和化工原料和产品。煤间接液化工艺先把煤全部气化成合成气( 氢气和一氧化碳) ，然后再在催化剂存在下合成为汽油。
污染物控制
煤燃烧排放烟气中含有的硫氧化物SOX和氮氧化物NOX是大气污染物的主要来源, 给生态环境带来严重危害。脱硫脱硝一体化技术按脱除机理的不同可分为两大类: 联合脱硫脱硝技术和同时脱硫脱硝技术。联合脱硫脱硝技术是目前世界上应用比较广泛的烟气脱硫脱硝工艺。联合脱硫脱硝技术是指将单独脱硫和脱硝技术进行整合后而形成的一体化技术, 如SNRB、NFT、DESON-OX、活性炭脱硫脱硝技术等; 同时脱硫脱硝技术是指用一种反应剂在一个过程内将烟气中的SO2 和NOX同时脱除的技术, 如钙基同时脱硫脱硝技术、电子束法、电晕放电法等技术。我国目前烟气脱硫技术主要采用的是石灰石 － 石膏湿法，该方法具有技术成熟、脱硫率高( 可达 95% 以上) 、烟气处理量大、煤种适应性强、吸收剂利用率高( ≥90% ) 等的优点。
二氧化碳捕获和封存技术( Carbon capture and storage, CCS) 是近年来逐渐兴起并已通过开展实验等形式进行推广的一项减排技术。二氧化碳捕获和封存是指把CO2 从工业或相关能源排放源分离出来, 输送到封存地点进行储存, 并使其长期与大气隔绝的过程[18]。美国、欧盟和加拿大等都制定了相应的技术研究规划, 开展CCS 技术的理论、试验、示范及应用研究。据国际能源署统计, 截至到目前, 全世界共有碳捕获商业项目131 个, 地质埋存示范项目20 个。 我国作为世界第一大二氧化碳排放国，面临巨大的减排压力，CCS 技术不仅能有效减少碳排放, 还可能更持久地更清洁地利用我国丰富的煤炭资源[19]。CCS技术仍存在高成本、高能耗等问题，长期安全性和可靠性有待验证，需通过持续的研发和集成示范提高技术的成熟度。我国CCS技术链各环节都已具备一定的研发基础，但各环节技术发展不平衡，距离规模化、全流程示范应用仍存在较大差距。
3.2.3 我国大气污染治理的重要技术进展--"近零排放"
由于中国替代能源储备不足，短期内难以大规模使用等原因，致使我们必须直面燃煤所带来的污染问题，其解决途径无非有二："指标"、"治本"。
所谓的"指标"是指通过提高燃煤大气污染治理标准、提升污染治理技术水平等方式对空气污染的现状予以控制。随着国家对微细颗粒物排放控制越来越严格，新的《环境空气质量标准（GB3095-2012）》首次增设了PM2.5浓度限值。2011年7月，我国颁布了全世界最严格的《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011），大大提升了烟尘、SO2和NOX的排放控制要求。2012年9月，国务院批复了我国第一部综合性大气污染防治规划《重点区域大气污染防治"十二五"规划》，提出到2015年，重点区域二氧化硫、氮氧化物、工业烟粉尘排放量分别下降12%、13%、10%。由此，"近零排放"的概念应运而生。
所谓"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，见表3-1，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。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。
表3-1 "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）：
数据来源：北京国能中电节能环保技术有限责任公司 由此可看出，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。 "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，具体如下： 图3-1 "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 脱硝增效： 低氮燃烧器改造，确保锅炉出口NOx低于250mg/Nm3 催化剂层"2+1"改为"3+1"模式，效率由80%→88%，出口NOx ≤50mg/Nm3 干式除尘器增效： 低低温电除尘、电袋复合、旋转电极、高频电源、脉冲电源等；出口粉尘浓度≤20mg/Nm3 脱硫增效： 单塔双循环、辅助喷淋层等,效率99%，出口SO2 ≤35mg/Nm3 湿式电除尘器： 卧式极板式、立式导电玻璃钢蜂窝极管式、柔性电极，出口粉尘 ≤5mg/Nm3 无泄漏GGH： 管式GGH，取消GGH，泄漏率≤0 一般"近零"排放改造机组投资费用为16-20万元/MW，即600MW机组造价约为9600到12000万元，以天然气2.7元/m3计算，相应的发电成本约为0.8元，而煤炭发电成本每度为0.3-0.4元，实施烟气"近零"排放改造后，煤电每度成本增加0.01-0.015元，仍远远低于天然气电价，因此经济上是可行的。 四、国外煤炭清洁利用经验 4.1美国煤炭清洁利用经验 美国在煤炭清结化利用方面起步较早,重视程度较高,针对煤炭清洁利用的技术研发、示范及商业化全过程建立起一系列的配套政策措施,比如其《能源政策法》还通过优惠税收来激励企业采用先进的煤炭清洁利用技术。此外,煤炭清洁利用还与美国国家能源安全(主要是电力)建立了一定程度的联系,并上升到国家战略层面,建立起了比较完善的利用机制和政策体系。 美国是世界上仅次于中国的煤炭生产和消费大国,也是最早提出和研究煤炭清洁化利用技术的国家。1984年10月,美国政府率先提出洁净煤技术示范计划(Clean Coal Technology Demonstration Plan,简称CCTDP),旨在通过政府和各私营企业的合作,开发和示范具有优良运行性能、环保性能和经济竞争力的煤基技术。自1986年推出第一轮CCTDP-I征集以来,共进行了五轮竞争性项目征集,采用公开招标的方式,优选出60个商业性示范项目,目前成功完成或正在进行示范的项目共有36个：例如，常压循环流化床燃烧发电、增压流化床联合循环发电、低NOx燃烧排放技术、煤温和煤炭气化、液化技术等等。 鉴于煤炭工业对支撑美国能源工业的重要性,美国努力保障煤炭工业实现健康、稳定发展。统计数据表明,自2000年以来,美国煤炭工业整体处于稳定发展状态,7年间煤炭产量基本上维持在10亿t左右。2000年商品煤炭产量为988Mt,2007年缓慢增加到1008Mt,7年的时间里仅增长了1.98%。 煤炭用于发电,是煤炭清洁利用的重要发展方向,主要是有利于集中进行治理,减少对环境造成的污染。因此,2000年来,美国发电用煤逐年缓慢上升,电煤消费量用由2000年的816Mt,增长到2007年的920Mt,增长了12.75%。年均增长1182%。 进入20世纪80年代后期,美国大型煤炭公司兼并联合,企业趋于大型化、集团化。其中前五家大型煤炭公司产量达514Mt,占全国煤炭总产量的52%。另外，美国法律规定煤炭开采后必须复垦。开采土地恢复原貌，保护土地生态，减少水土流失。 2003年,布什总统宣布美国政府将投资10亿美元支持Future-Gen计划,即用10年时间来设计、建造世界上第一个零排放的示范性电厂。投资由美国能源部和工业界共同承担。目前该项目仍在进行中，但将在未来开创由煤炭向氢能转变及碳处理技术的新局面。 4.2 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，如图4-1 煤炭储量可供开采200多年。著名的德国鲁尔矿区，煤炭储量为340亿t,不仅储量大，而且具有煤质好、煤种齐全、含硫量低、热量高和开采条件好等特点[25]。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。鲁尔工业区形成于19世纪中叶，被称为"德国工业的心脏"，20世纪60-70年代，在新一轮全球产业革命的冲击下，鲁尔区煤炭储量急剧下降，开采成本不断增加，大量煤炭钢铁企业关闭。 图4-1 2012年德国能源消费结构图  数据来源：German Association of Energy， 2012
为了恢复鲁尔区的活力，首先，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，走高产高效发展道路。通过"加工-升值-再加工-再升值"的方式，构造关联多元化产业格局。以煤炭作为原料，以煤气化为龙头，利用所产合成气，用于燃气轮机联合循环发电和制取甲醇、醋酸等高附加值化工产品。实现了"煤炭-焦化-煤气-发电-化工"一体的高效能源化工系统，形成了煤炭工业多元化发展的新模式。
德国政府认为褐煤和石煤发电站在中期和长期内还将继续发挥很大作用, 因此必须发展效率更高、应用清洁煤技术的发电站。为此,德国计划制定关于 CCS (二氧化碳的捕获与封存) 技术的法律框架,以环境法规来保障发展CCS技术的措施。德国积极推广低碳发电技术, 制定了《热电联产法》,规定了以热电联产技术生产出来的电能获得补贴额度, 例如2005年底前更新的热电联产设备生产的电能,每千瓦可获补贴 1.65 欧分。德国计划到2020年将热电联产技术供电比例较目前水平翻一番。
4.3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。由于伦敦烟雾事件的成因与我国雾霾成因类似，伦敦主要污染物为SO2，我国城市雾霾主要污染物为PM2.5[24]。但是共同点是煤炭燃烧是主要污染源。因此伦敦烟雾事件对于大气污染物控制的经验可供我国借鉴。我国近期频发的大范围持续雾霾天气引起了世界的关注。2013年1月，北京只有5天的空气质量达到了二级标准，许多监测站点PM2.5浓度的监测值持续"爆表"。以下表格就伦敦与北京的空气污染情况做了简单梳理对比：
表4-1 伦敦、北京空气污染因素对比表
 资料来源：中国清洁空气联盟
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。
烟尘控制区措施在1956年的《清洁空气法》中被提出。法案规定地方政府负责烟尘控制区的划分和相应污染控制措施的实施，以控制由非工业煤炭燃烧所产生的黑烟和SO2的污染。由于"伦敦烟雾事件"的主犯是来自城区的家庭燃煤，因而在城区通过设立和扩大烟尘控制区，就可以有效控制城区烟尘的产生和排放。该规定要求在控制区内所有的燃煤壁炉须改造成燃油或燃气的，如果实在不能改造，则须使用无烟燃料。为了能够快速推行壁炉改造，政府会提供至少70%的改造成本，而对于未按要求执行的个人会遭受10英镑、100英镑的罚款乃至最高3个月的监禁。
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：
5.1.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。我国要建立经济上可承受的清洁煤能源系统，形成技术升级的基础，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，提升自主创新能力。
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，逐步改变过度依赖输煤的能源输送格局，在优化能源利用效率的同时减少能源输送过程中的能量损失和污染排放。
另一方面，在我国煤炭资源的大量开采和利用的同时，有大量煤泥、煤矸石、炉渣、粉煤灰等废弃物产生，而把这些废弃物当作一种有用资源加以利用是洁净煤技术的一个重要环节。关于煤泥制水煤浆，煤泥和煤矸石燃烧、混烧技术，炉渣作水泥原粉，粉煤灰制作各种建材的成型技术，我国目前已有部分先进的应用技术和发明专利，但推广和大范围应用还需要大量资金的投入支持。
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，煤炭清洁利用技术开发初期固定投入大、价格高，商业化运营较困难，应以政府投入为主，鼓励企业和社会资金的投入，建立煤炭清洁利用技术创新平台。
北京国能中电节能环保技术有限责任公司着力于技术产业化应用方面具有很大优势，浙江大学热能工程研究所在技术研发方面处于世界领先地位，双方就"近零排放"技术和浙大热能所签订的战略合作协议包括脱硫脱硝除尘脱汞的协同脱除研究等，目前双方合作的"脱硫增效"、"脱硝催化剂再生"、"湿式电除尘器"等技术已成功应用于多个实际项目中，效果非常理想。
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。因此，"近零排放"等实用技术可进一步得到支持推广。
5.2.发挥价格、税收、补贴等的激励和导向作用
今年二月在国务院常务会议中国务院总理李克强进一步部署了加强雾霾等大气污染的治理。中央财政设立专项资金，今年安排100亿元，对重点区域大气污染防治实行"以奖代补"。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。电价环保政策的理论基础是对主动减少环境负外部性的燃煤电厂给予一定的奖励，部分弥补其减少自身环境的外部性所产生的高额成本。电价环保政策和环境税、排污费都是实现环境外部成本内部化的有效手段。但与环境税、排污费相比，电价环保政策是通过"以奖促治"的方式来激励燃煤电厂主动采取必要措施控制污染物排放。但由于我国目前二氧化硫收费标准较低，不足以起到刺激企业进行污染治理的作用，因此将脱硫成本和脱硝成本纳入电价核算中是对排污收费制度的必要补充，以共同刺激企业进行污染治理。同时各地区可以对安装脱硫脱硝除尘设备的企业给予财政奖励或者贷款贴息优惠政策。与排污收费相比，电价环保政策具有更强的操作性和刺激功能。
其次，火电行业是中国二氧化硫和氮氧化物等主要大气污染物的排放大户。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，通过部分省份已开展煤炭开采生态补偿政策实践经验，应加紧对煤炭开发的生态补偿政策的系统研究，制定出具体可操作的实施方案，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，争取尽早在全国范围内建立煤炭开采生态补偿费制度，为煤炭开采区生态环境管理提供规范化、市场化的制度保障，为控制和恢复煤炭开采区生态环境提供资金渠道。
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，国家政策性银行应对IGCC联产示范项目给予贷款贴息，并使参与IGCC联产示范的企业和产品享受税收优惠待遇。银行应该通过设计相应的金融创新产品，为协调经济发展与环境治理提供融资平台和相应的金融工具，提供"融智+融资"的综合化金融服务。
5.3 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，城市群的特点反映在经济紧密联系之间的产业分工与合作，交通与社会生活、城市规划和基础设施建设之间的相互影响[32]。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。目前我国城镇化进程中多"摊大饼"式发展，缺乏合理布局和整体筹划，相应的能源浪费现象也比较严重。
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。
从中期来看，解决能源困境及控制污染必须通过提高中国煤炭的集中度来予以解决。我国不仅可以城市为单位，对散步各地的燃煤小锅炉进行拆除，通过整体的规划集中供应能源，进而提高燃煤集中度，减少污染源。而且进一步也可以城市群为单位尝试集中进行污染物排放治理，例如在京津冀一体化协同发展的过程中提高煤炭集中利用度就是一项可推行的措施。同时，加大煤炭资源整合力度，推进大型煤炭基地建设，企业也要随城市群的发展趋于大型化、集团化。企业的集群与配套，产业集群式布局有利于发展循环经济、绿色经济。提高煤炭产业集中度，必须通过对现有企业进行合理的集中化，才能形成合理的产业结构，优势煤炭企业凭借其资金、技术、管理、品牌的影响力，实现煤炭产业规模的集中。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。
从长期来看，中国既要实现燃煤大气污染"近零"排放，更要实现降低燃煤消耗的"本"，以使污染总量大幅下降。要实现经济的可持续发展，就必须从根本上倡导节约能源，应该通过工业节能等方式降低生产过程中的能源消耗。比如，以目前的技术水平，我国火电厂烟气治理环节所消耗的电能占电厂生产总电能的5%-10%，如果能在有效处理烟气污染的同时降低能耗，则能够真正治节能环保的"本"。
5.4 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。英国在空气污染治理所取得的成就与其在立法方面的巨大努力是分不开的。通过立法，催生了针对空气质量的专门管理部门，并明确了空气质量管理在国家和地方的主要责任部门，以及相互之间的协调机制。这对于我国煤炭燃烧后的污染物排放治理有很强的借鉴意义。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。并建立健全环境公益诉讼制度，各地区可结合实际，出台地方性大气污染防治法规、规章。严格节能环保准入，分散式、高耗能燃煤小锅炉应逐步淘汰，从法律源头提升煤炭集中利用程度。
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，保持生态可持续发展。
5.5 全民参与的机制
持续大范围影响我国的雾霾天气已对人们的日常生活产生了很大的影响，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。
政府部门应向社会公开举报电话、网址等，明确有关政府部门的受理范围和职责。环保部"12369环境举报热线"已设立，但宣传力度不够，媒体应充分发挥传播作用，运用各种传播手段树立全民参与监督的意识。有关部门需协调联动，倡导节约绿色的生活消费方式，动员全民参与环境保护和监督。普及煤炭清洁利用对我国经济可持续发展和能源安全的重要战略意义。学校、社区、单位都应定期开展科普活动，针对受众的差异性、隐蔽性等特点，采用不同方式的宣传手段。
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"。
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