煤制天然氣在國外已有30多年的發(fā)展歷史,而我國第一個(gè)煤制天然氣工業(yè)化項(xiàng)目于2013年8月才建成,同年12月投入商業(yè)化運(yùn)營,行業(yè)尚處于示范階段。截至2013年底,除國家已核準(zhǔn)的4個(gè)煤制天然氣項(xiàng)目外,另有7個(gè)項(xiàng)目取得了國家發(fā)展和改革委員會(huì)(以下簡(jiǎn)稱發(fā)改委)的“路條”文件,合計(jì)產(chǎn)能771×108m3/a;此外還有幾十個(gè)項(xiàng)目上報(bào)發(fā)改委申請(qǐng)開展前期工作,總規(guī)模超過2000×108m3/a。
煤炭加工轉(zhuǎn)換生產(chǎn)天然氣過程中要消耗大量的煤炭資源和水資源,同時(shí)煤炭大量開采對(duì)脆弱的生態(tài)環(huán)境也會(huì)帶來巨大影響。從國家能源戰(zhàn)略安全和技術(shù)儲(chǔ)備的角度出發(fā),在充分考慮環(huán)境和水資源承載能力的基礎(chǔ)上,利用相對(duì)豐富的低品質(zhì)煤炭資源適度發(fā)展煤制天然氣是必要的,但對(duì)于發(fā)展規(guī)模,各方面還沒有達(dá)成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí),有待于進(jìn)一步綜合論證。
1、我國天然氣中遠(yuǎn)期需求量預(yù)測(cè)
1.1 天然氣市場(chǎng)發(fā)展規(guī)律
對(duì)天然氣市場(chǎng)而言,從美國、英國、日本、俄羅斯等成熟國家的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)看,一般都經(jīng)歷了啟動(dòng)期、發(fā)展期、成熟期3個(gè)階段。天然氣市場(chǎng)發(fā)展各時(shí)期在資源、管道、市場(chǎng)、消費(fèi)模式以及在能源消費(fèi)中地位的特征詳見表。
天然氣市場(chǎng)的發(fā)展是一個(gè)較為長(zhǎng)期的過程,從啟動(dòng)期、發(fā)展期到成熟期通常歷時(shí)半個(gè)世紀(jì)或更長(zhǎng)時(shí)間(圖)。以日本和美國為例,日本從20世紀(jì)50年代開始利用天然氣,70年代進(jìn)入快速發(fā)展期,2000年前后進(jìn)入成熟期,期間經(jīng)過了50年,之后消費(fèi)增長(zhǎng)趨于緩慢。美國從1885年開始利用天然氣,到1945年進(jìn)入快速發(fā)展期,1970年消費(fèi)量達(dá)到6000×108m3,之后消費(fèi)量趨于穩(wěn)定,部分年份曾下降到5000×108m3以下。
新中國成立后川渝地區(qū)開始少量利用天然氣,到2004年西氣東輸管道建成投產(chǎn),市場(chǎng)才進(jìn)入快速發(fā)展階段,啟動(dòng)期經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的55年。從當(dāng)前經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展所處階段和市場(chǎng)發(fā)展規(guī)律看,我國天然氣利用的快速發(fā)展期要持續(xù)到2035年左右,2035年以后中國天然氣市場(chǎng)將進(jìn)入成熟期,到21世紀(jì)中葉天然氣市場(chǎng)完全成熟。
1.2 我國天然氣需求量預(yù)測(cè)
2013年春季以來全國大面積出現(xiàn)連續(xù)的霧霾天氣,讓全社會(huì)深刻認(rèn)識(shí)到改善環(huán)境已刻不容緩。2013年9月,國務(wù)院下發(fā)了《大氣污染行動(dòng)計(jì)劃》,環(huán)境保護(hù)部、發(fā)改委等6部門聯(lián)合下發(fā)了《京津冀及周邊地區(qū)大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃實(shí)施細(xì)則》,要求到2017年全國PM2.5濃度普降10%,京津冀、長(zhǎng)三角、珠三角三個(gè)重點(diǎn)區(qū)域分別下降25%、20%、15%;全國煤炭消費(fèi)比重降到65%以下。
各地市紛紛制定了大氣污染治理實(shí)施方案,如淘汰市區(qū)燃煤小鍋爐,劃定無煤區(qū)等,加快了采暖煤改氣、工業(yè)鍋爐煤改氣、熱電項(xiàng)目煤改氣的步伐,天然氣行業(yè)發(fā)展迎來了前所未有的機(jī)遇。
天然氣消費(fèi)受需求和供應(yīng)兩方面因素的影響。西氣東輸管道建成以來,在國際油價(jià)不斷上漲、國內(nèi)天然氣價(jià)格較低的大背景下,我國天然氣消費(fèi)量快速增長(zhǎng)。2013年7月,發(fā)改委公布天然氣價(jià)格改革方案,除居民用氣價(jià)格不作調(diào)整,其他用氣價(jià)格全部提高,這在一定程度上抑制了市場(chǎng)需求量的增長(zhǎng),但國內(nèi)天然氣產(chǎn)量的增長(zhǎng)仍無法滿足市場(chǎng)需求。
綜合各方面因素,在國家電價(jià)、氣價(jià)、熱價(jià)等用氣領(lǐng)域提供一定補(bǔ)貼的情況下,預(yù)計(jì)2015年我國天然氣消費(fèi)需求量為2300×108m3,2020年增加到3800×108m3,2030年有望達(dá)到5200×108m3。2010-2020年平均每年增加270×108m3,年均增速13.4%,繼續(xù)保持快速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì);2020-2030年增速大大放緩,但仍有3.2%的增速(圖)。
隨著天然氣消費(fèi)規(guī)模的擴(kuò)大,天然氣利用結(jié)構(gòu)也在發(fā)生變化。從提高能源利用效率、有效改善大氣環(huán)境的角度來考慮,今后天然氣利用方向?qū)⒁来螢槌鞘袣饣?、工業(yè)燃料置換、天然氣汽車、分布式能源、天然氣發(fā)電。未來天然氣利用比例大致是城市燃?xì)庹?/3、工業(yè)燃料占1/3、發(fā)電和化工兩個(gè)行業(yè)之和占1/3,類似于美國的均衡型結(jié)構(gòu)。
2、煤制天然氣市場(chǎng)空間分析
2.1 我國天然氣資源供應(yīng)潛力
我國可供天然氣資源包括國產(chǎn)常規(guī)天然氣、非常規(guī)頁巖氣與煤層氣、煤制天然氣,以及國外進(jìn)口管道氣和LNG。依據(jù)國家天然氣、煤層氣、頁巖氣發(fā)展“十二五”規(guī)劃,并參考相關(guān)文獻(xiàn)對(duì)資源勘探開發(fā)前景的分析,預(yù)測(cè)各類資源供應(yīng)潛力大致如下。
1)國產(chǎn)常規(guī)天然氣資源(包括致密氣)主要來自四川盆地、鄂爾多斯盆地、塔里木盆地、南海海域等。
其中,致密氣資源品質(zhì)低、投資大、成本高、開發(fā)效益差,屬于典型的非常規(guī)天然氣資源,也是技術(shù)基本成熟、短期內(nèi)可以快速上產(chǎn)的最現(xiàn)實(shí)資源類型,但目前我國未將致密氣列入非常規(guī)資源管理,缺少必要的扶持政策支持,發(fā)展積極性受到影響。
2013年常規(guī)氣產(chǎn)量為1178×108m3,同比增長(zhǎng)9.8%。國家天然氣發(fā)展“十二五”規(guī)劃提出:2015年國內(nèi)常規(guī)氣的產(chǎn)量將達(dá)到1385×108m3。根據(jù)目前勘探開發(fā)形勢(shì)并參考相關(guān)文獻(xiàn),預(yù)計(jì)2020年國內(nèi)常規(guī)天然氣產(chǎn)量大致為1800×108m3,2030年可增加到2500×108m3。
2)非常規(guī)天然氣資源包括煤層氣和頁巖氣,是未來我國天然氣上產(chǎn)的重點(diǎn)領(lǐng)域。
煤層氣在國內(nèi)已實(shí)現(xiàn)商業(yè)開采,2013年地面抽采量約30×108m3;頁巖氣尚處于摸索試采階段,2013年產(chǎn)量約為2×108m3?！秶颐簩託?煤礦瓦斯氣)開發(fā)利用“十二五”規(guī)劃》提出,2015年煤層氣地面開發(fā)產(chǎn)量達(dá)到160×108m3;《頁巖氣發(fā)展規(guī)劃2011—2015年》提出,2015年實(shí)現(xiàn)頁巖氣產(chǎn)量65×108m3,2020年力爭(zhēng)達(dá)到600×108~1000×108m3。
筆者按穩(wěn)健開發(fā)的方式考慮,2015年煤層氣產(chǎn)量按60×108m3、2020年按120×108m3考慮,2030年將達(dá)到300×108m3。頁巖氣方面,盡管美國已實(shí)現(xiàn)“頁巖氣革命”,但我國剛啟動(dòng)先導(dǎo)試驗(yàn)項(xiàng)目,勘探開發(fā)經(jīng)驗(yàn)非常有限,對(duì)可采儲(chǔ)量認(rèn)識(shí)不足,關(guān)鍵成套技術(shù)仍在探索完善之中,同時(shí)規(guī)模開發(fā)還面臨水資源短缺和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn),實(shí)現(xiàn)規(guī)劃目標(biāo)面臨非常大的挑戰(zhàn)。穩(wěn)妥考慮,本文頁巖氣產(chǎn)量2015年按60×108m3、2020年按300×108m3考慮,2030年將達(dá)到600×108m3。
3)煤制天然氣目前已有4個(gè)項(xiàng)目獲得發(fā)改委核準(zhǔn),分別是慶華集團(tuán)在新疆伊寧的55×108m3項(xiàng)目,大唐在赤峰克什克騰旗的40×108m3項(xiàng)目、大唐在遼寧阜新的40×108m3項(xiàng)目,以及內(nèi)蒙古匯能公司在鄂爾多斯的16×108m3項(xiàng)目,合計(jì)產(chǎn)能151×108m3。
其中大唐克什克騰旗一期、新疆慶華一期各13.75×108m3于2013年12月正式投產(chǎn)供氣,2014年1月由于環(huán)保、設(shè)備可靠性等問題又被迫停產(chǎn),中斷向市場(chǎng)供氣。根據(jù)各項(xiàng)目建設(shè)進(jìn)展,穩(wěn)妥考慮2015年全國能夠?qū)崿F(xiàn)的煤制天然氣產(chǎn)量約為50×108m3,2020年僅考慮已核準(zhǔn)項(xiàng)目,全部建成后總產(chǎn)能合計(jì)為150×108m3。
4)進(jìn)口管道天然氣主要有3個(gè)方向:
①中亞方向,氣源來自土庫曼斯坦、哈薩克斯坦等中亞國家;
②緬甸方向;
③俄羅斯東線,經(jīng)過長(zhǎng)達(dá)20年馬拉松式的前期研究和談判,2014年5月22日普京總統(tǒng)訪華期間兩國石油公司簽訂了購銷合同,計(jì)劃在2018年底開始向中國供氣。
3個(gè)方向預(yù)計(jì)2015年可向中國供氣460×108m3左右,2020年增加到1000×108m3,2030年按2020年資源量考慮。
5)沿海LNG進(jìn)口資源采購比較靈活,根據(jù)現(xiàn)有合同預(yù)計(jì),2015年進(jìn)口資源量大致為400×108m3,2020年增至600×108m3,2030年同樣按2020年資源量考慮。
綜合上述各類資源,并減去油氣田生產(chǎn)自耗、管道耗氣和儲(chǔ)氣庫墊底氣,常規(guī)氣、煤層氣、頁巖氣的商品率平均按90%計(jì)算并進(jìn)行圓整,預(yù)計(jì)2015年全國可供商品氣量為2120×108m3,2020年增加到3500×108m3,2030年有望達(dá)到4800×108m3,具體見表。
2.2 煤制天然氣市場(chǎng)空間
煤制天然氣項(xiàng)目發(fā)展空間可以從天然氣市場(chǎng)供需總體平衡中得到。根據(jù)前面的分析,預(yù)測(cè)我國天然氣消費(fèi)需求量2020年為3800×108m3,2030年有望增加到5200×108m3。
資源供應(yīng)方面,若不考慮新增進(jìn)口LNG和管道氣項(xiàng)目,2020年商品氣量為3500×108m3,2030年為4800×108m3。由此判斷,2020年我國新建煤制天然氣項(xiàng)目市場(chǎng)空間大致為300×108m3,2030年大致為400×108m3,見表。
3、我國煤制天然氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展要素分析
3.1 煤制天然氣項(xiàng)目發(fā)展現(xiàn)狀
為防止煤制天然氣等煤化工項(xiàng)目無序發(fā)展,2009年以來發(fā)改委曾連發(fā)多個(gè)文件,上收審批權(quán),并設(shè)置了嚴(yán)格的項(xiàng)目準(zhǔn)入制度。面對(duì)我國大氣環(huán)境污染日益嚴(yán)峻的形勢(shì),2013年9月國務(wù)院印發(fā)了《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》,其中第四條談到“制定煤制天然氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃,在滿足最嚴(yán)格的環(huán)保要求和保障水資源供應(yīng)的前提下,加快煤制天然氣產(chǎn)業(yè)化和規(guī)模化步伐”。
在此政策引導(dǎo)下,2013年9月以來國家對(duì)煤制天然氣項(xiàng)目的審批可謂“開閘”,全球最大的煤制天然氣項(xiàng)目(新疆準(zhǔn)東年產(chǎn)300×108m3示范項(xiàng)目)取得了發(fā)改委的“路條”文件(表)。
3.2 煤制天然氣項(xiàng)目發(fā)展的驅(qū)動(dòng)因素
當(dāng)前,煤制天然氣項(xiàng)目備受青睞的原因,可以總結(jié)為以下幾點(diǎn)。
1)我國天然氣供應(yīng)長(zhǎng)期存在缺口,2020年平衡缺口大致為300×108m3,2030年缺口約為400×108m3。
2)煤制天然氣相比進(jìn)口氣價(jià)格上有競(jìng)爭(zhēng)力。
目前示范階段,煤制天然氣項(xiàng)目單位產(chǎn)能投資水平為5~7元/m3,具體與項(xiàng)目規(guī)模、建設(shè)地點(diǎn)、工程建設(shè)內(nèi)容及外部配套有關(guān)。以某典型40×108m3煤制氣項(xiàng)目為例,采用魯奇公司BGL煤氣化工藝,項(xiàng)目年耗原料煤986×104t、燃料煤272×104t,年外購電2.56×108kWh、新鮮水2528×104t,建設(shè)投資約247億元。若內(nèi)部收益率按10%考慮,當(dāng)煤炭?jī)r(jià)格為100元/t、150元/t、200元/t、250元/t、300元/t時(shí),估算煤制氣價(jià)格介于1.57~2.22元/m3(表)。
若項(xiàng)目建在新疆地區(qū),煤制天然氣與進(jìn)口中亞氣在霍爾果斯入境點(diǎn)的價(jià)格對(duì)比,可以看出煤制天然氣具有較大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)(表)。
內(nèi)陸省份以北京市為例,根據(jù)2013年7月國家天然氣價(jià)格改革方案,增量氣門站價(jià)格為3.14元/m3。2013年12月24日剛投產(chǎn)供氣的大唐赤峰煤制氣項(xiàng)目與中石油簽訂的供銷協(xié)議結(jié)算價(jià)為2.75元/m3,比增量氣門站價(jià)低0.39元/m3,煤制氣相比國內(nèi)自產(chǎn)氣價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力顯著。
3)煤炭富集省份資源就地轉(zhuǎn)化愿望迫切。
據(jù)《2012年中國國土資源公報(bào)》,截至2011年底,全國煤炭保有探明儲(chǔ)量為1.3779×1012t,其中新疆、內(nèi)蒙古兩個(gè)自治區(qū)資源儲(chǔ)量占全國的60%以上,豐富的煤炭資源為這些地區(qū)發(fā)展煤制天然氣、煤制油產(chǎn)業(yè)提供了充足的資源基礎(chǔ),地方政府為此傾注了極大的熱情,迫切希望將資源優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。
近兩年出現(xiàn)的煤炭產(chǎn)能過剩、煤炭?jī)r(jià)格下滑也促使政府和煤炭企業(yè)尋求資源型經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型之路,寄希望于把過剩的煤炭轉(zhuǎn)移到天然氣上來。此外,國家《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》提出:到2017年煤炭占全國能源消費(fèi)總量比重降到65%以下,京津冀及周邊地區(qū)已制定了實(shí)施細(xì)則,采取禁煤、控煤、壓煤、加快淘汰落后產(chǎn)能等一系列措施,到2017年實(shí)現(xiàn)削減煤炭消費(fèi)量8300×104t的目標(biāo),此舉將成為內(nèi)蒙古等地加快煤制天然氣發(fā)展的新推動(dòng)力。
3.3 煤制天然氣項(xiàng)目發(fā)展的制約因素
3.3.1 面臨水資源與生態(tài)環(huán)境壓力
中國人均水資源量?jī)H為世界平均水平的1/4,且全國分布極不均勻。中西部地區(qū)屬于缺水地區(qū),尤其是內(nèi)蒙古河套地區(qū)大量抽取黃河水,用水量已超過黃河的承載能力(表)。煤制天然氣項(xiàng)目耗水量巨大,據(jù)已開展前期工作的示范項(xiàng)目可研成果,單位產(chǎn)品新鮮水消耗量大概在7t/1000m3,年產(chǎn)40×108m3的項(xiàng)目每年耗水量多達(dá)2800×104。
目前主要煤化工發(fā)展區(qū)的通行做法有兩種:
①興建引水設(shè)施,如新疆建設(shè)了“引額濟(jì)烏”工程;
②實(shí)行工農(nóng)業(yè)用水水權(quán)置換,但通過水權(quán)置換有可能導(dǎo)致地下水位下降,引發(fā)植被退化、土地沙化等生態(tài)問題。
除了水資源問題外,大規(guī)模發(fā)展煤制天然氣產(chǎn)業(yè)開采煤炭將加劇破壞周邊土地資源、惡化生態(tài)環(huán)境。
3.3.2 國際上面臨CO2減排壓力
低碳發(fā)展已成為新一輪國際經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)和競(jìng)爭(zhēng)焦點(diǎn),其核心是建立高能效、低排放的發(fā)展模式。中國溫室氣體排放總量已居世界首位,2012年排放量達(dá)到92.1×108t,占全球總排放量345×108t的26.7%,國際上面臨著巨大的減排壓力,政府已承諾到2020年單位GDP的排放量比2005年減少40%~45%。
與煤制油、煤制甲醇相比,煤制天然氣在二氧化碳排放方面雖具有一定優(yōu)勢(shì)(圖),但仍然屬于高排放產(chǎn)業(yè)。以采用魯奇碎煤加壓氣化工藝、年產(chǎn)能40×108m3煤制天然氣項(xiàng)目為例,每年消耗煤炭約1800×104t,排放CO2約1700×104t。因此,發(fā)展煤制天然氣產(chǎn)業(yè)必須重視CO2捕集與封存,否則將不利于減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。煤制天然氣項(xiàng)目CO2濃度超過80%,具有開展封存和利用的條件,但現(xiàn)階段受制于經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和地質(zhì)等方面因素,全面實(shí)現(xiàn)捕集封存仍無法做到。
2013年5月,《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)稅法(送審稿)》首次將CO2納入征稅范圍,提出按照CO2排放當(dāng)量征收10~100元/t,政府根據(jù)需求定期發(fā)布,逐步增長(zhǎng)。2013年6月,全國首家碳排放權(quán)交易所-深圳排放權(quán)交易所正式開市,運(yùn)行6個(gè)月碳交易價(jià)格介于28~140元/t。如果按照80元/t價(jià)格測(cè)算,對(duì)煤制天然氣項(xiàng)目相當(dāng)于成本增加0.34元/m3,將大大降低煤制天然氣與進(jìn)口管道氣的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力。
3.3.3 國內(nèi)面臨節(jié)能降耗壓力
煤作為能源,利用路線主要有直接燃燒發(fā)電、轉(zhuǎn)化制油、制天然氣、制甲醇、制烯烴等,其中轉(zhuǎn)化制天然氣效率是最高的,理論上可超過60%(圖)。但如果將煤制成的天然氣再用來發(fā)電,按聯(lián)合循環(huán)電廠熱效率55%計(jì),不考慮天然氣輸送過中的能耗,從煤到發(fā)電的綜合利用效率僅為33%,遠(yuǎn)低于超超臨界機(jī)組煤炭直接發(fā)電45%的效率水平。
如果煤制天然氣作為汽車燃料使用,低于煤發(fā)電驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車約31%的效率水平,這主要由于燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率大大低于電機(jī)(表)所致。因此,從綜合能源利用效率看,煤制天然氣用于發(fā)電或用作汽車燃料是很不合適的。
測(cè)算表明,煤制天然氣項(xiàng)目萬元產(chǎn)值能耗處于較高水平,遠(yuǎn)高于煤制油、煤制燃烴,也高于煤炭直接發(fā)電(圖)。測(cè)算時(shí),煤制氣出廠價(jià)按2.0元/m3測(cè)算,煤制氣項(xiàng)目萬元產(chǎn)值能耗為11.5tce(tce表示1t標(biāo)準(zhǔn)煤當(dāng)量,tonofstandardcoalequivalent,1tce≈29.3GJ,下同);煤制油產(chǎn)品出廠價(jià)按8000元/t測(cè)算,此類項(xiàng)目萬元產(chǎn)值能耗約為5tce;煤炭直接發(fā)電,按超超臨界機(jī)組效率45%、上網(wǎng)電價(jià)0.35元/kWh計(jì)算,萬元產(chǎn)值能耗為7.8tce;煤制烯烴產(chǎn)品平均按12000元/t計(jì)算,萬元產(chǎn)能耗為4.8tce。
另一方面,按2005年不變價(jià)計(jì)算,2010年我國萬元生產(chǎn)總值能耗指標(biāo)為1.03tce,如按2010 年的當(dāng)年價(jià)計(jì)算為0.8tce,國家“十二五”規(guī)劃提出2015年這一指標(biāo)下降17%,則屆時(shí)將降至0.66tce。因此,大規(guī)模發(fā)展煤制氣無疑將增加國家和地區(qū)節(jié)能降耗壓力,與當(dāng)前全球倡導(dǎo)的節(jié)能減排行動(dòng)是相悖的。
4、對(duì)煤制天然氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的幾點(diǎn)建議
4.1 支持研發(fā)和示范,環(huán)境上嚴(yán)格準(zhǔn)入
目前國際上唯一建成規(guī)?；a(chǎn)的煤制天然氣項(xiàng)目?jī)H有美國大平原制氣廠一家,其產(chǎn)能為16×108m3/a。該工廠系20世紀(jì)70年代末石油危機(jī)時(shí)期啟動(dòng)建設(shè),1984年建成投產(chǎn),由于美國天然氣價(jià)格長(zhǎng)期處于低位,工廠一直處于虧損狀態(tài)。20世紀(jì)90年代起,通過加大副產(chǎn)品開發(fā)力度,生產(chǎn)液氨、焦油、苯酚等副產(chǎn)品,并將副產(chǎn)的CO2通過管道輸送到油田用于驅(qū)油,才逐步實(shí)現(xiàn)了盈利。
2006年前后,在國際油價(jià)持續(xù)高漲背景下,美國、韓國也曾提出建設(shè)煤制氣項(xiàng)目,但在油價(jià)波動(dòng)、環(huán)境減排收緊的大環(huán)境下,規(guī)劃的項(xiàng)目都沒有付諸實(shí)施。目前,大型甲烷化技術(shù)只有丹麥托普索TREMP技術(shù)、英國戴維公司CRG技術(shù)、德國魯奇三家,我國當(dāng)前開展的煤制天然氣項(xiàng)目均采用國外技術(shù)。
國外的經(jīng)驗(yàn)是研發(fā)上長(zhǎng)期支持,示范中嚴(yán)密跟蹤,環(huán)境上嚴(yán)格準(zhǔn)入。當(dāng)前我國各地盲目發(fā)展的主要誘因是資源價(jià)格扭曲和污染成本被嚴(yán)重低估,未來發(fā)展必須嚴(yán)格環(huán)境評(píng)價(jià)和水資源保護(hù),量水而行、量環(huán)境容量而行,對(duì)CO2排放及捕捉要有明確的責(zé)任,新上示范項(xiàng)目必須核算從煤炭開發(fā)到終端使用全生命周期的能源轉(zhuǎn)換效率,煤炭資源價(jià)格按市場(chǎng)價(jià)格測(cè)算。
4.2 結(jié)合我國的國情因地制宜適度發(fā)展
我國油氣供應(yīng)安全形勢(shì)嚴(yán)峻,適度發(fā)展煤制天然氣可降低油氣對(duì)外依存度,緩解天然氣供應(yīng)緊張的局面。但另一方面,我國煤炭資源總體儲(chǔ)量盡管豐富,人均儲(chǔ)量只有世界平均水平的60%,有限的煤炭資源應(yīng)首先保障發(fā)電、冶金等行業(yè)利用(目前我國煤炭約45%用于發(fā)電供熱、約38%用于鋼鐵冶煉與加工、約8%用于建材,約5%用于化工)。
考慮到新疆、內(nèi)蒙古等地具有豐富的低熱值褐煤、高硫煤、高灰分煤資源,直接燃燒將帶來大量硫、氮和灰塵污染,并且這些資源遠(yuǎn)離消費(fèi)中心,運(yùn)輸成本高、損耗大。利用這些地區(qū)相對(duì)豐富的低品質(zhì)煤炭資源適度發(fā)展煤制天然氣,是煤炭清潔利用的有效途徑之一,并且通過副產(chǎn)品回收和CO2捕集封存,相比直接燃燒可大大減少硫化物、氮氧化物和CO2排放量。
綜合考慮市場(chǎng)空間、水資源、環(huán)境容量、煤炭清潔利用技術(shù)的發(fā)展,以及國產(chǎn)和進(jìn)口天然氣資源落實(shí)程度,并考慮國外進(jìn)口氣和國產(chǎn)煤層氣、頁巖氣勘探開發(fā)的不確定性,初步認(rèn)為2020年煤制天然氣產(chǎn)業(yè)的合理規(guī)模為300×108m3、2030年為400×108m3,峰值達(dá)到800×108m3。如按照中國工程院《中國能源中長(zhǎng)期(2030年、2050年)發(fā)展戰(zhàn)略研究》課題組提出的我國煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)能不超過38×108t測(cè)算,若生產(chǎn)800×108m3煤制天然氣,約消耗低品質(zhì)煤炭4.8×108t,占屆時(shí)全國煤炭產(chǎn)量的10%,可以說是控制在合理范圍內(nèi)。
4.3 煤制天然氣利用方向應(yīng)定位于城市燃?xì)夂凸I(yè)燃料
以煤為燃料可以直接發(fā)電,或者作為原料生產(chǎn)甲醇、二甲醚、天然氣、汽柴油等產(chǎn)品,各種方式能源轉(zhuǎn)換效率有較大差別,在轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)煤制天然氣的效率高于其他,先進(jìn)水平可以達(dá)到56.5%,而煤炭液化轉(zhuǎn)換效率僅為40.3%。煤制天然氣利用方向應(yīng)從能源綜合利用效率的角度來加以考量。
煤可以直接生產(chǎn)化工原料,因此用煤制天然氣再生產(chǎn)合成氨、甲醇等化工產(chǎn)品顯然是不合理的。煤制天然氣用于發(fā)電和供熱,聯(lián)合循環(huán)發(fā)電熱效率按55%、熱電聯(lián)供熱效率按75%計(jì)算,則從煤到天然氣、再到發(fā)電和供熱的綜合利用效率為31%~42%,甚至低于超臨界機(jī)組燃煤直接發(fā)電效率。
如果加工轉(zhuǎn)換后的產(chǎn)品作為交通運(yùn)輸行業(yè)的燃料,再考慮汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的效率差異,則煤炭直接發(fā)電、供電動(dòng)汽車的綜合利用率最高,約為31%;煤制天然氣的綜合利用效率盡管高于煤制甲醇、煤制二甲醚和煤制油,但也僅為煤直接發(fā)電供電動(dòng)汽車的一半。
當(dāng)前,為解決城市大氣污染問題,各地都在積極推廣電動(dòng)汽車、天然氣汽車,鑒于煤直接發(fā)電向電動(dòng)車供電效率遠(yuǎn)高于煤制天然氣供天然氣汽車。因此煤制天然氣供汽車使用也很不合理,莫不如直接發(fā)展電動(dòng)汽車。綜上所述,從能源系統(tǒng)綜合利用效率來考慮,煤制天然氣的利用方向應(yīng)定位于城市燃?xì)夂凸I(yè)燃料,替代分散燃燒的煤炭,有效減少煤煙污染。
4.4 煤制天然氣項(xiàng)目發(fā)展應(yīng)統(tǒng)籌規(guī)劃布局
近兩年,新疆、內(nèi)蒙古、山西、安徽、云南、貴州等多個(gè)省份提出了一大批煤制天然氣項(xiàng)目,總規(guī)模多達(dá)2800×108m3/a,如果全部建成每年需消耗原煤13×108t煤,全國超過三分之一的產(chǎn)煤量將用來生產(chǎn)天然氣,顯然極不合理。煤制天然氣與煤制油、煤制甲醇相比,技術(shù)相對(duì)成熟,在節(jié)能、節(jié)水和二氧化碳排放方面具有優(yōu)勢(shì);以劣質(zhì)煤為原料加工轉(zhuǎn)換,為低品質(zhì)褐煤的增值利用提供了方向,符合我國煤化工發(fā)展的要求。
但是,煤制天然氣在世界上的發(fā)展是不均衡的,從整個(gè)能源系統(tǒng)效率和節(jié)能減排角度看,不宜遍地開花都去搞。煤制天然氣是資源、資金、技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè),項(xiàng)目建設(shè)需要綜合考慮煤炭開采與轉(zhuǎn)化、水資源保障、技術(shù)集成與優(yōu)化,配套天然氣管網(wǎng)建設(shè)等諸多外部配套支持條件,是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。因此,煤制天然氣項(xiàng)目必須在國家的能源規(guī)劃指導(dǎo)下統(tǒng)籌考慮、合理布局,做好總量控制。
現(xiàn)階段,我國煤制天然氣技術(shù)已有一定的研發(fā)基礎(chǔ),但第一個(gè)工業(yè)化項(xiàng)目剛剛建成投產(chǎn),在技術(shù)可靠性、設(shè)備大型化、運(yùn)行長(zhǎng)周期等方面還存在風(fēng)險(xiǎn),關(guān)鍵設(shè)備、工藝還有賴進(jìn)口,大規(guī)模推廣還有待于在實(shí)踐中進(jìn)一步摸索。
未來5年內(nèi),政府監(jiān)管工作重點(diǎn)應(yīng)是示范升級(jí),提高技術(shù)水平和示范規(guī)模,觀察總結(jié)示范項(xiàng)目運(yùn)行的環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性,作為未來制定相應(yīng)政策和產(chǎn)業(yè)走向的重要參考依據(jù)。對(duì)企業(yè)而言,應(yīng)關(guān)注天然氣市場(chǎng)供需、煤層氣及頁巖氣勘探開發(fā)技術(shù)進(jìn)展,以及國家政策動(dòng)向和示范項(xiàng)目的效果,避免盲目投資,做到有的放矢。（其他作者為周淑慧，田瑛，陳進(jìn)殿，魏傳博）
