您現在的位置：能源參考 > 專家講壇專家講壇
解決能源問題的關鍵是系統優化
王志軒
自“九五”期間我國提出大氣污染物總量控制以來，主要污染物總量控制制度近20年來已經由污染防治的輔助手段過渡到主要手段，尤其從“十一五”開始，國家將二氧化硫和COD總量控制作為約束性指標，已經成為眾所周知的污控措施。無獨有偶，2010年，我國又提出了“合理控制能源消費總量”，目前已過渡到“控制能源消費總量”，“合理”二字已經消失。
以兩個總量控制為方針，相關法規、規劃、計劃、措施、考核等配套措施正在全面鋪開，如火如荼地進行著。不可否認的是：少排放污染物就減少污染、少使用能源就減輕能源壓力。然而,為什么在進行了近20年的污染物總量控制之后，我們迎來的卻是越來越嚴重的霧霾？問題就出在把減少“污染物總量”這個方法，當成了改善“環境質量”的目的。減少污染物排放總量本身并不是問題，問題出在從何處減排、減排多少和如何減排。
科學看待污染物總量對環境的影響
對環境質量的影響并非只由污染物排放總量決定,燃煤多的企業不一定排放污染就多，減少煤炭的消耗并不一定就相應減少了污染物排放，所以并非一定要減煤才能治霾。
以《北京市2013～2017年清潔空氣行動計劃》為例可以看出，單純追求燃煤減量并不可取。該計劃要求，到2017年，北京市燃煤總量比2012年削減1300萬噸，控制在1000萬噸以內，煤炭占能源消費比重下降到10%以下。而采取的主要措施是采用燃氣熱電替代燃煤熱電。
2012年，北京市燃煤熱電企業共消耗原煤927萬噸（發電643萬噸、供熱284萬噸），占北京市燃煤的41.2%，其中，高井電廠、高碑店電廠、國華一熱、京能熱電（以下簡稱四家電廠）消耗燃煤913萬噸，占全市電力燃煤的98.5%,即按計劃消減這四家電廠的燃煤就可以完成北京市消減燃煤量任務的70%。但是，2012年，北京市二氧化硫、氮氧化物、煙（粉）塵三項大氣污染物排放量分別為9.38萬噸、17.75萬噸、6.6萬噸，由于四家燃煤電廠各污染物排放治理水平很高，達到世界領先水平，這三項大氣污染物排放占北京市排放的比例分別為2.1%、3.2%、0.78%，三項合計排放量占比僅為2.4%。可見，消減了40.6%的燃煤，才減少了2.4%的污染排放量，如果再考慮到燃氣排放的污染物，其效果更差。
反觀德國魯爾工業區人口近600萬人，人口密度與北京相當，面積約4600平方公里，不到北京市的1/3，而有1000萬千瓦左右的燃煤發電能力和數千萬噸鋼鐵的年生產能力，但2012年魯爾區所有空氣質量監測站中測得的PM2.5也只有21微克/立方米，遠遠小于北京⑴。這充分說明了不能將燃煤量與排放污染劃等號。
要找準真正的污染元兇，不僅要看污染源數量多少，更要看污染控制技術的效果及污染源的結構特性。
據環保部發布的《2013年中國機動車污染防治年報》，按燃料分類，全國柴油車排放的NOX接近汽車排放量總量的70%，PM超過90%；而汽油車CO和HC排放量則較高，超過排放總量的70%。按環保標志分類，僅占汽車保有量13.4%的“黃標車”卻排放了58.2%的NOX、81.9%的PM、52.5%的CO和56.8%的HC。達到國Ⅳ及以上標準的汽車只占10.1%，而國Ⅲ汽油標準中硫含量是歐洲和日本的15倍、美國的5倍，柴油則是歐日標準的30余倍，何況還有約40%的機動車達不到國Ⅲ標準。另外，重型卡車直接排放的細顆粒物相當于一百多輛國V排放標準的小轎車排放量，而北京夜間有數萬輛車進城，更嚴重的是，《北京青年報》記者探訪發現，偽造進京車綠色標志已成公開秘密。
再如加拿大安大略省對PM2.5等污染物研究結果表明，交通運輸是該省PM2.5的主要排放源，占55.3%，其中越野車輛設備排放量占比超過97%。在NOX排放中，交通運輸占68.4%，其中越野車輛設備占52.8%、重型柴油車占20.5%；在越野車輛設備中，水泥、采礦占54%，農業設備占31%。
很顯然，由于不同地區、不同時間段汽油車與柴油車、高質量的油與低質量的油、綠標車與黃標車等污染物的排放不同，對環境的影響也不同。
污染源對環境影響的大小，不僅取決于污染物排放量在總排放量中的分擔率，更取決于污染源對環境中污染物濃度的分擔率大小。
例如，2012年全國火電廠3項污染物中煙塵（顆粒物）年排放約150萬噸，二氧化硫年排放883萬噸，氮氧化物年排放量為980萬噸。全國機動車排放的4項污染物中顆粒物62.2萬噸，氮氧化物640.0萬噸，碳氫化合物（HC）438.2萬噸，一氧化碳（CO）3471.7萬噸。雖然從排放數據上看，火電廠的顆粒物與氮氧化物排放量分別是機動車排放的2.4倍與1.5倍，但是火電廠排放主要在城市外高煙囪排放，而機動車大多行駛在人口密集區域，尾氣是近地面排放，空氣中污染物濃度與火電廠排放存在數量級差別，影響到人的呼吸并直接對人體健康產生影響。
再如，以秸稈燃燒為代表的突發性、季節性污染，在區域性大氣污染中影響十分突出。隨著我國農村能源由薪柴向煤炭轉化以及液化氣的普及，加之作物的密植，富余的大量秸稈難以合理處置而直接露天燃燒形成嚴重灰霾污染，盡管多地政府有禁燃秸稈令，但由于農戶處理秸稈的成本太高，燃燒現象屢禁不止。
由以上例子可以看出，影響環境質量的因素是多方面的，在結構性污染為主的發展階段，排放總量對環境質量的影響不但起不到決定性作用，甚至不是主要作用，從理論上進一步分析可以證明這一點。
從大氣污染擴散理論來看，一個固定污染源對地面某一點環境空氣質量的影響，不僅取決于源強（單位時間排放的污染物的量），而且取決于對污染物輸送、擴散、轉化的各種因素，包括風向、風速、煙囪高度、地形地貌、大氣穩定度、溫度層結（如逆溫層）等。如果考慮一次污染物向二次污染物的轉化，還要考慮到大氣物理和化學轉化、降水（對PM2.5來說是必須要考慮的）等因素。一般情況下，排放同樣多污染物，高煙囪排放比低煙囪排放、有組織排放比無組織排放、有風比無風條件下，對環境質量的影響要小得多，但在特殊氣象條件下情況復雜得多。而多個污染源對某地的環境質量影響情況更復雜，需要輸入各種確定的條件，通過適合的空氣質量預測模型進行預測。但非常明確的是，同等的污染物排放量，不同的排放源布局和排放方式對環境質量的影響是截然不同的，因此可以通過結構和布局的調整改善環境質量。通過減少污染物排放總量達到改善環境質量的目的，只有在布局、結構、排放方式都不變的情況下才會起到作用。我們可以想一想，如果在北京汽車增加了1千克的顆粒物排放，而在內蒙古的一個電廠減少了2千克顆粒物排放，全國污染物總量共減少了1千克的顆粒物排放，環境質量是否改善了？這就是在我國結構性污染為主的情況下，采用總量控制的方法為什么不能產生良好效果的原因。
以“總量控制”為核心的環境政策利弊分析
我國從“九五”期間就提出了大氣污染物總量控制問題，國家有關部門開始劃定酸雨控制區和二氧化硫污染控制區（簡稱“兩控區”），在兩控區內實行二氧化硫污染總量控制，并在2000年修訂的《大氣污染防治法》中得到確認，從“十五”開始實施（如在2002年出臺了《國務院關于兩控區酸雨和二氧化硫污染防治“十五”計劃的批復》）。“十一五”開始，國家又提出了二氧化硫和COD總量控制約束性指標要求，“十二五”在原有總量約束指標的基礎上增加了氮氧化物、氨氮的總量約束指標。
也就是說，近20年來，我國污染控制走的是一條以個別污染物總量控制為重點的污染控制策略。雖然提高了全社會對環境保護的重視程度，并在控制電力行業的大氣污染物排放方面起到了重要的促進作用，但霧霾的不斷加重，證明了這樣的策略并未取得成功至少是存在問題的。如果不迅速調整這樣的策略，我們還會繼續在“霧霾”中摸索。分析總量控制存在的問題，主要有兩個方面，即要不要實行總量控制和如何實行總量控制。
從實行總量控制的機制和效果來看，主要有五個方面的問題值得商榷：
其一，由前述的擴散理論分析可知，由于環境問題的本質是環境質量是否改善，而污染物排放總量減少與環境質量的改善并不是線性關系，因此，即使污染物排放總量在全國層面得到了控制，但環境質量尤其是特定地區的環境質量并不一定改善，甚至有可能惡化。
其二，對環境質量的影響尤其是霧霾的產生，是多排放源、多種污染物綜合造成的影響，把主要精力集中在“主要污染物”上，往往忽視對其他污染物的控制，忽視對多種污染物的聯合或復合控制。如“十一五”期間對大氣污染物僅考核二氧化硫總量，大量的行政資源為其消耗，而氮氧化物、煙塵幾乎無暇顧及，結果是按下了葫蘆起了瓢。
其三，總量控制要求在具體操作時，實際上主要針對國企尤其是央企，放松或忽視了對其他所有制企業以及大量無組織排放源的管理，而這些污染源恰恰是造成環境質量變差的重要原因。如“十一五”全國二氧化硫排放總量雖然完成了控制任務，但基本是由電力一個行業完成的，其他污染源排放實際上是增長的。
其四，客觀上引導了地方政府和相關企業多在排放總量的“數字減排”方面下功夫，忽略了環境質量的實質性改善，加之PM2.5并未作為環境質量指標，環境污染的加重并未引起重視。
其五，缺乏依法分配污染物總量的制度，采取行政或人為分配的方式，經常受到人為因素的干擾，使總量異化。“總量”本質上是人為確定的“數字”，而這個“數字”通過各級環保行政主管部門層層分配，使總量像唐僧肉一樣成為一種稀缺資源，甚至成為一些主管部門尋租的手段。總量分配與環境質量的好壞完全脫鉤，且與排放標準脫鉤，在事實上形成了對同一種污染源和同一種排污行為又多增加了一種行政許可。
以上五個方面的問題，也從另一面說明了，為什么基于二氧化硫總量控制的排污權交易制度在美國很有效，而在我國卻難以開展。主要原因是美國排污權交易是用市場機制，而我國的總量控制主要是行使行政權力，雖然排污權交易在中國有一些試點，也只是體現政府部門的要求，不是真正的市場行為。
與污染物總量控制的問題相同，能源總量的不斷增大雖然是眾多環境問題產生的重要原因，但不是本質原因，不能簡單地將霧霾產生的原因歸咎于能源總量尤其是燃煤總量過大，更不能歸咎于電力燃煤總量增長。從2006～2013年的7年，我國能源消費總量增長了約41.7%，電力二氧化硫排放總量下降了約65%（2006年為1350萬噸，2013年為820萬噸），煙塵排放下降了約62%，氮氧化物排放量增長約30%，為何霧霾反而大面積頻發？美國燃煤電廠經過30多年的環保改造，到2011年仍然還有約30%機組沒有安裝脫硫設施，為何環境質量要比我國好很多？
因此，我們不能像押寶一樣把解決能源環境問題的鑰匙押在污染物總量控制或者能源消費的總量控制上。不宜簡單地“一哄而起”，用天然氣代替城市燃煤熱電廠供熱或者盲目禁煤；不宜過分強調所有行業、所有企業一律都要達到節能減排的最嚴格要求；不宜脫離技術和經濟的承受能力，提出“一刀切”式、企業難以達到的嚴苛的污染物排放標準；不宜過分強調主要污染物的總量控制，而忽視了能源優化所帶來的綜合環境效益。
能源系統優化是解決我國能源與環境問題的關鍵
我國環境污染的結構型特征，迫切需要通過能源系統優化解決難題。
2013年，國務院大氣治理“國十條”頒布后，全國各地尤其是京津冀等霧霾嚴重地區，都在大刀闊斧地采取各種限制減少甚至在局部地區禁止使用煤炭的措施，同時大力推進煤改氣、油改氣計劃，使全國各地天然氣需求迅猛增長，天然氣供應缺口增大，供需矛盾尖銳。為防止“氣荒”，有序實施“煤改氣”、確保居民用氣，從2013年10月14日以后的3個多月，國家發改委及國家能源局連續印發了6個以上的文件，要求各地在發展“煤改氣”、燃氣熱電聯產等天然氣利用項目時須先落實氣源和價格，并根據資源落實情況均衡有序推進，不能“一哄而上”。在國家大力整治文山會海的背景下，如此短的時間內密集發文，凸顯出燃氣供應形勢的嚴峻和天然氣使用的亂象。
回顧2010年末，“少數地區為突擊完成節能減排目標，采取限制企業正常生產特別是居民生活用電合理需求、強制性停止火電機組發電等錯誤做法”，造成柴油發電大增、大氣環境污染反而加重的情況仍歷歷在目。前事不忘，后事之師，天然氣供需矛盾的尖銳及“煤改氣”問題的突現，實際上反映出我國能源系統長期以來的優化問題尤其是煤炭的優化問題。如果不解決優化問題只是簡單“禁煤”，類似天然氣利用嚴重失衡的情況將會不斷發生，不僅付出巨大經濟代價，而且也難以真正改善環境質量，還會引起社會不穩定。
我國的大氣污染尤其是導致霧霾產生的污染，仍然是以結構型污染為主，主要體現在全局性煤炭利用的結構型污染、城市機動車排放的結構型污染、農村能源利用包括秸稈焚燒的結構型污染以及建設揚塵和生活型污染等。本文主要對煤炭利用的結構型污染進行分析。
從煤炭利用的結構型污染來看，主要體現在燃煤污染物排放控制呈分化狀態，先進的污染控制水平帶來的環境效益遠遠抵消不了落后的大量煤炭散燒和低效率高污染燃燒排放對環境造成的影響。一方面，1978～2012年發電和熱電聯產的煤炭用量由1.09億噸增加到近20億噸，增加了17倍，但是能源利用效率大幅度提高，供電標準煤耗由1978年的471克/千瓦時下降到2012年的325克/千瓦時，換算為電力轉換效率則提高了約11.7個百分點；考慮熱電廠供熱的效果，電廠能源轉換總效率從1992年的34.8%到2012年的45%，提高了約10個百分點。同時，火電廠污染控制水平不斷提高，煙塵由1980年的年排放量約400萬噸，降低到2012年約150萬噸；二氧化硫由2005年的年排放1300萬噸下降到2012年的883萬噸，氮氧化物排放量由740萬噸上升到2010年的1050萬噸之后開始下降，2012年為980萬噸。另一方面，冶煉、工業鍋爐、窯爐以及居民等大量直燃煤量卻不斷增長，除一些大型企業在煙氣顆粒物控制方面不斷加強外，大部分燃煤用戶沒有良好的污染控制設備，甚至是完全自由排放。如華北地區一個普通農戶用于取暖的土暖氣小鍋爐一個冬季大約需要燃燒2噸原煤，這些小鍋爐不僅沒有污染控制設施，而且出于經濟原因一般燃用價格低的劣質煤、洗煤后的泥煤。即便是北京這樣的城市，近年來其中心城區仍有數以十萬計的居民戶直接燃煤取暖，這些直燃煤的污染物在環境空氣中的濃度比例不斷增大，對環境質量的影響要大大高于燃煤電廠的排放。
以價值目標為導向開展能源系統優化
筆者認為，能源系統優化就是以帕累托最優理論為指導，以能源生產與消費為對象，建立能源系統的科學價值目標體系，根據能源資源的稟賦和能源市場發展，充分發揮市場配置資源的決定性作用，制定并實施更佳的能源量（總量），不同能源比例（結構），體現時間進程和空間布局的規劃、計劃、方案或方法。
建立科學的價值目標體系是核心。科學價值目標，就是以科學發展觀為指導來體現或者衡量能源可持續發展的某種特性和要求，其體系是由多個具有獨立性但又互相聯系的目標構成的整體。對目標的設計應當具有概念明確性、相對獨立性、可量化性和相互關聯性。筆者認為，科學價值目標體系應當由“安全、高效、綠色、經濟、便捷、和諧”六大能源目標構成。
“安全”主要是指經濟社會發展所需能源的持續可獲得性和穩定性，包括能源資源充足性、可持續生產性及進口、運輸過程的可靠性等；“高效”是指在能源活動包括生產、輸送、使用、回用（回收）等全過程和其全生命周期中，要不斷提高能源轉換利用效率，并高度重視挖掘節能潛力、減少浪費；“綠色”是指能源活動中要污染物排放少，對環境質量和生態的影響小，碳排放低；“經濟”是指達到同等質量和效果的能源目標下，付出的社會成本最低； “便捷”是指生產、運輸、使用能源的方便性和友好性；“和諧”是指能源活動有利于投資方及各相關方的協調發展以及擴大就業、促進改善民生等。可以六大目標為頂層，進一步運用層次分析法，根據能源優化實際問題，構建出具有準則層、措施層等多層次的、科學的、可操作的體系結構。
帕累托最優理論和經驗都告訴我們，這六大目標互相交織，能源優化就是要使六大目標在總體上達到最優，而不是也不可能使每一個目標都達到最優。由于發展階段不同、區域發展水平不同、面臨的主要問題不同，六大目標在時間、空間上的要求必然有所側重，這也正是制訂能源規劃、政策、標準、方法的關鍵所在。政策運用的時機和地域的選擇是政策制定的靈魂，同一個政策在不同的時間和不同的空間，會產生完全不同的效果。如2010年9月德國政府頒布2050年《能源方案》，提出了能源轉型將圍繞“經濟合理、供應安全、環境友好”三大核心原則進行。不論從發達國家的經驗看，還是從我國能源利用的現狀和現有能源政策看，相對于能源總量控制或者污染物排放總量控制方式，能源系統的優化在經濟、環境、社會等方面都潛藏著巨大的空間。不論是方法學上還是結果上，二者都有著明顯的差別。如控制燃煤總量更多關注的是總量的增加或減少，減少的是散燒煤還是電煤、減煤后環境質量是否改善、經濟效益是否最好、對社會穩定是否有影響等則無從考慮，而能源系統的優化目標要豐富得多，對綜合最優的要求也高得多。
六大目標在一定的階段內可以有所側重，如當前最重要的是改善環境、解決霧霾，所以“綠色”目標上升為更重要的位置。要對“綠色”目標進一步分解和細劃，成為體現出本質屬性的一系列指標，以環境質量改善的本質（而不是污染物總量減少的表現）為準則，建立系統最優而不是局部最優、因地制宜而不是“一刀切”的指標，并以此為導向制定政策和評價政策。
評價環境效果的指標很多，如單位國土面積上的污染物年排放量、地區燃煤總量、單位資金投入產生的環境質量改善（或污染物排放量下降、或能源消費下降）等指標，顯然指標不同，政策導向的結果也不同。前2個指標與環境質量并不掛鉤，而第3個指標與環境質量改善與資金效果掛鉤。應當更多地用體現邊際成本和效益的指標來比較能源產業增量投入與存量改造的效果、能源的生產投入與消費投入的效果、大范圍優化配置資源與當地優化的效果等。
如對火電廠提出更嚴的排放要求，或者要求燃燒更優質的煤炭，無疑可以減少火電廠的污染物排放，但從總體上看環境質量并不一定就會改善。因為，這樣的做法有可能將更多的劣質煤擠壓到散燒裝置上，使環境質量總體變差。同樣道理，現階段也不宜把大量天然氣用于發電。因此，確定指標時，要在促進能源的分類使用、燃料替代、生產工藝的清潔化、多種污染聯合控制、節能與應對氣候變化等方面采取綜合對策。要綜合考慮地區差異、能源資源情況、科技創新能力、產業化發展水平、經濟承受能力等要素，并選擇適當時機，避免在一個時期“單打一”、“一刀切”。
我國正處在工業化中后期發展階段，具有國土遼闊、能源資源分布不平衡、經濟發展不平衡、生產力各種要素不平衡等特點，同時面臨嚴重的環境污染和應對氣候變化的嚴峻壓力，這些具有差異性的特點恰恰是“優化”發揮作用的基礎、條件和空間。
仍以北京清潔空氣行動計劃為例。從價值目標的角度對該計劃進行分析，可以得出以下主要結論：一是以燃氣發電供熱替代燃煤發電供熱不僅污染減排效益小，而且也無二氧化碳減排效果，因為只要天然氣處于稀缺狀態，不論何地使用，減排二氧化碳可以達到相同效果；但是如果用天然氣替代散燒煤則具有明顯的污染減排效益。應當首先考慮將天然氣用于周邊地區替代散煤，這樣更有利于區域環境質量的改善。
二是新建燃機成本很高，4個電廠燃氣改造，靜態投資約173.7億元，燃機電價約為0.7元/千瓦時，高于煤電約0.2元/千瓦時以上；同時，關停煤電浪費很大，北京GJ電廠現有固定資產約9億，且從2004年開始先后投資17億元對現有煤機的供熱、脫硫、脫硝、布袋除塵、煤棚等方面實施改造，關停后這些投入都將成為巨大的浪費。替代方案的污染物消減成本也將大幅度增加。再以GJ電廠為例，煤電排放大氣污染物（煙塵、二氧化硫、氮氧化物）合計約2153噸，代替燃機預計排放污染物710噸，實際年減少污染物1443噸，年運行成本增加10.2億元，減少的污染物所需削減成本達706元/千克，高于全社會平均污染控制成本數百倍。
三是從效率來看，北京4家燃煤供熱電廠采用能源的梯級利用，總能源效率在80%左右，采用天然氣發電與供熱并沒有優勢。
四是天然氣與燃煤發電供熱相比，氣源的可靠性和供應的可靠性降低，危及能源的安全性。對于首都這樣重要的政治地位和人口密集的城市，供電80%靠遠距離輸入，供熱發電的安全性一旦出現問題，其后果不堪設想。
五是增大了電廠投資方的風險，尤其是燃氣不穩定時給安全生產和效益帶來的風險，或者電價不到位、氣價高帶來的虧損風險等。這種風險在現有燃氣電廠已經客觀存在。
六是關停燃煤電廠將嚴重影響人員就業，4個電廠員工數千人，而新建燃機項目可提供的崗位不到1/10，多數職工將面臨轉崗和安置。
綜合來看，將北京市燃煤供熱電廠改為燃氣供熱，雖然可以完成北京市燃煤消減計劃70%以上，但以六大目標相關要求衡量則是得不償失。全國如果大規模用燃氣替代燃煤電廠，造成電廠與民“爭氣”，不僅霧霾問題得不到有效解決，熱力、電力安全性受到影響，最終還將大大影響全社會的效益。
以上例子再一次提醒我們，能源系統的優化要像孫臏賽馬一樣統籌優化。不是 “最好替代次好”，如以大機組替代小機組的“以大代小”、用天然氣替代燃煤熱電廠，也不是“更好替代最好”，如對火電廠排放標準嚴上加嚴，甚至要求零排放。而應當找出對環境影響最主要的因素即最差的能源利用方式，采用“最好替代最差”，如煤電替代散燒、天然氣替代散燒，或者“更好替代最差”，如對排放企業提出科學合理的排放標準及采用燃料質量控制等方法，以達到總體最優。
我國能源系統的優化應以電力為中心，減少散燒煤炭的使用
以電力為中心的能源系統優化，體現了六大目標的要求
從能源優化的六大目標要求看，應以電力為中心進行能源系統的優化。從解決煤煙型污染和以機動車燃油污染為特征的復合型霧霾及城市污染來看，加大“以電代煤、以電代油”也是關鍵性的舉措。
在 “安全”上，電力安全取決于兩個方面，一是發電所需的一次能源的安全穩定供給，二是電力系統安全。由于電力技術水平不斷提高，使可再生能源發電能力、發電量及經濟性均不斷提高，擴大了一次能源的使用范圍，從而也提高了一次能源的安全性。電力系統安全由發、輸、配、供、用各個環節共同決定，集中體現在電網的安全上，最終表現在用戶的供電可靠性上。我國用電可靠性不斷提高，2012年我國城市平均供電可靠率為99.949%，用戶年平均停電時間4.53小時；全國農村用戶供電可靠率為99.839%，用戶年平均停電時間17.14小時。電網安全是電力工業發展的基礎保障，我國已成為世界上發電規模最大、電網規模最大、總體水平最先進的電力強國。
在“高效”上，電力工業是將一次能源高效轉換的行業，風能、太陽能等可再生能源只有通過轉化為電力才能實現大規模優化配置和方便使用；化石能源尤其是煤炭轉換為電力后，能源的品質得到提升，成為可以控制使用的能源，且高效純凝汽式燃煤電廠的能源轉換效率已可達45%左右，供熱電廠的總效率可達80%以上。
在“綠色”上，非化石能源發電既可做到幾乎不排放常規污染物，也可做到幾乎不排放溫室氣體；化石能源發電也能最有效控制污染物排放，并降低碳排放強度和根據需要逐步對碳排放總量進行限制。中國現有的燃煤電廠污染物控制技術已達世界先進水平，完全可以把常規污染物控制在環境保護要求之內，這也正是以電力為中心優化能源系統、治理霧霾的最重要原因。如我國火電廠每千瓦時煙塵排放量由1980年的16.5克降至0.4克，相應的電廠除塵器平均除塵效率由1985年的90%提高到當前的99.6%，且新建除塵器的效率一般高于99.9%；每千瓦時二氧化硫排放由2005年的6.4克下降至2.26克，好于美國2011年的2.8克；每千瓦時氮氧化物排放量為2.4克。隨著排放標準的進一步嚴格，污染物控制水平將進一步提高，常規污染物“近零”排放的燃煤電廠已在建設。
在“經濟”上，風能、太陽能、核能等發電成本目前仍明顯高于燃煤發電，隨著持續大力發展可再生能源發電，電量占比將越來越大，但成本也會相應下降。現有燃煤發電成本較低，雖然隨著環保投入加大、支撐可再生能源發電調峰作用加大，造成利用小時數降低、成本增加，但總體上還是處于較強的價格優勢地位。如果從不同能源銷售價格的比較來看，電力更具有較明顯的優勢。如2003～2012年，中國平均銷售電價漲幅為28.1%，但成品油漲幅為135.5%，五大發電集團電煤漲幅為139.9%。
在“便捷”和“和諧”上，電力的“便捷”無可爭議，電力作為基礎產業和公用事業性質、現代化和人民生活水平提高的標志有著不可替代的作用。
綜合來看，隨著技術的發展和社會的進步，中國電力工業已不僅是基礎性、公用性、事業性，而且將發揮能源資源優化配置、煤炭清潔利用、產業結構調整、可再生能源發展、循環經濟發展、環境質量優化、促進全社會節能減排等作用，是充分體現能源可持續發展精髓的能源利用方式。經過改革開放35年來尤其是近10多年來的發展，中國發電裝機、發電量、電網規模均為世界第一，特高壓交、直流輸電技術世界領先，初步實現了電力大國向電力強國的轉變。相對于其他基礎行業、相對于我國的總體技術水平，電力率先進入了世界先進水平，為能源系統的優化打下堅實的基礎。
積極推進非化石能源發電和提高煤炭轉換為電力的比重，并優先減少散燒煤的使用
積極推進非化能源發電已經成為共識并已取得巨大成就，“十一五”以來，非化石能源發電完成投資及其比重逐年提高，非化石能源的投資從2005年的29.2%增加到2013年的75%，形成對比的是火電投資從70.3%下降到25%。截至2013年底，非化石能源發電裝機達到3.9億千瓦，占總裝機容量的比重達到31.6%。其中水電2.6億千瓦，核電裝機1461萬千瓦，并網風電裝機7548萬千瓦，并網太陽能發電裝機容量達到1479萬千瓦。2013年新增并網太陽能發電裝機比上年增長了953.2%，煤電裝機所占總發電裝機比重降至63.0%。但從發電量來看，非化石能源發電量雖然超過1萬億千瓦時，但比例約占全國發電量的21.6%，全國煤電發電量3.95萬億千瓦時，仍然占全國總發電量比重為73.8%，充分說明了能源轉型的艱巨性。
從能源總消費情況看，2013年我國能源消費總量約37.6億噸標煤， 與2006年相比增長了41.7%， 7年間煤炭消費比重下降了5.3個百分點，天然氣消費比重上升了3.1個百分點，水電、核電、風電等電能比重上升3.1個百分點。2013年煤炭消費比重約占65.8%，石油18.4%，天然氣6%，水、核、風電等電能共9.8%，煤炭消費比重仍然占絕對主導地位。2013年煤炭凈進口3.2億噸，石油的對外依存度約58.1%，天然氣對外依存度約31.6% 。預計未來二三十年，能源消費結構仍將以煤為主。
世界能源發展的歷史清楚地告訴我們，發達國家大致經歷了以煤炭代替薪柴，以石油、天然氣代替煤炭的能源大轉換時期，當前正在開始以非化石能源發電替代傳統化石能源的轉換。但是這種替代的進程與能源資源稟賦、能源價格、能源利用技術密切相關，而且還會存在反復。如2012年，在歐洲由于天然氣價格高于美國，電力企業采取了與美國截然相反的措施，以煤炭代替天然氣；俄羅斯也采用以煤代氣，將天然氣出口。就全球來看，2012年煤炭占全球一次能源消費的比例創下自1970年以來的最高份額（29.9%）。由于我國資源稟賦的特點，煤炭在短期內難以大規模被其他能源替代，因此，煤炭的清潔利用以及在終端能源中更多地利用電力就成為我國的特點之一。
我國電煤占煤炭消費比重多年來一直在50%稍多，遠低于國外發達國家甚至是世界平均水平，比如美國93%、加拿大85%、德國81%、英國75%、俄羅斯64%，世界平均比例約78%。相對于電力集中控制污染物、提高能源轉換效率的優勢，我國非電力用煤的比重為50%左右，包括鋼鐵、有色金屬治煤、化工、水泥等工業原料用煤約占30%左右，用于終端消費（居民生活和第三產業用煤）約20% ⑽。由于我國燃煤工業鍋爐運行熱效率在60%左右，并且基本沒有脫硝措施，脫硫和除塵技術水平也偏低，民用燃煤基本未采取任何污染控制措施，出于經濟性原因，很多農戶燃燒劣質煤和洗煤后的泥煤，且屬低矮源排放，對環境質量影響更為嚴重。
美國通過提高煤炭轉換為電力的比重，大幅度削減了大氣污染物排放量，改善了空氣質量。1950年以來，美國電煤消費量增長了10倍，而工業煤炭消費量減少了2/3，民用煤炭消費減少了99%，2010年電煤消費量占美國煤炭消費總量的比例達到了93%。由于電力污染控制水平要大大高于工業鍋爐污染控制水平，所以美國的煤炭消費量1973年為311百萬噸標準油當量，2011年提高到488.13百萬噸標準油當量，近40年來增長了約57%，但煤炭消費過程中的大氣污染物排放量卻在上世紀80年代以后開始下降。以SO2排放控制為例，1970～2010年期間，美國工業鍋爐每噸燃煤SO2排放下降了50%，但排放水平比電力燃煤排放還高約4倍。
再如日本的大氣污染控制的經驗也表明，通過燃料轉換可以發揮顯著作用。上世紀70年代， 日本對像火電廠這樣大規模的污染排放源，制定了以設置煙氣脫硫為前提的排放標準，而對安裝煙氣脫硫裝置有諸多困難的中、小企業排放源采取了燃料含硫量限制政策，以盡力有效使用有限的低硫燃料。日本認為，對于燃料轉換應進行政策性的探討，因為這種轉換需要長期投資。為此，國家公布一個燃料轉換的長期控制時間表是有益的。
以電代煤既有宏觀性也有微觀性。宏觀性是指在全國能源平衡層面，如將每年約10億噸的散燃煤轉換為電力并用電力替代；微觀性是具體到每個用戶以電能替代燃煤所需能量。由于煤炭與電力能源的質量、特性均不同，“以電代煤”并非就是散燒煤與電的直接替代和能量的就地平衡，而是從宏觀層面入手，根據全國和區域能源供應和消費的特點、經濟承受能力以及電網的特點，重新平衡能源的供應與消費。在微觀層面上則采用因地制宜的方式，有的散燃煤可以直接用電能替代，如城市某些小區居民生活用燃煤改用電、燃煤鍋爐改為電鍋爐等，即便是農村居民，條件成熟的也可以用電替代一部分燃煤供熱或者做飯，有些則可以改為燃氣、可再生能源替代等。總之可以采取各種能源聯合、互補、逐步替代的方式。對于確實一時難以用電、氣替代的散燒煤，則應改善燃料的品質，如用優質煤炭替代劣質煤炭，以型煤替代原煤。
在當前電力相對富余的時期，推進“以電代煤、以電代油”戰略正是好的時機。但必須同時加快電源、電網建設，否則會造成電能的總量或者結構性短缺。新的煤電建設一方面要效率更高、污染排放更少，另一方面應充分利用好全國的環境容量和能源資源，而特高壓輸電技術提供了從更大的范圍進行能源資源優化配置和環境容量優化配置的強有力條件。
從宏觀來看，燃煤電廠的常規污染物的控制已不構成對煤電發展的關鍵性約束條件。燃煤電廠大氣污染物控制技術將逐步由先除塵、再脫硫、再脫硝的單元式、漸進式控制，向常規污染物加脫除重金屬及氣溶膠等深度一體化協同控制技術發展，逐步使大氣污染物排放接近于零，電廠產生的廢水及固體廢物也將參與到循環經濟體系之中或進行無害化處理。我國一些新的常規大氣污染物“近零”排放的電廠已經在建設之中。
從二氧化碳排放總量來看，由于電與煤是替代關系，總排放量并不會有明顯改變。雖然煤轉為電后，會損失一部分能源，但是電能質量、可控性明顯提高；如果再有一半煤量的替代是采用熱電聯產的話，再加上替代改造過程帶來的節能效果及能源聯合互補的作用，以電代煤會進一步提高能源效率，降低二氧化碳的排放強度和排放總量。
從控制成本來看，如果我們能用10年的時間爭取將現有的非電力燃煤中的50%左右或者約10億噸燃煤轉換為電力，把電煤占煤炭比重提高到70%左右（達到世界平均水平），初略估算需要建設5億千瓦燃煤電站，大致需要電源和電網投資1萬億元，每年需要1千億元。如果完成了“以電代煤”，再加上“以電代油”解決部分城市機動車污染的問題，以及通過各種大氣污染物治理措施發揮作用，10年內是可以在經濟繼續發展的前提下解決好霧霾問題的。但是如果我們還是寄希望于用天然氣、可再生能源發電，用限制電煤的措施解決問題，不僅會付出更高的經濟代價，還會延誤霧霾治理的時機。
以電力為中心優化能源發展的保障措施
一是積極推進市場化改革。以電力為中心的能源優化能否真正實施，取決于兩個關鍵問題能否解決：一是能否建立一個保障電網安全和滿足電力需求的可持續的電力投資機制，也就是投資者能否獲得可靠、合理的回報機制；二是電力用戶是否具有經濟承受能力。這兩個關鍵問題是一對矛盾，而矛盾的主要方面是合理的回報機制，因為只要以電力為中心進行能源優化是合理的，回報機制是合理的，則電力用戶的經濟承受能力就是可以接受的，所以這兩個關鍵問題集中到一點就是電價機制。一方面，由于電力系統自然壟斷的特點，即使是可以競爭的電源側和用戶，物理上也完全受制于電網，同時，電力企業和用戶對保障電網安全具有共同的責任，所以政府對電力系統的監管必不可少，電價由政府調控也是必須的。另一方面，電力不僅是公共產品屬性，更是商品屬性，電力生產與供應不按市場經濟的規律運行也絕然行不通。這就需要建立符合我國國情的、科學的能源價格機制和電力價格機制，這種機制就是在政府制定的科學規則下的市場機制。
目前，我國一次能源與二次能源的比價不合理，電價漲幅遠低于其他能源價格漲幅，價格機制不靈活，煤電矛盾仍然突出。電價機制不健全，缺乏獨立的輸配電價和科學合理的發電環節上網電價。可再生能源發電電價補貼水平、補貼規模與補貼資金來源等缺乏統一規劃、統籌協調，補貼機制不合理，各類發電主體難以形成有效競爭。部分水電大省、可再生能源發電大省煤電的作用定位發生了重大變化而相應的電價機制沒有跟上，煤電企業出現巨額政策性虧損。受這些因素的共同影響，2000年以來，電力投資增速遠低于全社會投資和工業投資增速，尤其火電投資連續7年負增長，影響到電力安全穩定供應，進一步會影響“以電代煤”戰略的實施。
應逐步理順煤、電價格關系，進一步推動熱價調整；繼續完善新能源發電上網電價的有關政策，合理調整可再生能源電價；對煤電在電網中的作用進一步定位，研究制定分布式電價機制；按照合理投資、合理回報并引導電網企業主動開展需求側管理的原則，確定合理的輸配電價；制定峰谷分時電價、可中斷電價等引導性電價政策，促進用電結構優化等。
二是加強科學規劃。能源系統優化必須在國家的統一規劃下才能科學實現，局部能源規劃要服從區域能源規劃，區域能源規劃要服從國家規劃，專業規劃服從綜合能源規劃。“以電代煤”不是簡單直接替代散燒的煤炭，而是要與天然氣、現有火電機組尤其是供熱機組做好優化匹配。一是要因地制宜做好天然氣與電力替代散煤的比較，選擇更優的方案；二是在我國天然氣氣源總體不足、成本居高不下的情況下，禁止或慎重決策以氣替代供熱電廠；三是慎重決策關停小火電機組尤其是關停供熱火電機組。小火電在我國比例已經很小，不是節能減排的主要矛盾，應從全社會的節能減排效果、從電力系統的整體效率和安全、從火電機組的全生命周期等方面進行綜合性評價，防止形成關停小供熱機組用供熱鍋爐替代、用大機組替代小機組進行調峰的現象，反而降低整體效率。
我國已經近十年沒有正式頒布完整的電力發展規劃，未正式出臺的規劃與電力發展的實際情況也有很大差別，除了個別要素如關停小火電指標及節能減排指標外，電力發展幾乎是在沒有規劃的狀態下進行的。電源與電網不協調問題、可再生能源發電無序發展問題、煤電發展的戰略定位問題都沒有得到很好的解決。以電力為中心的能源優化是系統工程，必須建立在一個科學合理的規劃之下才能有序開展。應當制定專項規劃并與相關能源規劃相協調，以加快“以電代煤、以電代油”戰略的實施。
三是堅持法制，完善相應產業政策。不論是電價機制還是強化規劃，必須有明確的法律保障來推進。但是，我國能源與電力法規的滯后是人所共知的，《能源法》至今仍沒有出臺，《電力法》已經無法適應新形勢的需要。在能源、電力建設中存在大量的“亂象”，與法律不完善直接相關。如果沒有完善的法律，很難想像能夠建成一個科學合理的能源體系，很難想像能夠科學地進行能源系統優化，很難想像能夠理順能源開發建設過程中的亂象，很難想像能夠有效推進能源與電價改革……但是，我們又不能等待法律出來后再優化調整，必須在加快法治建設的過程中，通過出臺一系列產業政策來補充急需，如鼓勵“以電代煤、以電代油”，大力發展電動汽車，減少煤炭、石油等一次能源的直接燃燒等。
污染物排放總量與能源消費總量既不是政治目標也不是環境目標。環境目標是環境質量的改善，能源消費總量減少的目標是為了能源安全或者減少二氧化碳排放。污染物總量控制和能源消費總量控制只是實現環境目標的手段而不是目的。能源結構調整雖然也是手段，但是以總量控制 “倒逼”結構調整，是因果倒置，實踐已經證明即便是實現了總量控制目標，也難以達到結構調整的目的，更實現不了預期的環境目標。面對我國結構型環境污染，應加快構建以“安全、高效、綠色、經濟、便捷、和諧”六大能源目標為要素的價值目標體系。應以電力為中心，實施“以電代煤、以電代油”戰略，加大推進減少散燒煤。要堅持市場化改革，加強規劃，依靠法制，完善政策，持續推進能源系統優化。（中國電力企業管理）