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    煤炭清洁高效利用与中国的碳减排战略

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    一 煤炭清洁高效利用的必要性

    1.煤炭能源的战略地位

    我国能源资源赋存的显著特点是“富煤、缺油、少气”,煤炭是主要的化石能源资源,占我国化石能源资源总量的90%以上?!度禾孔试辞绷ζ兰邸废允?,中国2000米以内煤炭资源总量达5.9万亿吨,圈定预测区2880个,面积近45万平方千米,预测资源量3.88万亿吨,已探明保有资源量2.02万亿吨,能源资源禀赋决定了煤炭在我国能源结构中的基础地位。

    长期以来,特别是改革开放以来,煤炭作为最重要的基础能源和工业原料,为保障我国经济社会的长期快速健康发展做出了突出贡献。根据《2014年国家统计年鉴》数据,1990~2013年,我国煤炭消费总量平均每年增长约1.1亿吨,煤炭在我国一次能源生产总量构成中比重为73%~78%,在初级能源消费总量构成中的比重介于66%~76%之间。图1和图2分别给出了最近10年我国一次能源生产和能源消费结构的演变情况,其中煤炭在我国初级能源结构中的比重基本变化不大?!?014年国民经济和社会发展统计公报》的最新数据显示,2014年我国煤炭生产总量为38.7亿吨,煤炭在我国能源生产和消费结构中的比重分别为75.6%和66%(国家统计局,2015)。

    图1 我国一次能源生产结构情况

    图2 我国一次能源消费结构情况

    煤炭是我国能源安全的重要保障。近年来,国内油气资源的需求增长较快,增量主要是以进口为主,石油、天然气的对外依存度逐年上升。2014年,我国石油对外依存度已经接近60%,天然气对外依存度上升至32%。油气资源进口容易受国际能源市场波动和地缘政治等诸多因素的影响,我国能源安全形势不容乐观。与此同时,非化石能源占我国一次能源消费总量的比重仍然偏低,2014年仅为11%(国家统计局,2015),新能源、可再生能源的发展,受限于成本、技术、经济性等因素影响,仍存在较大的不确定性,短期内难以大规模替代煤炭等传统化石能源。虽然在经济发展进入“新常态”和能源结构转型升级的大背景下,我国煤炭产量增速放缓,煤炭消费量出现下降,从保障能源安全角度看,煤炭仍然是目前我国自主能力最强的能源。

    煤炭是我国经济发展和社会稳定的重要支撑。我国经济高度依赖煤炭的特征显著,经济增长与煤炭消费变化趋势非常接近,具有较大的关联特征。如图3所示,近10年我国国内生产总值(GDP)与煤炭消费总量呈现明显的线性关系,相关系数高达0.987。煤炭工业规?;⒄沟耐?,全产业链提供了大量的就业岗位。截至2013年年末,全国煤炭开采和洗选业共有企业法人单位1.9万个,行业从业人员611.3万人(国家统计局,2014)。因此,煤炭为我国社会经济发展做出了重要贡献,煤炭的稳定供应在确保国民经济正常运转、保障居民生活质量、维系社会稳定等方面作用显著,在全国社会经济发展全局中具有重要的战略地位。

    图3 近10年(2004~2013)国内生产总值与原煤消费总量之间的线性关系

    煤炭产业是我国区域社会经济发展的重要引擎。由于我国不同区域的差异性,煤炭的主产区和调出区往往以煤炭为主导产业,其煤炭消耗强度和煤炭依赖度较高;煤炭的调入区虽然煤炭消耗强度较低,但煤炭依赖度也较高,煤炭能源仍是区域社会经济发展的重要支柱。根据谢和平等学者的研究,我国晋陕蒙宁甘地区重工业化特征突出,煤炭依赖度为全国最高,并高于全国平均值10%以上,以煤炭开采、煤电、煤化工等煤源产业为代表的重工业成为地区工业的支柱,支撑了地区经济的快速发展;华东地区经济发达,煤炭资源短缺,属于煤炭调入区,其能源消费总量高,煤炭依赖度高居全国第二位;而煤炭依赖度排在后面的其他三大区华南区、东北区和新青区的煤炭依赖度基本维持在60%以上(谢和平等,2014)。上述现象充分说明煤炭在能源消费结构中的主体地位依然突出,在我国区域经济发展中也起着举足轻重的支撑作用。煤炭产业为山西、陕西、内蒙古、宁夏、河南、山东、贵州、新疆等主要能源生产地区提供了重要产业支撑和经济来源,同时也为华东、华南等主要能源消费地区提供了可靠的能源保障。

    我国能源资源禀赋特点及立足国内的能源安全战略方针决定了在未来较长一段时期内,煤炭仍将是我国重要的基础能源。根据《中国煤炭清洁高效可持续开发利用战略研究》的研究结果,到2020年煤炭消费比重降至62%的任务依旧艰巨,即使到2050年大约还将达到50%(谢克昌等,2014)。因此,由于能源结构的调整和优化是一个长期的过程,煤炭在相当长的一个时期内仍然是我国最可靠、最稳定、最经济、最可调的能源。

    2.我国碳减排战略的要求

    我国作为发展中国家,正处于工业化、城镇化加快发展的历史阶段,煤炭的大规模生产和消费,在为经济社会发展做出重要贡献的同时,也带来了较为严重的生态环境问题。我国煤炭消费总量的快速增加,不仅造成了污染物排放总量的增长,温室气体排放量也在迅速增长,煤炭利用相关的碳排放问题日益突出。我国煤炭消费相关的二氧化碳排放在能源活动相关二氧化碳排放中占比长期维持在80%左右,而全球煤炭消费相关的二氧化碳排放的相应占比长期稳定在40%左右,仅为中国的一半。我国已成为全球温室气体排放第一大国,未来能源消费和温室气体排放还将持续增长。随着国际碳排放空间被进一步约束,我国在国际气候谈判中面临的压力越来越大,煤炭能源发展的碳排放约束将不断强化。

    2009年哥本哈根会议召开前,我国政府宣布到2020年单位国内生产总值CO2排放量比2005年下降40%~45%的行动目标,并作为约束性指标纳入国民经济和社会发展中长期规划。2014年11月《中美气候变化联合声明》宣布,中国到2030年左右CO2排放量达到峰值,且将努力早日达峰,这意味着我国燃煤利用未来还直接受限于碳排放空间。2015年6月30日,中国正式宣布作为《联合国气候变化框架公约》缔约方的“中国国家自主贡献”,其中核心内容是中国在2020年后直到2030年的气候变化行动目标,包括2030年的单位国内生产总值CO2排放比2005年降低60%~65%,非化石能源占一次能源消费比重提高到20%左右。

    作为负责任的大国,中国将努力争取CO2排放总量尽早达到峰值。我国《国家应对气候变化规划(2014-2020年)》提出,“尽管我国实现了经济快速发展,但粗放型的发展方式并没有根本转变,长期形成的高碳发展模式导致我国推进现代化进程中面临资源约束趋紧、环境污染严重、生态系统退化的严峻形势,经济社会可持续发展面临着巨大挑战,加快转变发展方式、推进经济结构调整,走绿色低碳发展道路势在必行”。受资源禀赋条件限制,我国一方面要大力发展新能源和可再生能源,另一方面要着力实现煤炭等化石能源的优质化利用(姜耀东,2015)。

    作为高碳能源的煤炭,无论以何种方式利用,都无法避免CO2排放。但是,通过提高煤炭能源利用效率,实现能量梯级利用与资源的闭路循环利用,无疑可以最大限度地减少碳排放。由于通过清洁高效利用,在保障我国能源安全的同时(党政军,2012),可以减少煤炭消费以及相关大气污染物排放,也为显著降低碳排放带来了可能。因而,推进煤炭清洁高效开发利用,已成为应对气候变化和防治大气污染、实现碳减排的重要组成部分,是我国向低碳经济转型的重要组成部分,有利于树立良好的国际形象,也是实现我国推出的一系列的碳减排战略目标的保障措施。

    3.煤炭工业可持续发展的需要

    党的十八大以来,面对资源约束趋紧、环境污染严重、生态系统退化的严峻形势,大力推进生态文明建设,建设“美丽中国”,着力推进绿色发展、循环发展、低碳发展,形成节约资源和?;せ肪车目占涓窬?、产业结构、生产方式及生活方式,走可持续发展道路,已经成为全社会需要共同行动的一项重大战略任务,实现煤炭工业可持续发展的需求同样迫切。

    煤炭工业的可持续发展的内涵至少包括三个方面,一是煤炭资源的可持续性,主要体现为煤炭资源供给在未来较长一段时间内的可接续性,要求煤炭资源在被“后续资源”所替代前能保持资源的持续供给。因此,可持续的煤炭资源利用要求煤炭资源在利用过程中尽可能地减少浪费,通过技术进步提高煤炭资源的利用率;二是煤炭开发利用需要在生态系统的可持续承受能力之内,煤炭资源开发需尽可能少地减轻对水资源和地表生态的破坏,煤炭资源利用过程中的生态环境影响需尽可能地降到最低,甚至达到总体可控;三是煤炭资源开发利用需服务于社会经济可持续发展,也就是煤炭工业可持续发展的前提是促进区域社会经济的可持续发展(彭苏萍等,2014)。

    我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国,也是全球主要的煤炭进口国(BP,2015)。我国煤炭资源现状也不容乐观,主要表现为煤炭资源储量分布和品种数量不均,勘探程度低,经济可采储量和人均占有量少。截至2009年年末,我国尚未利用资源量中精查储量仅为2593.58亿吨,仅占16.8%,可采煤炭资源储量约为1500亿吨,人均可采储量低于世界主要产煤国(彭苏萍等,2014)。按照36亿吨的产能估算,已有储量仅供开采40余年。如果考虑我国回采率的实际情况,可采储量可能更少。因此,科学地开发利用我国煤炭资源十分必要。

    当前,我国大规模的煤炭开发利用带来的生态环境问题已经逐步显现,尤其是燃煤大气污染问题成为全社会广泛关注的焦点。有研究表明,煤炭燃烧产生的二氧化硫、氮氧化物、细颗粒物排放分别占全国总量的80%、60%、70%(谢克昌等,2014),大量煤炭作为终端能源而被直接消费,是产生PM2.5的重要原因。与全球主要耗煤国相比,我国煤炭消费行业过于分散,利用效率低,污染物排放量大,煤炭生产和消费结构亟待改善。长期以来依靠大量消耗煤炭资源支撑粗放式的经济增长模式,并不可持续。

    推进煤炭清洁高效开发利用,可以有效减少对煤炭资源的消耗,减轻对水资源和生态破坏的影响,减少污染物和CO2的排放。随着煤炭生产和利用的环境约束不断加剧,控制煤炭消费总量,推动煤炭高效开发与清洁利用势在必行。2013年以来,从中央到地方各级政府适时出台了一系列针对性政策措施。2013年9月,国务院出台了《大气污染防治行动计划》(国发〔2013〕37号),第一次明确提出要制定国家煤炭消费总量中长期控制目标。2014年6月13日,中央财经领导小组第六次会议提出,推进能源消费、供给、技术、体制革命,实施“节约、清洁、安全、低碳”的能源战略方针,大力推进煤炭清洁高效利用。2014年11月20日,国务院办公厅下发《能源发展战略行动计划(2014-2020年)》(国办发〔2014〕31号),明确了今后一段时期我国能源发展的总体方略和行动纲领,该行动计划也是“十三五”阶段我国煤炭发展的纲领性文件。2014年12月26日,国家能源局、环境?;げ?、工业和信息化部联合发布《关于促进煤炭安全绿色开发和清洁高效利用的意见》(国能煤炭〔2014〕571号),提出要积极推进煤炭发展方式转变,提高煤炭资源综合开发利用水平。2015年2月2日,工业和信息化部、财政部发布《工业领域煤炭清洁高效利用行动计划》(工信部联节〔2015〕45号),对工业领域煤炭清洁高效利用做出了部署,推荐了21种工业领域煤炭清洁高效利用参考技术。2015年4月27日,国家能源局出台《煤炭清洁高效利用行动计划(2015-2020年)》(国能煤炭〔2015〕141号),首次对进一步提高我国煤炭清洁高效利用水平做出了全面系统性部署。

    随着我国经济发展进入新常态,国内宏观经济增速放缓,能源需求强度和增速下降,煤炭市场需求增幅回落,我国煤炭市场呈现总量宽松、结构性过剩的态势。未来5~10年的国内外能源形势,为大力推进煤炭清洁高效可持续开发利用提供了难得的历史机遇。因此,要破解煤炭发展面临的产能过剩严重、在建产能过大、开发利用结构不合理、使用效率低等突出问题,同时确保我国能源安全和生态安全,关键在于要走生态环境友好的创新驱动型可持续发展道路,而整体推进煤炭全行业、全产业链的清洁高效可持续开发利用是唯一途径。

    二 我国煤炭清洁高效利用的基础与问题

    1.我国煤炭利用的总体现状与问题

    我国煤炭消费的80%主要集中在电力、钢铁、石化、化工、有色金属、建材、造纸、纺织等行业。电力行业是我国最大的煤炭消费部门,目前,发电所消耗的煤炭约占我国煤炭消费总量的58%,远低于美国的92%、德国的80%。除电力行业外,主要的工业用煤部门为焦化、煤化工、工业锅炉和工业炉窑。2012年我国工业领域(不含电力行业)煤炭消耗为16亿吨,占到煤炭消耗总量的46%,其中焦化、煤化工、工业锅炉和工业炉窑分别占29%、20%、30%、16%(摘自《工业领域煤炭清洁高效利用行动计划》)。

    我国煤炭利用水平在逐渐提高。近年来,我国煤炭的选洗量逐年增大,2013年原煤入洗率达到59.8%左右,比2005年提高了78%,大大改善了商品煤的质量,节约了铁路运输运力。我国燃煤电厂普遍采用了清洁发电技术,特别是煤电污染物超低排放技术已达到世界领先水平,新建燃煤发电厂以超临界、超超临界机组为主,有效降低了污染物排放对环境的影响。近年来,我国通过对钢铁、建材、造纸等高耗能行业及一些散煤用煤行业,实施一系列的节能减排措施,取得了较好的效果。我国传统化工用煤保持持续增长,近几年全国年炼焦用煤维持在近5亿吨,同时现代煤化工产业已经进入了快速发展时期。

    我国用煤行业节能减排虽然已取得重要进展,但由于煤炭利用总量大,先进技术应用的比例相对较低,替代落后技术需要大量的投资和建设周期。在取得进步的同时,煤炭能源利用的能耗高、污染重问题仍然有待解决,工业能耗与国际先进水平相比还存在差距。由于煤炭产量增速高于原煤入选率的增速,大量低质的动力煤和褐煤被使用,严重降低了煤炭燃烧效率和煤炭转化使用效率。我国现在存有大量的亚临界机组,超临界、超超临界机组占燃煤发电装机容量的比例不到40%;先进的高效煤粉工业锅炉、水煤浆工业锅炉、低质原料型煤锅炉市场占有率不到20%。同时,我国每年有大量煤炭用于工业小锅炉和居民供暖,散烧煤问题依然严峻,燃烧效率低,污染物治理难度大,对环境影响很大?!豆ひ盗煊蛎禾壳褰喔咝Ю眯卸苹分赋?,我国焦化、工业炉窑、煤化工、工业锅炉等重点用煤领域的煤炭利用问题十分突出,“一是能耗高、污染重,焦化、工业炉窑、煤化工、工业锅炉等主要用煤领域装备技术水平偏低,与国际先进水平相比存在较大差距;二是煤化工结构不合理,煤炭综合利用效率较低,部分产品存在产能过剩现象,产品附加值有待提高;三是煤炭利用产业融合度不高,大多数煤化工企业相对独立,与相关产业衔接不够,煤炭整体利用水平有待提升”。

    加快推进煤炭清洁高效利用,对于促进我国煤炭行业绿色发展,减少大气污染物的产生和排放,改善大气环境质量,具有重要意义。在煤炭作为我国主体能源的前提条件下,切实转变煤炭的粗放发展方式、实现清洁高效利用是我国能源发展的主要任务,也是中国能源革命成功的重要标志。因而,要想根本性地扭转我国煤炭开发和利用过程中相关的污染物排放等问题,需要在体制机制、技术、管理等多个层面采取切实积极的应对措施。

    2.煤炭清洁高效利用工程技术发展动态

    煤炭清洁高效利用是包括煤炭洗选加工、煤炭高效洁净燃烧、煤炭气化、煤炭转化和污染控制等在内的工程技术体系,基本覆盖了从煤炭开发到利用的产业全过程。煤炭清洁高效利用涉及范围较广,所用的技术与多个行业、多个学科相交叉,是一项复杂的系统工程。长期以来,我国在煤炭清洁高效利用方面,针对煤炭热效率和污染物排放问题已经开展了大量卓有成效的研究工作?!笆濉笔逼?,我国煤炭清洁高效转化与利用技术与产业已取得重要突破。

    我国燃煤发电效率持续提升,已经具有世界上最先进的燃煤发电技术,百万千瓦超超临界燃煤机组最低供电煤耗达270克标煤/千瓦时左右。截至2013年年底,全国百万千瓦以上超超临界燃煤机组已投运63台,为世界最多。2013年,全国火电机组平均供电煤耗为321克标煤/千瓦时。对于百万千瓦级的大型火电厂而言,单位供电煤耗每降1克,节省的成本可以千万元计。例如,上海外高桥第三发电厂投产六年来,通过清洁燃煤技术创新,走出了一条独具特色的“绿电”之路,以287.44克标煤/千瓦时的较低煤耗量,实现了上海10%的电力供应,成为世界上发电效率最高、最清洁环保的火电厂。

    我国煤炭利用污染物控制和资源回收利用正在稳步推进,以燃气烟气排放标准作为参考的超低排放取得突破性进展,已经成为燃煤发电污染物控制和治理的方向(中国工程科技发展战略研究院,2014)。例如,浙江能源集团嘉兴电厂三期7号与8号百万机组、神华国华舟山电厂4号机组、广州恒运9号机组等率先实现燃煤电厂的常规污染物超低排放。发展整体煤气化联合循环发电技术(IGCC,Integrated gasification Combined Cycle)是实现煤炭高效、近零排放发电的有效途径,我国首座自主开发、设计、制造并建设的IGCC示范工程项目——华能天津IGCC示范电站已投运,结果表明,粉尘和SO2排放浓度低于1mg/Nm3、NOx排放浓度低于50mg/Nm3,达到了天然气排放水平,发电效率比同容量常规发电技术高4~6个百分点。

    煤炭转化方面,煤气化、煤直接及间接液化、煤制烯烃、煤制甲烷、煤基乙二醇等一批现代煤化工技术取得了重大突破,一批示范工程建设投产,并逐步进入商业化生产阶段(黄其励、彭苏萍,2015)。我国目前已拥有煤气化、煤制油、甲醇制烯烃等一批具有自主知识产权的关键技术,神华集团鄂尔多斯108万吨/年的煤炭直接液化、包头60万吨/年煤制烯烃、内蒙古大唐国际克什克腾煤制天然气项目等一批现代煤化工国家示范项目陆续示范成功。此外,粉煤灰中提取铝、镓等有用资源技术也已取得重要突破,煤炭资源及其共伴生资源的综合利用水平不断提高。

    我国煤炭清洁高效利用工程技术的发展尽管取得了一定的成就,但是仍然存在许多问题。长期以来,我国在洁净煤技术的发展方面已经投入了大量人力、物力和财力,但是由于缺乏宏观的规划和指导,整体协调不够,造成部门的条块分割,力量分散,甚至存在重复投资现象。由于先进洁净煤技术的放大试验和工程示范程度不一,一些已被实验验证的技术,存在推广应用的配套政策难以落实的问题,导致洁净煤技术的研发和产业化进程速度较慢,许多技术成果仍停留在研究室内或小试阶段,尚未实现产业化应用以及迅速推向市场。先进煤炭清洁高效利用技术的开发和推广工作,仍需要一系列配套的法律法规以及相关财税政策予以明确支持。

    绿色清洁高效已成为全球煤炭技术发展主流。通过技术创新,提高效率、解决污染,实现煤炭的清洁高效转化和利用,成为我国以煤炭为主的能源体系下的必然选择。现有的工程实践和技术证明,燃煤发电可以实现常规污染物的近零排放,未来发电仍然是煤炭利用的主要方向。燃煤发电将大力发展高参数、大型化的先进高效燃煤洁净发电技术,全面提高火电行业平均供电效率,促进煤电产业的换代升级。现代煤化工技术是未来一段时间煤炭清洁高效利用的重要方向。我国煤炭转化的发展将结合不同煤种、不同技术工艺等,选择匹配性的产品方向和规模,有序发展。应该说,我国在煤炭清洁高效利用技术与产业领域可以形成强大的竞争力,尤其是在降低成本、实现工程建设运行等方面。在能源密集型行业,我国企业一般只需投入相当于一些国际企业60%~70%的成本完成相应工程任务,具有巨大的经济性和综合成本优势。因此,煤炭清洁高效利用技术的持续突破,同样蕴藏着新的产业发展机遇,特别是煤电新技术的研发应用,仍具有巨大的市场空间和实际应用价值。

    3.煤炭清洁高效利用对碳排放的影响

    煤炭利用是我国CO2排放的主要来源(谢克昌等,2014),因煤炭消费而排放的二氧化碳约占总排放量的80%,而美国由于煤炭消耗排放的二氧化碳仅占20%左右(陈俊武、陈香生,2011)。我国煤炭能源的发展将受限于日益严格的环境约束,面临越来越大的碳减排压力。一旦实施碳税等环境税政策,将使煤炭开发利用成本大大增加,对煤炭相关产业发展产生重要影响,对煤炭开发利用技术带来重大挑战。此外,随着我国天然气和非化石能源加快发展,与煤炭能源的竞争不断加剧,其对煤炭的挤压效应已经显现,煤炭发展空间受到压缩。非煤能源的加快发展,对煤炭的替代作用可能加强,煤炭与非煤能源之间的竞争也将迫使煤炭利用相关产业通过多种途径来实现清洁高效利用,减少对碳排放的影响。

    在各种类型的碳减排措施中,通过直接淘汰产能来控制煤炭消费总量的效果最为明显,也能迅速降低煤炭消费,从而减少二氧化碳排放。近10年来,淘汰落后产能的相关节能减排政策持续实施,仅依靠直接淘汰落后产能来实现煤炭消费总量控制,空间已经较为有限,且在执行过程中难度不断增大,实际效果难以保证。因此,控制煤炭消费总量,需要多管齐下,在充分辨识当前我国的用煤结构以及未来相当长时期内我国煤炭需求的发展趋势的基础上,针对重点领域、重点行业开展煤炭利用的效果评估,科学有效调控不同行业用煤总量和结构,进而实施有效的用煤管理。从长期来看,推进各类型用煤部门煤炭资源的高效清洁利用是唯一可靠的途径(刘强等,2014)。

    从产业链角度来看,煤炭开发利用过程均涉及温室气体排放。依靠直接控制煤炭消费总量,尚不能满足我国碳减排的总体要求,因而必须采取措施,充分挖掘煤炭开发利用过程中的碳减排潜力。煤炭开采过程中,主要的温室气体排放源为甲烷逃逸排放以及相关开发过程的能源消耗引起的温室气体排放,因而煤炭开采过程中碳减排的主要途径包括抽采利用煤矿瓦斯,有效利用矿井低温热源降低自用煤耗和电耗等。在煤炭利用过程中,碳排放最为集中,煤炭转化与利用环节的碳排放量占煤炭产业链全过程温室气体排放的86%~92%(任世华,2014)。与此同时,煤炭利用过程中碳减排的空间较大。仅在技术层面,燃煤发电相关碳减排的主要途径是采用先进的发电技术提高发电效率。与燃煤发电相比(全国平均水平),先进煤炭转化技术的碳排放系数相对更低,同样的煤炭转化路线,利用环节效率越高,相应的碳排放越低。

    需要指出的是,大力发展化石能源清洁高效利用与新能源和可再生能源的规?;⒄共⒉幻?。煤炭清洁高效利用与低碳发展、能源可持续发展、生态环境?;?、应对气候变化可以协同起来,甚至从某种意义上说,出发点是根本一致的。比如,一种碳减排需求,如果能通过煤炭清洁高效利用的方式,以同样甚至更少的经济成本来达成,则更值得大力推广应用。加大环境倒逼机制,以不断提高的污染物控制标准,来倒逼先进煤炭清洁高效利用技术的研发与推广应用。对效率高、环境效益好和采用高新技术的煤炭利用企业,应进一步加大政策支持力度。因此,实现煤炭清洁高效利用,将根本扭转传统煤炭发展产生的环境问题,奠定我国煤炭产业可持续发展的基础,实现煤炭的绿色、清洁、低碳和高效转型,进而服务于我国碳减排事业的发展。

    三 实现煤炭清洁高效利用的能力建设途径

    1.国家总体战略目标

    我国政府高度重视煤炭清洁高效利用工作,出台了一系列相关政策措施,国家层面关于煤炭清洁高效利用的总体战略目标已经逐渐清晰。

    2014年公布的我国《能源发展战略行动计划(2014-2020年)》提出,“到2020年,我国煤炭消费总量需控制在42亿吨左右,全国煤炭消费在一次能源消费结构中的比重降至62%以内;国内一次能源生产总量达到42亿吨标准煤,能源自给能力保持在85%左右”,其中煤炭是保障我国能源自给的核心能源。

    2015年工信部和财政部联合公布的《工业领域煤炭清洁高效利用行动计划(2015-2020年)》提出:“到2017年,实现节约煤炭消耗8000万吨以上,减少烟尘排放量50万吨、二氧化硫排放量60万吨、氮氧化物40万吨,促进区域环境质量改善。到2020年,力争节约煤炭消耗1.6亿吨以上,减少烟尘排放量100万吨、二氧化硫排放量120万吨、氮氧化物80万吨?!?/p>

    2015年国家能源局发布的《煤炭清洁高效利用行动计划(2015-2020年)》中,进一步明确了我国煤炭清洁高效利用的具体目标:“全国新建燃煤发电机组平均供电煤耗低于300克标准煤/千瓦时;到2017年,全国原煤入选率达到70%以上;现代煤化工产业化示范取得初步成效,燃煤工业锅炉平均运行效率比2013年提高5个百分点。到2020年,原煤入选率达到80%以上;现役燃煤发电机组改造后平均供电煤耗低于310克/千瓦时,电煤占煤炭消费比重提高到60%以上;现代煤化工产业化示范取得阶段性成果,形成更加完整的自主技术和装备体系;燃煤工业锅炉平均运行效率比2013年提高8个百分点;稳步推进煤炭优质化加工、分质分级梯级利用、煤矿废弃物资源化利用等的示范,建设一批煤炭清洁高效利用示范工程项目?!?/p>

    2.重点领域及关键路径

    基于实现煤炭清洁高效利用的迫切要求,在对煤炭消费总量控制的同时,有效保障国家能源安全,实现煤炭消费结构优化与燃煤污染治理的双重目标,为当前煤炭发展亟须解决的问题。

    我国《能源发展战略行动计划(2014-2020年)》提出:“按照安全、绿色、集约、高效的原则,加快发展煤炭清洁开发利用技术,不断提高煤炭清洁高效开发利用水平。清洁高效发展煤电。转变煤炭使用方式,着力提高煤炭集中高效发电比例。提高煤电机组准入标准,新建燃煤发电机组供电煤耗低于每千瓦时300克标准煤,污染物排放接近燃气机组排放水平。提高煤炭清洁利用水平。制定和实施煤炭清洁高效利用规划,积极推进煤炭分级分质梯级利用,加大煤炭洗选比重,鼓励煤矸石等低热值煤和劣质煤就地清洁转化利用。建立健全煤炭质量管理体系,加强对煤炭开发、加工转化和使用过程的监督管理。加强进口煤炭质量监管。大幅减少煤炭分散直接燃烧,鼓励农村地区使用洁净煤和型煤?!?/p>

    《工业领域煤炭清洁高效利用行动计划(2015-2020年)》提出:“以削减煤炭消耗量、减少污染物排放为目标,以焦化、工业炉窑、煤化工、工业锅炉等工业用煤为重点,以煤炭消耗量大的城市为载体,结合本地产业实际,充分发挥市场主导作用,加大地方政府组织协调力度,推动辖区内相关企业实施清洁生产技术改造,提升技术装备水平、优化产品结构、加强产业融合,综合提升区域煤炭清洁高效利用水平,实现控煤、减煤,防治大气环境污染,促进区域环境质量改善?!?/p>

    一般而言,结合我国已有的煤炭清洁高效利用方面的行动计划,实现煤炭清洁高效利用的目标,可以概括为三种方式。

    (1)控制煤炭消费总量

    通过健全能源管理制度,实施总量管控措施,约束煤炭资源消费。我国对煤炭消费重点地区,已经建立了消减煤炭消费总量的目标。我国《能源发展战略行动计划(2014-2020年)》提出:“控制重点地区、重点领域煤炭消费总量,推进减量替代,压减煤炭消费。削减京津冀鲁、长三角和珠三角等区域煤炭消费总量??刂浦氐阌妹毫煊蛎禾肯??!崩?,根据我国三大空气污染重点联防联控地区提出的煤炭消费总量控制目标(刘强,2014):京津冀—山东城市群将使燃煤量在2017年从2012年的基础上削减8300万吨;长江三角洲和珠江三角洲地区的上海、浙江、江苏、广东承诺,到2017年实现煤炭消费负增长。另外,辽宁省也提出在同一时间段内煤炭消费总量实现零增长。上述提到的9个省市的煤炭消费量约占我国煤炭消费总量的30%。

    加强能源计量管理,根据项目规模、能源转化效率、综合能耗、水耗、资源综合利用率、污废产排率等指标,明确限制类、淘汰类煤炭利用技术和企业,进行严格调控和引导,加大淘汰落后技术和企业,节约煤炭资源。工业用煤和生活用煤在我国煤炭使用量中占有较大比重,且大部分燃烧方式粗放,是城市大气污染的重要来源,因而城市散户燃煤替换与锅炉清洁改造是其中的治理难点。一方面,合理调控发电、煤化工的总量,以焦化、工业炉窑、煤化工、工业锅炉等工业用煤为重点实现控煤,制定和完善相关煤炭清洁高效利用的能耗限额标准,严格淘汰落后工业锅炉、窑炉,如大城市区域基本完成天然气、热电联供、洁净优质煤炭产品等替代燃煤锅炉;另一方面,大力强化民用散煤清洁化治理力度,减少煤炭分散直接燃烧。大力推广优质能源替代民用散煤,结合城市改造和城镇化建设,逐步推行天然气、电力及可再生能源等清洁能源替代散煤,形成多途径、多通道减少民用散煤使用的格局。

    (2)优化煤炭消费结构

    煤炭既是能源,也是资源,在以煤作为能源发电的同时,可将煤作为资源加以综合利用,通过优化煤炭消费结构,大幅度提高煤炭综合利用效益,并助力实现清洁高效利用。

    调整清洁煤炭产品的格局。在矿区、港口等煤炭集散地和用户集中区,建设区域煤炭优质化配送中心、大型现代化煤炭物流园区和储配煤中心,合理规划建设全密闭煤炭优质化加工和配送中心,形成分区域优质化清洁化供应煤炭产品的格局,实现煤炭精细化加工配送。

    促进区域产业结构优化。瞄准煤炭消耗量大的城市(地级或县级),优化工业产品结构,化解高耗能工业过剩产能,提高工业产品附加值。除了从单个企业角度提出要提升煤炭清洁高效利用水平、优化产品结构的路径外,还从城市、区域的角度,提出不同行业之间、工业和社会之间进行衔接融合。加强统筹规划,合理布局,控制煤炭消费总量,构建区域内能源梯级利用、优势互补、产业共生耦合的发展模式,综合提升区域煤炭清洁高效利用整体水平,从而有助于区域控煤、减煤、降低大气污染物排放总体目标的完成。

    推动煤化工结构优化升级。在煤化工行业按照能化共轨理念,推进煤炭由单一原料向原料和燃料并重转变,鼓励企业根据市场需求,加大煤炭资源加工转化深度,提高产品精细化率,大力发展清洁能源、新材料等新型煤化工,优化产品结构,延伸产业链,在具备条件的地区推进煤化工与发电、油气化工、钢铁、建材等产业间的耦合发展,提高产品附加值,实现物质的循环利用和能量的梯级利用,促进产业多元化发展,降低生产成本、资源消耗和污染排放。

    城市燃煤的消费终端主要是供热和居民炊事用煤。小锅炉清洁高效改造、散煤燃烧使用治理、城乡接合部与农村地区用能替换是关键。在条件适宜的地区或工业园区,鼓励发展热电联供、集中供热等供热方式,以天然气(煤层气)、电力等清洁燃料替代分散中小燃煤锅炉。

    (3)提高煤炭利用效率

    加强技术创新,加快技术进步,是煤炭产业持续发展的动力所在。我国现代煤化工、燃煤超低排放发电、煤粉型工业锅炉清洁燃烧技术的成功示范与推广应用充分说明,在经济可承受的前提下,作为具有资源优势、生产成本较低的煤炭资源,完全可以做到清洁高效利用。因而,聚焦耗煤重点领域技术水平层面的提升,通过推广应用一批先进适用、经济合理、节能减排潜力大的煤炭清洁高效利用技术,加快推动企业实施煤炭清洁高效利用技术改造,引导企业通过实施清洁生产技术改造,先从源头减少煤炭消耗及污染物产生,再配套相应的末端治理措施,达到或优于国家相关节能环保要求,可以大幅提高煤炭利用效率。

    严格落实《商品煤质量管理暂行办法》,加大先进的煤炭提质、洁净型煤和高浓度水煤浆技术的推广力度,通过采用选煤、配煤、型煤、水煤浆、低阶煤提质等先进的煤炭优质化加工技术,提高、优化煤炭质量,进而提高煤炭利用效率。鼓励开展煤矿瓦斯防治利用重大技术攻关,实施瓦斯开发利用示范工程??姑禾糠种史旨短菁独?,促进我国煤炭提质技术水平的提高,提高煤炭资源综合利用效率。

    我国每年发电总量的80%源自燃煤发电,发电用煤占煤炭消费总量的50%以上,未来要求发电用煤比例要达到60%以上。根据水资源、环境容量和生态承载力,集中建设以电力外送为主的大型煤电基地,逐步提高电煤在煤炭消费中的比重,进一步提高煤电节能减排效率。虽然我国燃煤发电大气污染物排放标准已经采用全球最严格的标准,超超临界高参数、大容量燃煤发电机组全面普及,燃煤发电的节能减排已经十分显著,但是由于总量过大,引起的大气污染仍然是主要问题。近年出现的超低排放发电技术,其大气污染物除CO2之外,粉尘、SO2、NOX等主要控制污染物已经大大低于燃用天然气发电的排放限值标准,为煤电清洁高效和绿色发展找到了一条新路。

    大幅提升现代煤化工技术水平和能源转化效率。改造提升传统煤化工产业,稳步推进现代煤化工产业发展。改造提升传统煤化工产业,以规?;?、集群化、循环化发展模式,大力发展焦炉煤气、煤焦油、电石尾气等副产品的高质高效利用。以现代煤气化技术促进煤制合成氨升级改造,开展高水平特大型示范工程建设。适度发展现代煤化工产业,通过示范项目建设不断完善国内自主技术,加强不同技术间的耦合集成,减少对生态环境的负面影响。

    通过工业系统节能等措施,达到提高用能效率、较少煤炭消耗的目的。在焦化、工业炉窑、煤化工、工业锅炉等重点用煤领域加强对能耗高、污染重的工艺装备技术改造,推广应用一批先进适用、经济合理、节能减排潜力大的煤炭清洁高效利用技术,支持窑炉、锅炉先进技术装备产业化,从源头减少煤炭消耗及污染物的产生,并配套相应的末端治理措施,达到或优于国家相关节能环保要求。在供热和燃气管网不能覆盖的地区,改用电、新能源或洁净煤,推广应用高效节能环保型锅炉,区域集中供热通过建设大型燃煤高效锅炉实现。提升锅炉污染治理水平,开发推广工业锅炉余热、余能回收利用技术,实现余热、余能高效回收及梯级利用。

    此外,还需通过不断强化原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新,进一步提高煤炭利用技术水平,如进一步积极开展700摄氏度超超临界燃煤发电技术,煤气化联合循环发电系统(IGCC)和煤气化燃料电池系统(IGFC),CO2捕集、利用与封存技术研究和示范;鼓励现代煤化工企业与石油企业及相关行业合作,开展驱油、微藻吸收、地质封存等示范,为其他行业实施更大范围的碳减排积累经验。

    3.可能的碳减排贡献分析

    通过实施煤炭消费总量控制,可以有效抑制煤炭需求增长,进而降低我国燃煤碳排放总量的持续扩大。我国官方数据显示,到2014年年底,我国单位GDP二氧化碳排放与2005年相比,已经下降了33.8%(中国经济网,2015)。2014年全球由于能源消费产生的碳排放首次在经济没有放缓的情况下未出现上升,这其中的主要原因是我国煤炭消费下降产生的减排效应。2014年,国内煤炭产销双降,煤炭消费量出现了2.9%的绝对下降,这意味着我国当年由于化石燃料消费所产生的CO2排放下降了0.7%。2015年前4个月,煤炭消费下降所换算的CO2减排量相当于英国全国同期减排量(《21世纪经济报道》,2015)。

    根据任世华等的研究,我国煤炭开采过程、煤炭发电过程和煤炭转化过程中均存在较大的碳减排潜力。例如,我国煤炭开采过程中甲烷排放的利用率可以不断提高,以2020年煤炭产量40 亿~50亿吨,瓦斯抽采量2.5~4.5立方米/吨,瓦斯利用率达到 40%~50%计算,所抽采利用的煤矿瓦斯量对应的碳减排潜力为1.5 亿~2.5 亿吨。随着我国矿井低温热能利用的逐步推广,按照2020年替代煤矿开采3%~5%的煤耗和电耗计算,碳减排潜力为0.2亿~0.3亿吨。两途径合计到2020年碳减排潜力可达到1.7亿~2.8亿吨,而我国《能源发展战略行动计划(2014-2020年)》提出,到2020年煤矿瓦斯抽采利用率达到60%,相应的碳减排潜力将更大。按照超(超)临界发电技术、IGCC发电技术在燃煤发电装机中的比重提高10~15个百分点计算,2020年我国煤炭发电中可能产生的碳减排潜力为2.7 亿~3.5 亿吨(任世华等,2013)。

    加快推进煤炭利用方式革命,促进煤炭产品由燃料向原料与燃料并重转变,未来5~10年我国煤炭清洁高效利用如能取得积极进展,将显著促进我国碳减排总体战略目标的实现。按照我国《能源发展战略行动计划(2014-2020年)》提出的目标,“到2020年,全国煤炭消费比重降至62%以内,京津冀鲁四省市煤炭消费比2012年净削减1亿吨,长三角和珠三角地区煤炭消费总量负增长”。上述目标如能按期完成,相应的碳减排潜力巨大。值得强调的是,我国散烧煤总量巨大,未来5~10年我国大中城市一旦实现全面淘汰中小燃煤锅炉窑炉,基本实现煤炭利用集中化、大型化、规?;?,将从根本上改变占比达到40%左右的低效率分散利用煤炭的局面,相应的直接碳减排潜力突出?!豆ひ盗煊蛎禾壳褰喔咝Ю眯卸苹?015-2020年)》提出:“到2017年,实现节约煤炭消耗8000万吨以上;到2020年,力争节约煤炭消耗1.6亿吨以上?!鄙鲜瞿勘甑氖迪?,均会产生直接的碳减排效果。通过稳步提高发电用煤比重,如能使其到2020年达到65%左右的水平,同时持续提高煤电转化效率,将大大提升我国煤炭利用水平,并减少碳排放。此外,因地制宜、有序布局、稳步推进现代煤化工产业化发展,突破技术瓶颈,通过系统优化、技术创新和设备国产化等途径降低成本,可以优化我国煤化工的用煤结构。此外,开发低成本低能耗的碳捕获、储存和利用(CCUS)技术,并开展工程和更大范围示范,也将促进我国煤炭利用的碳减排工程技术发展。

    四 保障措施

    做好煤炭的清洁高效利用,不仅可以服务于我国的能源安全、社会经济发展,而且可以极大地推动我国生态环境改善以及应对气候变化进程,特别是为污染物减排和碳减排战略的顺利实施,做出重要且积极的贡献。推进我国煤炭清洁高效利用是一项长期而且艰巨的任务,需在战略、技术、管理等多个层面高度重视,为推动我国煤炭清洁高效利用事业,我们提出如下具体建议。

    第一,在国家层面,把推动煤炭清洁高效开发利用与发展新能源和可再生能源放在同等重要的位置,将煤炭清洁高效开发利用作为我国能源发展的基本国策,将先进洁净煤高效开发、转化与综合利用技术和对待新能源一样加以培养、扶持,并将其列入我国战略性新兴产业加以支持。从国家层面进一步加强煤炭清洁高效开发利用的统一领导,通过战略决策、技术创新、产业导向、法律法规和政策引导,实现煤炭由过去相对粗放的开发方式向集约化开发方式转变,由高排放利用向低排放、超低排放利用转变,由煤炭仅仅是燃料向燃料和原料并重转变,由单一能源系统向互联智能能源系统转变,从而夯实我国煤炭清洁高效开发利用的基础。

    第二,加强煤炭清洁高效利用的监管和决策支持体系建设。严格控制煤炭消费总量,抑制不合理的煤炭消费需求,明确国家支持发展的产业重点方向和关键技术领域,加强相关部门有效监管,并推进政府引导和市场配置紧密结合,政策上协同CO2减排和大气污染治理,以促进经济效益和环境效益共赢。优化终端煤炭利用结构,淘汰大中城市工业锅炉窑炉,加大散烧煤治理力度,鼓励终端电代煤。研究建立权威、协调、统一、高效的有效监管体制,推进全国性或区域性的煤炭物联网和信息网建设,强化国家、省级等不同层面煤炭生产、流通、消费、能效、污染物排放等运行指标的实时监测和信息公开,为政府科学决策提供可靠的数据支撑。建设煤炭领域高端智库平台,做好战略咨询、技术引导、技术服务和信息服务等工作。

    第三,增加对煤炭清洁高效开发利用的科技创新支持,依靠科技进步,逐步解决煤炭清洁高效开发利用中的重大问题??萍即葱率敲禾壳褰喔咝Ю玫挠辛χС?。煤炭高效转化与清洁利用,需要化工、制造、控制等各学科技术的集成应用,没有持续的科技创新很难实现。按照“科学开发、全面提质、先进发电、转化升级、输配优化、节能减排、科技创新”的总体要求,鼓励政府、科技界和产业界加大研发投入,逐步实现煤炭开发利用全产业链的清洁化、高效化,增强我国能源安全保障水平和制造业整体竞争力,支撑我国经济社会可持续发展。支持先进煤炭利用技术的推广应用和产业化,建立产学研一体化的煤炭清洁高效利用技术研发与推广平台,积极部署700摄氏度超超临界、IGCC、IGFC、CCUS等技术研发与重大工程示范,培育一批高效锅炉等装备制造基地,鼓励装备制造企业提供设计、生产、安装、运行一体化服务,引导企业加快应用相关技术。

    第四,完善促进煤炭清洁高效利用的法律法规和财税政策。加快制订煤炭行业开采规范、排放标准和供热计量标准,完善清洁生产评价指标体系和行业污染防治技术政策,并建立环境公益诉讼制度。进一步完善相关污染防治法律法规体系,各地区可结合当地的实际情况,出台地方性的大气污染防治法律法规。在当前煤炭行业经济下行趋势明显、90%的煤炭企业亏损的困境下,更应加大对煤炭清洁高效开发利用高新技术在财政贴息、企业所得税、增值税、金融等方面的政策优惠力度,积极引导市场主体加大对煤炭清洁高效利用产业的投入,引导金融机构和不同渠道民间资本设立股权基金、产业基金、绿色信贷等,积极推进先进煤炭工程技术的产业化进程,与“一带一路”倡议、“走出去”等国家战略相结合,促进煤炭工程技术装备和相关基础设施输出海外。

    标签: 中国 碳减排 煤炭 清洁高效利用 能源发展战略

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