煤改气：“集中气”代“分散煤”是当前最优路径

　　在我国煤炭消耗结构中，虽然分散燃煤小锅炉的煤炭消耗总量占比不大，但由于设备落后、效率低下以及环保投入不足，其污染物排放总量占比很大。     

　　2013年发布的《大气污染防治行动计划》提出，要经过五年努力，控制煤炭消费总量，总体改善全国空气质量。为实现行动计划目标，加快清洁能源替代利用成为重要选择，其中以天然气为燃料替代燃煤锅炉是主要方式（“煤改气”）。但由于2013年以来煤价持续低位运行，同时天然气价在2013年经历了一次大幅上调，加之“煤改气”环保收益未被充分考虑，使得项目经济效益不足，许多地方推进“煤改气”举步维艰。

　　在这种背景下，要不要继续推进“煤改气”工程？如何科学推进？如何正确评估“煤改气”项目环保收益？对上述问题进行思考和研究具有十分重要的现实意义。

　　燃煤锅炉污染不容小视

　　我国的能源禀赋特点决定了“煤炭在一次性能源生产和消费中占据主导地位”将维持较长一段时期。虽然近年来我国能源结构逐步得到改善，2015年煤炭在能源消费结构中占比进一步下降，创历史新低，但仍然占能源消费总量的64%。

　　我国煤炭消费具有量大、行业分散、区域不平衡等特点，2015年的煤炭消费结构中主要为商品煤，消费量36.98亿吨。其中电力行业用煤18.39亿吨，钢铁行业用煤6.27亿吨，建材行业用煤5.25亿吨，化工行业用煤2.53亿吨。由燃煤产生的二氧化硫、氮氧化物、汞，以及二氧化碳等大气污染物均排世界第一。我国二氧化硫排放量的90%、氮氧化物排放量的67%、烟尘排放量的70%以及人为源大气汞排放量的40%都来自于燃煤。燃煤产生的大气污染物对环境质量产生了较大影响。

　　据统计，截至2015年我国在用燃煤工业锅炉约47万余台，占在用工业锅炉80%以上；每年消耗标准煤约4亿吨，约占全国煤炭消耗总量四分之一。虽然总量和比重不大，但由于锅炉设备陈旧、容量小（平均容量8.09吨/台），能耗高、污染物排放量大，加之分布分散、管理难度大，使得年排放烟尘、二氧化硫、氮氧化物分别占全国总量的44.8%、36.7%和15%左右。

　　同时，由于工业锅炉多分布在城镇人口密集的居住区和工业区，排放高度低，燃煤品质差、煤炭洗选率低、治理效率低，且煤炭消费中心往往远离资源中心，以上因素均导致燃煤锅炉污染物排放强度高，环境影响大。据初步测算，其对城市大气污染贡献率高达45%—65%。

　　气电将迎来重要机遇期

　　天然气作为优质的一次能源，具有利用率高、污染物排放少等优点。近年来，我国天然气产销量增长迅速， 2011年为1307.1亿立方米，2012年消费量达到1471亿立方米，2013年消费量达到1692亿立方米，2015年消费量达到1932亿立方米。

　　随着天然气消费量的增长，天然气在能源结构中的比例不断上升。2003年我国天然气在一次能源结构中占比还只有2.5%，到2014年已经上升到 5.6%。但与24%的世界平均水平相比，还有很大差距，提升空间很大。

　　目前看，我国天然气利用主要包括：城市燃气、交通运输、工业用气和发电。长远看，城市燃气消费将缓慢增长到约2000亿立方米，化工用气变化也将较为平稳，增量部分将主要用于发电和生产用气。目前我国天然气发电发展相对滞后，但随着国家调整环保、上网电价、气价等政策，并积极增加天然气供应，天然气发电将迎来重要发展机遇期。

　　“集中气”代“分散煤”当前最可行

　　“煤改气”可以分为狭义和广义两类：狭义的“煤改气”仅指用天然气锅炉替代分散燃煤锅炉实现供热；广义的“煤改气”不仅包括天然气锅炉替代分散燃煤锅炉，还包括天然气热电联产替代分散燃煤锅炉和小燃煤热电机组（装机在5万千瓦以下，能耗指标较高、环保指标较差的机组）供热。本文采用的是广义概念。理论上有四种“煤改气”方式可供选择：

　　分散天然气供热（下称“分散气”，包含分散天然气锅炉和楼宇式分布式项目）替代分散燃煤锅炉供热（下称“分散煤”）；      燃气热电联产集中供热（下称“集中气”，包含区域分布式项目）替代“分散煤”；“分散气”替代燃煤热电联产集中供热（下称“集中煤”）； “集中气”替代“集中煤”。

　　上述四种方案在现实中是否可行应从安全、技术、环保和经济性四个维度加以综合考虑，其中：

　　“分散气”替代“集中煤”虽有一定环境收益，但需要建设大量分散的天然气锅炉才能满足原有供热能力，成本很高，在理论上可行，但在现实环境中很难操作，因此不建议实施；

　　“集中气”替代“集中煤”取决于“集中煤”的设备现状,要视具体情况。如果设备相对较新、能效较高，环保治理水平较好，替代的必要性不大，不建议实施。如果机组小、能耗高且环保水平低，在气源有保证，经济承受能力强的地区可视情况考虑实施。

　　“集中气”替代“分散煤”首先安全性更高。燃煤锅炉由于容量小、效率低、布置分散，且运行水平较差，存在较大的安全隐患。燃气热电联产电厂技术先进，管理水平高，该技术在全球被广泛应用，被证实是安全可靠的；其次更环保。燃气电厂采用清洁能源天然气作为燃料，不需造成扬尘的大型运煤车辆和煤场，不会产生灰渣、粉尘。天然气的主要成分是甲烷，排放的烟气中SO2含量较低。此外，燃气电厂一般采用低氮燃烧技术，有利于进一步降低排放烟气中NOX浓度，部分电厂在安装脱销装置后，更有效降低了烟气中NOX浓度；第三，经济可行。为分析集中气替代分散煤的经济可行性，笔者采用费用—效益分析法进行对比计算，得出结论，分散燃煤锅炉年均效益费用差值为864万元，小于燃气热电联产供热部分年均效益费用差值1184万元。说明：按目前的燃料价格和环保排放收费标准，集中燃气供热经济性优于分散煤供热。因此，在当前条件下，“集中气”替代“分散煤”更安全、环保，并且在经济上也可行。

　　“分散气”替代“分散煤”，可将“分散气”分为楼宇式分布式和分散燃气锅炉两类进行分析。楼宇分布式具有技术先进、效率高、供热成本相对较低等优点，但存在初期投资大，对建设条件要求高，报批和建设程序复杂等缺点；分散燃气锅炉初期投资小，但效率相对偏低，供热成本高。在安全性、环保性等方面，两类分散气均明显优于“分散煤”，但笔者采用费用—效益分析法进行对比计算后认为，在当前条件下其经济性还不可行。但敏感性分析显示，当煤价上涨、气价降低或者排污收费提高到某一程度时，采用楼宇分布式和燃气锅炉替代“分散煤”经济性将可行。

　　可见，“集中气”替代“分散煤”是当前相对最可行的煤改气方案。

　　加强统筹 科学施策

　　综上， 虽然近几年来我国能源结构逐步得到改善，煤炭在能源消费结构中占比进一步下降，创历史新低，但是从煤炭消费量以及占比来看，仍然是主要的能源类型。燃煤产生的大气污染物对环境质量产生了极大影响。

　　我国工业锅炉数量多、设备陈旧、单机容量小，能耗高、效率低、排放大，加之分布分散、治理难度大，是主要的污染物排放源。

　　由于天然气属于优质的清洁能源，具有利用率高、污染物排放少等优点，使得“煤改气”（无论是“分散气”替代“分散煤”还是“集中气”替代“集中煤”）均具有明显环保效益。

　　在当前边界条件下，“分散气”替代“分散煤”不经济。笔者根据经济测算和实地调研发现：虽然“分散气”替代“分散煤”更先进、安全和环保，但在当前环境下，经济性难以保障。因此只能在某些特殊或重要场合实施，不宜全国大面积推行。

　　“集中气”替代“分散煤”经济可行，应是“煤改气”的主要方式。经比较，在当前条件下“集中气”较“分散煤”更环保，且经济上可行。因此，实施“煤改气”的主要技术路径应是以“集中气”替代“分散煤”和“集中煤”。

　　为科学合理推进我国“煤改气”有序进行，笔者建议：

　　第一， 应加强统筹规划，科学合理实施“煤改气”工程。

　　要加大调研和分析，根据全国不同地区的具体情况，因地制宜、统筹规划，分区域制定“煤改气”的实施策略，科学合理推进“煤改气”工程，不能一哄而上，盲目实施。要统筹考虑热负荷、气源供应、环境容量及经济发展水平等因素，选择合适的替代路径。同时，应把“煤改气”和“煤改电”等其他方式统筹考虑，视情况选择合适方式。

　　第二， 应优先发展天然气热电联产，稳步有序实施“煤改气”工程。

　　由于“集中气”替代“分散煤”具有排放少、效率高等优势，环保、经济效益明显，同时对保障地区热力供应、电网气网双调峰、优化能源结构都有积极意义，是当前最可行的“煤改气”方式，应优先发展。目前，北京地区已基本完成“煤改气”工程。今后随着“俄气”等新的天然气气源引入和用量扩大，在东北、华北省会城市及天津等大型城市，应稳步有序实施“煤改气”。同时，南方等非居民供热地区在产业结构调整，转变发展方式等进程中也应积极推进“集中气”替代“分散煤”，实现绿色、可持续发展。

　　第三， 应制定优惠鼓励政策，支持促进实施“煤改气”工程。

　　由于实施“煤改气”工程，会在一定程度上加大用户的用热成本，因此为顺利推进“煤改气”，当地政府应积极制定并出台相应优惠鼓励政策，如给予供热企业一定税收、用地优惠，以适当降低供热固定成本。此外，还可通过市场机制将释放出来的环保空间和碳排放空间用以交易，以弥补用热企业“煤改气”后的损失。

　　（作者供职于国电科学技术研究院；国电科学技术研究院王圣、郝洪亮、李玉刚对本文亦有贡献）