近年来，我国经济水平高速发展，城镇化和工业化加快，消耗了以煤炭为主的大量能源，大气污染问题愈加严峻，特别是以细颗粒物（PM2.5）为特征污染物的区域性大气环境问题日益突出。2013年9月10日，国务院印发了《大气污染防治行动计划》（国发[2013]37号）（以下简称《行动计划》），其中在第四条、第十三项中明确提出了“优化天然气使用方式，新增天然气应优先保障居民生活或用于替代燃煤”。
2013年9月17日，国家环境保护部、发展改革委等6部门联合发布《京津冀及周边地区落实大气污染防治行动计划实施细则》（以下简称《实施细则》）。我国各省份尤其是在京津冀地区，“控制煤炭消费总量，推动能源利用清洁化”的“煤改气”工程开始逐步加速实施。
一、京津冀地区“煤改气”的背景
1.京津冀地区单位面积能源消费总量大
京津冀地区地理面积21.31万平方千米，占全国总面积的2.2%，2012年京津冀能源消费总量4.56亿吨标煤，占全国能源消费量的12.6%。按单位面积的能源消费计算，2012年北京、天津、河北省分别达到全国的11.6、18.2、4.3倍，尤其是天津市，随着能源消费量的增长，单位面积能源消费总量水平快速升高（见下图）。
中国科学院对外公布的数据显示：2012年京津冀地区煤炭消费总量为3.3亿吨标煤，占全球陆地面积不到0.3%，却燃烧了全球消费量6%的煤。该地区能源消费尤其是煤炭消费量持续增长，已经严重影响到地区生态平衡和大气环境。
2.燃煤是京津冀地区主要污染源之一
目前京津冀地区面临最大的环境问题为PM2.5大气污染问题。《环境空气质量标准》（GB3095-2012）中二级PM2.5浓度限值为35μg/m3（每立方米空气中可入肺颗粒物的含量），而《2013北京市环境状况公报》中指出北京市空气中PM2.5年平均浓度值为89.5μg/m3，为国家标准的2.6倍；《2013河北省环境状况公报》中指出河北省PM2.5年平均浓度值为108μg/m3，是国家标准的3.1倍；
《2013天津市环境状况公报》中指出天津市PM2.5年平均浓度值为96μg/m3，是国家标准的2.7倍。
根据北京市环保局2014年4月16日发布的PM2.5来源解析研究成果显示：北京的PM2.5来源中64%～72%产自本地，其中机动车、燃煤、工业生产分别占比31.1%、22.4%、18.1%。
2014年8月23日天津市环保局发布的颗粒物源解析结果显示：本地排放占66%～78%，燃煤、机动车、工业生产分别对本地污染贡献为27%、20%、17%。河北省严峻的大气污染与省内高工业能源消费量、高煤炭消费比重有着直接关系，其能源消费结构中煤炭消费量占比超过88%。
2013年9月石家庄市开展了大气PM2.5、PM10、TSP源解析的课题研究成果显示，污染源主要来自燃煤、扬尘、工业排放和机动车排放。由此可见，燃煤是京津冀地区主要污染源之一，对PM2.5的贡献大，是亟待解决的经济发展与环境保护的问题。
3.“煤改气”是污染物减排的现实途径之一
“煤改气”是指使用天然气（包括常规天然气、非常规天然气、煤制气等）在居民生活、工业生产、发电中替代能源利用效率较低、产生较多污染排放的燃煤。PM2.5的形成主要与NOx、SO2和烟尘的排放有关，根据天然气和煤炭的理论转换值以及不同利用行业的热效率，可以计算出天然气燃烧污染物排放量占煤炭燃烧排放比例情况（见下表）。其中天然气在工业燃料中排放的SO2、NOx和烟尘量分别为煤炭燃烧排放的1.7%、15.8%和8.7%，天然气的理论燃烧污染物排放量明显少于煤炭。
以发电行业为例，实施“煤改气”可以大量减少大气污染物的排放量，对于改善城区空气质量将起到积极的作用。例如，北京市燃煤机组排放量标准中SO2、NOX、烟尘的排放量分别为50、100、20毫克/标立方米，而拥有国际先进的供热发电机组，采用液态排渣、飞灰复燃和静电除尘器等先进技术的北京某热电厂燃煤机组排放量能实现排放标准的50%左右，而该热电厂燃气机组的污染物排放量更是远低于燃煤机组标准（见下表）。
21世纪被认为是天然气时代。目前，世界正在经历一场天然气革命，就连一贯严肃的国际能源署（IEA）也认为天然气的黄金时代正在到来。在中国，天然气已连续十年保持两位数增长，不断发展和完善的基础设施正在将天然气源源不断地运送到消费端。越来越多的专家认为，天然气替代煤炭是中国实现节能减排、清洁发展的现实途径之一。
二、京津冀地区“煤改气”市场潜力分析
1.京津冀地区能源消费结构
我国能源消费以煤炭为主。2012年，我国能源消费总量36.2亿吨标煤，煤炭占比66.6%、天然气占比5.2%；京津冀地区能源消费总量为4.56亿吨标煤，其中煤炭占比达到73.9%、天然气占比仅有4.9%（见下表）。2012年京津冀地区能源消费总量占全国的12.6%，煤炭消费比例远超全国平均水平，天然气利用比例低于全国平均水平。
2.“煤改气”主要替代领域
燃煤是京津冀地区主要污染源之一，为了改善大气环境，“煤改气”的替代领域应是燃煤量大且产生污染物多的行业，可以分为三大类。
第一类是散煤用户。在京津冀地区的城乡接合部和农村地区，有众多在生活、生产中使用散煤的用户，具有分布广、排放检测不到位、污染治理难度大且利用效率低下等特点。2014年8月22日，《中国环境报》报道：“在冬季采暖期间，京津冀晋地区大量散煤燃烧后直接排放，污染物浓度贡献率占全年的50%左右。”因此，在“煤改气”过程中，应加大在燃烧散煤用户的替代力度。
第二类是工业制造业企业，包括钢铁、有色金属、化工、水泥等。中国这部分用煤比重较大，由于很多企业技术水平较低，除污设备不足，这部分用煤的污染物排放量较大。工业用户有着煤炭消费量大、用煤集中、易于“煤改气”等特点，因此可以将天然气对工业燃煤进行替代作为一大方向。
第三类是燃煤电厂。根据《中国能源统计年鉴2013》，电力热力生产和供应业用煤占全国煤炭消费的比例达到49.4%，是我国用煤比例最大的一类行业，虽然2014年来燃煤电厂在脱硫脱硝等方面加大了治理力度，但是其排放水平仍高于燃气电厂。同时由于环境监管措施不到位，目前仍存在短时间内排放量超标等问题。因此，对燃煤电厂用户的蒸汽锅炉、燃气轮机进行“煤改气”改造是另一替代领域。
从替代顺序来讲，首先应当用天然气替代散煤用户（主要是居民和公服用户），然后是替代煤炭消费量大的行业（例如工业企业），最后是根据不同地区的发展情况选择发电用户进行替代。
3.“煤改气”市场需求潜力分析
2013年京津冀地区天然气消费量为192亿立方米，基于近年来该地区天然气市场需求发展状况和发展态势，在《行动计划》和《实施细则》提出要求前，预计2020年京津冀地区天然气市场需求量为463亿立方米（扣除“煤改气”），主要消费领域为城市燃气、工业用户、燃气电厂等。
2013年《行动计划》和《实施细则》提出后，《行动计划》明确要求“优化天然气使用方式，新增天然气应优先保障居民生活或用于替代燃煤”；《实施细则》提出到2017年底煤炭消减目标，要求北京市净削减原煤1300万吨，天津市净削减1000万吨，河北省净削减4000万吨，合计6300万吨标煤，折合天然气474亿立方米。
根据京津冀地区的北京、天津，以及石家庄、保定、廊坊等地方政府颁布的“煤改气”工作目标，预计该地区有2.5万蒸吨燃煤锅炉进行改造，共需要150亿立方米天然气；通过对燃气公司及地方主管部门进行调研汇总，京津冀地区在2020年将有1500万户居民有望实现“煤改气”，共需要天然气15亿立方米；对北京、天津、石家庄、保定等市的燃煤电厂进行调研，预计2020年将有750万千瓦发电机组完成“煤改气”，年需求量65亿立方米。综上，2020年京津冀地区“煤改气”的空间有230亿立方米。
基于上述两种思路，《行动计划》目标提出的需求潜力较大，在考虑燃煤企业价格承受能力较弱、工程实施压力较大等因素下，建议推荐基于项目调研分析后的京津冀“煤改气”项目需求量，即2020年需求潜力为230亿立方米。
三、京津冀地区发展“煤改气”的条件
京津冀地区属于国家大气污染重点治理地区。随着相关政策颁布实施，京津冀地区经济发展、天然气供应条件好转、技术水平提高，发展“煤改气”的条件较好。
1.政策条件：京津冀相继颁布禁煤、治理大气污染环境政策
2014年4月，国务院办公厅印发关于《大气污染防治行动计划实施情况考核办法（试行）》的通知（国办发[2014]21号），考核指标为空气质量改善目标完成情况和大气污染防治重点任务完成情况两个方面。
其中前者京津冀地区以PM2.5年均浓度下降比例作为考核指标；后者包括产业结构调整优化、燃煤小锅炉整治、工业大气污染治理等10项指标。至此，国家明确了大气污染治理与官员考核指标挂钩，提高了官员治理积极性。
各省（市）积极响应国家政策要求，加快出台了具体的政策措施。2014年8月4日，北京市人民政府发布《北京市高污染燃料禁燃区划定方案(试行)》（下称《方案》）；2013年9月河北省省委省政府出台《河北省大气污染防治行动计划实施方案》；天津市政府第八次常务会针对大气污染防治提出“10项治理措施”。
随着大气污染问题的日益严峻，预计三省（市）将相继颁布“倒逼政策”，更加严格详细地制定区域内的压减煤炭政策，从而为发展“煤改气”提供强有力的政策支持。
2.经济条件：京津冀地区经济发达，人民生活质量和生活环境要求高
京津冀是我国人口密集、经济发达的地区。2013年三省（市）常住人口10920万人，占全国总人口的8%，GDP总量62171亿元，占全国GDP总量的10.9%，经济发展水平优于全国水平。尤其是天津市和北京市，两地城镇化水平高，人均GDP分列全国第一、二位，是我国经济最发达区域之一（见下表）。
近年来京津冀地区大气污染加剧，但公众环境意识普遍提高。根据北京市环境保护宣传中心与清华大学媒介调查实验室开展的调查显示，北京市居民对环境保护的总体关注度持续较高，在各类环境问题中，关注度居第一位的是空气质量（90.2%）；居民对PM2.5的知晓率达85.5%，41.3%的受访者认为PM2.5对人体健康有危害，46.6%的受访者最赞同“要实现经济、社会与环境的协调发展”。
经济水平的发展、公众环境意识的提高，为实现空气质量改善等工作目标提供了社会条件。
3.供应条件：京津冀地区天然气工业基础相对发达
京津冀地区的天然气资源主要来自长庆油田（通过陕京线系统输送）、区域内的油气田以及唐山LNG和天津LNG。2020年（规划）资源供应量710亿立方米，新增资源主要有中国石化天津LNG、鄂尔多斯煤制气（管道）。
截至2013年底，京津冀地区管道总长度超过2300千米，国家干线输气能力600亿立方米。预计到2020年管道总长度将达到6700千米，国家干线输气能力1300亿立方米，其中主要建设的管道包括陕京四线、天津LNG外输管道以及煤制气外输管道。
根据上文，预计到2020年京津冀地区天然气市场需求量近700亿立方米，其中“煤改气”新增需求230亿立方米。2014年6月5日，国家能源局与北京、天津、河北及中国石油、中国石化集团分别签订《“煤改气”用气保供协议》，确定了约定的“煤改气”供气量的履行和使用不被挪用。未来京津冀地区发展“煤改气”具备天然气管网、资源供应等基础条件。
四、京津冀地区“煤改气”发展方向及设想
为了优化“煤改气”的利用方向与地区结构，下文将进一步对京津冀地区“煤改气”的发展目标和方向进行分析，并基于此提出未来京津冀地区发展“煤改气”的规划设想。
1.京津冀地区“煤改气”的发展规模目标
2020年京津冀地区“煤改气”的市场需求潜力在230亿立方米左右。根据走访调研收集到的不同用户情况，落实的需求量为155亿立方米，主要用户为京津冀地区城市及周边燃煤锅炉改造、北京市新建热电中心等；可能的市场需求量45亿立方米，主要用户为郊县地区民用燃煤改造、河北省钢铁等“三高”企业燃煤改造等；潜在的市场需求量30亿立方米，用户主要有天津市和河北燃煤电厂改造、河北省内社会水平较落后地区的居民、工业用户“煤改气”。
根据“煤改气”项目的落实程度，以落实加可能的需求为推荐发展目标，即2020年“煤改气”的发展目标为200亿立方米，约合2700万吨标煤。
200亿立方米的“煤改气”主要利用在新增县城及郊区锅炉采暖用户，承受能力低的双高企业例如钢铁、建材等，尤其是在河北省会出现大规模的居民生活采暖、公服用户、城市小工业“煤改气”用户。通过环境效益计算，200亿立方米的“煤改气”可减少CO2排放5597万吨、SO2排放73万吨、NOX排放22万吨、烟尘15万吨（见下表）。若将NO2减排量折算成碳排放量，以碳交易价格80元/吨计算，可实现减排收益超过90亿元。
2.京津冀地区“煤改气”地区优化选择
京津冀地区经济水平和能源消费结构差异较大，对于大气污染的治理力度亦有所区别，发展“煤改气”的空间自然也有很大差异。
河北省地理面积大，能源消耗量大、煤炭消费占比大，应该是三省（市）中治理力度最强的地区，也是实施“煤改气”的重点地区。2012年，河北省能源消费总量为30250万吨标煤，其中煤炭消费量26889万吨标煤，无论是能源消费总量还是煤炭消费量均远超京津两市之和，是污染排放的主要源头。
2013年河北省天然气消费量仅为58亿立方米，甚至显著低于能源消费总量不及河北省1/4的北京市（2013年天然气消费量为99亿立方米）。由此可见，河北省天然气市场发育严重不足，潜力巨大。据我们测算，河北省“煤改气”需求约为京津冀地区总目标的55%，即2020年替代量为110亿立方米。
北京市治理大气污染力度最大，近年来持续推进区域内的压减燃煤、以气代煤工程。随着《北京市高污染燃料禁燃区划定方案（试行）》的颁布，北京将实施更加严厉的“煤改气”治理措施，预计北京市2020年“煤改气”替代量为65亿立方米，占地区总目标的32.5%。
2013年9月天津市颁布的《天津市清新空气行动方案》提出，增加天然气供应量，落实“煤改气”供应和配套管网保障。结合天津市“煤改气”治理力度和区域内能源消费水平，预计2020年“煤改气”替代量为25亿立方米，占地区总目标的12.5%。
3.京津冀地区“煤改气”利用方向优化
根据京津冀地区发展水平的不同，同时结合《天然气利用政策》，对于“煤改气”的结构优化也有不同的侧重点。
散煤燃烧环境危害大，污染也更加不易控制，因此使用天然气进行“煤改气”时，可以考虑由城市主城区替代向周边郊县延伸，主要替代城乡地区居民生活用煤、分散采暖锅炉用煤等散煤用户，结合其他城市燃气“煤改气”用户替代情况，预计2020年三省（市）城市燃气“煤改气”替代量为15亿立方米。
三省（市）中，天津市和河北省的能源消费量主要集中在第二产业，尤其是在黑色金属冶炼和压延加工业（主要指钢铁行业），该行业对于天然气的价格承受能力较低，但基于“煤改气”以改善大气环境为最根本目标，应继续加大对该行业的补贴力度，促进其进行“煤改气”后仍能正常生产运行。同时考虑散煤小工业用户以及陶瓷、玻璃、有色金属冶炼、石化、钢铁等用户，预计2020年工业燃料“煤改气”替代量为125亿立方米。
燃煤发电用户是京津冀地区另一能耗较大行业，考虑未来“煤改气”发电需求增长，主要为关停的燃煤电厂进行燃气改造、燃煤电厂新建燃气机组等，预计2020年发电“煤改气”替代量为60亿立方米。
4.“煤改气”阶段实施设想
“煤改气”是一项关乎国计民生的大工程，是需要全社会共同参与的大气污染治理行动的一部分。若实现2020年京津冀地区“煤改气”市场规模达到200亿立方米，则需要对未来6年中重要的时间节点统筹考虑，保证“煤改气”顺利实现目标。京津冀“煤改气”工程主要分三个阶段。
第一阶段（“十二五”末期），“煤改气”处于发育初期，主要针对易于改造的用煤用户。考虑北京市经济环境最好，大气污染治理力度最大，本阶段“煤改气”工程的实施重点在北京市。“煤改气”用户主要以正在改造的发电、工业用户为主，城市燃气用户主要为北京市、天津市的城市采暖用户，以及两市郊区及县城居民生活用气。根据“煤改气”排产安排，2015年“煤改气”替代量至少需要达到45亿立方米。
第二阶段（中俄管道气进入京津冀地区之前），京津冀地区天然气资源的供应量无法满足市场需求，市场供需平衡存在较大缺口，“煤改气”工程进展受气源影响明显。区域内管道建设重点逐渐由北京、天津向河北省转移，因此该阶段用户改造重点为河北省的燃煤工业用户，同时建设覆盖河北省南部经济较发达城市郊区的天然气管网，促进城市郊区居民用气量增长。根据“煤改气”排产安排，2017年“煤改气”替代量需要达到95亿立方米。
第三阶段（“十三五”末期），随着中俄管道气进入京津冀地区，供需形势大幅好转，区域内管网建设基本完成，可以实现郊区、县城的居民用户的覆盖。届时“煤改气”重点为河北省的“三高”工业用户，主要为钢铁、玻璃、陶瓷等，燃煤发电用户，以及全省内县城、乡镇分散式居民燃煤、采暖用户。根据“煤改气”排产安排，2020年“煤改气”替代量达到200立方米。
五、发展“煤改气”的影响及建议
随着京津冀地区“煤改气”工程的推进，未来企业用户投资和天然气调峰可能面临较大压力。
1.京津冀地区天然气资源供应潜力巨大，发展“煤改气”不会产生年度供应紧张
截至2013年底，供应京津冀地区的天然气资源包括陕京线系统、大唐煤制气、唐山LNG、天津浮式LNG、大港油田、渤西油田、华北油田、冀东油田、榆济线，2013年京津冀地区的天然气资源供应量为195亿立方米。供应管道包括陕京一线、陕京二线、陕京三线、大唐煤制气外输管道、唐山LNG外输管道、天津浮式LNG外输管道、安济线及各油气田外输管道，上述管道供应能力达到600亿立方米/年。
区域内基础设施建设较为发达，配套建有枢纽中心、LNG接收站、地下储气库，管网已覆盖所有地级单位，其中天津市天然气管道已覆盖所有县级单位。未来京津冀地区还将新增陕京四线、天津LNG、鄂尔多斯煤制气、俄罗斯进口气等资源。
根据资源供应情况，2020年京津冀地区具有710亿立方米天然气资源供应潜力，完全可以满足因“煤改气”项目增加的市场需求。
2.大量进行“煤改气”使得天然气调峰压力大
根据京津冀地区天然气用户用气不均匀性的特征，对该地区在有无“煤改气”项目两种情况下的市场调峰需求分别进行了计算。预计到2020年，京津冀地区没有实施“煤改气”的情况下，市场需求为463亿立方米，季节调峰需求为70亿立方米，高月高日需求量为2.32亿立方米。在实施“煤改气”项目情况下，市场需求为663亿立方米，季节调峰需求为84亿立方米，高月高日需求量为3.09亿立方米。有“煤改气”项目高月高日需求量比无“煤改气”时增加0.77亿立方米。
根据资源供应情况，预计到2020年京津冀地区资源供应量为710亿立方米，长输管道输送能力最大为年输气量的1.2倍计算，2020年长输管道日最大输送2.34亿立方米，需要调峰设施或者压减可中断用户来调节0.77亿立方米。“煤改气”项目增加了市场调峰需求，而目前我国尚未实施调峰气价，建设调峰设施的成本无法合理收回，用户对于增加的调峰成本投入积极性低，未来调峰压力将持续增大。
未来该地区“煤改气”应本着“有序推进”原则，遵循阶段性实施计划，保证市场发展规模与天然气资源供应、基础设施运输、储存条件相匹配，在落实资源的基础上，合理计划安排“煤改气”进度。在发展下游用户上，要充分开发一些具备季节调峰功能的用户、生产工艺可以实现用气中断的用户，实现下游用户调峰。
3.“煤改气”增加替代成本，企业投资压力大
根据2014年10月29日环渤海动力煤价格①：4500大卡的动力煤价格为385～400元/吨、5800大卡的动力煤价格为530～555元/吨。根据上述煤炭市场销售价格及对应的热值，考虑天然气和煤炭对应的热效率，在不考虑置换装置所需改装费和置换后对产品的影响等因素，计算天然气置换煤炭的可承受价格为1.1～1.3元/立方米。
2014年8月10日，国家发改委推出《关于调整非居民用存量天然气价格的通知》（发改价格[2014]1835号），京津冀地区天然气存量气价格分别为2.66、2.66、2.64元/立方米，增量气价格分别为3.14、3.14、3.12元/立方米。“煤改气”是新增用户，属于增量气范畴，增量气门站价格比天然气置换煤炭的可承受价格高出将近2倍，用户的燃料成本将急剧增加。
2014-2020年，不考虑“煤改气”用户进行的改造费用，仅燃料成本就将增加1500亿元，而这部分成本的增加如果由企业自己承担，将直接影响“煤改气”的发展规模。
根据最新研究成果，各地居民生活可承受的气价为2.5～7.5元/立方米；商业用气可承受价格在2.68～4.91元/立方米左右；工业燃料用气价格可承受力在2.33～4.96元/立方米左右；燃气发电可承受气价在1.10～2.50元/立方米左右。
京津冀地区商业、工业和燃气发电三类用户的综合可承受能力为2.6～3.20元/立方米。由此可见，若考虑“煤改气”的经济性，发电用户及部分工业用户将难以承受未来剧增的燃料成本。尤其是价格承受能力较低的工业用户，基本上属于钢铁、有色金属冶炼等高污染、高能耗、高排放的“三高”用户，产能过剩、下游商品利润较低，对于燃料成本的敏感性极大，未来在推动“煤改气”的实施上，存在很大困难。
为增加企业“煤改气”的积极性，政府可考虑对“煤改气”的规模用户给予一定的税收优惠。对于经济效益低、对燃料成本敏感的企业，一方面要由政府相关部门引导其产业转型，另一方面要加大其环保成本，例如大力推进碳排放权等措施，强化生产者环境保护的法律责任。保障“煤改气”这一关系未来京津冀地区环保问题的重要工程得以顺利实施。（文/孟亚东孙洪磊，中国石油大学（华东）经济管理学院）
