我国一次能源资源的禀赋特点是“富煤、贫油、少气”。目前，煤炭在我国化石能源资源储量中占比约94％，石油、天然气合计不足6％。但我国能源消费结构中，煤炭占比不足65％，石油、天然气则高达24.7％。资源储量和消费结构上的不平衡使得我国能源产业发展面临安全保障、经济性和环境保护等诸多挑战。我们的研究表明，立足我国国情，大力发展煤炭清洁发电、实施能源终端消费革命才是破解我国能源发展困局的有效途径。
我国能源产业面临的主要挑战
1.安全保障挑战
目前，我国石油年产量仅能维持在2亿吨左右，增产潜力很小。但2013年我国原油表观消费量达到4.87亿吨，石油对外依存度已达到58.1％，远超过50％的警戒线。与此同时，经济发展和环境保护拉动我国天然气刚性需求快速增长。特别是受治理雾霾天气影响，全国多个省份加快煤改气进程，导致天然气需求量过快过猛增长。2013年我国天然气表观消费量已达到1676亿立方米，天然气进口量同比大增25％，达到530亿立方米，天然气对外依存度首次突破30％，达到31.6％。天然气供应不足导致“气荒”时有发生,严重影响区域能源安全和社会稳定。2013年冬季西安市出现天然气供应紧张，影响了10万余户居民的家庭生活和取暖用气。
此外，我国油气进口大部分来源于中东、非洲和南美等地区，由于进口通道受制于人及我国远洋自主运输能力不足,石油天然气稳定供应面临挑战。近年来我国虽然加大了海外油气合作项目的开发力度,但易受到地缘政治形势、地区冲突以及出口国调整政策和西方对石油出口国相关制裁等因素影响，难以形成稳定可靠的油气供应来源,直接影响到我国的经济安全。
2.经济性挑战
近年来，随着我国政府对风电等可再生能源的扶持力度不断加大，可再生能源产业发展迅猛，非化石能源占一次能源消费结构比重已超过10％。但可再生能源产业存在成本较高的问题，目前风电发电成本约0.45元/千瓦时，太阳能光伏发电约0.6元/千瓦时，分别是煤电（约0.3元/千瓦时）的1.5倍和2倍。受日本福岛核事故后强化安全措施等影响，核电发电成本已上升至0.85元/千瓦时，其经济性正在减弱。
天然气作为清洁替代能源，被许多地方政府寄予厚望，纷纷提出将大量的工业燃煤锅炉、燃煤电厂改造成以天然气为燃料。
北京市计划到2016年基本完成全市规模以上工业企业燃煤设施清洁能源改造。河北石家庄计划在2017年底前，基本完成燃煤锅炉、窑炉、自备电站的天然气替代改造任务。除气源不足的问题外，天然气也同样存在经济性较差的问题，燃气发电成本（约0.8元/千瓦时）是煤电的近3倍，燃气供热成本则是高效燃煤锅炉的约2倍。
清洁能源替代一方面导致政府财政负担加重。2012年我国可再生能源电价附加补贴缺口已增至200亿元左右。北京市“煤改气”工程不算初始投资，每年仅运行费用支出至少164亿元。兰州市供热企业政策性亏损逐年增加，财政连年补贴负担沉重。另一方面导致居民生活支出和企业运营成本的增加。十年来,全国电价累计上涨超过0.17元/千瓦时,涨幅30％—40％。兰州市2014年已将天然气集中供热价格由每月每平米4.2元上调为5元。电力、热力等基础性商品价格的上涨，必然会加重居民生活负担、提升几乎所有行业商品与服务的成本。
3.环境保护挑战
传统能源生产和消费方式引起的污染物排放已使我国生态环境不堪重负。二氧化硫、氮氧化物、可吸入颗粒物等排放对空气、水体、土壤造成了十分严重的环境污染。2012年，我国酸雨区面积占到国土面积的12.2％。如按欧盟标准，我国95％左右的城市空气质量不达标。2013年以来，严重雾霾天气的覆盖范围越来越广、发生频度越来越高、持续时间越来越长。除了大气污染以外，水污染、土壤污染、地面塌陷、水土流失等问题也日趋突出，发达国家200多年工业化进程中分阶段出现的环境问题正在我国集中出现。生态环境问题已经成为整个社会最重要，最迫切需要解决的问题之一。
为解决传统能源生产利用方式带来的环境保护问题，有两种途径可供选择：一是加快去煤化进程，转而发展天然气、核能、风能、太阳能，大幅提高清洁能源、可再生能源比重；二是立足国情，坚持煤炭主体能源地位不动摇，着力推进煤炭清洁高效利用。从安全保障和经济性考虑，采取第一种路径——盲目的“去煤化”存在诸多问题。而随着煤炭绿色开采技术、超低排放燃煤发电等技术攻关和示范工程建设取得重大进展，采取第二种路径——“煤炭清洁高效利用”能够大幅减少对生态环境的影响，超低排放燃煤电厂可以达到天然气电厂污染物排放限值。此外，通过发展煤制油、煤制天然气等现代煤化工项目还可实现大规模油气替代，提高我国能源供应安全程度。
三种煤炭清洁高效利用方式的对比分析
目前较为成熟的煤炭清洁高效利用方式有三种，即“煤炭发电”“煤制油品”“煤制天然气”。三种方式的能效、成本、耗水及环保排放、安全性等存在一定差异。下面以不同煤炭清洁高效利用方式在交通领域的应用为例，即“煤炭—电力—电动车”“煤炭—油品—燃油车”“煤炭—天然气—燃气车”进行逐一比较分析。
1.能效比较
我们将煤炭运输、转化、输配环节、发动机效率等各个环节的能效汇总，得到不同转化路线的煤基能源产品全生命周期能效，从研究结果来看，“煤炭—电力—电动车”方案的总能效（28.6％）高于“煤炭—油品—燃油车”（19.2％）和“煤炭—天然气—燃气车”（13.3％）方案，分别是后两者的1.49倍、2.15倍。也即，1吨标准煤通过“煤炭—电力—电动车”可使车辆行驶3627公里，通过“煤炭—油品—燃油车”仅可行驶2434公里，通过“煤炭—天然气—燃气车”仅可行驶1693公里。因此，“煤炭—电力—电动车”的能源转化效率最高。
2.不同车辆运营成本对比
油品售价按7.72元/升、天然气按3.1元/标方、电价按0.68元/度分别测算，燃油大巴运营成本最高52.41万元/年，压缩天然气（CNG）大巴运营成本次之35.56万元/年,电动大巴运营成本最低仅35.2万元/年。此外，随着我国天然气市场化步伐加快，价格逐年上涨将成为必然趋势。国家发改委宣布自2014年9月1日起将非居民用存量气价每米提高0.4元。此次调整是为了达成2015年存量气价与增量气价并轨、分步理顺存量气价格目标而迈出的第二步。而另一方面，我国正在推进新一轮电力体制改革，未来发电厂将可能直接面向用户售电，电网仅收取过网费。目前多数发电企业的度电成本在0.4元/度以下，过网费按0.1元/度测算，售电价仅0.5元/度，较我们测算电价0.68元/度下降0.18元/度，年运营成本可再节省1.8万元。因此，“煤炭—电力—电动车”运营成本最具竞争力。
3.耗水及环保排放比较
煤炭转化过程对环境的影响指标主要包括耗水量和污染物排放量；汽车运行对环境的影响指的是尾气排放和噪音对环境的影响。耗水方面，转化1吨标准煤常规煤炭发电耗水1.96立方米，采取空冷节水技术后可降至0.7立方米，而煤制油需要耗水1.8立方米、煤制天然气耗水4.38立方米。进一步比较从煤炭到车轮的耗水量，即考虑不同转化方式的能效，折算到汽车行驶相同距离的耗水量，“煤炭—电力—电动车”方式每千公里耗水量0.19立方米，小于“煤炭—油品—燃油车”的0.86立方米和“煤炭—天然气—燃气车”的2.59立方米。
从污染物排放角度分析，随着各类最新环保技术的应用，煤发电、煤制油和煤制天然气等煤炭转化过程中，均可实现污染物的近零排放。电力输送和车用电池的充放电过程以及电动车运行可以实现包括二氧化碳在内的污染物零排放。电车汽车行驶中产生的噪声也远远小于燃油、燃气汽车。因此，“煤炭—电力—电动车”方式对环境造成的负面影响最小。
4.安全性比较
油品、天然气在存储、运输、使用等环节存在较大的安全隐患。据统计，我国油气管道每千公里泄漏事故率为年均3次，远高于美国的0.5次、欧洲的0.25次。一旦发生事故，生命财产损失非常巨大。中石化青岛输油管爆炸事故，致62人亡136人伤，直接经济损失7.5亿元。燃气由于高压、易燃易爆等因素，安全事故频发,伤亡损失惨重。据不完全统计，2013年因燃气泄露引发的爆炸事件已达220余起，死伤1000余人，经济损失达8.5亿元。与之相比，电力的生产、输配和使用都相对安全。因此，“煤炭—电力—电动车”方式安全性最高。
免责声明：本网转载自其它媒体的文章，目的在于弘扬科技创新精神，传递更多科技创新信息，宣传国家科技政策，展示国家科技形象，参与国际科技舆论竞争，并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责，在此我们谨向原作者和原媒体致以崇高敬意。如果您认为本网文章及图片侵犯了您的版权，请与我们联系，我们将第一时间删除。
