尽管近些年来新能源、清洁能源等养眼的名词占据了许多媒体的大块版面,专家们也在高端会议上频频呼吁,但是传统能源显然还要把这个“老大”的地位占下去。专家们预测:未来50年,利用传统的煤炭或石油发电,在中国的“电力能源结构比”中将不降反升。
难以摆脱的现实
专家们认为,至2050年,中国煤炭年产能的七至八成将用于发电,届时煤电将占电力总装机容量的四成,但仍是发电主力。而可再生能源(主要是风能、太阳能和生物质能)在2020年以前很难在总能源平衡中占有一定分量的比例。
中国工程院院士、清华大学教授倪维斗分析,其原因在于我国和欧洲国家在国情上有很大区别。一些欧洲国家,它们的总能耗已不再增长(或增长很少),可再生能源的发展逐步替代目前在用的化石能源。而我国却处于总能耗急剧增长之中,单是发电设备(其中主要是燃煤的发电)每年增长的装机容量是60~80GW,超过3个长江三峡。在这个高速增长量中,可再生能源所起的作用是很有限的,更不用说去替代原有的化石能源消耗。譬如说,按国家规划,到2020年风力发电的装机容量将达30GW(是2005年的24倍),考虑到每单位装机容量的满负荷工作时间平均只有2500个小时,则30GW的风电相当于火电12GW左右,也就是2020年我国发电总装机容量950~1000GW的1.2%左右。
煤是迄今我国主要的一次能源,资源比较丰富、价格低,近年来得到迅速发展。但是,倪维斗认为,煤也带来几个令我们“无法改变的现实”:煤用于发电的比例将会越来越大,将从目前的50%增加到70%以上。煤的开采和直接燃烧已引起严重的生态和环境污染问题,70%~80%以上的二氧化硫、汞、颗粒物、二氧化碳等都是由于煤炭直接燃烧所引起的。而由于石油短缺,车用液体燃料还得从煤基替代燃料上找出路。
在煤的直接燃烧条件下很难解决温室气体的减排,因为从电厂的大容积流量的烟气中收集浓度在13%~14%左右的二氧化碳将耗费很多附加能量,使发电效率降低10个左右的百分点。这也将导致我国温室气体排放快速增长。
那么,如何能可靠地继续发挥煤能源的作用,并且从国情出发平衡能源与环境问题,并保障能源安全呢?
肩负能源安全
考虑到煤作为一次资源的有限性,应节约使用,使其在更长时间内保持基础性作用,其总量应保持在日益严格的环境保护与气候变化所允许的范围之内。中国科学院电工研究所严陆光院士的预算是:我国煤产量增至约每年30亿吨后应大体保持稳定。
倪维斗认为,由于石油的短缺,未来我们将不得不从煤基替代燃料上找出路。我国2005年进口原油及其成品油约1.3亿吨,估计2010年将进口石油2.5亿吨,对外依存度将超过50%,这会引起一系列的能源安全问题。当然,煤炭对我国来说也是稀缺产品,但相对其他能源资源仍可“忍受”。
前一时期在我国广泛推广的粮食乙醇,从长远来看很难作为一个有份额的替代品,因为我国的具体情况是:用世界上7%的耕地来养活世界上22%的人口,这是一个大前提。按现有的技术水平,3.5吨粮食可做1吨乙醇,考虑到乙醇的热值,则5吨粮食才可做1吨汽油当量;此外还要消耗0.5~0.8吨的煤用于发酵和脱水。以此计算,1000万吨当量汽油需用粮食5000万吨。而这相当于我国粮食总产量的1/10强,因此是不可能的。
技术良方
倪维斗说:“如果每年将煤炭产量的1/8用于车用液体燃料(或甲醇,或二甲醚,或煤制油)的生产,从总的能源供应角度将不会带来很大的不平衡。”
但要继续可靠地发挥煤能源的作用,“必须在煤的高效、清洁、低炭排放利用技术上狠下苦功。”严陆光说,“应继续推广已开始实施的‘清洁煤计划’。为达到高效,新建燃煤电站应采用供电煤耗小于每度300克标准煤的超临界与超临界机组。大力研发与采用多种环保措施,以降低污染和二氧化碳减排;对于能减小污染和降低二氧化碳排放的新技术开发应给予持续支持,如整体煤气化联合循环发电与多联产技术的发展。”
这种多联产系统在化工产品、液体燃料和电力之间可以按市场需求或是发电的“峰—谷”差适当调节,有很好的灵活性。倪维斗同时开出的技术“良方”也正是这个多联产系统。他有一个详细的分析图表:煤经气化后成为合成气(CO+H2),净化以后可用于生产化工原料、液体燃料(合成油、甲醇、二甲醚)和电力。这些生产过程的能量流、物质流、火用流按最优原则耦合在一起,比分别生产相关产品在基本投资、单位产品成本,污染的排放(硫、汞、颗粒物)、环境等方面都有显著的效益。
另外,多联产系统所生产的液体燃料,尤其是甲醇和二甲醚是绝好的煤基车用替代燃料,可以有份额地缓解我国石油的短缺。同时,甲醇还可以用来生产烯烃和丙烯,用煤化工去“替代”一部分传统的石油化工,以减少石油消耗。二甲醚是一种物理性质与液化石油气相近的化工产品,除了替代柴油外,是一种绝好的民用燃料,可以给城市和一些缺乏能源的地区提供清洁能源服务。
此外,在整个工艺过程中还可以捕捉高浓度、高压的二氧化碳,为温室气体减排创造条件,所耗费的能量与成本比常规电站烟气中捕捉的二氧化碳低得多。
迎候新型煤炭体系
“煤为基础、多元发展”是我国能源发展的基本方针。近年来,国家在加快大集团和大基地建设,调整优化煤炭产业结构,发展煤层气产业,运用国债资金扶持国有重点煤矿进行安全技术改造,建立煤炭企业提取使用安全费用制度,提取和建立环保、转产基金,提高煤矿工人入井津贴,以及发展煤炭教育、加快培养煤炭专业紧缺人才等方面,相继出台了一系列政策措施,有力地推动了煤炭工业的持续健康发展。
国家安全生产监督管理总局副局长、中国煤炭工业协会会长王显政说:“今后5到10年,是我国煤炭工业改革发展的加速期。根据国务院《关于促进煤炭工业健康发展的若干意见》和煤炭工业‘十一五’发展规划,我们将用5年左右时间,基本建立起一个资源利用率高、安全有保障、经济效益好、环境污染少的可持续发展的新型煤炭工业体系。”
创建一个新型煤炭工业体系,是我国能源战略方针的根本要求,现在也是煤炭工业发展的必由之路。