发展煤制气不宜作为国家战略

  近年来,从中央到地方均将优化能源结构的目光转向了煤制天然气项目,将煤制天然气作为煤炭清洁利用和终端能源消费的替代措施,以缓解天然气供应不足的矛盾。国家对煤制天然气发展的政策虽然仍表现出对环境问题的担忧,但已逐步转向谨慎支持煤制天然气发展。

  从2011年起,国内煤炭产能过剩导致的国内外煤炭价格持续下跌和天然气价格迅速上涨,为中西部产煤地区发展煤制天然气提供了较大利润空间,成为煤化工行业新的投资热点。

  根据国家有关文件,到2015年我国煤制气供应能力将达到90亿方,到2017年达到320亿方。据统计,到目前为止,获得有关部门核准的煤制天然气项目有4个、获得开展前期工作“路条”的煤制天然气项目有17个,这些项目合计产能为1215亿方/年(一期产能650亿方/年),其中85%的产能分布在严重缺水的新疆、内蒙古地区。

  我们选择了主要几种煤制天然气替代常规能源技术,选取包括原料开采、燃料生产(发电)、终端消费的全生命周期作为不同研究阶段,对使用煤制天然气替代和使用原常规能源进行分别研究,对在相同产出下的一次能耗、耗水量、污染物排放、二氧化碳排放和经济合理性进行比较分析,得出主要结论如下:

  一次能耗的比较。以煤制天然气替代一些传统能源的技术,无论是发电、供热锅炉、炊事还是机动车,煤制天然气的全生命周期一次能耗都比被替代技术高。其中,煤制天然气替代燃煤发电会增加能耗50%;替代车用燃料(包括汽油和柴油)增加能耗80%;替代燃煤大型锅炉供热和天然气发电为最劣替代选项,都将增加110%的能耗。

  但值得注意的是,煤制天然气的全生命周期能耗中有50%以上是在生产过程中消耗的,与被替代能源技术相比,其全生命周期能耗中的终端利用能耗要低得多。

  水资源消耗的比较。煤制天然气生产过程中水资源消耗量较大,约需要7吨水/千立方米。因此,从水资源消耗的角度看,发展煤制天然气是不合理的。而且与几种被替代技术相比,从全生命周期的水资源消耗来看,煤制天然气只有在替代燃煤发电和替代电磁炉炊事时的水资源消耗基本持平,而如果替代散烧煤炉炊事、燃煤锅炉供热和天然气发电的话,水资源消耗将会变为原先的4-6倍。

  我们通过对煤制天然气发电和燃煤发电的水耗进行比较可以看出,虽然天然气发电过程中的水耗仅为燃煤发电的56%,但煤制天然气生产过程中的高水耗使得煤制天然气发电的全生命周期水耗与燃煤发电相比并没有明显优势。若直接采用天然气发电,水耗将仅为煤制天然气发电的58%、为煤电的35%。就节水而言,天然气发电优于煤制天然气发电,煤制天然气发电优于煤电。

  污染物排放的比较。除替代燃煤超超临界发电外,其他技术,包括煤制天然气替代供热锅炉、电磁炉、机动车的传统燃料等,在全生命周期过程中确实可以在一定程度上减少二氧化硫和氮氧化物的全生命周期排放。而且,由于煤制天然气的排放主要出现在燃料生产过程,对于终端利用侧来说,使用煤制天然气替代燃煤和燃油,可以大大缓解当地的大气污染物排放问题。但对于煤制天然气的生产侧来说,却排放了全生命周期中的绝大部分。

  从降低包括二氧化硫和氮氧化物在内的传统污染物角度看,除了替代燃煤发电之外,煤制天然气的环境效益是可以接受的,其中以替代车用燃料为最优,分别可降低70%的二氧化硫和氮氧化物排放。

  煤制天然气70%二氧化碳排放来自燃料生产过程。从全生命周期来看,煤制天然气的二氧化碳排放高于全部被替代能源和技术。因此,从控制温室气体排放角度看,发展煤制天然气是极为不合理的,其全生命周期的二氧化碳排放量比其他替代技术分别高出10%至270%,尤其替代常规天然气发电、车用燃料以及集中供热最不合理,二氧化碳排放将分别增加270%、170%和60%。

  经济合理性分析。仅从相对价格水平来分析煤制天然气技术替代的经济性,假设天然气价格为3元/方、煤炭500元/吨、居民用电0.56元/度、柴汽油价格为8元/升,对此条件下用户端经济性进行粗略比较,得出结论如下:使用煤制天然气发电,其上网电价水平与常规天然气发电持平,是燃煤发电平均价格的2.5倍;用煤制天然气供热,其成本分别是中型和大型燃煤锅炉的4倍和5倍;用煤制天然气替代家庭炊事,价格与常规天然气和电炊持平、是蜂窝煤的2倍;用煤制天然气替代车用燃料,其价格是普通汽油和柴油的一半。

  因此,从经济性分析来看,煤制天然气仅与车用燃料比较时才有竞争力。但是,当前中国的天然气价格分别是欧洲的2倍、北美的4倍,如果常规天然气价降至欧盟水平,或者油价大幅下跌,再考虑可能的碳税等因素,煤制天然气相对于车用燃料的比较优势也将不复存在。

  综上,笔者认为,煤制天然气具有一定示范性,但不宜作为国家战略。可以说,煤制天然气对终端消费地区的能源结构优化和温室气体减排,其实是以全局一次能源消费增加为代价的,而且从全局来看,其与能源体系的低碳化发展方向是相悖的。

  煤制天然气必须量水而行。考虑到我国发展煤制天然气产业的项目大部分集中在内蒙古、新疆等西部水资源贫乏地区,发展煤制天然气实际上会对当地本来就很脆弱的生态环境带来较大的负面影响,同时挤占了这些地区发展其他产业和人民生活水平提高的水资源空间。因此,严重缺水的地区必须在水约束的刚性前提下谋划煤制气及煤化工的发展。

  从控制我国温室气体排放峰值和控制能源消费总量的角度考虑,我国也不应大规模发展煤制天然气。综合评估各项能源技术的一次能耗、环境效益和温室气体排放,煤制天然气产业的发展,从某种程度上来说,是以整体一次能源消费和温室气体排放来换取部分地区的能源结构优化,并不适宜作为清洁化、低碳化措施在全国大规模推广。

  从能源安全和能源国际化的角度考虑,也不宜大规模发展煤制天然气。目前除中国外,世界上还没有任何一个国家大规模发展煤制天然气。其实,目前国际石油和天然气市场供应相对宽松,除考虑可暂时解决个别地区天然气短缺,发展少量煤制天然气以解燃眉之急外,长远看我国应考虑与国际能源体系接轨,充分利用两种资源、两个市场,重点提升天然气产量。

  相关部门应统筹考虑我国优化能源结构、控制环境污染和应对气候变化三方面的压力和要求,制定我国清洁和低碳能源的发展目标,并将煤制天然气等相关问题作为“十三五”的重大课题,予以重视。应全面考虑能源发展、环境保护和应对气候变化大局,从全生命周期的角度,综合评估各项能源技术的能源、环境和经济指标,一方面利用价格杠杆,将环境、资源等外部成本内部化,对能源的发展进行合理引导;另一方面,大力推动国内的清洁能源和可再生能源供应,并积极加强国际能源合作,通过能源国际化道路,推动我国能源的清洁化和低碳化发展进程。

  总之,在当前的技术水平下,我国应谨慎发展煤制天然气,或限制和有条件地发展煤制天然气,切不可不计后果、一拥而上地盲目发展,否则这种产业体系一旦形成,将长期固化下去,并对我国能源供应体系建设、应对气候变化和环境保护带来不可估量的负面影响。

  (作者单位:国家应对气候变化战略研究中心)

标 签:
  • 一次能耗,常规天然气,煤制气,天然气发电,国家战略
( 网站编辑:王润斌 )
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