煤炭的过去与未来

进入2012年，伴随着宏观经济下行，煤炭价格大幅下跌。有人呼吁煤炭产能严重过剩，有人断言煤炭黄金十年拐点来临，煤炭产业到底何去何从，我们不妨退一步，回溯煤炭的历史，展望煤炭的未来，更好地把握煤炭产业发展的大趋势。

　　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。