煤炭的过去

　　煤炭是大自然赐予人类的宝贵资源，人类很早就懂得利用。古希腊学者泰奥弗拉斯托斯在公元前约300年著有《石史》，其中记载了煤的性质和产地。古罗马在2000多年前已开始用煤加热。我国辽宁省新乐古文化遗址中，就发现有煤制工艺品，河南巩义市也发现有西汉时用煤饼炼铁的遗址。13 世纪80 年代，马可·波罗来到中国，看到中国人用煤作燃料，竟吃惊不已，遂将此事在他的著作《东方见闻录》中详细记述。

　　人类虽然很早就使用了煤，但是主要是为了提供热量和照明。直到1765 年，英国人瓦特发明了蒸汽机，煤炭才逐渐成为人类生产生活的主要能源，并由此拉开了一轮浩浩荡荡的工业革命。

　　第一次工业革命，始于英国的机械创新，而蒸汽机的改良和广泛使用，则将工业革命推向了一个高峰，也带动了煤炭开采和利用的爆发式增长。

　　16世纪末到17世纪后期，英国的采矿业，特别是煤矿，已发展到相当规模，单靠人力、畜力难以满足排除矿井地下水的要求，而现场又有丰富而廉价的煤燃料。现实的需要促使许多人，如英国的萨弗里、纽科门等，致力于“以火力提水”的探索和试验。萨弗里制成世界上第一台实用的蒸汽提水机，在1698年取得名为“矿工之友”的英国专利。萨弗里的提水机靠真空的吸力汲水，汲水深度不能超过六米。为了从几十米深的矿井汲水，须将提水机装在矿井深处，用较高的蒸汽压力才能将水压到地面，这无疑是困难而又危险的。纽科门及其助手卡利在1705年发明了大气式蒸汽机，用以驱动独立的提水泵，被称为纽科门大气式蒸汽机。这种蒸汽机先在英国，后来在欧洲大陆得到迅速推广，它的改型产品直到19世纪初还在制造。纽科门大气式蒸汽机的热效率很低，这主要是由于蒸汽进入汽缸时，在刚被水冷却过的汽缸壁上冷凝而损失掉大量热量，只在煤价低廉的产煤区才得到推广。

　　新大陆的发现和地理大扩张，让英国拥有了巨大的商品市场。毛纺织业贡献了当时英国对外贸易的主要产品，当传统的手工操作无法满足巨大的市场需求时，英国人发明了飞梭，继而又发明了水力纺纱机、水力织布机，这些机械的应用大大提高了纺织业的效率。利用水力作为能源有很大局限性，它必须建在河流附近，且河流水量不固定，这显然不适合机械大生产的需要。于是，以煤为燃料的蒸汽机改良运动应运而生。公元1765年，瓦特发明了带冷凝器的单向式蒸汽机，1782年又发明双向式蒸汽机。1785年，蒸汽机开始用于毛纺业，1789年应用于毛织业。得益于蒸汽机的使用，从1766年到1789年，英国的纺织品产量在20多年内增长了5倍。

　　1807年美国人富尔敦建造了世界上第一艘蒸汽动力的轮船。不久，英国人史蒂文森发明了蒸汽火车机车，1825年，英国建成世界上第一辆蒸汽机车和铁路。到十八世纪末，蒸汽机普遍代替其它动力，成为英国许多工业部门的主要动力来源。

　　蒸汽机应用到纺织业，提高了纺织业的效率和产量；蒸汽机应用到运输业，载重上千吨的火车开始在大陆上穿越，载重上万吨的轮船开始在大洋中横渡；蒸汽机应用到矿山开采业，降低了人类的劳动强度，并且可以昼夜不停、连续开采；蒸汽机应用到金属冶炼上，大型鼓风机开始使用，煤炭成为冶炼的主要燃料；蒸汽机应用到机械制造上，可以制造出更复杂、更精密的工具。伴随着蒸汽机在工业生产领域的广泛使用，近代的能源工业——煤炭工业开始在世界范围内广泛建立起来。1861年，英国的煤炭年产量已经超过五千万吨。煤炭的广泛利用，被人们誉为黑色的金子，工业的食粮，成为十八世纪以来人类使用的主要能源之一。

　　第二次工业革命，内燃机的发明使石油异军突起，大有一举替代煤炭的势头。但煤炭依托电动机的发明和电能的广泛使用，在一次能源中的地位依然不为所动。

　　随着生产的发展，蒸汽机的缺点也暴露出来。蒸汽机非常笨重，机械效率不足10%，能源的消耗又很大，为了追求更高的机械效率，内燃机被发明并不断完善。1876年美国人奥托发明了汽油发动机（效率为28%），1892年德国人鲁道夫·狄塞尔发明了柴油发动机（效率为34%）。内燃机的发明在西方发达国家中再次引发一系列生产技术的大变革，使人类的工作效率进一步提高。由于汽车、坦克、装甲车、飞机、拖拉机、轮船等大都采用内燃机，这就导致了世界石油开采和炼油业的飞速发展，世界近代石油工业开始建立，并且逐步发展成为西方发达国家的又一重要能源。

　　电能的发现与利用带来了煤炭发展的第二个春天。1831年，英国物理学家法拉第发现电磁感应现象，从而找到打开整个电能宝库的钥匙。根据电磁感应现象，在1866 年人们首次制成了工业上可以应用的发电机。1875年，法国巴黎北火车站建成世界上第一座发电厂，为附近照明供电。1879年，美国旧金山实验电厂开始发电，是世界上最早出售电力的电厂。

　　1876年美国人贝尔发明电话，在这前后，电报、电影、电视、电梯、电扇、冰箱等也相继被发明出来。在工业技术上，电解、电焊、电镀等新工艺开始广泛运用，从而引发又一轮技术革新的浪潮。1913年，全世界的年发电量达 500亿千瓦时，电力工业已作为一个独立的工业部门，进入人类的生产生活领域。

　　电能的利用是第二次工业革命的主要标志，从此人类社会进入电气时代。迄今电能依然是最主要二次能源，而煤电在全球的电力生产领域的竞争中，依然保持统治地位，这也是煤炭在当今能源结构中位置显赫的原因之一。

　　1861年，煤炭在世界一次能源消费结构中只占24％，1920年则上升为62％，此后，世界能源进入了“煤炭时代”。 20世纪30年代以后，随着发电机、汽轮机制造技术的完善，输变电技术的改进，特别是电力系统的出现以及社会电气化对电能的需求，火力发电进入大发展的时期。煤炭在世界能源中的主导地位一直保持到20世纪60年代。

　　表面上看，工业革命是从工场手工业过渡到机器大工业的过程，但本质上，工业革命是人类从简单地利用能源，过渡到通过复杂的机械将能源转化为机械能，并且代替人类手工操作的过程。因此，工业革命也是利用能源的革命，每一次利用能源范围的扩大，都伴随着生产技术的重大变革，甚至引起整个社会生产方式的革命。

　　煤炭的未来

　　当今世界，亚太、欧洲、北美是煤炭的主要消费地区，占世界煤炭年消费量的95%，这些地区同时也是煤炭的主产区，占世界煤炭产量的94.5%。

　　发达国家与发展中国家在煤炭消费特点上有明显差异。发达国家的煤炭几乎都用于发电，其他用途的占比很小。发达国家进入后工业化时代，其经济发展对高能耗的重工业依赖逐步减少。而在发展中国家，煤炭除了主要用于发电外，还在重工业生产中发挥着重要的作用，其快速的城市化进程离不开大量的基础设施建设，与此相关的工业部门都不同程度地消耗大量的煤炭。

　　发达国家能源消耗日趋饱和，对煤炭的需求量呈下降趋势。以服务业为重点的后工业化经济发展模式，对能源需求强度自然减少，加之电力生产向绿色清洁方向转变的大趋势，使得发达国家对煤炭的需求量逐步减少。欧洲的煤炭消费量从20世纪60年代的高位减少了约40%（根据BP能源历史数据计算）。美国由于对煤电的依赖，其煤炭消费一直呈缓慢上升趋势，但随着金融危机，尤其是近两年来的页岩气发电的冲击，其煤炭消费量锐减10%。即使经济恢复，鉴于北美页岩气的迅猛发展，美国煤炭消费量的升势难以为继。

　　未来全球煤炭消费的增量主要在亚太地区。进入21世纪以来，亚太地区对煤炭消费的净增量甚至略大于全球煤炭消费的净增量。亚太地区则主要看中国和印度，中、印两国煤炭消费的净增量占全球煤炭消费净增量的95%，仅中国就占到84%（根据BP能源历史数据计算）。以中国、印度为首的新兴经济体，对各种能源的需求均保持强劲势头，在快速发展的重工业化阶段，高耗能的经济结构离不开能源的支撑，因此，以煤炭为主要能源的亚太地区必然带动煤炭消费的高速增长。

　　着眼未来，影响煤炭消费的主要因素有：一是经济发展的速度与方式；二是其他能源的对煤炭替代和挤压；三是煤炭对其他能源的替代；四是煤基化工新材料的突破。

　　经济发展放缓与结构调整将减缓煤炭消费增速

　　传统经济发展模式表明，当经济结构重心从低能源强度的农业转向高能源强度的工业，能源消耗强度会提高，然后随着经济向能源强度较低的服务行业转型，能源强度又会降低（参见2011年的《能源展望》）。

　　在工业化进程中，工业对经济增长的贡献大，而工业在终端能耗中所占比重也最高。目前我国工业部门的能源消耗占比约为70%，工业部门的能源消费在过去十年的年均增长速度为9.9%，约占最终能源需求增长的80%（根据国家统计年鉴历史数据计算）。

　　但是，中国的工业产值在国民经济中的比重已经很高，依据发达国家经济发展规律，这一比重很难再提升，现有比重或能继续维持一段时期，但随着发展方式的转变和经济结构日趋优化，工业在中国GDP的份额将会逐渐下降，即对基础设施和城市化项目需求的减弱，使高能耗工业部门在产业结构中比重降低。（见图表）

　　工业部门能源消费增速放缓所带来的燃料结构影响在煤炭消费上表现得最为明显，因为煤炭是我国电力和工业部门的主要原燃料。按照中国现在的发展速度，这一情形可能在2020年以后出现，如果经济发展速度减缓，这一情形或将拖延至2030年以后。此外，工业部门能效的提高也会在一定程度上影响煤炭的消费强度，随着新的节能降耗技术不断被开发与使用，在一定程度上会减少对能源，尤其是煤炭的需求力度。

　　其他能源对煤炭的替代和挤压存在地区性差异

　　未来在全球能源增长中占据最大份额的燃料是天然气。作为化石能源的后起之秀，它将在全球能源增长中占据要位。

　　在全球主要行业中，天然气消费增长最快的是电力行业和工业。由于发达国家的民用天然气基本普及，天然气将在发电和工业部门大规模替代煤炭和石油。在发达国家，约一半的电力行业新增需求以及75%的工业领域新增原燃料需求都来自天然气对其他燃料的替换。发达国家的煤电将受到天然气发电的持续冲击。在传统的以煤电为主的美国，2012年4月，其天然气单月发电量首次与煤炭发电量持平。

　　在天然气问题上，我们还要考虑美国的特殊性。随着水平压裂技术的突破，美国页岩气产量在短时期出现爆发式增长，产能迅速过剩，进而将北美天然气拉低到一个不合理的价位。这使天然气发电相比煤电，在既有环保优势的基础上又有了价格上的优势，进而引发了2012年美国天然气发电的迅速增长。随着北美天然气市场回归理性，天然气价格回归合理区间，煤电将继续维持其在美国电源结构中的主要地位。在北美以外的地区，非常规天然气行业尚处于萌芽阶段，且美国的页岩气革命不能够被简单的复制，原因有很多，包括政策性支持力度、开采难易程度、对其他能源使用的路径依赖等皆与美国不同。

　　在发展中国家天然气对煤炭的替代程度不会很明显，因为发展中国家迅速增加的能源需求，为各种燃料的增长提供了空间。根据美国的天然气发展经验，当天然气供不应求时，首先要保障居民用气、商业用气和工业用气需求，限制天然气发电。目前的中国，天然气的供应缺口依然很大，天然气也大量依赖进口，且进口价格较高、进口渠道过于集中，天然气大规模替代煤炭发电的经济性不强。只有部分一线城市迫于环境改善的压力，会适度建设天然气发电项目。

　　可再生能源领域的非化石能源在能源消费增长中占据一半的份额，而且主要通过发电途径实现份额的增长，同时挤压煤炭发电的份额。BP预计，到2030年，可再生能源将提供全球发电量的11%，欧盟的这一比重将达到26%。可再生能源的发展最初由欧洲推动，其他发达国家在滞后一段时间后将奋起直追，再后，发展中国家也会开始提高可再生能源电力的份额。

　　国际上一直高度重视利用水能，发展水电。据国际大坝委员会统计数据显示，目前世界平均已开发水电占其经济可开发量的比例为40%，欧美等发达国家平均为71%，发达国家水电的规模潜力很小了。我国水电可开发装机容量4.02亿千瓦，到2020年全国水电装机规划达到3.3亿千瓦，届时全国水电开发程度为82%，这一开发程度高于发达国家，此后的水电开发所需要的建设和运营成本逐渐升高，并不经济。中国作为世界水电资源的第一大国，其水电发展已渐近天花板，2020年后的中国水电基本饱和。

　　在福岛核事故发生后，核电发展经历了一个短暂的停滞。随后将再次发力。中国、印度以及俄罗斯都制定了核电站扩建计划，核电产量在2010至2030年间将快速增长，年均增幅达7.8%。预计核电产量在2020年恢复至福岛核事故前的水平，但是此后增长缓慢。因为核电发展受到原料短缺及核废料处理等一系列问题的制约，目前这些问题均是难以有效解决的。

　　随着核电、水电开发的日趋饱和，其他非化石燃料地位的提升在2020至2030年间将更为明显。BP预测在这个十年里，更多的发电燃料消费增长都将来自于非化石燃料，煤炭在增量中所占比例很小。这些非化石燃料的发展仍然离不开相关政策的支持，持续的政策支持有助于可再生能源规模的扩大，政府面对迅速增加的政策支持成本所体现的意愿和能力，将是可再生能源普及速度的主要影响因素。但是，在没有革命性技术突破前，可再生能源的发展不会有太大的空间。

　　在未来10年，全球煤炭将受到天然气的剧烈挤压，但在亚太地区由于经济发展的迫切性和资源禀赋的特点，煤炭依然保持较高的增速。2020年后，随着中国经济增速放缓，经济结构持续转变，对煤炭需求的增速将下滑，以天然气为首的其他能源开始部分挤压煤炭的市场份额，但其幅度远小于目前美国的情形。核能与水电基本达到饱和，进一步发展的空间很小。在政府扶持的前提下，风能、太阳能、生物质能等可再生能源发展迅猛，但一系列技术的瓶颈增加了它们发展的不确定性。煤炭在亚太地区、尤其在中国依然是主体能源，它的统治地位难以被其他能源取代。

　　我国煤炭替代其他能源的前景广阔

　　我国贫油少气富煤的资源特点，决定了煤替代油气的发展空间。南非煤制油替代了30%的液体燃料。伴随我国经济快速发展，石油、天然气等能源的对外依存度日渐提高。2011年我国石油对外依存度56.5%，天然气对外依存度为21.56%，且有不断扩大趋势。根据最新的化石能源储采比，石油、天然气资源都先于煤炭枯竭。基于国家能源安全性的考虑，我国也的确有煤炭替代油气的需求。在当前煤炭转化技术不断进步、油气价格随着开采难度增加而不断上涨的趋势下，背靠巨大的煤炭储备，面对巨大的消费市场，我国更是对煤炭替代油气的前景充满信心。

　　在世界范围内，石油取得能源霸主地位，得益于内燃机的广泛使用。我国正处在现代化的上升期，交通运输行业还有较大的发展空间，对石油需求的强劲趋势不改，在我国现有的石油生产与供应格局下，中国的石油价格将长期居高不下。同样，中国对天然气的需求也会快速增长，天然气也比较依赖进口，国内供给远不能满足需求，随着石油价格的走高，我国天然气的终端价格也将继续上行。唯有煤炭的需求增速会随着经济转型而减缓，煤炭价格难以走高。综合考虑这三种能源价格的走势，煤制油、煤制气的经济前景是可以期待的。

　　煤化工发展将进一步拉动煤炭消费

　　发达国家，在经济起飞阶段，无不把石油化工作为支柱产业加以发展。大到航空航天，小到吃饭穿衣，化学工业与国民经济、人民生活息息相关。目前，发达国家的化学工业占世界化学工业的60％以上，而发展中国家尚不足40％。我国化学工业占世界化学工业的比重还比较小，但随着世界经济重心东移及我国经济结构调整，高附加值化工产业必定在我国有进一步的发展空间。

　　在油价高位运行的背景下，新型煤化工则是以生产石油替代产品为主的产业。主要包括煤制甲醇、乙二醇、煤制油、煤制烯烃、煤制天然气等产品。煤中含氧较多，也适合生产甲醇、醋酸、乙二醇、丁辛醇等含氧化合物，可以弥补石油化工产品在含氧化合物领域的不足。

　　相比石油、天然气，煤化工还具备一些特有的优势。煤作为一种复杂有机碳烃大分子物质，具有从石油或人工合成难以得到的特殊芳香结构。高性能聚合材料大都具有复杂芳香结构单元，如碳纤维，便是一种含碳量高于90％的无机高分子纤维，可通过对煤炭的深加工获得。作为一种力学性能优异的复合材料，碳纤维是一种强度比钢大、密度比铝小、比不锈钢耐腐蚀、比耐热钢耐高温、又能像铜那样导电，具有许多宝贵的电学、热学和力学性能的新型材料，被广泛应用于航天、航空等尖端领域，在工程等方面也具有广阔的应用前景。

　　煤是重要的有机化合物宝库，甲醇能源化工已显示出巨大的前景和竞争力，以煤为原料合成低碳醇的催化技术也有望获重要突破。有理由相信，随着技术研发的不断深入，产学研的互动不断增强，煤基化工领域将会有更广阔的未来，化工领域对煤炭的消费将会有较大幅度的增长。

　　煤炭的挑战

　　未来煤炭的主要用途离不开发电，因此煤炭的挑战极有可能来自电力部门。从两次工业革命看，是机器的发明导致了能源革命，改变了人类使用能源的方式。人类很早就开采和使用煤炭与石油，但规模一直很小，直到蒸汽机与内燃机的先后发明，才逐渐形成化石能源的大规模使用。能源革命离不开能源使用技术的革新。在电力部门可能引发能源革命的是智能电网。智能电网将改变电力生产的格局，它对非化石能源有更强的接纳能力，这会对火电尤其煤电产生强烈的挤压。

　　智能电网技术将极大改变我们利用能源的方式与效率。可再生能源的发展需求是智能电网发展的重要驱动力。由于可再生能源与常规能源具有完全不同的发电特性，如风、太阳、生物质、地热、水等发电方式的动态特性差异较大，没有传统的火电稳定，而智能电网恰恰能够很好接纳这些不稳定的电源，将这些分布广泛的新能源智能化集成。智能电网的发展，又会反过来促进风能、太阳能、地热能等可再生清洁能源的迅速发展，二者可谓相辅相成。正如人们在互联网上可以任意创建属于个人的信息并分享一样，任何一个能源生产者都能够将所生产的能源通过一个智能电网与他人分享。人们反过来利用互联网提供的平台进一步创新了更多的能源生产与消费方式。据有关数据显示，2010年欧洲已有新装机发电厂60%的产能来自风电、太阳能和生物质能，电力运营商在未来两年计划将新能源投资比例提升到75%。

　　智能电网已经处在试验阶段。很多国家和地区都在研究试验自己的小范围智能电网项目。作为可再生能源产业发展的先行国家，丹麦正致力于积极开发和测试智能电网，用以整合可再生能源网络，力图建立一个可以实现可再生能源的生产、储存和共享的智能网络。据丹麦能源协会智能电网负责人莫滕介绍，丹麦自2011年开始在其位于波罗的海的博恩霍尔姆岛上，展开一个完整的智能电网测试项目，该岛有2000个家庭加入这项测试。人们住在装有智能电表和智能电器的智能房屋里，智能电网与天气预报系统相连，可以自动调节室内的温度，营造最舒适的居住环境。智能电网还可以根据整个电网的负荷和能源的价格自动调节冰箱、洗衣机、烘干机等所有家用电器的用电量。如果整个电路达到负荷最大值，智能电网就会进行智能调整，关闭部分次要电器以避免出现电网超负荷的情况。比如，智能电网可以选择在电路负荷最低的时段，自动开启洗衣机进行洗衣工作，最合理地利用电能。未来的智能房屋不单单只是用电，屋顶的太阳能面板、后花园的风力发电机都可以产生可再生清洁能源。房屋变成可再生能源的生产和存储器，人们还可以通过智能电网将自己剩余的能源与他人分享。未来发电、输电、用电将成为一体，由智能电网灵活地控制。这一测试将持续到2014年，将为丹麦、欧洲乃至世界未来能源系统提供一个完整的可行性参考模式。

　　可以说，一旦智能电网技术成熟，并推广使用，将使新能源获得跨越式发展的新平台，来自市场的推动远比政府的政策性扶持力度大。届时，化石能源发电（特别是煤电）将不得不面临较大幅度的挤压，我们必须跟踪智能电网的发展前沿，提前准备因应之策。

　　除了智能电网的威胁外，我们还不能轻视来自能源技术前沿的动向。比如可燃冰，当可燃冰能够被经济安全的开采，并形成规模化后，它完全可以取代现有的传统化石能源，因为其储量巨大，按照现在世界能源消费水平，可燃冰可用1000年，而且比煤炭石油更加环保。太阳能的潜力也很大，专家测算，只要把地球接收到的太阳能的0.01％加以利用，就可以满足全世界对能源的需求。风能是太阳能的一种转换形式，地球接受的太阳辐射能大约有20％转化成风能。全球的风能总量如果有1％用来发电，就能满足全部能源消耗。再如地热能，地球所蕴藏的热能相当于全部煤炭储量所含热能的1.7 亿倍，或相当于全部石油储量所含热能的50 多亿倍。地热发电比风能、太阳能和核能都便宜，具有巨大的开发价值。还有海洋能，海洋能是蕴藏在海洋中的可再生能源，包括潮汐能、波浪能、海流和潮流能、海洋温差能和海洋盐度差能。潮汐能和潮流能来自月球和太阳的引力作用，其他海洋能都来源于太阳辐射能。这五种海洋能在全球的可再生总量约为788 亿千瓦，技术上可利用的能量为64 亿千瓦。氢是未来最理想的燃料，它燃烧产生的热量大约是汽油或天然气的3倍，而且氢燃烧后的产物是水，完全不污染环境，还能循环使用。其使用安全性也和汽油差不多，储运性能好，液态氢已被广泛地用作人造卫星和宇宙飞船的能源。除了这些，还有大量的前沿技术在不断寻求突破，比如钍车的研发、核聚变反应的启动、城市污水发电、积雪发电、包括尿液在内的多种液体燃料的开发，可谓多不胜数。

　　以上任何一点取得实质性进展，无疑都会对能源领域产生革命性的影响。这些能源新技术的发展就如同小小的撬棒，可以轻而易举地改变整个世界的能源格局。如果我们用更加长远眼光看待未来能源走势，煤炭不会是永恒的选择。摆在人类面前是多个可以完全取代传统化石能源的选择，技术突破是彻底实现有效利用这些替代能源的东风，万事毫无疑问已经具备，它们就在那里一点点的成熟，慢慢的积聚最终爆发所需的能量。

　　这个世界唯一不变的就是变化。在世界能源变革的前沿，能源企业既要守得住家底，更要把眼光放远，把握未来的能源走势，积极大胆并长期致力于能源前沿的跟踪与研究，为抓住下一个能源发展的机遇做好充足准备。惟其如此才有可能真正打造一艘永不沉没的能源航母，成为一个取之不尽，用之不竭的“能源老店”。

　　（华炜 作者系陕西煤业化工集团公司董事长、党委书记）