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      推動煤炭清潔高效利用
      2022-08-17 來源:經濟日報 2022-08-15

        2022年1月份,國務院印發《“十四五”節能減排綜合工作方案》,提出實施煤炭清潔高效利用工程。6月份,國家發展改革委等部門發布《煤炭清潔高效利用重點領域標桿水平和基準水平(2022年版)》的通知,指出對標實現碳達峰碳中和目標任務,推動煤炭清潔高效利用,促進煤炭消費轉型升級。本期邀請專家圍繞相關問題進行研討。

        主持人:經濟日報理論部主任、研究員 徐向梅 

        煤炭清潔高效利用內涵不斷深化

        主持人:如何認識煤炭清潔高效利用在我國能源轉型中的作用?

        李維明(國務院發展研究中心資源與環境政策研究所資源政策研究室主任):煤炭是我國的基礎能源和重要工業原料,是確保我國能源安全的堅實基礎。改革開放以來,隨著經濟快速發展,燃煤引起的環境問題日益突出。為提高燃煤效率和治理燃煤污染,20世紀90年代起,我國開始重視煤炭清潔高效利用,成立“國家潔凈煤技術推廣規劃領導小組”,出臺《中國潔凈煤技術“九五”計劃和2010年發展綱要》,對煤炭清潔高效利用首次作出指導和部署。黨的十八大以來,黨中央高度重視煤炭清潔高效利用,明確提出“四個革命,一個合作”能源安全新戰略和深入打好污染防治攻堅戰,陸續頒布《大氣污染防治行動計劃》《關于促進煤炭安全綠色開發和清潔高效利用的意見》《煤炭清潔高效利用行動計劃(2015—2020年)》《能源技術革命創新行動計劃(2016—2030年)》等一系列政策文件,煤炭清潔利用正式上升為國家能源發展戰略。此時煤炭清潔高效利用指煤炭洗選、燃料發電、清潔轉化、分散燃燒等環節清潔和高效利用,關注效率提升和傳統污染物控制。

        “十四五”時期,我國經濟轉向高質量發展階段,生態文明建設進入以降碳為重點戰略方向、推動減污降碳協同增效、促進經濟社會發展全面綠色轉型、實現生態環境質量改善由量變到質變的關鍵時期。煤炭清潔高效利用內涵不斷深化,除繼續強調在利用各環節更加高效、更加清潔,執行更加嚴格的污染排放標準外,還要結合規?;煤偷吞蓟?、綠色化時代要求,更加注重綠色、低碳和品質賦能,實現全過程全要素清潔低碳利用。

        具體而言,新時代煤炭清潔高效利用特征,可歸納為“三高三低”?!叭摺斌w現為:高效率,即在煤炭利用各環節充分利用先進技術,做到煤質與不同用煤技術、裝備精準適配,實現利用或轉化效率大幅提高;高品質,即不斷應用具有經濟、社會和環境效益的新技術、新工藝,升級、改造、重塑煤炭利用產業,造就新業態,發展新產品;高循環,即不斷將煤炭利用過程產生的廢棄物變為可再利用材料,形成“資源—產品—資源”的循環模式?!叭汀斌w現為:低消耗,即煤炭利用各環節要嚴格控制能源消費強度、水資源消耗強度等,降低單位產品能源資源消耗;低污染,即大氣、水、固廢污染物排放濃度要低,實現清潔生產,達到近零排放;低碳排放,即要通過與可再生能源深度耦合以及碳捕集利用與封存技術提升減碳能力,降低碳排放量。

        當前形勢下,加快煤炭清潔高效利用是支撐能源轉型、確保國家能源安全和實現“雙碳”目標的必然選擇和堅強基石。我國富煤貧油少氣的能源資源稟賦特點決定了煤炭的主體能源地位短期內不會發生根本性變化。2021年,我國煤炭消費超40億噸,在一次能源消費中占比仍高達56%,煤炭利用產生的碳排放約占化石能源消費碳排放70%以上。如果不加快調整煤炭當前的利用方式和消費結構,將加劇碳排放和環境污染等問題。與此同時,實現能源轉型并非一日之功,美德日等發達國家發展歷程表明,即使有可替代煤炭的能源,碳達峰后仍會使用煤炭,只是用途會發生改變。就我國而言更是如此,實現“雙碳”目標仍需大量清潔煤炭提供過渡和兜底保障。一方面,風、光等可再生能源裝機規模將大幅增加,而可再生能源電力波動性大,需要利用清潔燃煤發電的穩定性,為新能源平抑波動提供基底。另一方面,煤炭作為原料在現代煤化工(煤制烯烴、芳烴等)和煤基高端材料(碳纖維、石墨烯、炭質還原劑、高端活性炭等)生產方面仍有一定應用空間,并將逐步成為我國碳中和進程中煤炭的主要利用方式之一。在此背景下,破解煤炭“減”與“?!钡膬呻y問題,關鍵是走資源節約和生態環境友好的發展道路,推進煤炭清潔高效利用。如此不僅有助于倒逼煤炭淘汰落后產能和轉型升級,體現“減”的責任,切實落實國家碳減排目標;還有助于擔當能源轉型過程的兜底保障使命,更好履行“?!钡穆氊?,進而確保我國能源安全和實現“雙碳”目標。

        智能綠色成煤炭生產新趨勢

        主持人:我國在煤炭安全高效清潔生產方面取得哪些成果?未來煤礦建設趨勢如何?

        任世華(煤炭科學研究總院科技支持中心主任):安全綠色高效開發是煤炭穩定供應的基礎,近年來取得跨越式發展。我國煤炭科技創新由跟蹤、模仿逐步升級到并跑、領跑,大型礦井建設、特厚煤層綜放開采、煤礦智能化開采等技術已達到國際先進甚至領先水平,推動了我國煤炭安全高效清潔開采。

        煤礦安全根本性好轉。我國煤炭資源普遍埋藏較深,煤炭開采以井工煤礦為主。井下環境復雜,災害風險因素較多,煤礦安全生產面臨巨大挑戰。煤炭安全生產水平通常用原煤生產百萬噸死亡率表示,即平均每生產100萬噸原煤因事故死亡的人數。該指標2000年高達5.77,2010年仍為0.749。隨著煤礦瓦斯、沖擊地壓、水害、火災等防治體系不斷完善,先進技術裝備取得重大突破并大規模推廣應用,2021年我國原煤生產百萬噸死亡率下降到0.044,較2010年下降94.1%,年均下降超22%。一些現代化大型煤礦安全生產水平已基本與發達國家同等開采條件煤礦持平。

        生產效率大幅提高。煤炭生產效率也稱生產工效,即平均一個工作人員工作一天的煤炭產量。技術進步推動我國煤礦機械化水平、單井產量規模逐步提高,帶動煤炭生產工效快速提升。2021年,大型煤炭企業采煤機械化程度提高到98.95%,煤礦單井產量規模提高到約92萬噸/年,大型煤炭企業原煤生產工效提高到8.79噸/工,較2012年6.43噸/工提高了36.7%。一些現代化大型煤礦,如國家能源集團神東煤炭補連塔煤礦,煤炭生產工效達到國際同類條件煤礦領先水平。

        清潔生產水平顯著提升。隨著煤礦機械化、信息化、智能化水平持續提高,煤礦生產能耗逐年降低,加上煤礦“電代煤”“氣代煤”等改造升級,用能結構發生較大變化,煤炭生產用能逐年降低。2021年,我國大型煤礦原煤生產綜合能耗、綜合電耗分別下降到10.4千克標煤/噸、20.7千瓦時/噸。同時,由于煤礦瓦斯抽采利用率逐步提高,煤炭開發過程排放到空氣中的甲烷大幅度減少,煤炭開發過程溫室氣體排放呈下降趨勢。據測算,從2010年到2020年,平均生產1噸煤炭的溫室氣體排放量由226.7千克下降到151.1千克,10內年下降了三分之一。

        技術進步、從業人員減少、生態環境保護等因素,決定了煤炭開發不能延續高勞動強度、高生態損害的傳統方式,走智能綠色之路是必然要求。近年來,在各級政府部門、煤炭企業等高度重視和快速推進下,煤炭智能化、綠色化開采取得初步成效。

        在煤炭智能化開采方面,自2014年建成首個智能化開采工作面以來,智能地質保障系統、智能掘進系統、智能采煤系統、智能主運輸系統等10多個環節關鍵核心系統取得突破,形成智能化煤礦一體化解決方案,探索出適合不同區域、不同煤層條件的煤礦智能化建設模式。截至2021年年底,400多處煤礦開展智能化建設,建成813個智能化采掘工作面,一些煤礦實現“有人巡視、無人操作”智能化開采。當前,煤礦智能化逐步由試點示范轉向大范圍推廣應用。

        在煤炭綠色化開采方面,煤炭行業持續推進綠色礦山建設。保水開采、充填開采等煤炭開采與生態環境保護相融合的技術取得突破并實現推廣應用,有效降低煤炭開采對地下水的影響,減少了煤礦區地表沉陷。2021年煤礦區土地復墾率達57%,礦區生態環境質量穩定向好。截至2021年年底,納入全國綠色礦山名錄的煤炭企業共284家。一些煤礦實現了礦區生態環境正效益,不僅沒有破壞環境,而且優化了環境。

        適應新時代發揮能源兜底保障作用的新定位、碳達峰碳中和等新要求,我國煤炭行業將呈現以下趨勢。

        一方面,智能柔性礦井將成為煤礦建設新形式?!半p碳”目標下,風、光等可再生能源發電并網比例將逐步增高,電力調峰需求增加,加大了煤炭需求波動。同時,油氣對外依存度持續攀升且地緣政治復雜多變,我國油氣供應安全面臨嚴峻挑戰,將進一步加大煤炭需求波動。長期看,煤炭生產不是越多越好,而是需要時可快速啟動生產,不需要時可低成本保持生產能力,實現柔性供應,產能可低成本寬負荷調節的智能柔性礦井將替代當前高產高效礦井成為未來煤礦建設新形式。

        另一方面,煤礦區將發展成為碳封存基地。煤礦區不僅有煤炭資源,還有充足的地下空間和土地資源,具有巨大的儲碳能力。有關研究表明,500米深的煤礦地下空間儲存二氧化碳具有較好的穩定性。同時,煤礦地下空間的殘煤、巖層和地下水對二氧化碳有一定的吸附、溶解和運移作用,經過長時間物理化學反應和地質變遷,可生成碳酸鹽礦,固化二氧化碳。利用礦區土地,種植具有利用價值的快速生長植物,可以形成碳匯。煤礦開采出煤炭,地下空間將煤炭利用產生的二氧化碳封存,地表植被形成碳匯,煤礦區有潛力實現碳自循環。

        技術創新促煤電節能減排

        主持人:近年我國煤電技術創新取得哪些成效,對推動煤電行業減污降碳發揮了哪些作用?

        高虎(中國宏觀經濟研究院能源研究所研究員):我國以煤為主的資源稟賦形成了煤電為主體的電力生產和消費結構。作為我國的基礎性電源,煤電為支撐經濟社會發展提供了堅強電力保障,但煤電曾是導致大氣污染問題頻發的重要來源。為推動煤電清潔高效發展,減少煤炭消耗和污染物排放、改善空氣質量,《煤電節能減排升級與改造行動計劃(2014—2020年)》和《全面實施燃煤電廠超低排放和節能改造工作方案》先后印發實施。經過多年努力,我國煤電節能減排工作取得顯著成效。

        從清潔利用水平看,截至2021年底,我國達到超低排放限值的煤電機組約10.3億千瓦,占全國煤電總裝機容量93%。2021年,全國電力煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放量分別約為12.3萬噸、54.7萬噸、86.2萬噸,較2015年分別下降69%、73%、52%。

        從節能降碳水平看,2021年全國6000千瓦及以上火電廠供電煤耗為301.5克標準煤/千瓦時,較2015年下降13.5克標準煤/千瓦時,相當于2021年全年減少電煤消費9500萬噸;全國單位火電發電量二氧化碳排放約828克/千瓦時,較2015年下降22克/千瓦時。據中國電力企業聯合會統計,以2005年為基準年,2006年至2021年通過供電煤耗降低減少二氧化碳排放約89億噸,對電力部門碳減排貢獻度達41%,有效減緩了電力行業二氧化碳排放量增長。

        煤電清潔高效利用的成就離不開煤電技術創新發展。目前,我國已實現高參數、大容量超超臨界燃煤機組自主研發和制造,主要參數達到世界先進水平,建成全球發電能效最高、在建單機容量最大的燃煤機組,供電煤耗最低降至260克/千瓦時以下;百萬千瓦空冷發電機組、二次再熱技術、大型循環流化床發電等技術均世界領先。2021年底,我國自主研發建造的國內首座大型二氧化碳循環發電試驗機組完成72小時試運行,額定功率達到5000千瓦,是世界容量最大的超臨界二氧化碳循環發電機組,為進一步提高火電機組效率打下堅實基礎。隨著建設應用先進煤電技術、關停淘汰落后煤電機組,我國煤電結構不斷優化,大容量、高參數、低排放的高效煤電機組比重持續提升。當前,我國超臨界和超超臨界先進煤電機組超過860臺,在全國煤電總裝機中占比超過一半。

        隨著具有波動性特點的風電、光伏發電等新能源大規模發展,電力供應不確定性大幅增加,配置充足的靈活調節電源對于保障電力供需平衡、維護電力系統安全穩定運行至關重要。當前,我國抽水蓄能裝機在電力系統中占比只有1.5%,電化學等新型儲能技術還在起步階段,要求煤電機組具有靈活的上下調節能力,為新能源發展和新型電力系統建設保駕護航?!笆濉币詠?,我國啟動煤電靈活性改造工作,推動煤電企業開展深度調峰、熱電解耦等多種技術路線探索,煤電機組最小發電出力從50%至60%額定容量可降至30%到35%,部分機組甚至可低至20%到25%,可調節范圍大大增加。2021年底,我國煤電靈活性改造規模超過1億千瓦,有效提高了電力系統靈活調節能力,也更好促進了可再生能源發展。

        我國能源資源稟賦決定了煤電在相當長時間內仍將承擔保障電力安全供應的重要作用。2021年,全國煤電裝機占比46.7%,發電量占比約60%,發電用煤占全國煤炭總消費的比重超過一半,盡管我國煤電行業在節能降耗、碳減排等方面已取得顯著成效,但煤電仍是全國二氧化碳排放量最大的行業,亞臨界及以下機組還有4億多千瓦,部分機組存在能耗偏高、靈活調節能力不足等問題。

        隨著碳達峰碳中和工作持續推進、新型電力系統逐步建立,煤電清潔、高效、靈活、低碳轉型步伐還需進一步加快。要大力推動煤電節能降碳改造、靈活性改造、供熱改造“三改聯動”,明確煤電要加快由主體性電源向提供可靠容量、調峰調頻等輔助服務的基礎保障性和系統調節性電源轉型。2021年10月,國家發展改革委、國家能源局聯合印發《全國煤電機組改造升級實施方案》,明確提出“十四五”期間,煤電節能降碳改造規模不低于3.5億千瓦、供熱改造規模力爭達到5000萬千瓦、靈活性改造完成2億千瓦。按此規模測算,預計可節約煤炭消費5000萬噸以上,提升新能源消納能力5000萬千瓦以上,更好地推動煤炭和新能源優化組合。

        多方發力突破制約

        主持人:煤炭清潔高效利用還面臨哪些制約,下一步應如何發力?

        秦容軍(中國煤炭經濟研究會副研究員):盡管我國煤炭清潔高效利用發展取得顯著成效,但仍面臨一些制約。

        我國煤炭洗選技術和裝備達到國際先進水平,但原煤入選率仍需提高。煤炭洗選加工能改善和穩定煤質,提高后續煤炭利用效率,是煤炭清潔高效利用的前提和基礎。我國原煤入選率從2015年的66%提高到2021年的71.7%,而澳大利亞、美國等發達國家原煤入選率已達85%至90%?;谖覈禾抠Y源條件,實現我國原煤應選盡選,原煤入選率要達到90%左右。另外,還存在分選產品質量不均衡、信息化應用差距明顯、定制化水平不足等問題,在精細化和智能化洗選加工方面任重道遠。

        我國煤炭的燃料發電技術水平世界領先,但燃煤發電效率偏低、碳排放量大。煤炭作為燃料發電是煤炭清潔高效利用的主要領域,一方面,全國燃煤電廠供電煤耗由2015年的315克標準煤/千瓦時降低到今年上半年的299.8克標準煤/千瓦時,但目前最先進的燃煤電廠供電煤耗已達到270克標準煤/千瓦時,對標先進,我國供電煤耗仍有提升空間。另一方面,我國火電廠發電效率普遍低于50%,能源轉化效率低導致供電煤耗偏高,也增加了污染物排放。另外,二氧化碳排放量高也是目前電廠存在的重要問題,而碳捕集技術應用仍停留在示范階段。

        煤炭作為原料進行清潔轉化,產業技術有待進一步提升和優化。一方面煤化工能效水平需要降低。目前煤化工行業先進與落后產能并存,不同企業間的能效水平差異顯著,節能降碳改造升級潛力較大。參照《煤炭清潔高效利用重點領域標桿水平和基準水平(2022年版)》《高耗能行業重點領域能效標桿水平和基準水平(2021年版)》,截至2020年年底,煤制甲醇行業能效低于基準水平的產能約占25%,煤制乙二醇行業能效低于基準水平的產能約占40%,合成氨行業能效低于基準水平的產能約占19%,焦化行業能效低于基準水平的產能約占40%;另一方面,煤化工行業碳排放強度需要進一步降低。煤制油、煤制烯烴等煤化工項目具有工藝鏈長、碳排放強度大、工藝碳排放濃度高的特點,煤轉化過程的碳排放強度是石油化工的3倍至8倍。

        低階煤分質利用和分散用煤等方面還存在不足。在低階煤分質利用方面,目前技術尚不成熟,包括高溫含塵熱解氣除塵技術未突破易造成管道堵塞、焦油重質化且含塵量高、裝置大型化及粉焦綜合利用困難等;在分散用煤方面,分散用煤量由2015年的6億噸減少到2021年的2.6億噸左右,但也存在民用型煤質量不穩定和燃燒取暖效果不好、民用爐具產品質量和性能較差、燃料和爐具不配套等問題。

        切實推進煤炭清潔高效利用,建議從以下幾個方面發力。

        一是強化法律保障作用。建議加快修訂煤炭法,進一步優化煤炭清潔高效利用的內容,重點明確煤炭清潔高效利用的地位、主要舉措、政策支持等事項,同時強化程序性規定,為相關工作開展提供充足的法律保障。

        二是支持煤炭清潔高效利用新興技術研發和應用。加強對煤炭清潔高效利用重大關鍵技術和裝備研發統籌。強化基礎研究和前沿技術布局,支持開展具有前瞻性、先導性和“卡脖子”的重大技術裝備攻關。對面向國家重大戰略需求的煤炭清潔高效利用技術,研究制定支持工業示范運轉的專項政策。加大煤炭作為原料的產業發展支持力度,促進煤化工產業高端化、多元化、低碳化發展。

        三是制定財稅鼓勵政策。制定促進煤炭清潔高效利用的財政補貼、稅費、貸款支持等政策。列入煤炭清潔高效利用技術裝備清單的技術裝備可享受有關稅費減免、貸款支持等政策優惠,簡化地區規劃的煤炭清潔高效利用項目的核準手續。引導風險投資、私募股權投資等支持,發揮政策性金融、開發性金融和商業金融的優勢,持續支持煤炭清潔高效利用技術的研發和應用;支持具備保障國家能源安全作用的技術儲備和產能儲備項目。

        四是鼓勵煤化工轉化與新能源耦合發展。對照行業能效標桿和基準水平,對現有化工項目開展節能降碳系統性改造和落后產能淘汰,能效基準水平以下產能要基本清零,擬建、在建項目要對照能效標桿水平建設實施。鼓勵“風光互補新能源—電解水制氫/儲能/電網—現代煤化工”一體化碳中和創新示范模式,并給予一定政策扶持。對積極開拓新技術新能源的企業應給予一定政策支持,核減其綜合能源消費量,鼓勵企業參與新能源技術開發。

        五是加快分散用煤治理。優先選擇工業余熱、熱電聯產、地熱等方式替代煤炭分散燃燒;推動燃煤工業鍋爐向燃煤、廢棄物、生物質、半焦、天然氣等多元燃料清潔高效燃燒技術發展;加快提升節能環保爐具普及率,淘汰低效落后產品,在清潔取暖不能覆蓋的區域,采取潔凈型煤與專用爐具配套銷售方式實現清潔燃燒,鼓勵生物質供暖、“太陽能+”、水源熱泵、“民用清潔爐具+太陽能+儲熱水箱”等光儲一體化民用供暖等。

      (責任編輯:王林琳 康子儀)
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