我國一次能源資源的稟賦特點是“富煤、貧油、少氣”。目前，煤炭在我國化石能源資源儲量中占比約94％，石油、天然氣合計不足6％。但我國能源消費結構中，煤炭占比不足65％，石油、天然氣則高達24.7％。資源儲量和消費結構上的不平衡使得我國能源產業發展面臨安全保障、經濟性和環境保護等諸多挑戰。我們的研究表明，立足我國國情，大力發展煤炭清潔發電、實施能源終端消費革命才是破解我國能源發展困局的有效途徑。

　　我國能源產業面臨的主要挑戰
　　
　　1.安全保障挑戰
　　
　　目前，我國石油年產量僅能維持在2億噸左右，增產潛力很小。但2013年我國原油表觀消費量達到4.87億噸，石油對外依存度已達到58.1％，遠超過50％的警戒線。與此同時，經濟發展和環境保護拉動我國天然氣剛性需求快速增長。特別是受治理霧霾天氣影響，全國多個省份加快煤改氣進程，導致天然氣需求量過快過猛增長。2013年我國天然氣表觀消費量已達到1676億立方米，天然氣進口量同比大增25％，達到530億立方米，天然氣對外依存度首次突破30％，達到31.6％。天然氣供應不足導致“氣荒”時有發生, 嚴重影響區域能源安全和社會穩定。2013年冬季西安市出現天然氣供應緊張，影響了10萬余戶居民的家庭生活和取暖用氣。
　　
　　此外，我國油氣進口大部分來源于中東、非洲和南美等地區，由于進口通道受制于人及我國遠洋自主運輸能力不足,石油天然氣穩定供應面臨挑戰。近年來我國雖然加大了海外油氣合作項目的開發力度,但易受到地緣政治形勢、地區沖突以及出口國調整政策和西方對石油出口國相關制裁等因素影響，難以形成穩定可靠的油氣供應來源,直接影響到我國的經濟安全。
　　
　　2.經濟性挑戰
　　
　　近年來，隨著我國政府對風電等可再生能源的扶持力度不斷加大，可再生能源產業發展迅猛，非化石能源占一次能源消費結構比重已超過10％。但可再生能源產業存在成本較高的問題，目前風電發電成本約0.45元/千瓦時，太陽能光伏發電約0.6元/千瓦時，分別是煤電（約0.3元/千瓦時）的1.5倍和2倍。受日本福島核事故后強化安全措施等影響，核電發電成本已上升至0.85元/千瓦時，其經濟性正在減弱。
　　
　　天然氣作為清潔替代能源，被許多地方政府寄予厚望，紛紛提出將大量的工業燃煤鍋爐、燃煤電廠改造成以天然氣為燃料。
　　北京市計劃到2016年基本完成全市規模以上工業企業燃煤設施清潔能源改造。河北石家莊計劃在2017年底前，基本完成燃煤鍋爐、窯爐、自備電站的天然氣替代改造任務。除氣源不足的問題外，天然氣也同樣存在經濟性較差的問題，燃氣發電成本（約0.8元/千瓦時）是煤電的近3倍，燃氣供熱成本則是高效燃煤鍋爐的約2倍。
　　
　　清潔能源替代一方面導致政府財政負擔加重。2012年我國可再生能源電價附加補貼缺口已增至200億元左右。北京市“煤改氣”工程不算初始投資，每年僅運行費用支出至少164億元。蘭州市供熱企業政策性虧損逐年增加，財政連年補貼負擔沉重。另一方面導致居民生活支出和企業運營成本的增加。十年來,全國電價累計上漲超過0.17元/千瓦時,漲幅30％—40％。蘭州市2014年已將天然氣集中供熱價格由每月每平米4.2元上調為5元。電力、熱力等基礎性商品價格的上漲，必然會加重居民生活負擔、提升幾乎所有行業商品與服務的成本。
　　
　　3.環境保護挑戰
　　
　　傳統能源生產和消費方式引起的污染物排放已使我國生態環境不堪重負。二氧化硫、氮氧化物、可吸入顆粒物等排放對空氣、水體、土壤造成了十分嚴重的環境污染。2012年，我國酸雨區面積占到國土面積的12.2％。如按歐盟標準，我國95％左右的城市空氣質量不達標。2013年以來，嚴重霧霾天氣的覆蓋范圍越來越廣、發生頻度越來越高、持續時間越來越長。除了大氣污染以外，水污染、土壤污染、地面塌陷、水土流失等問題也日趨突出，發達國家200多年工業化進程中分階段出現的環境問題正在我國集中出現。生態環境問題已經成為整個社會最重要，最迫切需要解決的問題之一。
　　為解決傳統能源生產利用方式帶來的環境保護問題，有兩種途徑可供選擇：一是加快去煤化進程，轉而發展天然氣、核能、風能、太陽能，大幅提高清潔能源、可再生能源比重；二是立足國情，堅持煤炭主體能源地位不動搖，著力推進煤炭清潔高效利用。從安全保障和經濟性考慮，采取第一種路徑——盲目的“去煤化”存在諸多問題。而隨著煤炭綠色開采技術、超低排放燃煤發電等技術攻關和示范工程建設取得重大進展，采取第二種路徑——“煤炭清潔高效利用”能夠大幅減少對生態環境的影響，超低排放燃煤電廠可以達到天然氣電廠污染物排放限值。此外，通過發展煤制油、煤制天然氣等現代煤化工項目還可實現大規模油氣替代，提高我國能源供應安全程度。
　　
　　三種煤炭清潔高效利用方式的對比分析
　　
　　目前較為成熟的煤炭清潔高效利用方式有三種，即“煤炭發電”“煤制油品”“煤制天然氣”。三種方式的能效、成本、耗水及環保排放、安全性等存在一定差異。下面以不同煤炭清潔高效利用方式在交通領域的應用為例，即“煤炭—電力—電動車”“煤炭—油品—燃油車”“煤炭—天然氣—燃氣車”進行逐一比較分析。
　　
　　1.能效比較
　　
　　我們將煤炭運輸、轉化、輸配環節、發動機效率等各個環節的能效匯總，得到不同轉化路線的煤基能源產品全生命周期能效，從研究結果來看，“煤炭—電力—電動車”方案的總能效（28.6％）高于“煤炭—油品—燃油車”（19.2％）和“煤炭—天然氣—燃氣車”（13.3％）方案，分別是后兩者的1.49倍、2.15倍。也即，1噸標準煤通過“煤炭—電力—電動車”可使車輛行駛3627公里，通過“煤炭—油品—燃油車”僅可行駛2434公里，通過“煤炭—天然氣—燃氣車”僅可行駛1693公里。因此，“煤炭—電力—電動車”的能源轉化效率最高。
　　
　　2.不同車輛運營成本對比
　　
　　油品售價按7.72元/升、天然氣按3.1元/標方、電價按0.68元/度分別測算，燃油大巴運營成本最高52.41萬元/年，壓縮天然氣（CNG）大巴運營成本次之35.56萬元/年,電動大巴運營成本最低僅35.2萬元/年。此外，隨著我國天然氣市場化步伐加快，價格逐年上漲將成為必然趨勢。國家發改委宣布自2014年9月1日起將非居民用存量氣價每米提高0.4元。此次調整是為了達成2015年存量氣價與增量氣價并軌、分步理順存量氣價格目標而邁出的第二步。而另一方面，我國正在推進新一輪電力體制改革，未來發電廠將可能直接面向用戶售電，電網僅收取過網費。目前多數發電企業的度電成本在0.4元/度以下，過網費按0.1元/度測算，售電價僅0.5元/度，較我們測算電價0.68元/度下降0.18元/度，年運營成本可再節省1.8萬元。因此，“煤炭—電力—電動車”運營成本最具競爭力。
　　
　　3.耗水及環保排放比較
　　
　　煤炭轉化過程對環境的影響指標主要包括耗水量和污染物排放量；汽車運行對環境的影響指的是尾氣排放和噪音對環境的影響。耗水方面，轉化1噸標準煤常規煤炭發電耗水1.96立方米，采取空冷節水技術后可降至0.7立方米，而煤制油需要耗水1.8立方米、煤制天然氣耗水4.38立方米。進一步比較從煤炭到車輪的耗水量，即考慮不同轉化方式的能效，折算到汽車行駛相同距離的耗水量，“煤炭—電力—電動車”方式每千公里耗水量0.19立方米，小于“煤炭—油品—燃油車”的0.86立方米和“煤炭—天然氣—燃氣車”的2.59立方米。
　　
　　從污染物排放角度分析，隨著各類最新環保技術的應用，煤發電、煤制油和煤制天然氣等煤炭轉化過程中，均可實現污染物的近零排放。電力輸送和車用電池的充放電過程以及電動車運行可以實現包括二氧化碳在內的污染物零排放。電車汽車行駛中產生的噪聲也遠遠小于燃油、燃氣汽車。因此，“煤炭—電力—電動車”方式對環境造成的負面影響最小。
　　
　　4.安全性比較
　　
　　油品、天然氣在存儲、運輸、使用等環節存在較大的安全隱患。據統計，我國油氣管道每千公里泄漏事故率為年均3次，遠高于美國的0.5次、歐洲的0.25次。一旦發生事故，生命財產損失非常巨大。中石化青島輸油管爆炸事故，致62人亡136人傷，直接經濟損失7.5億元。燃氣由于高壓、易燃易爆等因素，安全事故頻發,傷亡損失慘重。據不完全統計，2013年因燃氣泄露引發的爆炸事件已達220余起，死傷1000余人，經濟損失達8.5億元。與之相比，電力的生產、輸配和使用都相對安全。因此，“煤炭—電力—電動車”方式安全性最高。
　　
　　推動能源終端消費革命和煤炭清潔發電
　　
　　通過以上分析看出，煤轉化為電能是最安全、經濟、環保的利用方式。推動能源消費革命，促進能源發展方式轉變，應堅持以煤炭為基礎、以電力為中心，大力推動煤炭清潔高效轉化利用戰略和電能替代戰略。
　　
　　1.逐步擴大電力終端消費比重
　　
　　在所有的終端消費能源中，電能是最為安全、高效、經濟、環保的能源。從國內外能源發展趨勢來看，電力消費比重擴大是大趨勢，電能是近20年消費增長最快的能源品種。目前，我國人均用電量剛達到世界平均水平，電能消費比重較日本等發達國家低近5個百分點，我國的電力消費仍有較大提升空間。研究表明，我國電能占終端能源消費的比重每提升一個百分點，單位GDP能耗可下降4％左右。
　　
　　使用電力能源替代煤、油、氣等常規終端能源，可以通過大規模集中轉化和污染物集中處理來提高燃料的使用效率、減少污染物排放。據專家測算，通過全面實施電能替代，2015年、2017年、2020年我國東中部地區PM2.5排放可比2010年分別降低12％、20％、28％左右。
　　
　　2.堅持以煤電為基礎的電力結構
　　
　　截至2013年底，我國火電裝機8.7億千瓦，占全國發電總裝機的69.18％，火電發電量4.2萬億度，占全國總發電量的78.58％。煤電在我國電力供應中占據主導地位。同天然氣發電、核電、風電等可再生能源發電相比，煤電更加安全和經濟。環保排放方面，通過近年來的持續技術創新，燃煤發電已能實現污染物近零排放。神華舟山電廠4號機、三河電廠一期等一批燃煤機組的氮氧化物、二氧化硫及煙塵的排放值均優于燃氣機組污染物排放限值，實現超低排放。而對燃煤電廠超低排放改造的環保成本每度電僅增加2分錢左右。
　　
　　從中國資源稟賦和大氣環境治理的要求看，我國應大規模推廣應用高效、超低排放煤電機組。一方面加快推進煤電大基地大通道建設，重點建設億噸級大型煤炭基地和千萬千瓦級大型煤電基地，發展遠距離大容量輸電技術，擴大西電東送規模，實施北電南送工程。另一方面允許企業按照超低排放的環保要求，繼續在京津冀、長三角、珠三角等負荷中心建設一定規模的大型清潔燃煤發電機組。
　　
　　3.提高煤炭集中燃燒比例，發展熱電（冷）聯供
　　
　　目前，我國煤炭集中燃燒比例僅占全部耗煤量的48％，未配套建設污染物治理裝置的散煤燃燒設施數量極其龐大，是造成大氣污染的關鍵因素。而美國99％的煤炭用于發電，可實現對燃煤排放的污染物集中治理。未來我國需采取多項措施大幅提高煤炭集中燃燒比例，減少燃煤造成的污染物排放。一方面，非電力行業應減少分散的煤炭燃燒，增加電力消費比重。嚴格控制鋼鐵、化工、建材等工業鍋爐的煤炭消費量，所需二次能源由電廠集中供給。另一方面，在城鎮集中供熱區、工業園區等熱（冷）負荷區大力發展熱電（冷）聯供機組。熱電（冷）聯供機組既可以實現能源的高效梯級利用，大幅提高煤炭利用效率和熱電機組經濟性，又可大量替代單純用于供熱的小型燃煤鍋爐，對于降低污染排放具有積極意義。神華集團正和武漢東西湖區合作，投資55億元建設70萬千瓦熱電冷聯供機組，建成后可為該地區的工商業、居民等供熱供冷，替代掉區內的燃煤小鍋爐，削減2/3以上的污染物排放。
　　
　　4.加快發展智能電網
　　
　　智能電網以物理電網為基礎，將現代傳感技術、通訊技術、信息技術、計算機技術和控制技術與物理電網高度集成而形成新型電網，使電網具備了信息化、自動化和互動化的特點，對于保障電力安全高效運行、滿足用戶多元化用能需求、促進清潔能源發展具有重要意義。目前，國內外的智能電網發展尚處于起步階段。建議我國抓住戰略機遇期，按照“統一規劃、分步實施、自主創新、標準引領、統籌協調、合力推進”的原則，加快發展智能電網。當前重點是統籌推進電網電源接入、輸電、變電、配電、用電、調度等各環節的智能化，推進通信信息平臺建設，促進智能公共服務平臺建設等。
　　
　　5.加快充電終端建設和居民生活電氣化
　　
　　充電終端是清潔電力到達用戶的“最后一公里”，是決定終端用戶能否自由方便地使用電力清潔能源的關鍵因素。據統計，2014年上半年我國新能源汽車累計銷量在6萬輛左右，但作為基礎配套設施，上半年僅建成充電樁2.5萬個左右。充電終端發展嚴重滯后嚴重制約了電能在我國的推廣使用。據統計，我國人均終端生活用能中，電能僅占到21％，遠低于美國的50％和日本的46％。建議國家出臺相關政策充分調動電網、企業等各方力量，加快充電終端的建設，并采取積極措施促進居民改變用能習慣，提高居民生活電氣化水平。
　　
　　相關政策建議
　　
　　1.從監管能源使用轉變為監管排放，實現管理端口前移

　　我國空氣污染問題的根源不在使用了太多的煤炭，而在于煤炭的利用方式粗放、不合理。因此，政府在治理大氣污染行動中，不應簡單的“去煤化”、一刀切的“控制煤炭消費”，而應轉變政府職能和定位，由監管能源利用方式轉變為監管環保排放。只要有利于本地區的污染物總量減排，應遵循市場化配置資源的原則，由企業自行決策是通過煤炭清潔高效利用，還是實施清潔能源替代。這樣既符合我國能源產業現狀、減輕政府財政壓力，又有利于發揮企業的主觀能動性，更好更快地推動大氣污染治理工作。
　　
　　2.科學規劃城市基礎設施與能源利用
　　
　　實施電能替代、轉變能源消費方式是一場革命，勢必對經濟社會的各個方面包括城市規劃產生重大影響。電源側，發展大型超低排放燃煤電廠，建設區域性熱電冷聯供中心；通道側，建設發展智能電網；用電側，建設電動汽車充換電服務網絡，都涉及到城市規劃和基礎設施建設。因此應深入研究城市能源發展規劃，將其作為城市基礎設施的重要內容，納入城鄉發展規劃和土地利用規劃。建議各級政府對現有城市規劃及時進行調整，優化城鎮空間布局，推動信息化、低碳化與城鎮化的深度融合，建設低碳智能城鎮。
　　
　　3.加快電力體制改革
　　
　　經過十多年的改革，我國電力市場化取得了很大的成績，但仍存在一些突出問題和制約因素，需要進一步推動電力市場化改革，釋放電力能源發展潛力。要抓住價格改革這個牛鼻子，推動供求雙方直接交易，構建競爭性電力交易市場。建議由政府制定獨立的輸配電價，改變現行電網企業依靠買電、賣電獲取購銷差價收入的盈利模式，改為對電網企業實行總收入監管。在獨立輸配電價體系建立后，積極推進發電側和銷售側電價市場化，實現上網電價和銷售電價真正由市場形成。發電側實現競價上網，授予發電企業在國家統一規劃指導下的項目建設自主決策權和自主定價權。售電側，放開售電市場，實現競價購電，先推行“大用戶直供”，最終擴大到全部用戶。目前，國家已在深圳開展輸配電價改革試點，標志著我國對電網企業監管方式的轉變，是電價改革開始提速的重要信號，將為推進更大范圍的輸配電價改革積累經驗，為下一步推進電力市場化改革創造有利條件。
　　
　　4.推動電能終端應用技術研發
　　
　　推動能源革命和能源轉型升級，技術創新是關鍵。通過技術創新，可以破除目前電氣化應用中的制約因素，推動能源消費終端升級。在工業領域，通過推行新設備、新工藝，提高電力能源效率。在交通領域，大力發展電動汽車等新能源汽車技術，發展電動軌道交通技術，重點研究電池技術、電機驅動技術和電動汽車整車集成控制技術。在商業和民用領域，大力發展電采暖，作為集中供暖系統的有益補充，利用低谷電能替代燃煤鍋爐；推廣和應用熱泵技術，將低位熱能轉化為高位熱能；推進家居電氣化，將電氣化與智能化相結合，大力發展智能家居，既可改善居民用能結構，又可大大提升生活質量。
　　
　　5.推動能源體制機制改革
　　
　　體制機制對能源發展具有重要的激勵或約束作用。建議我國政府加快體制機制改革，推動能源產業轉型。一是突破思想認識誤區，還原能源商品屬性；二是確立市場化改革方向，重點破除行業行政性壟斷和價格政府監管；三是改變政府能源管理方式，從通過投資項目審批、制定價格和生產規模控制等方式干預微觀經濟主體的行為，改變為放松規制，加強制度環境監管；四是運用法治思維和法治方式，用政府“權力清單”、“責任清單”和企業的“負面清單”界定政府與市場邊界，推動政府職能轉變。五是健全法律體系和財稅體制，完善能源市場制度環境。