一、问题的提起

IPCC发布报告称:过去十年的气温很有可能创下了12.5万年以来的最高,海平面升高高达10米。焚烧和森林砍伐导致大气中二氧化碳含量达到200万年以来的最高水平;农业和化石燃料导致甲烷和一氧化二氮水平达到至少80万年以来的新高。

全球的科学家已经形成共识,如果想要将全球变暖控制在不超过工业化前1.5℃以内,现在就要采取行动。

而能源领域至关重要,全球能源活动所排的二氧化碳几乎占到所有二氧化碳排放量的70%。能源领域的转型,将涉及大幅减少化石燃料的使用、广泛推广电气化、提高能源效率、以及使用替代燃料。

而煤炭,首当其冲。格拉斯哥气候大会,发达国家和发展中国家对公报中煤炭措辞产生激烈争执,已经说明了一些问题,最终的博弈的结果是,20多年来首次将减少煤炭纳入缔约方大会文件中。

于是,问题出现了:发展中国家难道没有权利使用化石燃料吗?

答案是:有,而且现阶段还必须使用。因为经济需要发展,人民追求幸福,而发展是需要能源的。

二、不控煤是不妥的,全面去煤也是不可取的

所以,控制温室气体就成了全人类的事,控煤在发达国家就成了政治正确。

那么,我们不控煤炭行不行?这也是不行的。为什么要控煤呢?有两方面原因,一是以煤为主的能源结构使我们在环境方面的压力非常大,降低煤炭这样占比较高的化石燃料消费必然会减少污染物的排放。

数据上和老百姓的体验上也能表现出来,比起2013年刚开始实施大气十条那会,目前城市PM2.5浓度下降50%左右,二氧化硫甚至降到个位数,城市空气质量明显变好,蓝天白云也日渐增多。

从这个角度上讲,减污是一定离不开控煤的,老百姓也有呼吸清洁空气的需求。

第二个方面是降碳,因化石燃料燃烧中中国每年要排放100亿吨二氧化碳,中国要实现碳中和,降低化石燃料燃烧势必是必然的选择,从这个角度讲,减碳也一定离不开控煤。

然而,完全去煤化也是不可取的。我们国家的能源结构是相对富煤、贫油、少气,2020年我国煤炭消费量达到40.43亿吨,煤炭消费占到一次能源消费总量的56%左右。

如果把煤炭从整个能源结构中剥离,我国的能源安全问题靠什么来保障?俄乌战争引发的欧洲能源危机就是现实的例子。

前几年轰轰烈烈的煤改气后导致华北大规模气源不足导致的冬季取暖问题也给了我们一些警示。

再有就是我国火力发电量占总发电量超过70%,完全去煤化,电力如何供应?去年南方的电荒,今年成渝地区的电荒,都在提示我们煤电的重要性。

煤在相当长一段时间内,仍是我国基础能源,这是我们国家的基本国情决定的。

三、为什么是清洁高效利用

从前面两段论述,我们可以得出结论,用煤不是问题,核心的问题是把煤用好。如何清洁高效的用好煤炭才是符合我们国情的路子。

我们现阶段的煤炭利用,还处于比较粗放的阶段,而不清洁的煤炭使用首当其冲对环境污染起到很大的贡献,比如散煤。

近一段时间的保供以及欧洲的能源危机,这些都在告诉我们:能源的饭碗必须端在自己手里,而煤炭无疑是端牢能源饭碗,实现我国能源安全自主可控的首选。

谢克昌院士认为,“煤炭要革命,但“绝不是‘革’煤炭的‘命’,要在全产业链上实现绿色开发、清洁高效利用。实现了清洁高效利用的煤炭就是清洁能源。

那么,煤炭清洁高效利用就是发挥资源和原料双重属性优势、缓解油气紧张形势的必然选择。

四、清洁高效利用的基本问题

在说煤炭清洁高效利用的具体问题和策略之前,还是要说一说煤炭清洁高效利用的基本问题。

一切有关煤炭的利用,都根据一个基本原则,就是:用更少的煤产出更大的价值,用同样的煤产生更少的污染和温室气体。

总结起来就是,提高单位煤炭的利用效率,降低单位煤炭的污染物和温室气体排放。

所谓煤炭的利用效率,大体可以分为两个方面。用作燃料时,用更少的煤炭提供生产所需要的热量,用作原料时,用同样的煤产出更多的产品或更高值的产品。

五、安全稳定的煤炭供应

煤炭清洁高效利用的第一问题,就是煤炭的安全、稳定供应。

中国目前的煤炭产量主要集中在晋陕蒙疆,这四个地方占到了我国煤炭产量接近80%。尤其是我们山西,2021年共生产原煤11.93亿吨,占全国煤炭产量接近30%,而今年的产量目标更是增加了一个亿,要达到13亿吨。

这么高强度的开采,使得山西的煤矿这两年一直处于超产能状态,已经远远超过了历史平均产能利用率,持续的超产能问题难免会带来安全问题,近一段时间出现的安全事故已经显示出了安全生产的压力。

所以,不断提高本质安全水平,推进智能矿井建设,释放先进的煤炭产能,是未来煤炭生产在保供和安全推动的一大方向。

而清洁高效生产的第二大重点就是以充填开采、保水开采、煤与共伴生资源共采等绿色生产技术的应用和生产过程中节能减排技术的应用。

六、煤炭提质战略

煤炭从地下被开采出来送往各用户的时候,就到了煤炭清洁高效利用最关键的一环,那就是提供清洁高效的煤炭。

而这个过程就是煤炭洗选,用物理、化学的方法把煤炭中的杂质去除掉,提供符合用户要求的清洁煤炭的过程。

而从煤炭洗选环节提高清洁高效的产品,除了提高原煤入洗率外,其核心是提高煤炭产品洁配度。

所谓洁配度就是包含两方面的意思,一是煤自身的好坏,而是煤满足下游用户要求、符合程度的好坏。所以洁配度的内涵包括质量问题和用户匹配尺度。

中国工程院在《中国煤炭清洁高效可持续开发利用战略研究》重大项目成果中指出,“按照洁配度即煤炭质量和满足用煤设备煤质要求的程度测算,每亿吨标准煤洁配度提高1个百分点,年可节约17万吨标准煤,减排二氧化硫约1.1万吨,减排二氧化碳约38万吨。”

因此,煤炭洗选的清洁高效路径是全面开展提质战略,进一步提高原煤入洗率,施行优煤优价;二是开展高精度煤炭洗选技术研究和应用,提高终端用户需求的精准性、适配性和灵活性。

七、煤质是清洁高效利用的关键

煤炭洗选出来的分选产品满不满足商品煤质量要求,用户使用的煤炭产品符不符合产品标准,人们烧的散煤是不是劣质煤?

谁来保障煤炭质量的供应,谁又来监管煤炭产品的质量。接下来要面对的事情就是商品煤的质量管理。

关于商品煤质量的重要性,我举一个例子来说明。

我们在某百万千瓦机组的大型火电厂调研的时候,了解到他们长期使用热值不到4000大卡左右的煤炭,所用煤质长期偏离设计煤种,致使机组运行效率偏低,供电煤耗远远超过设计能耗。

当然,这里面有很多原因,长协煤供应,煤质保障问题,电厂因为效益,不愿意优质优价的问题,原因很多。但它带来的结果是,发电效率偏低,供电煤耗偏高,煤炭消费总量提高等等。

再比如,劣质散煤带来的环境污染问题,总之,想说明一件事情,就是商品煤质量保障是煤炭清洁高效利用关键的一环。

而关于商品煤质量的核心是加强商品煤质量监管,这就需要厘清目前的监管责任,其次可以通过建立商品煤质量保障体系、完善商品煤质量检测体系、建立商品煤全过程追溯体系等来推动商品煤的煤质管理。

八、火电与新能源的配合

火电在相当长一段时间内,仍是我们国家的电力供应的基础负荷。

在当下的这一阶段,在煤炭的发电领域的清洁高效利用,核心是降低火电的供电煤耗,对火电机组实施节煤降耗改造、供热改造和三改联动是当下这一阶段重点推动的工作。

随着经济的不断发展,人民的人均用电水平还会必须提升,这就涉及到电力保障问题,尤其是在高峰时期的电力保障问题。

即便在碳中和这一大背景下,基于电力保障的需求,这一阶段,我们国家还是要继续建设大容量、高参数的超超临界机组,其核心一是解决电力供应问题,二是起到调峰作用,为新能源大幅上网提供空间。

未来在碳中和阶段,基于现有发达国家的经验和我国的国情,有专家预测还会保留20%左右的煤电机组,而这部分的碳排放则需要借助CCUS技术来解决。

基于碳中和和我国的国情,煤电的清洁高效利用途径大体包括燃煤机组三改联动、保障燃煤电厂煤制稳定、继续建设大容量、高参数超超临界机组、施行煤电和新能源优化组合、开展CCUS技术研发、应用示范和产业化发展。

九、建立绿色焦化基地

焦化对国家来讲,不是一个大产业,但是对山西来讲,却是一个传统的优势产业。山西一年大概有38%的煤炭用于炼焦,所以说一说焦化的清洁高效利用在山西还是非常必要的。

焦化是以煤为原料,通过高温干馏产生焦炭的过程,同时副产焦炉煤气、煤焦油和粗苯。

从生产过程来看,焦化的清洁高效利用大体也分为三个方向,一是生产过程中的节能减煤,二是末端的污染治理,三是提升产品的价值。

山西焦化的整体能耗水平太高了,第一件事就应当是提高能效水平,这个措施就比较多了建设大机焦、推行干熄焦、采用焦炉自动加热技术、对荒煤气、烟气的预热资源综合利用等等

第二件事情,山西其实已经做的不错了,那就是对焦化行业实行超低排放。

第三件事情,就是对副产品的高值化利用,延伸产业链条,比如用焦油生产碳素产品和化学品,用粗苯生产可降解塑料,尤其是山西在大力发展氢能的背景下,焦炉煤气中的宝贵的氢资源的开发利用。

产业链延伸有一个亟需解决的问题,那就是焦化企业大多是民营企业,且数量众多,如何把同类资源收集起来规模化应用而不是每家都小规模多点应用是需要下一些功夫的。

十、煤化工的去留

煤化工的问题,一直面临着高排放、高能耗、高水耗“三座大山”。

有数据表明,煤间接液化制油、煤直接液化制油、煤制烯烃和煤制乙二醇,吨产品二氧化碳排放量分别为6.5吨、5.8吨、11.1吨和5.6吨。

煤制油、煤制烯烃、煤制甲醇、煤制乙二醇和煤制天然气单位产品取水量,分别约为9.4立方米/吨、20立方米/吨、10立方米/吨、20.8立方米/吨和8.6立方米/千标方。

所以煤化工发展面临的基本面是:布局位于严重缺水的西北地区、同时这些区域的碳排放量和强度总体较高、煤炭及相关产业对区域就业和经济贡献大。

在能耗双控向碳排放双控转变的过程,高碳排放的煤化工行业是有压力的。

我的观点是:煤化工行业需要调整现有的产品结构,以一种燃料制备另外一种燃料整体是不划算的,煤制油、煤制天然气的规模要严格控制,当然发挥煤炭特有优势的特种燃料不在此列。

煤化工应当与石油化工应当互补发展和错位竞争,甲醇、烯烃、乙二醇等在现有的基础上进一步延伸产业链制备特殊功能材料,从这个角度,煤化工的发展需要规模化,另外就是需要技术的突破。

再一个就是部署高效碳捕集、利用与封存技术,拓展二氧化碳资源化利用途径,可与绿电等耦合,实施煤炭-化工-新能源一体化发展。

十一、煤系固废的利用转变问题

2015年十部委修订《煤矸石综合利用管理办法》后,对煤矸石堆场的建设进行了限制,这对晋陕蒙这几个产煤大省的煤炭行业产生了巨大影响。

去年,全国共产出了原煤40.7亿吨,晋陕蒙三省(自治区)就产出了72%,这其中煤矸石的量是惊人的规模。

而以建材为主要消纳方向的资源化利用体量过于微小,完全无法消纳这么大规模的固废。因此,煤系固体废物的综合利用问题一直是制约这几大能源化工基地产业发展的关键问题。

而大宗工业固废的利用政策在“十四五”也悄然发生了一些转变,去年年初,国家发改委发布了《十四五”大宗固体废弃物综合利用的指导意见》,这份意见的出台是具有建设性的。

其中对于煤系固废的综合利用方向十分清晰,尤其是针对煤矿提出的井下充填、地面回填和塌陷区治理,我认为这将是大规模解决晋陕蒙这三个地区煤矸石的主要方向,也是“十四五”期间晋陕蒙开展大宗工业固废利用应当注重的核心工作。

而规范的利用煤矸石,其核心是通过标准来推动,不然就可能像填沟造地一样,自己把自己推向了死胡同。内蒙在这块已先行一步,2022年8月15日,以地方标准的形式发布了《一般工业固体废物用于矿山采坑回填和生态恢复技术规范》。

如何以环境友好的形式消纳煤矸石,是晋陕蒙这三个产煤大省未来在煤系固废方面的核心议题。

(转自 科城能源环境研究院  08-31)