一、問題的提起

IPCC發布報告稱:過去十年的氣溫很有可能創下了12.5萬年以來的最高,海平面升高高達10米。焚燒和森林砍伐導致大氣中二氧化碳含量達到200萬年以來的最高水平;農業和化石燃料導致甲烷和一氧化二氮水平達到至少80萬年以來的新高。

全球的科學家已經形成共識,如果想要將全球變暖控制在不超過工業化前1.5℃以內,現在就要采取行動。

而能源領域至關重要,全球能源活動所排的二氧化碳幾乎占到所有二氧化碳排放量的70%。能源領域的轉型,將涉及大幅減少化石燃料的使用、廣泛推廣電氣化、提高能源效率、以及使用替代燃料。

而煤炭,首當其沖。格拉斯哥氣候大會,發達國家和發展中國家對公報中煤炭措辭產生激烈爭執,已經說明了一些問題,最終的博弈的結果是,20多年來首次將減少煤炭納入締約方大會文件中。

于是,問題出現了:發展中國家難道沒有權利使用化石燃料嗎?

答案是:有,而且現階段還必須使用。因為經濟需要發展,人民追求幸福,而發展是需要能源的。

二、不控煤是不妥的,全面去煤也是不可取的

所以,控制溫室氣體就成了全人類的事,控煤在發達國家就成了政治正確。

那么,我們不控煤炭行不行?這也是不行的。為什么要控煤呢?有兩方面原因,一是以煤為主的能源結構使我們在環境方面的壓力非常大,降低煤炭這樣占比較高的化石燃料消費必然會減少污染物的排放。

數據上和老百姓的體驗上也能表現出來,比起2013年剛開始實施大氣十條那會,目前城市PM2.5濃度下降50%左右,二氧化硫甚至降到個位數,城市空氣質量明顯變好,藍天白云也日漸增多。

從這個角度上講,減污是一定離不開控煤的,老百姓也有呼吸清潔空氣的需求。

第二個方面是降碳,因化石燃料燃燒中中國每年要排放100億噸二氧化碳,中國要實現碳中和,降低化石燃料燃燒勢必是必然的選擇,從這個角度講,減碳也一定離不開控煤。

然而,完全去煤化也是不可取的。我們國家的能源結構是相對富煤、貧油、少氣,2020年我國煤炭消費量達到40.43億噸,煤炭消費占到一次能源消費總量的56%左右。

如果把煤炭從整個能源結構中剝離,我國的能源安全問題靠什么來保障?俄烏戰爭引發的歐洲能源危機就是現實的例子。

前幾年轟轟烈烈的煤改氣后導致華北大規模氣源不足導致的冬季取暖問題也給了我們一些警示。

再有就是我國火力發電量占總發電量超過70%,完全去煤化,電力如何供應?去年南方的電荒,今年成渝地區的電荒,都在提示我們煤電的重要性。

煤在相當長一段時間內,仍是我國基礎能源,這是我們國家的基本國情決定的。

三、為什么是清潔高效利用

從前面兩段論述,我們可以得出結論,用煤不是問題,核心的問題是把煤用好。如何清潔高效的用好煤炭才是符合我們國情的路子。

我們現階段的煤炭利用,還處于比較粗放的階段,而不清潔的煤炭使用首當其沖對環境污染起到很大的貢獻,比如散煤。

近一段時間的保供以及歐洲的能源危機,這些都在告訴我們:能源的飯碗必須端在自己手里,而煤炭無疑是端牢能源飯碗,實現我國能源安全自主可控的首選。

謝克昌院士認為,“煤炭要革命,但“絕不是‘革’煤炭的‘命’,要在全產業鏈上實現綠色開發、清潔高效利用。實現了清潔高效利用的煤炭就是清潔能源。

那么,煤炭清潔高效利用就是發揮資源和原料雙重屬性優勢、緩解油氣緊張形勢的必然選擇。

四、清潔高效利用的基本問題

在說煤炭清潔高效利用的具體問題和策略之前,還是要說一說煤炭清潔高效利用的基本問題。

一切有關煤炭的利用,都根據一個基本原則,就是:用更少的煤產出更大的價值,用同樣的煤產生更少的污染和溫室氣體。

總結起來就是,提高單位煤炭的利用效率,降低單位煤炭的污染物和溫室氣體排放。

所謂煤炭的利用效率,大體可以分為兩個方面。用作燃料時,用更少的煤炭提供生產所需要的熱量,用作原料時,用同樣的煤產出更多的產品或更高值的產品。

五、安全穩定的煤炭供應

煤炭清潔高效利用的第一問題,就是煤炭的安全、穩定供應。

中國目前的煤炭產量主要集中在晉陜蒙疆,這四個地方占到了我國煤炭產量接近80%。尤其是我們山西,2021年共生產原煤11.93億噸,占全國煤炭產量接近30%,而今年的產量目標更是增加了一個億,要達到13億噸。

這么高強度的開采,使得山西的煤礦這兩年一直處于超產能狀態,已經遠遠超過了歷史平均產能利用率,持續的超產能問題難免會帶來安全問題,近一段時間出現的安全事故已經顯示出了安全生產的壓力。

所以,不斷提高本質安全水平,推進智能礦井建設,釋放先進的煤炭產能,是未來煤炭生產在保供和安全推動的一大方向。

而清潔高效生產的第二大重點就是以充填開采、保水開采、煤與共伴生資源共采等綠色生產技術的應用和生產過程中節能減排技術的應用。

六、煤炭提質戰略

煤炭從地下被開采出來送往各用戶的時候,就到了煤炭清潔高效利用最關鍵的一環,那就是提供清潔高效的煤炭。

而這個過程就是煤炭洗選,用物理、化學的方法把煤炭中的雜質去除掉,提供符合用戶要求的清潔煤炭的過程。

而從煤炭洗選環節提高清潔高效的產品,除了提高原煤入洗率外,其核心是提高煤炭產品潔配度。

所謂潔配度就是包含兩方面的意思,一是煤自身的好壞,而是煤滿足下游用戶要求、符合程度的好壞。所以潔配度的內涵包括質量問題和用戶匹配尺度。

中國工程院在《中國煤炭清潔高效可持續開發利用戰略研究》重大項目成果中指出,“按照潔配度即煤炭質量和滿足用煤設備煤質要求的程度測算,每億噸標準煤潔配度提高1個百分點,年可節約17萬噸標準煤,減排二氧化硫約1.1萬噸,減排二氧化碳約38萬噸。”

因此,煤炭洗選的清潔高效路徑是全面開展提質戰略,進一步提高原煤入洗率,施行優煤優價;二是開展高精度煤炭洗選技術研究和應用,提高終端用戶需求的精準性、適配性和靈活性。

七、煤質是清潔高效利用的關鍵

煤炭洗選出來的分選產品滿不滿足商品煤質量要求,用戶使用的煤炭產品符不符合產品標準,人們燒的散煤是不是劣質煤?

誰來保障煤炭質量的供應,誰又來監管煤炭產品的質量。接下來要面對的事情就是商品煤的質量管理。

關于商品煤質量的重要性,我舉一個例子來說明。

我們在某百萬千瓦機組的大型火電廠調研的時候,了解到他們長期使用熱值不到4000大卡左右的煤炭,所用煤質長期偏離設計煤種,致使機組運行效率偏低,供電煤耗遠遠超過設計能耗。

當然,這里面有很多原因,長協煤供應,煤質保障問題,電廠因為效益,不愿意優質優價的問題,原因很多。但它帶來的結果是,發電效率偏低,供電煤耗偏高,煤炭消費總量提高等等。

再比如,劣質散煤帶來的環境污染問題,總之,想說明一件事情,就是商品煤質量保障是煤炭清潔高效利用關鍵的一環。

而關于商品煤質量的核心是加強商品煤質量監管,這就需要厘清目前的監管責任,其次可以通過建立商品煤質量保障體系、完善商品煤質量檢測體系、建立商品煤全過程追溯體系等來推動商品煤的煤質管理。

八、火電與新能源的配合

火電在相當長一段時間內,仍是我們國家的電力供應的基礎負荷。

在當下的這一階段,在煤炭的發電領域的清潔高效利用,核心是降低火電的供電煤耗,對火電機組實施節煤降耗改造、供熱改造和三改聯動是當下這一階段重點推動的工作。

隨著經濟的不斷發展,人民的人均用電水平還會必須提升,這就涉及到電力保障問題,尤其是在高峰時期的電力保障問題。

即便在碳中和這一大背景下,基于電力保障的需求,這一階段,我們國家還是要繼續建設大容量、高參數的超超臨界機組,其核心一是解決電力供應問題,二是起到調峰作用,為新能源大幅上網提供空間。

未來在碳中和階段,基于現有發達國家的經驗和我國的國情,有專家預測還會保留20%左右的煤電機組,而這部分的碳排放則需要借助CCUS技術來解決。

基于碳中和和我國的國情,煤電的清潔高效利用途徑大體包括燃煤機組三改聯動、保障燃煤電廠煤制穩定、繼續建設大容量、高參數超超臨界機組、施行煤電和新能源優化組合、開展CCUS技術研發、應用示范和產業化發展。

九、建立綠色焦化基地

焦化對國家來講,不是一個大產業,但是對山西來講,卻是一個傳統的優勢產業。山西一年大概有38%的煤炭用于煉焦,所以說一說焦化的清潔高效利用在山西還是非常必要的。

焦化是以煤為原料,通過高溫干餾產生焦炭的過程,同時副產焦爐煤氣、煤焦油和粗苯。

從生產過程來看,焦化的清潔高效利用大體也分為三個方向,一是生產過程中的節能減煤,二是末端的污染治理,三是提升產品的價值。

山西焦化的整體能耗水平太高了,第一件事就應當是提高能效水平,這個措施就比較多了建設大機焦、推行干熄焦、采用焦爐自動加熱技術、對荒煤氣、煙氣的預熱資源綜合利用等等

第二件事情,山西其實已經做的不錯了,那就是對焦化行業實行超低排放。

第三件事情,就是對副產品的高值化利用,延伸產業鏈條,比如用焦油生產碳素產品和化學品,用粗苯生產可降解塑料,尤其是山西在大力發展氫能的背景下,焦爐煤氣中的寶貴的氫資源的開發利用。

產業鏈延伸有一個亟需解決的問題,那就是焦化企業大多是民營企業,且數量眾多,如何把同類資源收集起來規模化應用而不是每家都小規模多點應用是需要下一些功夫的。

十、煤化工的去留

煤化工的問題,一直面臨著高排放、高能耗、高水耗“三座大山”。

有數據表明,煤間接液化制油、煤直接液化制油、煤制烯烴和煤制乙二醇,噸產品二氧化碳排放量分別為6.5噸、5.8噸、11.1噸和5.6噸。

煤制油、煤制烯烴、煤制甲醇、煤制乙二醇和煤制天然氣單位產品取水量,分別約為9.4立方米/噸、20立方米/噸、10立方米/噸、20.8立方米/噸和8.6立方米/千標方。

所以煤化工發展面臨的基本面是:布局位于嚴重缺水的西北地區、同時這些區域的碳排放量和強度總體較高、煤炭及相關產業對區域就業和經濟貢獻大。

在能耗雙控向碳排放雙控轉變的過程,高碳排放的煤化工行業是有壓力的。

我的觀點是:煤化工行業需要調整現有的產品結構,以一種燃料制備另外一種燃料整體是不劃算的,煤制油、煤制天然氣的規模要嚴格控制,當然發揮煤炭特有優勢的特種燃料不在此列。

煤化工應當與石油化工應當互補發展和錯位競爭,甲醇、烯烴、乙二醇等在現有的基礎上進一步延伸產業鏈制備特殊功能材料,從這個角度,煤化工的發展需要規模化,另外就是需要技術的突破。

再一個就是部署高效碳捕集、利用與封存技術,拓展二氧化碳資源化利用途徑,可與綠電等耦合,實施煤炭-化工-新能源一體化發展。

十一、煤系固廢的利用轉變問題

2015年十部委修訂《煤矸石綜合利用管理辦法》后,對煤矸石堆場的建設進行了限制,這對晉陜蒙這幾個產煤大省的煤炭行業產生了巨大影響。

去年,全國共產出了原煤40.7億噸,晉陜蒙三省(自治區)就產出了72%,這其中煤矸石的量是驚人的規模。

而以建材為主要消納方向的資源化利用體量過于微小,完全無法消納這么大規模的固廢。因此,煤系固體廢物的綜合利用問題一直是制約這幾大能源化工基地產業發展的關鍵問題。

而大宗工業固廢的利用政策在“十四五”也悄然發生了一些轉變,去年年初,國家發改委發布了《十四五”大宗固體廢棄物綜合利用的指導意見》,這份意見的出臺是具有建設性的。

其中對于煤系固廢的綜合利用方向十分清晰,尤其是針對煤礦提出的井下充填、地面回填和塌陷區治理,我認為這將是大規模解決晉陜蒙這三個地區煤矸石的主要方向,也是“十四五”期間晉陜蒙開展大宗工業固廢利用應當注重的核心工作。

而規范的利用煤矸石,其核心是通過標準來推動,不然就可能像填溝造地一樣,自己把自己推向了死胡同。內蒙在這塊已先行一步,2022年8月15日,以地方標準的形式發布了《一般工業固體廢物用于礦山采坑回填和生態恢復技術規范》。

如何以環境友好的形式消納煤矸石,是晉陜蒙這三個產煤大省未來在煤系固廢方面的核心議題。

(轉自?科城能源環境研究院? 08-31)