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中国能源与煤炭工业 2006年11月16日 14260 钱鸣高 中国矿业大学，江苏徐州221008 中图分类号F407. 2文献标识码A文章编号1005-2798200001-0001-05 众所周知，能源工业是国民经济的基础，历史发展表明，从18世纪产业革命以来，在世界范围内，煤炭逐渐成为主要能源，但到本世纪中叶，石油、天然气逐渐取代煤炭成为主要能源，见表1。随着人们对环保的重视，根据可持续发展的要求，一次能源充分利用太阳能、风能、海洋能与地热能，逐步取代化石燃料成为主要能源是发展的必然趋势。 1998年煤炭消费比重已下降至23。 1中国能源的现状 1.1能源的产量 近年来中国能源的生产有了很大发展，以1995年的产量为例 原煤产量13.6亿t，增长4. 73; 石油产量1.5亿t，增长1.64; 天然气产量180/108 m3，增长3. 30; 水力发电量190.6 T W, h，增长8. 51; 秦山、大亚湾核电相继投入运行，核电12.8 T W, h。 以上增长均为“八五”期间。 全国一次商品能源产量及构成见表2。 由表2可知，中国的能源是以煤炭为主，但近几年的变化值得注意，煤产量1996年13.97亿t ,1998年12. 5亿t ,1999年控制在11亿t，而1996年消费量0. 36亿t， 1998年仅为9. 74亿t，但生产能力可达16. 5亿t，出现了严重的供大于求的情况。 1.2能源消费构成 1995年中国一次商品能源消费量为1 310 Mtce，消费构成是煤占74.6％，油占17. 5，汽1.6，水电5. 9。农村有7千万人没有用上电，主要靠生物质能，据统计1996年的消费量203 Mtce。其中秸杆占120 Mtce，薪柴占83 Mtce。因此，能源总消费量为1 513 Mtce。消费构成为煤占59.1，生物质能18.8，油15.9，气1.6，水电4.6。 1995年中国能源供需的特点是 一次能源供需总量平衡矛盾趋缓，煤炭有些积压，1998年以来严重积压。 电力生产增势稳定，缺电局面也逐步缓解。电力供需矛盾由过去既缺电力又缺电量转而为以缺电力为主，全国缺电力计为10。 石油进口剧增，自1993年，首次成为石油净进口国，1995年净进口1 200万t。 一次能源消费结构发生明显变化，石油、水电比重上升，煤炭比重下降。 节能率保持较高水平，能源消费弹性系数大幅降低。 1.3能源资源与布局 截止到1994年末，全国累计探明煤炭储量为10 229亿t，保有储量为10 018亿t，其中烟煤约占75，无烟煤占12，褐煤占13。由表3可知储量的83集于中国北部。 根据第二次油气资源评估石油的总资源量为940亿t，天然气的资源量为38亿万m，从油气资源的地理分布情况来看，我国的油气资源主要分布在华北、西北和东北等我国北方地区。全国陆地天然气的总储量中75在我国西部地区，约为22万亿m。 从石油资源赋存的深度来看 深度 资源量 所占比例 4 500 m102 .5亿t 14 .78 由表5可知，油气资源量探明程度很低，油只占17汽占7。即油为152亿t，天然气为1.7万亿m，但据世界能源委员会估计则更低，仅分别为32. 5亿t及1.127万亿m。近期探明储量在增加，至1998年仅西部天然气累计探明储量已达1.31万亿m。我国目前油产量为1.5亿t，按回收率30估计，则32. 6亿t储量仅只能供应不到10 a的开采量。其潜力只能是加强勘探，另外是提高回收率，据估计，石油勘探要投入1 900亿元才能增长140亿t储量，因此从资源保证程度预测，石油天然气是属于不能保证的范围。 铀以100万kW电站估计，每天需烧煤9 600 t，烧气则需8万m，而核燃料U235只要3. 4 kg，即1 kg铀相当于2 800 t煤，合2万tTNT。 从世界范围来说，英国铀研究所认为，铀产量不足以供应核反应维持运转的需求。我国铀资源储量约在170万t以上。一座百万千瓦级压水堆核电站，每年需新换入低浓铀不超过30 t，折合天然铀约150 t，按电机组运行寿期30 - 40 a考虑，则每台百万千瓦机组全寿期加上首炉燃料约消耗天然铀5 000 - 6 500 t。据此推算，到2020年，如果核电发展能填补电力的缺口，即实现5 000万kW装机容量，则需要配备25一33万t天然铀，这个数量经过努力后是有可能提供的。近期矿产预测，铀是属于基本可以保证的矿产。 由于核电基本投资昂贵，因此，在未来二三十年内的，在人口多国土广的我国，核能不可能在能源结构中占较大比例，但在一次能源缺乏而交通运输又很紧张的地区例如华东地区发展核电站有其突出的优势。 另外发展核的和平利用也可作为核技术的储备。它既可培养核科学人才，又为积累技术创造了有利条件。 欧洲一些国家和地区对核电依赖的程度更高，以核电占本国总电发量为例，德国是29，法国是76，匈牙利是42，斯洛伐克是44，瑞典是47，乌克兰是39。 我国水能资源丰富，预计全国蕴藏量达6. 76亿kW，可能开发达3. 78亿kW年电量1 900 T W- h，占世界首位。但大部分集中于西南地区，占67. 8，其次中南为15.5，而后为西北占9.9，华东占3. 6，东北占2，华北占1.2，目前，我国水资源开发利用仅7. 8，世界平均为20，其中美国达39，主要原因是水电建设投资大，工期长相对于火力发电。 由此可知，我国以煤为主的能源格局在近期不会有多大变化，但煤资源集中于晋陕蒙。水能资源比较丰富，但又集中于西南。因此开发、输送都很困难。一次能源以煤为主引起一系列问题，如环境污染、运输等。我国能源总储量还可以，但折合为人均资源占有量则十分缺短。当然，随着科学技术的发展，使用的能源也在扩大，如我国可开发的风能资源可达160 GW1亿6千万k W，地热资源相当于320 Mtce3亿2千t煤当量，还有太阳能等，因而潜力很大。 根据1992年世界能源会议公布的数据，若没有新的探明储量，石油与天然气将在几十年内枯竭，而煤炭储量还可供开采200-300a。 事实上煤是宝贵的化工原料源，目前煤炭提供了我国60一75的化工原料，其中芳烃化工原料是石油产品所不能替代的。 美国拥有世界上1/4的探明煤储量，国内矿物能源中煤炭占94，然而美国一次能源消费中煤炭不足1/41994年为24而石油占40以上石油与天然气占“ ,1990年美国耗资480亿美元，进口石油已超过本国需求量的40。 能源发展的良性循环一个国家拥有强大的充足的能源供应，保证经济稳定发展/国家经济实力不断提高/采取措施发展科技，改造企业，提高效率，保护环境、开发新能源。 恶性循环能源不足/国家经济实力上不去/无力考虑其它一切。 2中国能源需求及供给预测 原来我国专家对今后能源需求有一预测，但考虑到CO2的排放量，近期有若干替代方案，现举洁净煤方案为例，见表6。 3中国能源面临的主要问题 3.1煤炭与环境 在这里主要分析煤炭，煤炭一直是我国的主要能源，煤炭在国民经济发展中作出了很大贡献。在预测期内，煤炭供应能力可以满足需求的增长。2010年后，各类煤矿企业通过公司制改组和改造，国有煤矿和乡镇煤矿逐步融合。晋陕蒙西煤炭基地占全国产量的比重，将由1990年的32，上升到2050年的50，东部地区则由52下降到30，预计到2050年将有70的煤用于发电，而13的煤用来生产合成液体燃料。 煤炭作为能源在国民经济发展作出巨大的贡献的同时，目前尚存在以下问题 生产严重过剩，社会煤炭库存在2亿t左右，大大超过正常水平，在市场经济企业相互竞争条件下，处境十分不利。 我国大部分国有重点煤矿用人过多，尤其是早期形成的煤炭城市，由于产品单一，效率低下，给煤炭企业带来沉重的包袱，煤炭企业应变狭义的自然资源观为广义资源观，不能对不可再生的自然资源“竭泽而渔”，要兼顾环境、教育。使科技、资本、人力等社会资源逐步替代矿产资源的局限，转化为源源不断的生产力。从技术上讲，目前，国内外先进的矿井均致力于集中生产，有的采用超长工作面290 -430m,日产量高达4万t，我国神华大柳塔矿230 m工作面日产也近3 t,潞安王庄煤矿4326工作面面长270 m，最高月产量达35. 3万t，最高日产1.83万to充州兴隆庄煤矿计划建成为年产原煤700万t，一井一面，工作面年产600万t，面长300 m，回产工效300 t，矿井原煤生产人员15001800人，原煤生产工效18一20 t/工的现代化矿井。 乡镇煤矿失控，增产过度，竞争无序，资源浪费，事故严重。目前，乡镇及地方小煤矿产量已超过全国产量的一半，这种情况能维持多久，当乡镇煤矿产量下滑，而国有煤矿基建又一时难以跟上，将直接影响国家能源的需求。 铁路运煤能力不足。 缺水严重，全国40的煤矿区严重缺水，山西省1993年因缺水损失工业总产值65亿元。 煤矿在开发与利用过程中带来一系列环境污染问题，产生等量能源，煤比石油和天然气多排放29和80的碳，危及生态平衡与人类的生存。 中国是少数能源以煤为主的国家之一，能源对环境的影响主要是煤炭生产和利用对环境的危害。据估计排放到大气中的S02及烟尘总量中分别有90及70来自燃煤。 在煤炭生产过程中对环境的主要危害是 采百万吨煤，造成地面塌陷面积约20 hm，截至1990年全国约有30万h m土地塌陷，其中1/3在平原地区，每年新增塌陷地1.33 -2万h m; 矿井酸性水和洗煤厂废水污染; 每年煤研石排出约1亿t，累计存量16亿t，全国1 500座矸石山中有140座自燃，对大气和环境造成严重污染; 年排放CH4超过50亿m。 在煤炭燃烧、利用过程中对环境的主要危害是 大气污染，1996年我国燃煤导致的S02排放量已达2 300万t，已超过美国1 600万t，煤尘排放量在1992年已达1 416万t。 排放大量C02温室气体。我国年排放量1995年为30亿t，处于世界第2位。 与煤伴生的常见有害元素有硫、磷、汞、砷、铅等十多种，煤在燃烧时将不同的元素释放到大气中，计有未燃烧的碳疏磺和氧化氮、二氧化碳、一氧化碳、微量部分燃烧了碳氢化合物和其它微量元素。煤的无机部分在燃烧后成为灰保留下来，其中部分进入大气。有的对工业生产有害，更多则是对生态环境保护方面有害。当前，若非采取特别措施，使我国SO2排放量保持1990年排放1 495万t已难做到， 甚至控制到1995年水平1920万t都十分困难。1993年，据73个城市统计，降水pH年均值范围为3. 94一7. 63，低于5. 6的城市占49. 3，重庆、贵阳、长沙、南昌等城市已频繁出现酸雨，酸雨对农田的危害的面积达5. 3 Mh m。 3. 2提高煤炭能源效率与节能 近年来由于大力推广节能技术和产品，淘汰高耗能机电产品和限制浪费能源的生产方式，取得了显著成效。从1981年到1990年单位产值能耗下降30，而1991一1995年又下降25，主要耗能产品单位能耗明显下降，自1980一1995年。 一火电厂供电煤耗降低8 ; 吨钢综合能耗降低25. 6; 水泥熟料综合能耗降低15; 合成氨综合能耗降低32. 4。 1996年估计节能6 000万t标准煤，尽管在节能方面取得较大进展，但仍普遍存在能源效率低和浪费严重，单位产值能耗高，主要工业产品能耗比国际水平高40，例如我国火电厂供煤耗为每千瓦时412 g标准煤，而国际先进水平为317g。 3. 3逐步改善能源的结构与布局 鉴于我国煤炭储量丰富，在相当长的时期内煤炭仍将是主要能源，但煤炭燃烧带来了不少环境问题，因此煤在能源结构中比重必需考虑环境治理能力。要大力发展水电，积极开发石油、天然气，适当 二发展核电。积极推动风能、太阳能、地热能、海洋能等新能源的研究与利用。 3. 4能源运输 能源是我国货运量最大的商品，目前占铁路货运量的49，公路的26，水运的37，内河和沿三海主要港口货物吞吐量的51冷后煤炭石油开发互重点将向西部转移。晋陕蒙煤炭外运能力已成为能源工业发展的制约因素。为此，建设坑口电站改输二煤为输电和发展高效运输技术是必经之路。 4洁净煤技术 鉴于煤炭作为主要能源是我国无法回避的问题，因而提出洁净煤技术，它包含煤的洁净开采，煤炭燃烧前、燃烧中以及燃烧后净化技术及煤炭的转换技术。 4.1煤的洁净开采 首先应做到煤的洁净开采，其含义即为推广减少废弃物排放及对环境影响的开采技术，其中包括①矸石井上下处理技术;②煤层瓦斯抽放技术其一是由地面开采煤层气，即在煤层开采前，从地面打钻孔采用类似常规天然气开采的方式，进行抽瓦斯，而对于地面难于抽放的瓦斯，应建议发展与煤开采的同时抽放瓦斯，形成瓦斯与煤共同开采技术;③煤的地下气化，即是将地下煤炭通过热化学反应在原地转化为可燃气体的技术。它开始于英国于1912年，后发展于1949－1956年共进行了60次试验，烧煤5 000 t。美国始于1946年，现在还处于试验阶段。苏联始于1932年至1965年共生产煤气约20亿m，后由于发现大量天然气和石油资源，而地下气化成本高、热值低而逐渐关闭。其它如德国、法国、荷兰、西班牙都进行过试验，都由于热值低、成本高而未得到发展。我国于1958一1960年曾在16个矿区进行试验，于1962年停止，1984年又开始了新的试验，1994年达到连续产生295 d，产气量为200 m/ h，热值13. 81一17. 58 MJ/ m，采用的是有井式、长通道、大断面的煤炭地下气化方法;④我国北方地区是严重缺水地区，而矿区开采又直接影响到地下水的分布状态，甚至引起土地沙漠化;⑤减轻地表沉陷的开采技术，研究对矿区环境的保护已十分重要，同时也应重视已塌陷区的复垦技术，保护矿区环境已迫在眉睫。 4. 2煤炭燃烧的净化技术 煤炭燃烧前、燃烧中及燃烧后的净化技术是洁净煤技术中主要内容。选煤是合理利用煤炭资源、保护环境最经济和有效的技术，也是使电站和工业燃煤大大减少烟尘和SO2排放量的最经济和有效的途径，是煤炭深加工的前提，是国际公认的洁净煤技术重点。型煤加工也是煤炭燃前的洁净技术内容，对环境效益也很高。将煤制成水煤浆，也能使燃烧时烟尘和SO2排放远低于烧原煤。 煤炭燃烧中采用先进的燃烧器是燃烧中净化技术的重要课题。 我国正在开发的先进的层煤工业锅炉，可使原始排尘浓度降低60 ,SO2减排40。煤炭燃烧后的净化技术已有的常规煤粉炉发电厂，可用烟气净化技术，减少SOZ .NO、的排量。烟道气净化包括SO2 .NOx和颗粒物控制。烟气脱硫FGD有干式和湿式两种方法。烟气脱氮有多种方法，烟气通过催化剂，在300400℃下加入氨，使NOx分解成无害的氨和蒸汽。烟气除尘，目前广泛采用静电除尘器，除尘效率达99以上。但投资运行费用较昂贵。 4. 3煤炭的转换技术 主要内容是煤炭气化和煤炭液化。 洁净煤技术是一项多层次、多学科的技术，其中有常规技术、高新技术和某些尖端技术。洁净煤技术难度大，投入也要多，开发周期长;但是只要煤仍作为主要能源加以利用，就不可避免地必须下大力气对其洁净技术，尤其是洁净燃烧以排除或减少有害气体对环境的污染进行研究。因此，只有全面规划，通力合作，才能取得进展。 5结论 5. 1中国能源工业的发展取得了举世瞩目的成就， 作为能源工业主体的煤炭工业为保证国民经济的高速发展作出了重大贡献，但能源供应总量不足问题依然存在，我国整体上能源的消费水平还很低，人均水平不足世界平均水平的一半。到2050年人均能耗约2. 3 - 2. 7 tce，大至相当于目前世界平均水平，随着国民经济的持续增长，煤炭供求矛盾将得到解决，应该说，我国能源的总量平衡矛盾将是长时期的。 5. 2随着经济的发展和人民生活水平的提高，石油、天然气等优质能源和适销对路的优质煤炭供应将更为紧张，能源的结构性矛盾将成为制约经济发展的主要因素之一。 5. 3鉴于我国以煤为主的能源消费结构长时期难以改变，随着国民经济的发展，燃煤对环境形成的压力将更为严重，因而，煤炭系统应积极组织和协调洁净煤技术的开发、示范和推广应用工作，并使能源与环境保护达到同步发展。考虑到目前煤炭供大于求的情况，应坚持封存高硫煤的开采。 5. 4在目前市场经济条件下，应大力开展煤炭的高产高效高回收率低成本生产，优化煤炭企业结构，协调供需矛盾，增加煤炭企业竞争能力。 5. 5我国应重点开发与研究包括水能、风能、太阳能、地热能等洁净能源，以减轻能源发展中对环境引起的破坏作用。 参考文献 [1]范维唐.中国能源工业的发展与展望[R].北京中国工程院，1995. [2]中华人民共和国国家计划委员会交通能源司. 97白皮书中国能源[m].北京中国物价出版社.