煤炭的真实成本.docx
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煤炭的真实成本
2021煤炭的真实成本
2021煤炭的真实成本
煤炭的真实成本
(草稿-非正式版)
撰稿人:
清华大学滕飞
能源是经济的血液,现代经济的发展离不开能源。
近年来随着我国经济的高速发展,能源生产和消费量也快速增加。
我国能源消费总量已由2001年的15亿吨标煤快速增长到2021年的36.2亿吨标煤,年均增速高达8%。
虽然能源为经济的发展提供了动力,但由于我国的能源消费总量巨大、能源生产与利用方式粗放,以及以煤为主的能源结构短期难以改变,快速增长的能源生产和消费也产生了严重的环境和生态问题。
2021年全国二氧化硫、氮氧化物、烟粉尘排放量分别高达2117.6万吨、2337.8万吨、1234.3万吨。
其中大部分排放集中在电力热力生产供应业、燃煤锅炉、非金属矿物制品业和黑色金属冶炼业等重点煤炭消费行业,上述行业二氧化硫、氮氧化物、烟粉尘排放量约占全国排放总量的90%、70%和80%。
此外化石燃料尤其是煤炭的消费还是大气中PM2.5的主要来源,而2021年发布的《全球疾病负担报告》指出室外空气污染是我国第四大致死因素,化石能源尤其是煤炭使用的环境和健康成本不容忽视。
本报告以2021年的数据为基础,对煤炭开采、运输和使用过程中对水、生态、环境和人体健康的影响进行了量化的分析(表1),并在此基础上进一步货币化了这些影响,计算了煤炭使用所产生的环境和健康成本。
表1本研究量化及货币化煤炭外部损害成本的主要领域
除了环境和健康成本之外,化石燃料及煤炭利用过程排放的二氧化碳等温室气体还会加剧气候变化,在长时间尺度上对生态系统和人类健康产生影响。
本报告也估计了煤炭开采、运输和利用过程中温室气体的排放,但由于国内缺少对二氧化碳“社会成本”的研究,本报告并未将由于气候变化产生的长期外部成本进行货币化。
与体现供需关系的经济成本不同,相当部分的环境和健康成本并没有体现在目前的定价机制中,因而是“隐藏”在价格之后的“真实成本”。
由于这部分成本并没有体现在定价机制中,因而企业和居民在使用化石能源时也就不会考虑其对环境和健康的损害,进而导致市场失效和化石能源的过度使用。
本研究的目的即是揭示这部分隐藏的真实成本,为制定更合理的能源资源定价机制提供分析基础。
1.煤炭生产的环境及健康影响
水资源总量为当地降水形成的地表和地下产水量,即地表径流量与降水入渗补给地下水量之和。
根据1956~2000年同步资料系列计算,全国水资源总量为28412亿m3,其中地表水资源量为27388亿m3,地下水资源量8218亿m3,地表水资源与地下水资源量重复计算量7194亿m3。
从地区分布上看,我国水资源总量南方多、北方少,山区多、平原少。
北方地区水资源总量约为5267亿m3,占全国的19%,南方地区为23145亿m3,占全国的81%。
在综合开采地质条件、主体采煤技术、实际灾害状况、市场供给能力和行政区划等因素考虑下,将全国煤炭生产区域划分成晋陕宁蒙甘区、华东区、东北区、华南区和新青区5大产煤区域。
其中,晋陕蒙宁甘区包含山西、陕西、内蒙古、宁夏和甘肃五省区;华东区包含河北、山东、安徽、江苏、江西、福建和河南等产煤省,以及北京、天津、上海和浙江等非产煤省市;东北区包含辽宁、吉林、黑龙江三省;华南区包含湖北、湖南、广西、云南、贵州、四川和重庆市等产煤省(市、
区),以及广东和海南等非产煤省;新青区包括新疆自治区和青海省。
全国水资源量按五大区域划分情况见表2所示。
从表2可看出,在水资源总量方面,华南区水资源量远远高出其他四区,占全国水资源量46.5%;其次是华东区,占20.2%。
其余三区较为相近且水资源总量较低,晋陕蒙宁甘区、东北区、新青区水资源总量分别占全国水资源总量的
4.8%、5.5%、5.1%。
在降水量方面,华南区降水量最高,其次是华东区和晋陕蒙宁甘区,分别占全国降水量的41%、20.6%、10.9%,东北区和新青区两区降水量较接近且较低,分别为全国降水量的7.4%和7.5%。
在地表水量和地下水量方面,华南区最高,其次是华东区,分别占全国地表以及地下水资源量的48.1%、19.2%和41.6%、21.6%,其余三个区域地表及地下水量较接近。
由于自然地理、气候条件等客观因素的影响,中国水资源分布严重不均,煤炭资源和水资源呈逆向分布(见图1)。
从煤炭资源和水资源的整体分布来看,煤炭资源储量北多南少、西多东少,而水资源分布南多北少,大部分重点煤炭基地处于水资源供需矛盾较为突出的地区,水资源已对煤炭基地的建设产生了严重制约。
正在建设的全国十四个大型煤炭基地,除云贵基地、两准基地、蒙东(东北)基地水资源相对丰富外,其余的十一个基地都存在不同程度的严重缺水。
尤其是晋陕蒙宁新等地区水资源最为匮乏,2021年煤炭产量约19.45亿t,占全国煤炭产量的60%,水资源占有量不足全国总量的20%。
资料来源:
水资源公报,能源统计年鉴
图1地下水资源分布与煤炭开采的矛盾
煤炭开采过程对水资源的影响主要体现在矿井水的利用和排放方面。
矿井水是煤炭开采过程中排出的水资源,其来源包括大气降水、地表水、地下水和生产废水等。
矿井水中的污染物主要包括悬浮物、重金属、矿物质以及特殊污染物等。
矿井水的资源化对防止水资源流失、避免水环境污染以及缓解供水不足等方面具有十分重要的意义。
矿井水的利用途径主要包括矿区工业生产用水、矿区生态建设用水、生活用水及其他。
煤炭的开采造成地面塌陷,并且不间断、大规模挖煤形成的漏斗、水位下降以及水污染等对水资源形成极大的破坏。
以山西为例,每开采1吨煤,破坏地下水动储量(通过垂直于流向的含水层断面的地下水)为1.41立方米,破坏地下水静储量(储存于地下水最低水位以下含水层中的重力水)为1.07立方米,合计为2.48立方米。
每年因煤炭开采而破坏的地下水资源达到十几亿立方米,将加大缺水地区的水资源供需矛盾。
在消费侧,煤炭相关行业用水是二三产总用水量的重要组成部分。
其中,电力、热力的生产和供应业占到二三产总用水量的43.9%,属于高耗水行业;与煤炭消费关系紧密的其他行业,如化学原料及化学制品制造业、黑色金属冶炼及压延加工业、非金属矿物制品业、煤炭开采和洗选业、石油加工、炼焦及核燃料加工业等,均处于各行业水消费量排序的前列,见表3。
表3分行业水消费总量
煤炭开采造成的水环境污染是多方面的。
开采形成的矿洞和矿坑水容易造成地下水污染,特别是岩溶比较发育的地区,对岩溶水的污染就更为明显。
而煤炭开采过程中的煤矸石堆积,随着降雨地表径流的冲刷,造成地表水环境污染,进而造成地下水污染。
洗煤水含有悬浮物、煤泥和泥砂等各种污染,未经处理直接排入河道容易造成地表水污染。
煤矿在开采过程中,一些有害物质还会在
河流底泥中沉积,河流底泥中各种污染物长时间释放同样又会影响水体的水质。
煤矿开采对地下水的污染分为直接和间接污染两种形式。
煤矿开采造成含水层破坏或边界条件改变,产生人为导水通道,增大含水层间的水力联系。
由于煤矿开采,煤层底板遭到破坏,矿坑中大量有害物质将通过地下水流迁移,污染深层岩溶水,称为直接污染。
矿坑排水未经任何处理,排出井外,汇入地表河系,造成地表水的污染,进而污染地下水。
浅层煤矿区大规模巷道开挖造成地表植被的破坏、岩溶塌陷、地面塌陷及裂缝等相应引起地表渗透条件变化,使得被污染的地表水对地下水的额补给加强,通过地表污水河渠侧方补给污染地下水,称为间接污染。
在煤矿开采过程中,产生大量的煤矸石。
由于煤矸石含有SiO2,Al2O3以及铁、锰、硫等常量元素,还有铅、锡、汞、砷、铬等微量重金属元素,在自然的风化过程中一些有害有毒元素会不断的释放出来,在大气降水的冲刷和淋溶作用下随地表径流进入水体,对周边溪流水质造成严重污染,并通过食物链等途径直接或间接地危害人类健康。
大量矸石堆置地表,在自然风化和降雨作用下,矸石中污染元素不断析出,对周边的溪流及农田产生明显的污染。
据统计,
2021年我国煤炭开采产生煤矸石5.6亿吨,全国堆存62亿吨,占地约2万公顷。
煤矸石堆存自然和缓慢氧化排放的二氧化硫约110万吨。
在废污水排放方面,与煤炭消费关系密切的行业,如化学原料及化学制品制造业,电力、热力的生产和供应业,黑色金属冶炼及压延加工业,煤炭开采和洗选业,石油加工、炼焦及核燃料加工业等,位于分行业废污水排放量的前列,见表4。
表4分行业废污水排放量
另一个对水资源和水质有重要影响的行业是现代煤化工。
传统煤化工指用于冶金行业的煤炭焦化和用于制取合成氨的煤炭气化,是高能耗、高排放和高污染的行业。
煤化工发展的重点是现代煤化工,主要是煤经气化合成制气再深加工生成各种煤基能源化工品。
煤气化是生产各类煤基化学品、煤基液体燃料、煤基低碳烯烃的关键技术。
据统计,我国目前共有处于不同阶段的煤制气项目约50个,计划生产规模约2250亿立方/年。
其中已经投产的产能约27亿立方/年,建设中的产能144亿立方/年,开展前期工作项目的产能约662亿立方/年,计划中项目产能637亿立方/年,新批路条项目780亿立方/年。
有关资料显示,生产1t合成氨需耗新鲜水约12.5m3,生产1t甲醇需耗新鲜水约15m3,生产1t二甲醚需耗新鲜水约15m3,直接液化1t油需耗新鲜水约7m3,间接液化1t油需耗新鲜水约12m3,间接液化1t油所耗的新鲜水约为12m3。
我国煤炭资源与水资源呈逆向分布,如山西、陕西、内蒙、宁夏等地区的煤炭资源占有量为国内已探明储蓄量的67%,而水资源仅占全国总量的3.85%。
目前这些地区正在掀起建设煤化工基地的高潮,水资源的严重匮乏,已经成为制约煤化工行业发展的重要因素。
目前,国内设计的煤化工废水处理系统,基本沿袭以往的经验,没有区别对待或综合考虑煤化工废水中各种污染物的降解规律,不能基于达标要求确定合理的设计参数,来实现经济、有效的水处理目标。
煤化工企业排放污水以高浓度煤气洗涤污水为主。
污水中COD一般在5000mg/L左右、氨氮在200~500mg/L,污水所含有机污染物包括酚类、多环芳香族化合物及含氮、氧、硫的杂环化合物等,是一种典型的含有难降解的有机化合物的工业污水。
煤炭开采破坏了地壳内部原有的力学平衡状态,引起地表塌陷、原有生态系统受到破坏。
这种破坏使原有土地收益的减少或丧失,同时也造成地表水利设施的破坏和生态环境恶化。
我国煤炭生产约94%为井工开采,当前煤炭开采产生的地表沉陷问题越来越严重。
据调查,目前我国每采出1万吨煤炭的地表沉陷就多达2666.67m2,按照我国煤炭年产量30亿吨计算,每年就有800km2土地遭到破坏。
地表沉陷带来的破坏已经涉及到了工业、农业、交通运输、环境保护、生态平衡等各方面,是亟待解决的地质环境问题。
煤炭资源的开发,导致地下水层遭到了破坏、大量地下水漏失,使地下水位大幅度下降。
这种变化使地表植被受到严重破坏,一方面加大了水土流失,使环境恶化;另一方面由于地表无植被,减少了降水在该区域的渗漏量,加大了洪水流量,降低了地下水的储蓄能力。
煤矿开采导致植被破坏,致使固定、半固定沙丘活化,裸土、裸岩增加,抗御大风、大旱和暴雨的冲击能力进一步降低,水土流失、土地沙漠化加剧,使脆弱的生态环境更加恶化。
煤炭开采还可能造成植被退化和土地沙化等生态问题。
煤炭开采对植被生态造成不良影响,植被出现生长不良,叶面枯黄、沙生灌丛枯萎或消失的现象。
这与煤矿开采出现的地面变形破坏,固体废弃物埋压等有关。
煤炭资源的开发,导致含水层和隔水层均遭到了破坏、疏干,打破了地下水的循环规律,大量地
下水漏失,使地下水位大幅度下降,泉水枯竭。
这种变化对于区内植被的生长发育产生了巨大的影响,使地表植被受到严重破坏。
其结果:
一方面加大了水土流失,使环境恶化;另一方面由于地表无植被,减少了降水在该区域的渗漏量,加大了洪水流量,降低了地下水的储蓄能力。
煤矿开采导致植被破坏,致使固定、半固定沙丘活化,裸土、裸岩增加,抗御大风、大旱和暴雨的冲击能力进一
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