海日：转型中的中国能源以及对策讨论

转型中的中国能源以及对策讨论

海日

作者：海日

作者简介：任国际能源转型联合体联席主席、中美能源合作项目政府顾问、一带一路国际商务领袖等职务，曾先后就读于佳士得美术学院、中国政法大学经济法学院民商经济法专业，南京大学软件学院软件工程财务与金融工程方向（MSE）专业,沃顿商学院MBA。

以下为正文：

一、急剧增长的煤电

从上图可以大致看到中国急剧增长的煤电厂数量。

从2005-2009年，中国新增的煤电厂数量相当于整个美国拥有的煤电厂总数。

从2010-2013年，中国又新增了整个美国一半数量的煤电厂。

中国每年燃烧40亿吨煤炭；

美国每年燃烧不到10亿吨；

欧洲约6亿吨。

目前，中国政府已经开始建设史上最大规模的现代电能基础设施。城市化、电气基础设施和随后的环境控制已在西方发展了上百年。

在中国，超过十亿的人口决定了惊人的发展速度。作为世界最大的煤炭用户、最大的电力生产商和最大的温室气体排放国，中国正面临关键抉择。

由于中国持续的快速发展，亚洲/大洋洲的大部分国家试图效仿中国的经济奇迹，这导致了中国和全世界必须以前所未有的规模应对前所未有的环境压力。

从能源方面考虑，复杂的问题往往掩盖了最简单的道理，全球有近30亿人仍在努力改善经济条件，单一地按照经济发展比例扩大环境影响，将导致不可持续的，甚至是不可逆转的环境灾难。

参考当前的经济足迹，只需要考虑其他快速发展中的亚洲工业经济体的发展水平，比如韩国。

如果中国经济发展到接近韩国的水平，这将给中国和世界带来无法承受的碳排放和污染强度。使用人均名义GDP作为中国产品和服务产出的衡量标准，我们可以合理地估计出类似的影响。

2014年中国人均名义GDP为7990美元，而美国为55805美元，韩国为27195美元。如果我们仅仅假设中国发展到十分接近韩国的水平，中国经济增长潜力是今天的3.4倍。如果遵循当前的能源和生产模式，这将导致能源消耗和碳排放约为当前水平的3.4倍。

即使中国每增加1美元GDP就提高40%的碳效率，这也意味着中国的碳排放在这一增长期间会翻一倍甚至更多。

更糟糕的是，这些假设还未考虑东南亚和大洋洲许多国家的快速增长。然而无法确定中国经济最终会发展到什么地步，对世界气候的影响也将无法估计。

中国经济目前消耗的煤炭量相当于世界其他国家的总和。

这种经济发展曾对西方有价值，但中国的变化速度和人口规模显然需要不同的方案。全世界都认识到空气污染和碳排放带来的不可持续的问题。

简单地效仿西方的发展模式是不可行的。中国已经在可见污染物的问题上有了一点改善，广泛采用更有效的大规模超临界和超超临界燃煤发电站，同时大量削减北京和上海等城市的住宅和商业的直接燃煤。

由于中国最近经济放缓，导致了很多旧发电厂的削减和钢铁、石化、水泥等重污染行业内许多工厂的关闭，使更高效燃煤发电厂的影响力得到了进一步的加强。

然而，当经济复苏以及增长率更高时，我们将再次面临不断加剧的、不可持续的污染问题。中国的增长速度将会超过世界对吸收环境污染的能力。

二、工业污染

根据中国科学院报道，是PM 2.5问题、造成北京雾霾的主要来源。

26%二次无机气溶胶--硫酸盐和硝酸盐

25%工业生产

4%汽车尾气和垃圾焚烧

18%燃煤

12%生物燃料

15%尘土

同样重要的是，我们不能忽视中国有两个相关但又有些独立的主要空气污染问题。第一个是直径在2.5微米左右的空气污染物，被视为无所不在的雾霾。

人们可以直接看到和感受到，并且直接导致很多健康问题。

这些颗粒是由硫氧化物、氮氧化物和挥发性有机物混合而成的光化学烟雾。

虽然中国已经开始积极控制发电厂的硫氧化物排放，但对控制硫氧化物、挥发性有机物及氮氧化物的总体排放采取的行动还远远不够。

仅仅解决可见的空气污染问题是不够的，大量不可见的温室气体排放已经对全世界产生严重后果。

中国正在积极引进可再生能源，但出于种种原因，这些对于不断增加的碳排放几乎没有影响。

中国目前的战略包括很多方面：解决可见污染物问题；建造大量可再生能源和核电，但依然跟不上快速发展的能源；将排放违规的行业搬离大城市，它们仍会造成污染，但不会给大城市带来可见污染。

当我们研究这些问题时，很明显我们正有可能错过一个缓解全球气候变化的最大机遇。

当前的对策无法从根本上解决碳排放和雾霾问题。此外，这些对策还将使中国花费数万亿不必要的资金投入，并且减缓向可持续性能源基础设施过度的进程。

中国需要一个脱离西方技术曲线和实施思维的、针对中国的方案。

该方案必须突破当前的理念，充分利用中国在世界上及发展曲线上的独特地位、特殊的文化优势和创造国家未来的独特机会。

虽然需要从西方借鉴实践经验，但中国必须放弃西方的模式，开发一种更适合自身需求、经济、资源状况以及当前发展所造成环境问题的新模式。

我们可以考虑中国的经济结构、政府政策、长期可持续发展的所有当前存在的问题，但这些问题都是需要几年甚至几十年才能解决的宏观经济问题。

中国需要新的解决方案，我们相信有一些支点可以立即用于推动更好的发展模式并建立一个没有经济惩罚的平稳过度框架。

这些支点将使中国引领世界走向一个持续且可信任的发展新时代。

我们已经确定了一个过度战略，它将带来快速有意义的变化，能够适应当前的基础设施和规划，且总成本低于目前正在执行的规划。

同时，所有人都需要明确，这个战略很迫切，中国正处在实施战略的特殊阶段。创造新技术领导力和所涉及的产品将带来长期经济效益。

中国应重新考虑如何在世界范围内进行能源开发。如果不减少污染，碳排放和污染物排放则会达到现在的几倍，世界将永远被雾霾笼罩。

三、建议采取的对策

一个有针对性、多管齐下的计划具体包括以下四部分：

1.替代：在基线和临界功率模式下广泛实施以LNG和天然气为燃料的“超高效”联合循环发电系统。

2.智能化：实现基于智能城市的需求调整，如果合理实施，这将显著减少电力过度生产导致的浪费。

3.重组：从根本上重组煤炭为主的能源生产，实现清洁煤气化的高效利用，超高效CCHP的利用，以及使用煤炭生产二甲醚和甲醇等易于运输的清洁燃料并在全国范围内有效利用以替代石油和低效的煤炭应用。最重要的是，这些在降低碳足迹的同时，可以将中国的煤矿工人从地下解放出来。

4.转型：尽可能推动中国能源经济向甲醇经济转型，甲醇是一种通过有效利用煤炭获得的可清洁燃烧的多功能燃料，可免除中国对进口石油和天然气的依赖。

下面分步骤来更加详细的阐述：

1)在基线和临界功率模式下广泛实施以LNG和天然气为燃料的“超高”效率联合循环。

这可以从根本上提高可再生能源和现有热流的利用率。

虽然现在中国正在大力投资太阳能、风能以及改良的电池技术，但在未来的5到10年内，单位装机容量的总成本仍将持续走高。

现有的较便宜的替代品如下：

A地热

B余热回收

C生物质和沼气

D抽水蓄能

提高天然气利用率是减少国家污染和碳足迹的最快和最便宜的方式。这些项目应与供应、利用和使用特征相匹配，以提高天然气经济性。

目前的运营模式效率低下，通过将供应、交付物流、最终使用技术进行匹配，并最大化效率，天然气的使用成本可以在目前中国的标准上降低50-70%。

联合循环系统的电效率目前在50%至63%之间，中国应将这一比例提高到60%至80%之间。

经过重新配置后，当前技术可以经济有效地达到这些输出百分比，从根本上改善经济性。为高负载系数客户提供的临界电力设备的持续运行，也可显著提高经济效益。

这些客户的负载率通常高于60%，一些数据中心则可达到85%。这类客户通过提高单位产电量的资本效率来提高经济效益。目前被重视的削峰是该行业资本使用效率最低的方式。

中国作为全球最大的天然气消费国，中国应做出转变以确保有利的长期供应、液化和物流链，速转变为天然气市场的主导者。

2)从根本上提高可再生能源和现有热流的利用率。

出于一些结构上的原因，大部分能源未能得到充分利用。官方数据显示，约15%的风能和太阳能未能得到合理利用。

但从调度时间或总发电量的角度对这些数据进行的深入研究后发现，系统的可用产能比这些数据显示的还要低。

例如，在2013年中国的风电装机容量是美国的将近5倍，但在同一时期，美国的风电产能比中国超出20%。虽然这可能受到风力、运行特性和设备可靠性的变化的影响，但主要原因似乎在于负荷削减量的计算方式。

在太阳能行业，即使输电能力多半闲置，也不会作为负荷削减上报，因此光伏的发电量根本没有连接到电网。即使在煤炭行业，由于削减规则和缺乏电力调度优化制度，大量的可用能源无法得到充分利用。

虽然拥有世界上最有效的煤炭发电设施，但老旧设备、小型区域锅炉和工业直接燃烧过程的能源利用率都极低，通常低于30%。必须合理利用这些尚未开发的能源流。

即使是高效燃煤系统，如新型超超临界电厂，也只有约50%的总效率。众所周知，将发电厂的热量用于制热，可以将热效率提高到85%至95%。

激励措施必须到位，以使企业优先考虑废热回收。此方案可在不造成额外直接碳排放的情况下，将大量的额外电力资源释放进入系统。中国正处在快速部署此类方案的特时期。

必须立即实施大量合理规模的、使用抽水蓄能或熔融盐技术的储能项目。经过合理选址和整合，这将使现有可再生能源电厂在无论是否有风或阳光的情况下，都可以满负荷生产。

上述生产缺口表明，只需很小的投资，我们就可以轻易把现有可再生能源的产能提高两倍甚至三倍。需要注意的是，这些不是“水流流动”的水电项目，而是对生态影响较小的、资源占用相对较少的、分布式储能项目。（中国的水电储能项目能够以比燃煤电厂更低的价格输送电力，通常低于每千瓦产能650美元）

可再生能源项目通常离用户较远。中国已经开发了非常有前途的技术用于远距离电力输送。需要加快基于该技术或西方技术的集成电网的部署，以便更好地整合全国的发电产能。

要求中国所有煤炭燃烧均使用先进的热回收技术。ORC、热循环和HRSG系统可将现有设施，包括工业设施，产生的废热的20%到25%进行回收。这项技术广泛实施后可在避免额外污染或碳排放的同时，将煤炭的能源效率提高至少35%。

出于多种原因，生物可再生能源进展缓慢。中国必须采取一系列措施来实施沼气发酵罐、生物质水解和新型“清洁”生物质气化技术，来解决现有农业生产导致的大范围水和空气污染问题。若处理得当，将多余的碳或发酵液作为土壤添加剂，生物质的利用将是可持续和具有碳负性的。

3)实现基于智能城市的需求调整

在西方，抽水蓄能、水利蓄能、天然气和石油被广泛用于调峰。由于缺乏有效容量以及一些能源的基本成本，调峰无法在中国大范围实施。

发电和负荷错配导致大量的能源被浪费在电网上。由于资源限制，在中国实施传统的调峰是不切实际的。目前有很多选择可以改善当前的发电成本和效率。

在全国范围内建立一个安全的需求方控制基础设施。这些终端能够控制恒温器或单独的、非关键的能量消耗装置的开关。这将作为智能城市物联网计划实施，每个终端的部署成本不到5-10元人民币。这个项目的好处很多。

对于一个控制1000万个平均功耗只有400瓦的终端的系统，只需要支付大型发电厂调峰能力的一小部分成本，该项目便可以将该系统的需求转变为4千兆瓦的调峰能力。由此提高的调度效率可能仅为总发电量的2%到3%，但这样会提高整体运营调度的管理能力，最大化低碳电力资源的使用率。

该技术和价位都已经过实践检验，只需要部署便可完成。一旦部署完成，您将立即获得经济和环境回报。

实施智能城市电动汽车充电站综合管理。由于大部分充电在夜间完成，直接控制这些基础设施来管理在任何特定时间内的充电量。随着电动汽车越来越普及，这将成为增加可再生能源整合度和提高整体调度效率等需求调整的机遇。

现有的每平米地基分布加热的方法必须停止。这在全国导致难以置信的能源浪费。热源控制系统应实行按居住控制能源的利用率。比简单控制开/关的系统更昂贵的系统的开发目标价格应为每个终端20-25人民币。这将使用户从自己的节能行为中直接受益。当个别单元不能有效控制热量时，楼宇内的控制终端将替代其进行控制。

提高现有水电机组瞬间输出能力，使水电在调峰时能够更灵活地使用。只需很少的额外投入，就可以在充分利用所有资源的同时，使得水流流动的水力被“保留”为更高价值的调峰能力并且生产更加平稳。这将大幅提高可再生能源的利用率。

建立高效的绝缘远距离热量分配网络，以联合全国范围内目前处于低运行效率的分布式锅炉。目前的技术可以将热量分配到20到25公里范围内，远远超过目前的集中供热方式。使用更大更现代化的锅炉可以使燃烧更清洁、更高效。此外，使用远距离输热技术，可以将目前未利用的发电厂废热直接整合到带有远距离热分布网络的加热和冷却设备中。

4)从根本上重组煤炭为主的能源生产。

整合在西方从未达到过，但随着在发电厂和工业实施大规模的举措，中国可以达到这种整合度。现在正是实施联合循环设施的整合的最佳时机。这种向更高效率煤炭利用的转变从根本上减少了碳足迹，并使煤炭工业能够继续满足中国的大部分能源需求。

继续向更高效的煤炭利用率发展，以取代现有的老旧和低效率发电厂。继续向着使用联合循环的整体煤气化技术和高品质的热提取技术的目标努力。比较于目前超超临界系统的50%的总体热效率，IGCC的总热效率可达到75%到85%。这将使发电曲线的碳排放额外减少50%。

发挥目前搬迁的区域热和污染密集型产业的优势，将它们转移到新的发电厂附近。这将使目前被浪费的高品质热量得到有效利用。

在有能力大范围、高效地提供高压蒸汽或冷却水的新区，实施高度绝缘、高品质的集中供热。

投资开发小型密封集成气化炉技术，以便将工厂分不到人口密度较低的地区。

包括的举措有：

继续向更高效的煤炭利用率发展，以取代现有的老旧和低效率发电厂。继续向着使用联合循环的整体煤气化技术和高品质的热提取技术的目标努力。

比较于目前超超临界系统的50%的总体热效率，IGCC的总热效率可达到75%到85%。这将使发电曲线的碳排放额外减少50%。

发挥目前搬迁的区域热和污染密集型产业的优势，将它们转移到新的发电厂附近。这将使目前被浪费的高品质热量得到有效利用。

在有能力大范围、高效地提供高压蒸汽或冷却水的新区，实施高度绝缘、高品质的集中供热。

投资开发小型密封集成气化炉技术，以便将工厂分不到人口密度较低的地区。

5)推动中国能源经济向甲醇经济转型。

立即开始构建基于甲醇的能源经济，支持更具成本效益的长期能源战略，为从目前的燃料经济向清洁燃料经济转型提供一条合理的路径，提高中国能源的安全性和独立性。此外，相对于还停留在理论讨论阶段的氢经济而言，甲醇经济更符合目前形式。

甲醇和二甲醚是特殊的燃料。只需要很少的改动，连接锅炉和区域供热系统，柴油和汽油发动机就可以有效地、清洁地使用这些燃料。

在没有天然气覆盖的地方，这些燃料便可以满足家庭取暖和厨房用途的需求。此外，几乎所有现有的能源都可以为甲醇经济提供原料。

氢气和一氧化碳可以有效地生产甲醇。这也成为合成气，是煤气化的主要产品。但也可由过剩的天然气、煤气化、浪费的太阳能和风能、煤层气及其他能源制得。甲醇作为化学原料也很有价值。

甲醇可用于生产生物柴油、生物汽油、塑料及其他产品。这些燃料可用于标准涡轮机和内燃机。成熟的燃料电池技术能够有效地将甲醇直接转化成电能，进一步提升了这一策略的有效性。

包括的举措有：

投资高效的小型到大型清洁煤气化技术和开发。这将对上述的机遇煤炭的IGCC的投资起到杠杆作用。这项工作对使用清洁系统取代传统煤炭利用技术至关重要，并且由于能源效率的系统性改进，可显著降低碳排放量。

投资开发更有效、更便宜、更易维持的催化剂，将氢气和一氧化碳转化为甲醇、烯烃和二甲醚。

在甲醇燃料电池技术上投入巨资。在美国和欧洲的最近进展表明，这项技术已经到了突破成本效益、能量转换效率和耐用性的边缘。技术目标旨在可适用于固定和移动设备上。

投资于重型卡车、汽油引擎、二和四冲程发动机的发动机改装供应链，以及家庭使用技术。这将消除烟尘和大多数挥发性有机化合物。投资于安全的家庭甲醇使用技术。投资于甲醇原料的开发和使用甲醇还原铁技术。

未来开发方向包括：

1.开发更便宜、寿命更长的燃料电池用催化剂

2.创建经济上可行的大型甲醇燃料电池

3.提高用处于困境的能源生产甲醇的生产效率

4.开发使用燃料电池的汽车

5.开发小规模实用IGCC技术，并与多余合成气转换为甲醇的技术整合

【完】

(本文首发于新三板文学社，本文获作者授权转载）