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        “雙碳”目標下 煤炭工業如何應對新挑戰

        更新時間:2021-09-23 17:09 來源:中國煤炭報 作者: 王國法 閱讀:807 網友評論0

        煤炭作為我國的最基礎能源和工業生產原料,是可實現清潔高效利用的最經濟、最安全的礦產資源。煤炭工業一直發揮能源支柱作用,為國民經濟和社會發展提供了能源安全保障。

        “十三五”期間,我國持續推進供給側結構性改革,煤炭工業全面落實能源安全新戰略,推進自身消費革命、供給革命、技術革命、體制革命、國際合作,全面實施煤炭綠色開采和清潔高效利用,支撐我國能源結構全面優化和多能互補的現代能源體系建設,促進國民經濟和社會高質量發展。

        面對“二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值,努力爭取2060年前實現碳中和”的目標,煤炭作為我國最重要的基礎能源和能源安全的壓艙石,必須走智能綠色低碳開發利用創新之路,以煤礦智能化為標志的煤炭技術革命和技術創新成為行業發展的核心驅動力,煤炭資源智能綠色開發與清潔低碳利用是發展主題,技術創新將支撐煤炭資源成為最有競爭力的能源和原材料資源。

        我國能源格局發生變化

        “十四五”時期及未來一段時間內,同步推進“四化”——工業化、城鎮化、信息化和農業現代化,依舊是我國發展的重要目標。在此背景下,能源消費—供給關系將更加合理,能源需求將穩步增長。

        我國能源需求仍將保持增長。2019年,我國人均一次能源消費為3.47噸標準煤/年,居全球第48位,遠低于發達國家。美國、加拿大等發達國家人均用電量超1000千瓦時,而我國人均用電量剛達到其一半水平。

        中等收入群體在我國經濟發展過程中勢必出現消費變化,形成消費升級,而能源作為保障性支撐,其需求與碳達峰之間仍有很大發展空間。

        但是,我國經濟發展方式不斷轉型,從高速發展逐漸轉變為健康持續發展,經濟發展以人為本,以發展質量為核心,經濟增速放緩帶來節能減排技術不斷進步將使能源利用效率顯著提升,能源需求在未來的增速將緩慢下降。

        煤炭在能源消費結構中的占比將持續下降。2017年以前,煤炭在我國能源消費結構中的比重一直在60%以上,2020年降至57%,在進一步發揮煤炭、煤電對能源穩定保障作用的同時,“碳達峰、碳中和”的目標愿景將推動我國能源綠色、低碳、和諧發展,促進化石能源清潔高效利用。建立多能融合供應體系將是“十四五”時期及未來一段時間能源發展的重要任務,促進化石能源的清潔高效低碳利用,大力發展可再生能源,安全有序發展核電。我國提出,到2030年非化石能源在能源供應中的比率將達到25%左右。到2030年煤炭占一次能源消費的比率有望降至50%以下。

        各種能源的比較優勢取決于其技術創新進展情況。根據2019年數據測算,同等熱值的煤炭、石油、天然氣比價為1:7:3,可以說煤炭是我國最經濟安全的能源資源。2020年,原煤入選率達到74%,總量超過28億噸;燃煤電廠超低排放和節能改造全面推進,9.5億千瓦煤電機組實現超低排放。此外,穩步推進現代煤化工升級示范是技術創新重要一環,基本實現產業化、園區化、基地化格局?,F代煤化工技術的不斷創新,煤制油氣、醇烴類燃料開發規模不斷擴大,加快了煤炭“由黑變白”、資源由重變輕轉變的步伐。

        在建立新能源體系過程中,各種能源的比較優勢將取決于其本身技術創新的進展情況。煤炭清潔利用技術的創新將使煤炭成為最有競爭力的能源和原材料資源,煤炭仍將在下個100年中扮演重要角色。

        煤炭工業發展面臨新的挑戰

        一是面臨不利的發展環境。在碳達峰、碳中和目標下,“去煤化”論調被反復炒作,在短期內仍將作為我國主體能源的煤炭資源被社會輿論詬病和嫌棄。為實現“雙碳”目標,國家及地方政府勢必進行能源資源戰略調整,可能會出臺一些壓縮煤炭產能、減少煤炭相關產業資金投入等政策,使煤炭資源處于不利的發展環境中。

        二是優質易開發煤炭資源逐年減少。近年來,隨著煤炭資源的大規模高強度持續開發,煤炭資源開采深度、開采成本等逐年增加,優質焦煤、化工用煤等儲量大幅減少,煤炭資源開采成本增加,老礦區面臨資源枯竭轉型難題,煤炭資源實現綠色、低碳開發面臨技術與經濟雙重困難。

        三是生態硬約束使開采成本大幅度增加。采礦與生態既是矛盾又可友好協調,生態保護的紅線要求煤炭必須綠色開發,建設綠色礦山,充填開采、矸石處理、保水開采、塌陷區治理等現有煤炭資源綠色開發技術普遍存在效率低、效益差等問題,煤炭資源綠色開發勢必將大幅增加煤炭開發利用成本,削弱煤炭資源價格競爭優勢,煤炭資源綠色高效開發技術體系亟待完善。

        四是煤炭生產和供給模式不適應新發展要求。新時期,煤炭市場多種不確定因素增加,市場對煤炭需求的彈性要求提高,國內煤炭市場供需結構將發生重大改變,煤炭現有生產和供給模式不適應新發展要求,需要建立新型柔性煤炭生產與供給體系。

        沒有資源能替代煤炭的兜底保障作用

        煤炭依然是我國能源的基石?!吨袊V產資源報告(2020)》顯示,截至2019年底,我國煤炭探明資源儲量約1.74萬億噸,是我國最豐富的能源。我國的能源資源稟賦決定了煤炭資源在能源結構中的主體地位短期內無以替代。2020年12月21日,國務院新聞辦公室發布《新時代的中國能源發展》白皮書,明確提出推進煤炭安全智能綠色開發利用,努力建設集約、安全、高效、清潔的煤炭工業體系,煤炭仍然是我國最經濟安全的能源資源。

        新能源需要煤炭作為穩定器。風、光等新能源的不穩定性給新能源體系增加了脆弱性,美國部分地區在極端天氣下的大范圍停電等表明了新能源的脆弱性,值得深思。在大規模低成本儲能技術未獲得突破的前提下,新能源難以實現全面或高比例納入現有能源。新能源和化石能源相互形成助力,耦合發展將是以新能源為主、低碳體系建立的重要途徑。

        油氣資源不足,煤炭資源為國家能源安全發展兜底的作用無法改變。2020年,我國原油對外依存度73%,天然氣對外依存度43%。在國際能源博弈和地緣政治沖突不斷加劇的背景下,油氣進口安全風險增加。目前,在我國沒有任何一種能源能夠替代煤炭在能源體系中的兜底保障作用,煤炭依然是國家能源安全的壓艙石。

        應當深刻認識我國能源資源稟賦、經濟社會發展要求和能源發展規律,碳達峰不是能源達峰,碳中和不是零碳。

        新時期,煤炭工業需要堅定不移地開展智能化煤礦建設,推動煤炭智能綠色開發和清潔低碳利用,建立煤炭智能化柔性先進生產和供給體系,發揮煤炭為碳達峰、碳中和兜底,為能源安全兜底,為國家安全兜底的作用。

        提升煤炭柔性生產供給保障能力

        在“雙碳”目標背景下,煤炭工業需要在全面確保能源安全的基礎上,充分發揮在能源體系中的穩定器和壓艙石作用,建立煤炭柔性生產供應體系,適應煤炭消費需求的不確定性,全面推進煤炭智能綠色開采及清潔高效利用,加快建設以智能、綠色、低碳為特征的現代煤炭工業體系,促進煤炭工業高質量發展。

        一是提升以智能化為支撐的煤炭柔性生產供給保障能力。煤礦智能化是新時期煤炭高質量發展的必由之路,建設智能化煤礦,發展以煤礦智能化支撐的柔性生產供給體系,實現新時期、新煤炭、新格局高質量發展目標。要將研發重點放到核心基礎零部件、工藝和材料方面。如通過突破精準地質信息系統及隨掘隨采探測技術與裝備、智能化無人開采、礦山機器人、煤礦物聯網等難關實現無人采煤。同時,通過新一代信息技術構建從集團至礦業公司再至企業的多級大數據中心。通過煤礦開采全過程的數據鏈條構建,實現煤礦決策的智能化和運行的自動化,促進煤炭的柔性供給。

        二是降低煤炭開發利用能源消耗強度。實現碳達峰、碳中和是一場廣泛而深刻的經濟社會系統性變革,對能源生產和消費部門影響較大,提高煤炭企業的綠色發展能力更勢在必行。綜合利用余熱、余壓等節能項目,將先進節能技術和裝備應用到煤炭開采的各個環節。同時,繼續推廣二次再熱先進高效超超臨界煤電技術、清潔高效熱電聯產技術、特殊煤種超超臨界循環流化床等一系列清潔發電技術。我國在煤電低碳發展方面,掌握了百萬千瓦超超臨界二次再熱機組關鍵技術,600兆瓦超臨界循環流化床鍋爐關鍵技術應用于產能10萬噸/年的二氧化碳捕集和封存示范項目,采用已達到國際領先水平的污染物脫除、煤基能源廢水處理技術實現節能環保。

        三是推動煤炭從燃料向燃料和原料轉變。發展煤化工,對轉化過程中產生的高濃度二氧化碳進行捕捉,有利于實現節能減排。30%至40%的固碳目標可通過煤制甲醇、烯烴、乙二醇等工藝路線使部分碳元素進入產品而實現。綜合利用煤炭轉化與可再生能源、碳捕集利用和封存,實現煤炭發展的低碳循環、清潔高效。推動煤炭向原料與燃料并重轉變,促進行業轉型。綜合考慮環保、安全、市場等因素,推進現代煤炭工業高質量發展,推進煤炭氣化、煤炭液化(含煤油共煉)、煤制天然氣、煤制烯烴等發展,延長煤化工產業鏈,促進煤基新材料技術進步,實現規?;l展。

        四是研發實用的碳捕集、封存和利用技術。碳捕集、封存和利用技術(Carbon Capture, Use and Storage,CCUS)將成為實現工業脫碳化的重要技術路徑,應在第一代和第二代技術基礎上,科學評估國內外CCUS技術,對新一代CCUS技術路線進行系統規劃,重點研發降低能耗和成本的關鍵技術,以電力行業為重點,進行技術研發示范,力爭在特定區域建立碳捕獲集群。

        研發實用的CCUS技術,重點研發CCUS降低能耗和成本的關鍵技術,創新研究發展二氧化碳回收、循環和資源化利用技術意義重大。除了對二氧化碳進行捕捉封存、驅油驅氣(包括驅煤層氣)、富氧燃燒等以外,在工業、農業、食品、醫藥、消防特別是在生產附加值高、市場用量大、未來前景廣闊的化工產品和高性能材料等領域,也可將二氧化碳作為原料加以有效利用,開發相關的下游產品,以便建立我國獨具特色的以二氧化碳為原料的工業體系,前景十分廣闊。

        利用二氧化碳生產全降解塑料。我國是世界上最大的塑料生產國和消費國,也是最大的塑料原料進口國,充分利用大量的二氧化碳制取可全降解的塑料,包括其他的工程塑料、化工新材料、高性能的特種材料等,可極大地促進我國塑料原料的來源多元化、降低進口依賴度,并大大降低塑料制品的生產成本。這一路徑將來極有可能形成較大規模的產業化。

        生產合成氨和尿素特別是合成具有廣泛用途的一系列尿素衍生物。合成氨與原料氣“脫碳”放出的二氧化碳一起,可生產尿素及其進一步的尿素衍生物,有利于形成一個很完整的化工產業鏈。

        以二氧化碳為原料進行催化加氫,用合成醇類(如甲醇)、脂類、烴類(如甲烷)、酸類(如甲酸)等的化工原料,進而生產一系列用途廣泛的以含氧含碳化合物為主的精細化工品或大宗化工原料。

        采用高分子合成方法,以二氧化碳為原料合成如聚碳酸脂類、橡膠類、染料類、特種溶劑類等的高價值產品或半成品(進一步加工之原料)……總之,要從源頭上減排二氧化碳,將大量的二氧化碳有效轉化利用、變廢為寶,特別是聚焦于它的化學利用,以高價值的化工品和高性能材料為主要目標產品。要加快研發布局,加大攻關力度;科學地選擇目標產品,有效降低二氧化碳資源化利用成本。

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