服务热线:0551-66010589

新闻中心

行业动态

全球视角下煤炭利用思考

2014-08-30 12:44:25  浏览次数:
  虽然有关煤炭利用的争论长期以来不绝于耳,但争论并没有阻碍人类利用煤炭的步伐,时至今日煤炭依然是全球最重要的基础能源之一,未来很长时间其地位还难以被替代。
  研究表明,煤炭是世界上蕴藏量最为丰富的化石能源,按英热单位计算,煤炭的证实储量远超过石油和天然气的总和,约占地球证实化石燃料资源总量的70%。煤炭不但储量丰富,而且分布广泛,除了中东地区(那里是石油和天然气的地盘),全球有100多个国家拥有煤炭资源,尤其是美国、俄罗斯、中国和印度,这四个国家的煤炭蕴藏量约占全球总量的67%。根据《BP能源统计2013》的数据显示,截至2012年年底,世界煤炭资源剩余可采储量为8690亿吨,按目前开采规模,还可供全球开采109年。
  另一方面,同石油与天然气相比,煤炭价格更为便宜,即便在2008年,煤炭价格飙升到150美元/吨的历史最高位,但按英热单位计算,仍然低于同期的天然气价格。当前,按同等热量计算,石油的价格约为煤炭的5倍,天然气的价格约为煤炭价格的3倍。丰富、廉价、可靠,煤炭所具有的特性使它长期处于人类能源供给的重要地位,并且是目前全球最重要的电力燃料,供应着全球大约40%的电量。
  但是,煤炭的广泛应用同时带来的是普遍的环境污染、二氧化碳等温室气体的大量排放、还有触目惊心的矿难,肺病的高发等等。上世纪50年代伦敦的大雾事件,以及现在困扰中国大部分地区的雾霾,煤炭的使用都是罪魁祸首。随着当今世界环保和应对气候变化压力的不断加大,煤炭何去何从?是被历史的车轮碾过抛弃,还是华丽转身再塑辉煌,都值得我们思考。
  煤炭利用的历史
 
  现有的研究表明,煤炭是不同地质时期的植物残骸转化而来的,主要源自沼泽带。在不同的时代,海平面时有变化,形成了多层有机地层,经过漫长的地质作用,在温度升高和压力变大的环境中,有机地层最后变为煤层。在整个地质年代,全球范围内主要有三大成煤期:
  1.古生代的石炭纪和二叠纪。成煤植物主要是孢子植物,主要煤种为烟煤和无烟煤。
  2.中生代的侏罗纪和白垩纪。成煤植物主要是裸子植物,主要煤种为褐煤和烟煤。
  3.新生代的第三纪。成煤植物主要是被子植物,主要煤种为褐煤,其次为泥炭,也有部分年轻烟煤。
  在人类开始利用煤炭之前,首先经历的是以木材和木炭为主要燃料的火的时代,大约在1600年左右,煤炭开始登上历史舞台,并在19世纪50年代成为现代燃料。
  欧洲地区最早引领现代煤炭的生产。英国作为第一次工业革命的发源地完整经历了煤炭的利用周期。由于人口增长和农业生产力的提升,英国在16世纪开始迅速城镇化,大规模建造的需要导致了森林砍伐的危机,木炭价格高涨,廉价的煤炭开始被大量工业企业所接受,尤其是在伦敦。1789年法国大革命发生时,英国煤炭年产量已达到1000万吨。伴随蒸汽机的改良,煤炭成为了整个工业革命的动力之源,英国成为了世界上第一个进入现代燃煤经济的国家。19世纪初,第一条燃煤蒸汽铁路在英国曼彻斯特和利兹之间铺设完成;到1840年,英国煤碳产量已相当于美、法、德三国煤产量总和的四倍还多;到1860年, 英国人口占世界总人口的2%,但煤炭产量却占到了全球产量的50%。在煤炭动力的推动下,英国逐渐成为当时的世界霸主,引领全世界进入煤炭驱动的工业时代。进入20世纪,煤炭的地位开始受到石油的挑战,英国也开始在能源利用方面进行转型,一战前夕,在约翰·费希尔和温斯顿·丘吉尔的号召下,英国海军全面转向石油时代,为一战的最终胜利提供了保障。而到了20世纪30年代,石油取代煤炭成为世界第一大能源,美国也逐渐取代英国成为世界第一大强国。但当时煤炭依然是英国的支柱产业之一,直到第二次世界大战结束初期,英国矿工总人数仍然高达70万人。从上世纪70年代开始,伴随北海油田的开发,英国煤炭业开始萎缩,大量矿山被关闭,矿工人数也持续锐减。1994年,英国煤炭总产量进一步大幅度降低,此后英国煤炭开采业逐渐失去了竞争力,成为了名副其实的“夕阳产业”。原因是多方面的:一是来自南非、俄罗斯、哥伦比亚价格低廉的进口煤的竞争;二是由于更加清洁高效的核电以及天然气电的大增对煤电产生大量替代,国内煤炭需求量也在减少;三是英国矿山严重老化、开采成本偏高。进入21世纪后,英国的能源利用政策进一步调整,如今,英国煤炭主要依赖进口,煤炭在英国一次能源消费结构中所占的比例不足15%,远低于石油(37%)和天然气(36%)。但需要指出的是,当前英国三分之一的电力仍然来自煤炭的燃烧。
  而另一个重要的欧洲国家,德国的崛起也与煤炭的利用息息相关。在20世纪很长时间,德国的煤炭产量都只落后于美国和英国,位于世界第三。德国化学家利用分离煤炭中的碳化合物奠定了现代化学工业的基础。而煤炭也加剧了英、德之间贸易和工业的竞争。二战以后,煤炭的生产使德国经济得以复兴,尤其是褐煤,为德国钢铁工业、汽车工业的崛起奠定了基础。但从上世纪80年代开始,德国煤矿业也逐渐衰落,目前煤炭在德国能源利用结构中所占比例不足10%,而且这一比例还在降低。
  法国煤炭一直以来依赖进口,2004年法国甚至完全放弃了煤炭开采业。波兰的煤炭产量也不容忽视,但由于上世纪90年代苏联解体的影响,以及大量高质量煤炭开采殆尽,其煤炭产量也在不断减少。
  虽然煤炭在欧洲能源结构中的地位日渐衰退,但煤炭并没有完全退出欧洲舞台,尤其是在发电方面,煤炭仍然是许多欧洲国家重要的发电燃料,而且在未来混合动力方面,煤炭仍然可能大有作为。
  美国似乎总是被上帝眷顾的国家。从殖民地时代一直到19世纪初期,木材都是美国最主要的燃料。但伴随美国独立战争的胜利,煤炭迅速成为美国社会的宠儿,同英国一样,煤炭被用于火车和轮船,成为最重要的交通燃料;1840年煤炭开始广泛用于冶金业,到19世纪末钢铁工业成为美国支柱产业之一;而1882年,发明家托马斯·爱迪生筹建的燃煤电厂开始运营,煤炭需求开始迅速增长;到1905年,美国煤炭产量已达到3.19亿吨,远远超过当时世界上的任何一个国家,在1900年至1920年间美国煤炭产量增长了一倍。煤炭消费的激增极大地推动了美国的工业化进程,使美国迅速崛起为当时世界上最强大的国家之一。虽然到了20世纪30年代,石油取代煤炭成为美国最主要的能源资源,但作为世界上煤炭储量最为丰富的国家,美国的煤炭产量和消费量始终都处于世界的前列,以2012年的数据来看,美国煤炭产量和消费量都是仅次于中国,位于世界第二位。但从增长趋势看,受到能源利用政策,以及页岩气革命的影响,美国的煤炭生产量在最近几年呈下降趋势,国内煤炭消费在萎缩,在当前美国能源利用结构中,煤炭所占比例仅为20%左右,低于石油(37%)和天然气(28%)。
  中国是最早使用煤炭的国家,马可·波罗(1254~1324)在从中国回来后就在书中描写了中国在使用一种像木材一样燃烧的石头,早在公元前500年,《山海经》中就记载了煤炭的使用,但如同火药和指南针一样,中国并没有在占据先机的情况下,引领世界走上工业大发展的道路。但煤炭在中国的使命并没有完成,可以说,煤炭从来没像今天一样对中国的发展具有如此重要的意义。在中国能源利用结构中,煤炭所占的比例基本在70%左右,2013年煤炭占中国一次能源消费比例的65.7%。当前,中国是世界上最大的煤炭生产国,最大的煤炭消费国,同时中国还是世界上最大的煤炭进口国。虽然中国煤炭消费总量巨大,但中国的人均煤炭消费量却很低,1900年英国人均煤炭年消费量已达4吨,而直到2013年,中国人均煤炭年消费量也只有2.5吨。
  从现实情况看,中国对煤炭的需求短期内难以减少,相关研究表明,中国的GDP每增长1%,煤炭生产增长约0.44%,煤炭消费增长约0.76%。可以说,中国过去二三十年经济的快速增长是跟煤炭的生产和消费增长分不开的,中国经济的现在和未来依然要依靠煤炭。中国政府和企业也一直在试图提高煤炭利用率,减少二氧化碳的排放,并努力在能源利用多元化、节能减排方面有所作为。当前,在整体煤气化联合循环电厂建设、碳捕捉与封存技术的推广和利用,以及新能源的开发与使用等方面,都可以看到中国政府和企业的投资和努力。并且中国政府承诺,到2020年,非化石能源占一次能源消费比重将达到15%左右,单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%~45%。
  印度,同中国类似,也是世界人口众多的国家,当前同样在经历工业化和城市化进程,经济增长迅速,煤炭储量巨大,对煤炭也具有强大的需求量。1947年印度独立以后,煤炭工业开始得到迅速发展,尤其是上世纪70年代印度煤炭公司的成立,进一步推动了印度国内煤炭需求的增长。在未来很长的时间内,印度的发展仍将高度依赖煤炭资源,最直接的需求就是电力,印度目前的电气化率还很低,特别是在农村地区,输电网普及率仅为30%。2012年7月30日,印度突发大规模停电,6亿人停电,被称为有史以来“世界停电记录”,由此可见,印度的电力基础设施还需要有很大的发展。不过,由于印度的煤炭资源大多为表面开采,这会导致大量的森林砍伐和许多村庄的迁移,在一个人口如此稠密的国家,这将可能带来严重的环境和社会问题。加之在国内煤炭运输受到严重制约的影响下,印度唯一的选择就是更多地从海外市场进口煤炭,未来几年,印度将超过美国成为全球第二大的煤炭生产和消费国。
  其他国家和地区。俄罗斯的地位不容忽视,作为世界上第二大的煤炭储量国,俄罗斯的煤炭工业最近几年正在复苏,煤炭出口量在增加。19世纪后期到20世纪60年代,煤炭都在俄罗斯的能源利用中具有主导地位,煤炭工人在那时享有特殊的地位,许多著名的工业中心也坐落在煤炭中心附近。1900年,俄罗斯煤炭产量1200万吨,到1916年迅速增加到3450万吨,十月革命后,煤炭产能得到进一步扩张,1928年至1938年十年间,俄罗斯增加了一亿吨的生产能力,保障了第一和第二个五年计划的顺利完成,也奠定了俄罗斯工业化的基础。俄罗斯多数的煤炭资源集中于西西伯利亚地区,运输和基础设施依然是主要的制约因素,但当前俄罗斯政府正采取各种激励措施,增加投资来进一步推动东部地区煤炭资源的开发。
  澳大利亚是世界上最大的煤炭出口国,澳大利亚80%的电力来自燃煤电厂,这也使得澳大利亚成为世界人均温室气体排放量最高的国家。澳大利亚早期煤炭的兴起也主要与照明与供热有关,到20世纪50年代,随着日本钢铁工业的兴起,澳大利亚的煤炭开始大量出口到日本,并且这种局面还将持续。未来几年,澳大利亚对中国和印度的煤炭出口将有可能大幅增加,这也意味着中印两国未来在煤炭进口上的竞争可能会加剧。
  印尼紧随澳大利亚是世界第二大煤炭出口国,煤炭总产量的80%运往国外,但考虑到印尼国内石油生产量的下降,国内对煤炭的需求将会迅速增长,这可能会进一步影响到印尼未来煤炭的出口,也可能会引发国际煤炭价格的上涨。
  南美洲最近几年开始成为重要的煤炭生产和出口地区,并被看作是全球煤炭产量的最后一块增长区,哥伦比亚和委内瑞拉是两个最主要的煤炭产区,但这两个国家煤炭生产的扩大都需要大量的国外投资,以改善交通基础设施等。非洲的煤炭生产主要集中于南非,南非是重要的煤炭出口国,同样也是煤制油技术的世界领先国,但由于目前南非电厂大多已老化,而且国内贫穷落后地区对电力需求的增长将意味着南非国内需要更多的煤炭,这也可能会影响到煤炭出口量。另外,莫桑比克、津巴布韦和博茨瓦纳等国也是该地区主要的煤炭生产国,但这几个国家严重依赖于煤炭发电,水泥制造业和钢铁业也离不开煤炭。总体来看,非洲未来对煤炭的需求也可能将日益提高。
  煤炭利用的现实
 
  当今世界,煤炭的利用呈现出两大趋势,一是煤炭的生产和消费重心以及煤炭贸易的主要区域都将转移到亚太地区;二是煤炭清洁化利用正在扩展,并将可能影响未来的煤炭利用格局。
  1.从煤炭利用的规律看,处于工业化进程的国家将继续依赖煤炭
  通过前面的分析,我们可以看到,在绝大多数发达国家工业化的进程中,煤炭都是极为重要的能源资源,这个规律对于今天像中国和印度这样的国家也同样适用。或许,有人会问,难道在现代文明高度发达的21世纪,我们还要依靠这些黑色的,燃烧后散发出刺鼻气味的石块吗?答案是肯定的。如果不对,那还有什么比煤炭更好的选择吗?石油、天然气也是碳基能源,而且价格昂贵,主要蕴藏在波斯湾那片并不太平的土地上;核能或许是个不错的选择,但不要忘记日本福岛核电站泄漏带来的严重后果;而对于像太阳能、风能这样的能源都还不具备大规模稳定利用的可能性。对于欠发达的国家而言,发展都是首要问题,比起去关心南极冰川融化这样的问题,他们更关注的是贫穷,没有人喜欢生活在黑暗、缺少热水的时代里,不要忘记现在全世界还有13亿人口每天的生活成本不足一美元,即便是在印度,现在还有3亿的人口没有电用。而这都要依靠煤炭的广泛利用。
  2.新能源革命开启,能源利用趋于多元化
  从能源利用的演变来看,人类用能的规律是从低品质燃料(木材的能量平均是12兆焦耳/千克,煤炭是14兆~32.5兆焦耳/千克)到高品质燃料(石油平均为41.9兆焦耳/千克,天然气平均为53.6兆焦耳/千克),从污染程度较高的燃料向污染程度较低的燃料,从固体燃料向易于运输的液体染料发展。由此逐渐演变并形成当前的全球能源贸易体系。从世界范围看,欧洲及北美地区的煤炭消费量已连续多年出现负增长,煤炭贸易的增长主要集中在亚太地区,除中国和印度以外,越南、泰国、印尼、哈萨克斯坦等国,煤炭的消费量也在迅速增长,亚太地区现在占世界煤炭贸易格局的75%。欧盟、美国、日本等发达国家通过不断优化产业结构和能源结构,加强能源消费的末端治理,发展以核能为代表的新能源等措施,已基本实现了能源利用的转型升级,煤炭逐渐被天然气、核能等更清洁的能源所取代,能源利用更加多元化,能源利用效率也得到很大提升。但需要看到的是,发达国家与发展中国家在气候变化问题上的分歧短时间内难以弥合,对于发展中国家而言,以煤炭为代表的化石能源仍将在较长时间内占据主导地位,各国所处发展阶段不同,资源禀赋也不一样,在责任的承担上也应该区别对待。冰冻三尺,非一日之寒,从历史的角度看,发达国家应该承担更多的责任和义务。
  3.发电仍然是煤炭最重要的用途
  虽然发达国家在碳排放问题上不断向发展中国家施压,但事实是,即便是在以美国为代表的发达国家,煤炭目前仍然是最重要的发电燃料,曾经根据煤电厂址建立起来的电网结构还在广泛使用,经济性是其中重要因素。对于一些发展中国家而言,提升本国电气化水平,解决缺电问题,也将需要相对便宜的煤电。而且,相对于石油,人们对煤炭耗尽的担忧还相对要乐观,而伴随未来更多的贫穷地区可以使用电,煤炭的地位将进一步凸显。
  4.气候变暖将促使煤炭利用清洁化
  在我们对人类应对气候变化的进展表示深深担忧的同时,关于煤炭清洁化技术的突破或许会给予我们一些信心。煤制油技术、集成化联合循环技术、煤炭地下气化技术、碳捕捉与封存技术等都存在着巨大的利用前景。以碳捕捉与封存技术为例,根据麻省理工学院的研究《煤炭的未来》,“碳捕捉与封存技术(CCS)将使21世纪中叶煤炭的使用情况发生显著变化。凭借CCS技术,2050年将比现在使用更多的煤炭,而全球各种渠道的二氧化碳排放量仅比现有水平略高”。虽然对煤炭清洁化技术的争论还在继续,但一些国家和地区已经开始付诸于实际行动,目前包括中国在内的多个国家都在积极建立此类的示范项目。而在气候变暖的压力下,各国正以更积极的合作来赢取人类能源利用的未来。