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谢克昌:立足国情,走好具有中国特色的煤炭清洁高效利用之路
发布时间:2022-06-01     作者:    浏览量:783   
作为我国能源供应的压舱石和稳定器,煤炭在我国的主体能源地位在未来相当长的一段时间内不会改变。长期以来“富煤、贫油、少气”的资源禀赋,造成我国以煤炭为主的能源消费结构。5月31日,就能源革命、能源安全、煤炭清洁高效利用、煤炭行业发展状况以及煤化工领域新技术、新业态、新能源的发展现状与研究进展等热点话题,记者采访了光华工程科技奖励基金会理事长、中国工程院院士谢克昌。
煤炭要革命,但绝不是革煤炭的命
记者:曾经,能源革命一度被认为应该“革煤炭的命”。今天,由于国际国内形势的变化,能源革命的内涵和方向已大有不同。您认为是什么因素促使这些变化悄然发生?能源革命,推进能源革命,煤炭这一传统行业还能做什么?
谢克昌:能源革命一度被认为应该“革煤炭的命”,这个观点是不正确的。自2010年6月担任中国工程院副院长以来,我先后主持完成中国工程院“中国煤炭清洁高效可持续开发利用战略研究”“推动能源生产和消费革命战略研究”等系列重大咨询项目,我始终认为:煤炭要革命,但绝不是革煤炭的命,是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。
当然,随着国内外形势的发展变化,现在都认识到能源革命不等于“革煤炭的命”,我认为主要因素有以下几个方面:
首先是我国的国情能情。党中央、国务院多次强调,以煤为主是我们的基本国情。这个基本国情就决定了我国必须长期坚持煤炭清洁高效利用道路。在全国已探明的化石能源资源储量中,煤炭占94%左右,是稳定经济、自主保障能力最强的能源。尽管煤炭在一次能源消费中的比重将逐步降低,2021年降至56%,但在相当长时间内煤炭的主体能源地位不会变化。深刻认识我国能源资源禀赋和煤炭的基础性保障作用,做好煤炭清洁高效可持续开发利用,是符合当前基本国情、基本能情的必然选择。
其次是能源安全保障形势严峻。我国是油气进口大国,油气对外依存度长期居高不下。2021年,我国原油和天然气进口量分别为5.13亿吨、1675亿立方米,对外依存度分别为72%、44.9%。同世界发达国家相比,我国油气战略储备严重不足与滞后,战略石油储备约为70天消费量,与国际能源署设定的90天储备安全标准线有较大的差距,与发达国家(如美国的石油储备量约160天、日本石油储备量约144天)相比差距更是明显,海外油气资源获取、油气进口通道安全、海外油气资产权益等是我国能源安全保障的软肋、短板。煤炭清洁高效转化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。
最后是应对当前复杂形势的必然要求。从国际来看,全球疫情依然在持续蔓延,导致经济复苏动力不足。在国际地缘政治等因素的影响下,能源和粮食危机显现,大宗商品价格飙升。从国内来看,受国内疫情反复、“去煤化”、“一刀切”、自然灾害以及部分地区的电力需求快速增长等因素影响,国内能源供需持续偏紧,能源保供任务艰巨。党中央、国务院已经明确指出,“大企业特别是国有企业要带头保供稳价。”这些都无疑在告诉我们:“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。
尽管煤炭产业被认为是“传统行业”,但应该要认识到,“传统产业”只代表产业出现的时期较早,并不代表煤炭产业就是“夕阳行业”,更不应该出现在金融支持、科研支持、产能批复等各方面的“一刀切”、“去煤化”现象。煤炭产业一定要在保障安全生产、稳定能源供应的前提下,强化科技创新,大力推进煤矿智能化开采和煤炭清洁高效利用技术。要立足国情,走好具有中国特色的煤炭清洁高效利用之路。要继续做好新时期煤炭清洁高效利用这篇大文章,着力围绕先进高效燃煤发电、煤炭清洁高效转化(煤基新材料、煤基特种油品)、二氧化碳减排和利用、煤炭资源综合利用等领域开展协同攻关,这必将使“传统产业”焕发新机,成为战略性新兴产业。
推进煤炭清洁高效利用 要在燃煤发电和现代煤化工方面下功夫
记者:推进煤炭清洁高效利用,您认为应该从哪些技术领域进行突破?目前哪些领域已取得成绩,可否举例介绍一些?
谢克昌:
技术突破方向:
我国煤炭利用正逐步向清洁化、大型化、规模化、集约化发展,推动煤炭由单一燃料属性向燃料、原料方向转变,推进分级分质利用,从而实现高碳能源低碳化利用。具体来说,未来煤炭清洁高效利用的重点主要在燃煤发电和现代煤化工两个方面。
燃煤发电在未来相当长时期内仍是我国电力供应主力。除继续承担保障电力供应主体责任外,煤电还要为可再生能源大比例消纳提供灵活调峰服务。要大力推进燃煤发电向高参数、大容量、智能化发展,推进超高参数燃煤发电、新型动力循环系统、高灵活智能燃煤发电、燃煤高效低成本多污染物联合控制,及资源化利用的成套技术与装备实现自主产业化,促进电力装备技术升级和结构转型,提高电力制造业的国际竞争力。
现代煤化工是保障国家能源安全特别是油气安全的重要途径。要稳步推进以煤制油、煤制烯烃为代表的现代煤化工发展,加强技术创新,逐步推动煤化工产品高端化、高值化,延伸产业链,提升价值链,持续推进废水近零排放、固废减量化和资源化利用。现代煤化工项目建设只有在规模条件下,技术经济效能和环保性能才能得到充分体现。中国化工报《能源化工“金三角”产业发展调研报告(2019年)》有力地说明了这一点。因此,要积极推进煤化工产业大型化、园区化和基地化发展,结合资源禀赋,稳步有序推进大型现代煤化工基地建设。
已取得的成绩:
目前,我国已建成全球最大的清洁高效煤电供应体系,燃煤发电机组大气污染物的超低排放标准高于世界主要发达国家和地区,燃煤发电已不再是我国大气污染物的主要来源。国家能源集团泰州电厂3号机组成为世界首台成功运用二次再热技术的百万千瓦超超临界燃煤发电机组,实现供电标准煤耗266克/千瓦时。2021年底,全国百万千瓦超超临界燃煤发电机组有160台在运行,超过其他国家的总和,平均供电标准煤耗约280克/千瓦时,引领世界燃煤发电技术发展方向。
近年来,我国煤炭清洁高效转化利用技术也取得一系列创新突破。煤直接液化、煤间接液化等成套关键技术具有自主知识产权,工业示范工程实现了安全、稳定、长期满负荷运行,成为保障我国能源安全的重要战略路径。国内科技领军企业、科研院所和高等院校持续协同攻关,开发了多种具有自主知识产权的高效低成本煤气化技术,彻底摆脱大型煤气化技术对国外进口的依赖;研发建设了世界首套百万吨级煤直接液化商业装置,实现长周期稳定运行;开发了400万吨/年煤间接液化成套技术,实现商业化运行,目前煤制油产能已达931万吨/年;建成了世界首套60万吨/年煤制烯烃工业化生产装置,首次实现由煤化工向石油化工原料的规模转换,目前年产能达到1672万吨。此外,我国在煤制乙二醇、煤制天然气等技术发展和产业应用方面,均取得重大突破。
我国煤化工发展迎来了新的机遇期
记者:您认为应该如何进一步提高煤化工产品的附加值,使其由初级产品向更高端进阶?您对相关产业布局(地域分布)有何建议?
谢克昌:数十年来,我国的煤化工发展有经验也有教训。目前在党中央、国务院的统一部署下,煤化工发展迎来新的机遇期。具体来说:
在高端化发展方面,要围绕技术高端化和产品高端化开始布局。技术高端化要求淘汰落后技术,采用先进技术以提高生产效率和资源利用率,降低单位产品资源消耗、综合能耗和污染排放。包括:大型煤气化技术、新一代甲醇制烯烃技术、甲醇制芳烃技术、高含盐废水处理技术等。产品高端化主要是开发煤炭深加工特色产品,提高产品性能和附加值。包括:超净汽油、柴油、军用特种油;特殊用途功能材料、固体清洁燃料等。
在多元化发展方面,要围绕终端产品多联产和原料多元供给布局。相对于传统技术,分质多联产技术具有资源利用率高、二氧化碳排放强度低等优势,对于煤化工的经济性和抗风险能力有很大提升空间。按照循环经济理念,未来将大力推动煤化工与电力、石油化工、化纤、盐化工、冶金建材等产业的融合发展。单一原料供应的煤化工传统增长模式容易受到原料供给的制约。原料多元化可以打破传统煤化工、天然气化工和石油化工行业壁垒,形成适合区域性资源禀赋的新型集群产业。
在低碳化发展方面,一要源头减碳,研发新型高效催化剂与工艺和过程节能技术;二是过程减碳,要突破可再生能源制氢制氧与煤化工合成耦合技术,应用绿氢绿氧,降低煤化工工艺过程碳排放;三是要开展CCUS技术攻关,CCUS技术是实现煤化工低碳化发展的关键解决途径,但其中的“U”尤为关键,只有二氧化碳利用获得经济性、规模性突破,CCUS才能充分发挥作用。当前,CCUS与相关能源系统的结合有可能培育出CCUS发展的新的技术经济范式,如CCUS与氢能生产技术的集成、CCUS与可再生能源和储能的集成等;适度布局前沿技术研发,二氧化碳低能耗捕集技术以及二氧化碳置换联合地热开采陆域可燃冰-地质封存一体化技术等。
关于煤化工布局,现有六大煤化工战略基地(陕北、鄂尔多斯、宁东、准东、哈密、晋北)大多在黄河流域,水资源和环保排放已接近“天花板”。几年前,我们曾从煤炭储量、经济水平、环境容量、水资源量、二氧化碳排放、煤炭自给率6个维度综合评价给出煤化工科学布局前五位的结果,与以上六大战略基地基本一致。随着形势变化,未来可以考虑在东南部水资源丰富、煤炭运输便捷的地区适度布局新基地(如荆州、九江、两淮、云贵等地区)。
节能优先 做好储备 大力支持能源领域科技创新
记者:作为化石能源,我国煤炭储量虽高,但未来终有用尽的一天。从长远来看,您认为应该做好哪些工作、采取哪些措施切实保障我国能源安全?
谢克昌:煤炭作为非常宝贵的不可再生矿产资源,2021年根据自然资源部的调查数据,其证实储量和可信储量之和为1622亿吨,按照现行储采比计算为40年左右。但未来随着综合利用效率的提升、利用方向从单一燃料向燃料和原料并重转变,加上煤炭地质勘探的不断推进,应该认识到:煤炭的储采比将不仅仅是40,在未来很长一段时间内,煤炭仍然是我国的主体能源,发挥基础保障作用,要始终牢牢抓好煤炭清洁高效可持续开发利用,让煤炭持久发挥能源安全保障的稳定器、压舱石作用。从长远来看,还应该做好以下几个方面工作:
(一)坚持节能优先,及时修订提升能效标准,压减不合理能源需求。
节能提效,降低能耗。我国工业产值能耗强度一直比较高,一方面是产品低端需要进行产业转型,另一方面必须进一步挖掘能效潜力,及时修订和实施更高能效的能耗标准并强制性实施。对我国而言,能效水平达到世界平均水平每年可以节约十多亿吨标煤,总量十分可观,而且由于煤炭的主体性,还可以大幅度地减少碳排放,年减排30多亿吨二氧化碳,是实现碳减排、碳中和的最主要途径。要及时修订颁布细分产品的能耗标准,加速淘汰高耗能设备,精准推进节能降耗。
(二)做好资源和产能储备,在释放优质产能的同时科学划定煤炭产能“红线”
在当前能源保供任务繁重的形势下,为更好应对当前百年未有之大变局以及可能出现的极端制裁情况,自然资源部、国家能源局等部门要加快地质勘探,摸清家底,开展科学评估,在释放优质产能的同时,按照正常需求、基本需求、红线需求、底线需求,分级划定煤炭产能红线,像“坚决守住18亿亩耕地红线,把中国人饭碗牢牢端在自己手中”一样守住煤炭产能红线,让煤炭在极端制裁情况下能够产得出、供得上、稳得住。
(三)建设全国统一能源大市。轿患涌炷茉从贝⒈改芰ㄉ
建设全国统一能源大市。菇茉茨谘诽逑。要打破地方保护主义和市场分割,打破能源治理“九龙治水”格局,打通制约能源畅通流转和经济循环的关键堵点,全面推动全国能源市场由大到强转变。
加快油气储备能力建设,提升石油储备达到120天进口量水平,加快储气库建设步伐,形成兼具“保底”和“调节”功能的实物储备。优选一批资源条件较优、区域位置较佳、输送条件较好的资源地,建立10亿吨探明地质储量规模的石油资源战略储备。
加快煤炭资源和产能储备能力建设,启动煤炭“基石工程”。围绕加强推进五大煤制油气战略基地和十四个亿吨级煤炭基地建设,按照煤炭产能红线要求,研究提出国家在不同应急状态下的油气和电力需求,布局煤炭清洁高效利用的“基石工程”,充分发挥煤炭作为能源和原材料的双重属性,扩大煤制油气规模,形成一定的煤电和煤制油气产能储备,真正将“基石”打造成我国能源安全保障的“压舱石”。
(四)做好技术储备,大力支持能源领域科技创新
尽快实施科技创新2030-煤炭清洁高效利用重大项目,突破煤炭清洁高效利用的瓶颈技术,切实做到“清洁高效利用的煤炭也是清洁能源”。协同攻关煤气化燃料电池发电、超临界二氧化碳发电等前沿技术,加强煤基特种油品、煤基可降解塑料、煤基高端碳材料研发,探索低能耗、低成本二氧化碳捕集、利用和地质封存技术。
聚焦大规模高比例可再生能源开发利用,加强化石能源和可再生能源的耦合利用。巩固非化石能源领域技术装备优势,持续提升风电、太阳能发电、生物质能、地热能、海洋能等开发利用的技术水平和经济性,开展三代核电技术优化研究,研发更高效、更经济、更可靠的可再生能源先进发电及综合利用技术,重点关注退役可再生能源器件的资源化循环利用。因地制宜开发水电,实施雅鲁藏布江下游水电开发等重大工程。积极安全有序发展核电。
强化储能、氢能等前沿科技攻关。开展新型储能关键技术集中攻关,推动储能成本持续下降和规模化应用,完善储能技术标准和管理体系,提升安全运行水平。适度超前部署一批氢能项目,着力攻克可再生能源制氢和氢能加注、储运、应用及燃料电池等核心技术,有序推动氢能技术发展和示范应用。
煤炭开采是一项光明的事业 矿工是开采“光明”的使者
记者:作为我国煤炭供应的主要省份,山西、陕西、内蒙古等地在煤炭能源供应方面作出了重要贡献。这些地域曾一度受到严重污染,以山西为代表的重工业区的经济发展也严重依赖煤炭这一单一领域。而煤矿工人的工作境遇也一度受到各界广泛关注。您认为在采煤安全方面,如何更好保障煤矿工人的生命安全?同时,一些新的技术如5G等正应用于矿井生产之中,新技术的研发应用应该向哪些方向努力?
谢克昌:煤炭是我国的基础能源和重要工业原料,新中国成立以来累计生产原煤960亿吨以上,提供了70%以上的一次能源,为国民经济和社会发展提供了可靠的能源保障。可以说,没有煤炭工业发展,就没有我国现在的工业体系,就不会有70年经济社会的持续快速发展。而其中的山西、陕西、内蒙古等区域为我国的煤炭工业发展作出了巨大贡献和牺牲。
我国拥有一支庞大的、特别能战斗的煤炭职工队伍。2021年我国大型煤炭企业职工总数达到200万以上。在国家各个重要发展时期尤其是当前能源保供任务艰巨的情况下,广大煤炭职工以国家主人翁的高度责任感,顾大局、识大体,坚决响应国家的号召,加班加点拼命干,做出了历史性贡献。凡遇到紧急情况,煤炭紧缺的关键时刻,煤矿职工义无反顾,冲在前面,保障供煤,稳价供应。周恩来总理曾高度评价“煤矿职工为国家出了力,救了急,立了功”。
我国煤炭开采地质条件复杂,瓦斯、水、火、煤尘、冲击地压等灾害时刻威胁矿工健康和生命安全。但得益于煤矿科技投入和人员素质的不断提高,煤矿安全生产形势稳步好转,煤矿职业安全健康、劳动保护跨入新时代。1978年,我国煤矿百万吨死亡率为9.713。党的十八大以来,2012年首次降至0.5以下,2013年降至0.3以下,为0.288,2018年下降到0.093,首次降到0.1以下,2021年降至0.044,实现了煤矿安全的历史性进步。
为更好提高煤矿工人的幸福感和安全感,我认为未来可以继续关注以下两个方面的工作:职业健康安全和生产安全。
关于职业健康安全方面,主要指的是尘肺。饕朊禾靠刹姆鄢居泄。截至2020年底,我国累计报告职业病101.1万例,其中职业性尘肺病90.4万例,约占89.4%,60%以上为煤矿的尘肺。嚎竺磕暌虺痉尾∷劳鋈耸4000人,远远超过煤矿安全生产事故。为保障工人的职业健康,首先,思想先行,对煤矿采掘的工人开展职业教育。让他们在具体的工作中能认真按照相关的标准进行,自觉地提高生产的效率和安全性。其次,主动减尘,积极研发应用先进的开采设备,性能优异的开采机械设备对于减少粉尘的出现有非常大的促进作用。最后,被动降尘,扩大煤矿井内的湿度和通风,降低工作环境的粉尘浓度。
关于生产安全方面,主要是提高煤矿的数字化、智能化水平,实现开采工作面的少人化甚至是无人化。通过利用5G技术,实现露天矿自动驾驶、智能采煤与辅助运输、无人机巡检煤矿等,不断拓展绿色开采煤矿的智能化路径,大大降低开发危险,提高开采的安全性。加快数字化在煤矿中的广泛应用,助推煤炭产业的发展。煤矿智能化建设已经在我国开展了好几年且取得显著成效。
总的来说,煤炭开采是一项光明的事业!矿工是开采“光明”的使者!责任重大、使命光荣。
稳妥进行能源转型 铸就现代能源体系
记者:您曾提到:“发展甲醇能源符合中国国情。甲醇汽车和甲醇燃料的技术储备、生产装备、工程化建设以及应用等已经成熟,具备全面开展推广应用的基。涂构始涔惴汉献餍魈跫。”对于甲醇等新型能源,您认为我国现有资源禀赋是否能够满足其发展需求?其发展空间究竟如何?您对未来我国能源领域发展方向有何建议?
谢克昌:
(一)甲醇燃料及其发展前景
甲醇既是一种重要的有机化工基本原料,又是一种重要的低碳清洁燃料。目前,广泛应用于有机合成、染料、农药、医药、涂料等行业。同时,国家也正在有序组织甲醇汽油的推广和使用,甲醇消费新途径、新领域不断拓宽,不仅有助于其他行业的减碳,而且作为优异的储氢载体,可以克服氢能储运的困难。甲醇燃料在未来具有很大的推广应用前景。具体来说考虑因素如下:
第一,甲醇具有良好的经济特性。相同热值的甲醇价格比汽柴油低,具有良好的经济效益。甲醇可替代汽柴油,进而减少油气进口,一方面可以缓解我国能源紧张局势,对于保障我国能源安全有重大意义。另一方面,实施甲醇替代油气战略将带动形成万亿元产业,可以促进经济内循环高质量发展。由于甲醇燃料分子中仅含有一个碳,相比汽油含7-13个碳、柴油含14-22个碳,其在应用端是低碳、清洁的燃料。
第二,推广应用甲醇燃料我国有基础。一是有技术基。状忌ひ占虻、技术成熟,可以煤炭、天然气、工业副产气、生物质、有机垃圾等多种物质为原料生产;二是有产能基。夜侨蜃畲蟮募状忌拖压,据中国石化联合会统计,2020年,国内甲醇全年产能达到9141万吨,甲醇总产量达到7262万吨,其中煤制甲醇达到6134万吨,占比达84.5%。三是有推广应用经验基。2012年以来,工业和信息化部等相关部委共同在山西、上海、陕西、贵州和甘肃的10个城市开展甲醇汽车试点工作,其中山西早在上世纪80年代就甲醇燃料的毒性、腐蚀性、动力性能、污染物排放等人们关注的问题进行过深入广泛的试验研究,并证明其替代汽柴油的可行性。目前全国在运行的甲醇汽车近3万辆。
总的来说,甲醇燃料的发展和应用,技术储备、生产装备、工程化建设以及标准制定等已经成熟,具备全面开展推广应用的基础和开展国际间广泛合作协作条件。积极发展绿色甲醇是甲醇产业可持续发展的重要方向。
(二)未来能源领域的发展方向
关于未来能源发展,经过我们的战略研究将其划分为四个阶段:
2021-2030年为能源领域变革期:处于碳排放达峰阶段,年排放110亿吨以内,一次能源年消费达峰约60亿吨tce,非化石能源承担能源需求增量主体,占终端能源消费比重约25%。2031-2035年为能源体系养成期:属于碳排放稳中趋降阶段,年排放100亿吨以内,一次能源年消费缓慢降至57亿吨tce,非化石能源占比约28%。2036-2050年为能源革命定型期:进入碳排放大幅减少阶段,一次能源年消费缓慢降至50亿吨tce,GDP增长与能源脱钩。2051-2060年碳中和阶段:努力争取2060年前实现碳中和。
如上所述,能源革命和实现碳达峰碳中和都不是一蹴而就的过程。它们犹如一对孪生兄弟,其终极目标都是铸就现代能源体系,建成能源强国,使我国未来能源完全实现“需求合理化、开发绿色化、供应多元化、调配智能化、利用高效化。”当前,作为一个以煤为主体能源的负责任大国,一定要立足于基本国情和发展阶段,审慎研判国际形势,在有效保障能源安全供应的前提下,结合实现碳达峰碳中和的目标任务,稳妥进行能源转型。任何不切实际的能源转型都可能给经济社会造成不利影响。
(光明日报全媒体记者张亚雄)

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