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專題專欄
如何提升煤制燃料產業的定位
作者:CCIIN 來源:能源雜志  瀏覽次數:855次 更新時間:2019-07-15

       我國現代煤化工產業特別是煤制燃料產業始于“十五”。十幾年來,業界對產業發展的必要性、戰略意義、定位等認識始終存在諸多爭議,產業始終被定位于“示范”、“升級示范”,其在能源體系中的地位也始終是“技術儲備”、“產能儲備”。由于政策未形成合力,產業發展受到各方制約、嚴重停滯。

       在新的歷史方位下,有必要進一步明確煤制燃料在我國能源革命中的戰略前突地位,提升產業定位,完善政策體系,促進高質量發展。

       交通能源自主化是能源革命焦點問題

       能源革命的起因實質是我國能源發展現狀存在兩個突出矛盾,一個是不安全,一個是不低碳。從宏觀形勢判斷,這兩大矛盾在不同歷史階段的重要性不同:在2020至2040年,不安全將是我國能源體系的主要矛盾;在2040年至2060年,不低碳將是我國能源體系的主要矛盾。

       我國能源總體自給率始終維持高位,能源安全問題實際是油氣安全問題。隨著人民生活水平的提高,汽車消費將成為剛性需求、成為“人民對美好生活的向往”的一部分,油氣消費仍有一定增長空間并將長期維持高位。

       我國石油消費總量中的70%依賴進口,60%依靠海上通道運輸,50%需通過馬六甲海峽,40%來源于國際政治安全熱點區域,這個“7654”困局已成為我國經濟社會實現更高質量發展、人民享受更美好生活的突出短板。

       長期以來,煤炭在我國能源體系中始終承擔保障性角色,為我國能源缺口“兜底”,對我國實現快速工業化和城鎮化提供了重要支撐。隨著對氣候變化問題的關注與參與,我國也加入了全球能源的低碳化進程,安全和低碳這兩個價值觀的沖突順理成章地聚焦到煤炭上。在不同的低碳化路線中,逐步降低能源結構中煤炭生產和消費的比重是最主要、也是最有效益的一條路線。

       從上述分析的能源體系的兩個矛盾看,我國能源革命的實質是要實現兩個轉變,一是電力系統實現煤基向可再生基的轉變,一個是移動交通能源實現對外高度依賴向對外適度依賴轉變。

       電力系統逐漸由以煤電為主轉變為以可再生能源電力為主,這一轉變方向在政府、企業、學者、社會各方面已經形成了廣泛共識;主要爭議之處在于這一轉變過程的限度如何,速度和節奏如何把握等。共識得以形成的根本原因在于,電力系統可再生化是一條同時滿足低碳和安全兩個價值觀的路線。

       而移動交通能源自主化如何實現,就算是在方向上、甚至在移動交通能源要不要自主化這個問題本身,都存在較多爭議,各界認識并不統一,因而在產業實踐上也較為混亂,難以形成合力。難以形成共識的根本原因在于,移動交通能源自主化目前尚不存在一條同時滿足低碳和安全兩個價值觀的可行路線。

       煤制燃料是交通能源自主化正確選擇

  從目前的產業發展趨勢看,移動交通能源自主化主要有以下四種備選路線:一是移動交通電氣化,二是生物質液體燃料替代,三是移動交通的氫能化,四是煤制氣液燃料替代。

移動交通電氣化,即以電動汽車替代燃油汽車,這一轉變方案高度依賴于電池儲能技術。由于存在以下三個方面的問題,這一方向不能作為移動交通能源自主化的主導方向,只在局部具有戰術意義。

       一是關鍵金屬資源總量受限。每100萬輛電動汽車約需要1. 5萬噸鋰,全球鋰探明儲量約1400萬噸(金屬鋰),其中約90%是較難開發的鹽湖鋰鹽,全球鋰儲量僅約對應于10億輛電動汽車保有量,若全球都采用電池化方式解決交通能源問題,即使對鋰資源進行掠奪式、枯竭式開發也難以支撐。

       從汽車發展歷史看,電池汽車并不是新技術、而是在歷史上被淘汰的技術路線,未來也不會是交通能源的發展趨勢。未來,電網可再生化對儲能的需求將與電動汽車的儲能需求爭奪關鍵金屬資源。

       二是移動交通電氣化無助于解決能源安全問題。鋰的生產主要在國外,2017年我國鋰對外依存度超過8 0%,從經濟意義的鋰資源儲量分析,這一依存度改變的可能性較小。移動交通電氣化只是把一個原油對外依存度70%的問題轉化成了一個鋰資源對外依存度80%的問題,無助于解決能源安全問題。

       三是鋰的大規模使用存在潛在的生態風險。鋰的大規模使用(百萬噸級)并無先例,人類對其對生態環境的破壞性缺乏足夠認識。醫學實驗表明,低濃度的鋰即可對人的神經系統產生毒害影響。

       鋰在地殼中的自然豐度極低,例如鋰在土壤中的自然含量約為25ppm,低于鉻(70ppm)、鎳(50p pm)、鉛(35ppm)、鋅(90ppm)、錳(1000ppm);鋰在陸地植物中的含量約為0.1ppm,低于鉻(0.2ppm)、鎳(3ppm)、鉛(2.7ppm)、鋅(100ppm)、錳(630ppm);鋰在人體中的含量約為0.02ppm,低于鉻(0.4ppm)、鎳(1ppm)、鉛(1.6ppm)、鋅(240ppm)、錳(1.1ppm)。

       由于整個生物圈都適應于低鋰含量的自然環境,鋰的大規模利用及隨之而來的大規模廢棄和污染存在潛在的生態風險。

       生物質液體燃料替代路線是以生物質為原料生產類油液體燃料,這一路線就其實質而言應當分為作物(含糧食作物和非糧作物)液體燃料和農業廢棄物液體燃料兩類,目前的產業實踐中有意或者無意地將這兩者混為一談,混淆了不同性質的問題。

       由于植物光合作用效率低于3%,作物液體燃料最終輸出能量的效率與太陽輻射的比值為1%左右,這與光伏發電12%的效率存在數量級差別,這從根本上決定了作物液體燃料從是一條極為低效的技術路線。

       作物液體燃料將直接與糧爭地,每生產1000萬噸作物液體燃料,約需要作物約3000萬噸,對應于占用耕地6000萬畝。我國人均耕地面積僅為1.5畝,與美國(7.2畝/人)、巴西(5.8畝/人)差距巨大,“耕地-糧食-人口”處于緊平衡,不能盲目借鑒這兩個國家的產業發展經驗。

       陳化糧等問題僅是由于管理不善造成的階段性問題,隨著糧食儲備系統信息化、智能化水平提高,陳化糧將成為歷史,不足以作為中長期能源發展的依據。

       農業廢棄物制液體燃料的主要問題是兩個,這兩個問題都是難以克服的。一是農業廢棄物的原料更加分散,其收集、運輸過程的能源消耗大大增加,全過程凈輸出能量更低,經濟效率也更低。二是纖維素、木質素的生產技術并未成熟,工藝過程也決定了其具有高消耗、高污染的特性。

       氫能是交通能源的另一可選方案,該方案早在20世紀70年代即已提出。氫能的局限主要由以下兩點構成。

       一是氫能的儲存和分配問題難以經濟地解決

       儲存和分配的難度是由氫氣的物理化學性質決定的,氫氣極難液化,壓縮到可接受的能量密度需要耗費大量電力及罐體金屬材料,其他化學或吸附方式的儲氫都會大幅度降低其能量密度。

       二是氫氣的安全隱患使得其社會轉軌難度大

       氫氣的可燃濃度范圍很寬(4%-75%),使其點燃的最小能量約是石油和天然氣的二十分之一。氫腐蝕使其對儲存和輸送的金屬管道造成損傷的概率增加。這些特性均使得氫氣配套基礎設施的建設標準和成本均成倍提高,社會可接受性也存在疑問。

       由于上述的兩方面原因,氫能得以經濟利用至少是20年之外的事情。想依靠這一技術路線來解決我國交通能源自主化問題是遠水難救近火。

       綜上所述,煤制氣液燃料是唯一現實途徑。

       煤制氣液燃料項目示范和產業示范從技術角度而言已經成功,工藝技術基本成熟。目前累計建成各類煤制油產能近1000萬噸/年,煤制天然氣產能約50億方/年,其各類消耗、排放指標已經取得巨大進步并趨于穩定。

       在煤直接液化、煤氣化、費托合成、合成氣甲烷化等的工藝設計、工程建設、工廠運行方面積累了大量的產業經驗和技術人才。廢氣、廢水、廢渣治理水平逐步提升,產業發展的環境影響穩步下降。煤制油、煤制天然氣完全成本已經分別降至5000元/噸、2元/方,處于社會可以接受的邊際成本范圍。

       在此基礎上,進一步進行適度規模煤制燃料產業化發展,將進一步降低設備制造成本、優化運行水平,大幅降低油氣對外依存度,提升交通能源自主化程度,降低特殊情形下能源應急保障的難度。

       對應于2億噸油氣當量的煤制燃料,其固定資產投資規模約為2萬億元,這一能源轉型成本遠低于電動汽車、氫燃料汽車等所需要的技術研發和配套基礎設施建設。 

       進一步深化對煤制燃料產業的認識

  煤代油氣是我國能源化工產業實踐中已經長期存在并且依然長期存在,這是我國能源發展歷程的歷史邏輯。我國先后發展了主要基于煤炭原料或者由煤炭原料路線大規模補充的電力系統、合成氨工業、甲醇工業、烯烴工業、纖維單體工業,這些在世界其他國家的產業實踐中都從未有過。

       同樣的道理,我們也可以發展中國特色的煤制油氣工業,而不能因為國際比較的“前所未見”就放棄這一產業發展。

       煤制燃料產業發展將從如下三個方面降低煤炭利用環境影響,提升煤炭利用水平。

       煤制燃料產業發展將促進煤炭集中利用。

       煤炭利用環境影響的管控的難度與煤炭利用主體的數量大大相關。煤制燃料單體項目的用煤量高達幾百萬至上千萬噸級,遠高于燃煤電廠,更遠高于工業鍋爐、散燒燃煤等。煤制燃料產業的發展將大大減少煤炭利用主體,降低煤炭的終端用量,有利于煤炭利用環境影響的集中管控。

       煤制燃料產業將降低大氣污染物排放。

       煤制燃料產業大部分用煤進入氣化系統深度脫除硫等污染物,工藝系統的二氧化硫、氮氧化物等的排放幾乎為零,配套熱動系統實現超低排放,大大降低了煤炭利用的大氣污染物排放。

煤制燃料產業將降低煤炭運輸過程污染。

       煤制燃料將煤炭集中于生產側完成清潔化,將煤炭運輸轉化為了油氣管道運輸,大大降低了運輸能耗,同時大大降低了運輸過程造成的粉塵等污染。

       我國煤炭產業資產總計約5萬億,其中國有控股4萬億。如果十年之內煤炭利用規模過快下降,將導致煤炭產業快速萎縮。同時,煤炭市場的劇烈變化將導致煤炭價格變化,從而導致相關能源企業所擁有的資產和礦產資源價值重估,造成國有資產快速貶值,并可能由此引發系統性金融風險。

       此外,煤炭產業直接從業人員約40萬人,加上間接就業、家庭聯系等,行業的快速萎縮將直接影響上百萬人,造成大量摩擦性失業。對于一些資源依賴型地方,也可能由于煤炭產業的快速萎縮而重回貧困。適度進行煤制燃料的產業化,有利于我國煤炭產業實現平穩過渡,對產業相關企業、地方、人員造成的沖擊相對較小。

       人口老齡化是未來幾十年我國經濟社會發展的重要變量。當前,我國消費的進口油氣是由大量勞動力輸出交換而來,這一交換模式依賴于較高的現時勞動流量。

       未來,我國勞動力人口將呈斷崖式下降,這一交換模式將不可持續。煤制燃料的實質是以當前的重資產投資獲得未來低現時勞動流量消耗的清潔能源,是一種勞動流量的儲存方式,有利于積極應對人口老齡化的趨勢。

       正確認識煤制燃料產業的碳排放問題

  煤制燃料的碳排放并不是凈增量,要從促進能源體系調整、推動經濟貿易實現再平衡的高度全面認識煤制燃料的碳排放問題。

       目前我國能源大平衡的現狀是,通過燃燒煤炭發電獲得基礎能源價格優勢,與廉價勞動力優勢合并形成貿易成本優勢,從而大量出口能量密集、勞動密集的產品,換取外匯用來購入大量石油、天然氣,形成了大進大出的貿易格局。

       從能源角度看這個貿易格局的實質,是以外貿出口中隱含的燃煤交換了進口的石油天然氣。這一交換過程對我國碳排放極為不利,因為燃煤過程、石油天然氣利用過程的碳排放都發生在本土,是二次迭加的碳排放過程。當前我國外貿隱含碳排放占我國整體碳排放的五分之一至四分之一。煤制燃料將推動實現我國貿易再平衡,有效減少碳排放的二次迭加。

       2016年電力行業消耗煤炭約18億噸,燃煤發電4萬億度、占全行業發電量的6 5%。根據《能源生產和消費革命戰略(2016-2030)》,我國2030年至2050年能源消費總量穩定在60億噸標準煤、可再生能源比例分別達到20%和50%,意味著可再生電力分別達到4萬億度和10萬億度,這將對燃煤發電形成巨大的擠出效應,即:至203 0年燃煤發電減少約2萬億度、減少煤炭消耗9億噸,至2050年燃煤發電基本歸零、再減少煤炭消耗9億噸。

       只需將擠出電煤的50%用于煤制燃料,即可在2030年提供1億噸油氣當量清潔交通能源。煤發電和煤制燃料是煤炭清潔高效利用的一體兩面,煤炭利用方式的轉變并不影響整體煤炭減量及碳減排的大局。

       加強煤制燃料產業頂層政策設計

  煤制燃料產業其外部性極其顯著,必須加強國家層面的頂層設計。目前《煤炭深加工產業示范“十三五”規劃》僅是國家發展改革委和國家能源局的部門規劃,“頂層設計不夠頂”,難以實現國土、環保等部門的政策協調,導致產業發展困難重重,嚴重停滯。

       應參照車用乙醇汽油推廣實施方案,由相關部委協調設計、統籌推進。產業涉及的用水指標、用煤指標、能耗指標、污染物排放總量指標、用地指標、碳排放指標等,由頂層設計根據優化的技術標準統籌配置,破除條塊分割體制造成的發展障礙。

       產業定位是一切產業政策體系的出發點。應當從國家層面明確煤制燃料產業在能源革命中的如下兩個定位:

       一是將煤制燃料定位為我國交通能源自主化的主導路徑,其產業定位高于電動汽車、氫燃料汽車、生物液體燃料等

       二是將煤制燃料定位為兩大能源轉型路徑之一,其產業定位與電力系統可再生化同等重要

       根據上述第一個定位,應當參照電動汽車發展、氫燃料汽車發展、生物質液體燃料發展等目前采取的政策措施,賦予煤制燃料同等的政策地位,包括消費稅減免、價格補貼等。

       根據上述第二個定位,應當參照風電、光伏、水電等可再生電力在電力發展中的差別化政策,在油氣發展中賦予煤制燃料同等的政策地位,包括全面統籌全國產能建設計劃,制定差異化入網油氣價格,制定煤制油氣全額入網消納計劃。

       以遠離人口聚集區域,環境容量充足,煤炭資源儲量大、品質好,水資源足以支撐等為基本依據,在全國范圍內遴選基礎條件好的適宜地區,集中建設4 至5個大型煤制燃料基地,單體基地聚集規模達到2000至3000萬噸油氣當量。為兼顧分散環境壓力和發揮規模效益,基地布局應采用煤氣化龍頭適度分散、下游合成輸配中心集中的方式。


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