《科学认识煤炭在新时期的作用和地位》

  • 来源专题:能源情报网信息监测服务平台
  • 编译者: guokm
  • 发布时间:2022-01-20
  • 2021年12月召开的中央经济工作会议明确指出:传统能源逐步退出要建立在新能源安全可靠的替代基础上。要立足以煤为主的基本国情,抓好煤炭清洁高效利用,增加新能源消纳能力,推动煤炭和新能源优化组合。

    煤炭是我国的基础能源和重要工业原料,建国以来累计生产原煤960亿吨以上,为国民经济和社会发展提供了可靠的能源保障。面对现代化强国目标和落实碳达峰碳中和要求,非常有必要科学认识煤炭在新时期的作用和地位,持续推进煤炭消费转型升级,实现煤炭工业的绿色低碳转型,推动能源安全新战略向纵深发展。

    立足基本国情,提高煤炭供应的精准调控和保障能力

    我国的能源资源禀赋条件为“富煤缺油少气”,2020年煤炭消费量占能源消费总量的56.8%,天然气、水电、核电、风电等清洁能源消费量仅占24.3%。当前,我国的能源需求仍呈增长趋势,尽管煤炭在能源消费总量中的占比不断下降,但考虑到可再生能源短期内难以大规模替代传统化石能源,煤炭仍将是我国能源供应的“压舱石”和“稳定器”。

    所以,煤炭的稳定供应是我国能源保障的重要内容。这涉及到煤炭的可供性、可获得性、可持续性和生态性等,取决于我国煤炭资源的赋存状况与勘探开发水平、开采技术与工艺的成熟度以及成本、煤炭资源的储采比及其利用效能,以及煤炭开发利用对环境的损伤程度等。

    我们可将一段时期内确保行业可持续发展的煤炭消费量的动态变化区间称作“煤炭安全区间”。确定“煤炭安全区间”成为提高煤炭可靠供应保障能力的重要课题。“煤炭安全区间”是一个动态的有界区间。区间上限是某特定时间节点煤炭消费量的最大值,受资本投资、碳减排、生态环保、能源供给结构等因素影响。区间下限是某特定时间节点保障能源供应需要的煤炭消费量的最小值,短期内由煤炭的兜底保障特点确定,中长期由新能源的有序替代和煤炭的原料属性确定。

    同时,为实现煤炭供应的精准调控和有效保障,必须加强新型储备能力建设,既包括资源储备的精准勘查能力,也包括煤矿开发建设能力,更要提升煤量储备的能力,合理建设煤炭仓储设施,增加供应的弹性和韧性。

    应对重大挑战,推动煤炭生产方式和管理模式变革

    煤炭行业转型升级和高质量发展面临着安全生产、生态保护、低碳消费、数字转型等一系列新挑战。首先,随着开采深度的不断增加,部分煤矿由低瓦斯向高突矿井演变、无冲击地压危险向弱冲击或强冲击演变,水文地质类型由简单向复杂或极复杂演变,灾害防控难度不断加大。其次,14个大型煤炭基地中,陕北、晋北、晋中、晋东、黄陇、神东、宁东、鲁西、河南9个基地分布在黄河流域,对煤炭资源开发提出了更高要求。第三,煤炭是传统高碳能源,降低煤炭消费总量及消费过程中的碳排放强度是实现“双碳”目标的必然选择,也是当前亟需解决的难题。第四,作为传统的工业领域,煤炭行业数字化基础相对薄弱,数字化转型的难度较大。应对这些重大挑战,要求全煤炭行业要完整准确贯彻新发展理念,积极构建新发展格局,坚定落实能源安全新战略,继续进行改革和自我革命。

    煤矿智能化建设正是在新发展理念下,煤炭企业参与构建新发展格局的具体行动,也是煤炭企业满足矿工对美好生活向往的必然选择。然而,随着煤矿智能化建设的深入推进,以及煤矿生产力水平的不断提升,必然带来煤矿生产组织模式与管理方式的调整,煤矿“生产关系”必须适应智能化“生产力”水平。因此,伴随着煤矿智能化建设,煤矿生产与组织管理能力提升成为煤炭企业的“必做功课”。

    目前,我国煤矿智能化建设已走在整个矿山领域的前列,有力推动了新一代信息技术与矿山开采的深度融合。据初步统计,截至2021年底,全国已完成116个智能化煤矿建设,智能化采煤工作面已完成省级(中央企业)验收132个,智能化掘进工作面已完成省级(中央企业)验收105个,已有26种机器人在煤矿现场应用。

    推进消费升级,加快煤炭向清洁燃料和优质原料转变

    我国在燃煤发电超低排放升级改造方面取得了显著进展,加速了煤炭作为燃料的清洁化转变。煤炭作为原料不仅可以固碳,而且能够提供丰富的油品和化工品,有力拓展了煤炭的消费利用空间。

    煤炭作为原料向高端化发展,正是要不断延伸产业链,开发高性能产品。一是加强航空航天煤基高性能燃料、舰艇用柴油、特殊环境燃料、一体化通用燃料等特种油品研发;二是加强聚乙醇酸等煤基可降解塑料产品技术攻关,掌握含氧单体共聚接枝和封端技术,接近通用塑料水平;三是以煤液化油渣沥青和煤焦化沥青为原料,开发国防、航空航天用高模量碳纤维、超级电容器活性炭、高性能储能电池负极等材料;四是攻关间接液化α烯烃分离加工技术、高端润滑油、高端费托蜡制备技术,延伸煤制烯烃产业链。

    煤炭作为原料向多元化发展,正是要充分发挥煤化工差异化发展优势。一是研发煤制油、煤制化学品联产耦合工艺和产品联合加工技术,实现产品多元化;二是研发石脑油和甲醇共裂解技术,优化石脑油裂解反应和甲醇制烯烃反应热平衡,生产烯烃的同时联产PX,实现研发材料多元化;三是探索煤化工与新能源、天然气化工、生物化工、石油化工、冶金建材过程的耦合技术,提供能效物耗优化解决方案。

    煤炭作为原料向低碳化发展,正是要打造零碳排放煤化工产业。一是研发新型高效催化剂与工艺和过程节能技术,实现煤化工过程源头减碳;二是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;三是应用可再生能源绿电作为电力,研发高效储热制蒸汽技术,利用绿电和低谷电价制蒸汽;四是开展煤化工CCUS技术攻关,突破煤化工二氧化碳低成本捕集、二氧化碳化工和矿化利用、二氧化碳驱油地质封存技术,开发二氧化碳制芳烃、乙醇、乙二醇、烯烃、碳酸脂、DMF等化学品等。

    加强科技创新,构建保障行业高质量发展的标准体系

    面对煤炭兜底保障和绿色低碳转型要求,煤炭行业提出了“31110”科技创新任务,包括煤炭绿色智能开采、煤矿重大灾害防控、煤炭清洁高效转化三大基础理论研究,煤炭资源勘查与地质保障、大型现代化矿井建设、煤炭与共伴生资源协调开采、煤矿灾害防治、煤矿智能化与机器人、煤炭清洁高效加工、煤炭低碳转化利用、煤矿职业健康保障、煤矿应急救援、矿区资源利用与生态保护十大重点领域核心技术攻关,煤矿井巷全断面快速掘进、复杂地质条件煤层智能综采、智能化煤矿建设、智能精细高效洗选、煤炭分质利用、煤炭液化及高端化工品制备、废弃矿井地下空间资源综合利用、矿区大宗固废资源利用、大型矿区生态修复、煤炭产品质量精准调控等十项重大技术创新示范,以及和百项先进适用技术推广应用。

    构建煤炭领域新型标准体系,发挥标准化的基础性和引领性作用,对于保障煤炭行业高质量发展具有重要意义。目前,煤炭领域标准主要集中在煤矿勘察、建设、生产以及煤炭加工、利用等方面,应进一步扩展至生产服务等领域,并加大在矿工健康、绿色开采、煤矿智能化、矿区生态建设、煤炭清洁利用、碳减排等关键技术领域的制定力度,同时加强技术研发、标准研制和应用推广的协同,加大团体标准的自主制定力度,推动煤炭领域标准供给向政府与市场并重转变。

    坚持走清洁低碳、绿色安全、智能高效、多元协同的高质量发展道路

    碳达峰碳中和目标对煤炭行业的发展提出了新的要求,但“双碳”并不是简单的“去煤化”,煤炭清洁高效利用能够为我国能源转型提供立足点,在未来能源结构转变中发挥重要的支撑作用。

    煤炭行业必须坚持走清洁低碳、绿色安全、智能高效、多元协同的高质量发展道路,不断打造矿区“生态和谐”样板,构建矿区山水林田湖草沙多生态系统;持续拓展煤炭清洁消费空间,推进煤化工产业高端化、多元化、低碳化发展;加快煤矿智能化建设,着力提升煤矿安全生产水平,让更多发展成果惠及广大矿工;立足以煤为主的基本国情,加快煤电的灵活性改造,推动煤炭和新能源优化组合。

  • 原文来源:http://www.cnenergynews.cn/
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    • 编译者:guokm
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    • 改革开放以来,我国煤炭消费经历了缓慢增长、快速增长和峰值平台三个阶段。 1978~2001年为缓慢增长阶段,年均增长4.1%。2002~2012年为快速增长阶段,年均增长9.1%。2013年以来为峰值平台阶段,2013~2016年为缓慢下降期,2014年和2015年煤炭消费量分别同比下降2.9%和3.7%,2016年同比下降4.7%;2017年煤炭消费止跌回升,全年煤炭消费39.1亿吨,同比增长0.4%;2018~2023年连续6年煤炭消费缓慢增长,2023年全国煤炭消费总量达到46.5亿吨。电力、钢铁、建材和化学行业是我国煤炭消费最大的行业,其消费比重合计达到全国煤炭消费总量的90%。 “双碳”进程中煤炭定位及利用方式转变 ——煤炭定位转变 煤炭功能定位将经历主体能源(2021年到2030年)、兜底保障(2031年到2050年)和调节补充(2051年到2060年)三个阶段。 今后较长时期内,煤炭仍然是我国自主可控、具有自然优势的能源资源,是我国确保能源安全稳定供应和国际能源市场话语权的根基,作为兜底保障的作用仍不可替代。 2024~2030年达峰阶段,维持主体能源地位:由于煤炭在能源保供中的重要地位,“十四五”期间消费仍有一定增长,2025年左右达到峰值,峰值为41亿~43亿吨。 2031~2050年下降阶段,功能定位由主体向兜底保障转变,支撑能源消费结构平稳转型:非化石能源进入快速发展时期,煤炭消费总量逐渐回落。此阶段重点一是支撑能源消费结构平稳转型,二是重点行业低碳利用技术如氢能炼钢、低碳水泥、CCUS逐步开始大规模商业化应用。2050年,煤炭消费占比降至20%左右。 2051~2060年趋于中和阶段,功能定位为调节补充:煤炭消费占比逐步降至15%以内,主要用于对新型电力系统的调节和部分难替代领域的消费,排放的二氧化碳主要通过森林碳汇和CCUS回收。 ——煤炭利用方式转变 近中期:由于煤炭散烧相对煤炭发电排放的污染物更多,因此大多数发达国家都优先将煤炭转换为电能使用,通过电厂的污染治理大幅减少排放,直接在终端使用的煤炭量有限。未来,应持续提升发电用煤占比,同时控制其他行业煤炭消费,实现控制煤炭消费总量和清洁高效利用,预计2030年电煤消费比重将达到65%以上。 中远期:煤炭作为燃料使用,燃烧过程中不可避免产生碳排放,在中远期随着非化石能源发电、氢能相关技术的逐步成熟、成本下降,煤炭燃烧利用占比将不断下降。煤炭作为原料使用,主要是在煤化工领域,终端产品有尿素、管材等,反应过程天然“固碳”,与我国碳中和目标相契合,未来比重将大幅提升,特别是在相比石油基性能更优的高端煤化工领域,如特种燃料、石墨烯、新型材料等,具有广阔发展前景。 煤炭行业健康发展需要解决关键问题 一是煤炭作为初级产品定位认识问题。我国煤炭需求量大,具有短期内难以被大量替代、煤矿建设周期长、需求弹性低等特点,煤炭是能源领域典型的初级产品。煤炭行业被认为技术含量有限、附加值不高,在我国经济社会与能源发展的过程中,多次出现煤炭定位模糊的问题,煤炭的重要作用受到忽视。近年来,“去煤化”和“污煤化”舆论甚嚣尘上,违背我国基本国情,紧接着出现了煤炭供需紧张、价格大幅飙升等阶段性问题。未来亟须各界充分认识并真正理解煤炭初级产品的定位,坚持底线思维、节约优先、立足国内、国外补充的原则,谋划新发展格局中的煤炭供给保障。 二是煤炭行业发展信心问题。煤炭企业认为中长期煤炭行业不景气,增加产能意愿不足。“十四五”期间,煤炭处于需求峰值平台期,在国内外减碳背景下,煤炭需求不可避免地要走下坡路,相关企业担心若按政策要求增加产能,未来将面临闲置风险,难以收回投资。 三是关键技术突破问题。CCUS技术是煤炭利用实现碳中和不可替代的关键技术,目前仍不成熟,需要及早强化基础研究和前沿技术布局,加快技术研发和推广应用。同时,除了需求侧产品集约化利用、从生产源头强化节能及能效提升,还需要加强低碳原、燃料工程技术的应用和推广,例如短流程钢厂改造、氢还原炼铁、推广水泥熟料替代等煤炭替代技术的突破与应用。 四是煤炭资产搁浅与人员接续问题。随着煤炭行业的收缩,现有煤矿资产搁浅和人员接续成为影响社会稳定与区域经济发展的重要问题。随着落后产能的逐步淘汰,采矿区无人管理、剩余资产盘活没有资金支持,以及新项目立项权责不清等问题将逐步显现,且煤矿企业中大部分工人生活范围相对封闭、劳动技能较为低下,企业的关停将造成员工失业问题。 煤炭与“双碳”目标协调发展建议 一是保障国家能源安全,提升煤炭兜底保障能力。煤炭对于保障国家能源安全责任意义重大,“一刀切”式的“去煤化”和煤炭“双控”既不符合国家能源战略,也不利于“双碳”战略实施。同时,煤炭既是燃料也是工业原料,作为工业原料是碳循环利用的重要途径,也是改变我国油气资源进口依存度高的有效途径。因此,要多措并举,提升我国煤炭保障能力,加大煤炭资源勘查力度,着力建设一大批智能化煤矿和大型露天煤矿,建立煤炭产能收缩与释放机制,在东北、华东、中南和西南等传统煤炭产区,提升煤矿现代化水平。根据区域能源消费形势,准确把握煤矿关闭退出节奏,提高区域煤炭基本供应保障能力。 二是加强煤炭产能储备,提升能源应急保障能力。我国部分煤矿具备超产潜力,应加强应急产能储备建设。我国诸多煤矿的产量往往高于核定产能,例如核定产能100万吨,但设计生产能力实则按照150万~200万吨建设,以至于超产成为煤炭行业的常态。这部分极具弹性、长期超产的非法地下产能被业内称为“表外产能”。在保障安全的前提下,通过核准部分“表外产能”,并纳入煤炭应急产能储备序列,将有助于保障我国煤炭供应安全。 三是提高煤炭加工能力,促进煤炭环保洁净生产。煤炭生产环保化的一个重要途径是要求煤矿必须建设配套的矿井洗煤厂,对原煤进行深加工。我国焦煤回收率偏低,从20%到45%不等,超过50%的很少,配套洗煤厂对于提高经济效益、减少污染非常重要。煤炭洗选可脱除煤中50%~80%的灰分、30%~40%的全硫(或60%~80%的无机硫),入洗1亿吨动力煤一般可减排60万~70万吨二氧化硫、去除矸石1600万吨。 四是发挥工业原料功能,促进固碳循环利用。近年来,随着现代煤化工技术的快速发展,煤炭作为工业原料的属性越来越突出。一方面要建设高水平产业链供应链。推动煤化工产业布局园区化,实现煤基化工产业链供应链有效衔接、系统能耗和碳排放最低。另一方面要科技攻关“卡脖子”技术。发挥煤化工在高端精细化工、具有特殊性能产品、技术密集型产品和新材料等方面的优势,弥补我国产业链短板,研发“卡脖子”产品。开展固碳和碳循环利用基础理论与关键技术攻关,实现碳、氧资源高效转化和循环利用。 五是健全市场体制机制,促进上下游协同发展。产业链供应链安全稳定是构建新发展格局的基础。煤炭位于煤电、煤焦钢、煤建材、煤化工等产业链、供应链的最前端,建立煤炭产业链供应链各个环节之间长期战略合作与保障机制,防止出现市场大幅波动、防范企业经营风险,是煤炭市场化改革方向,也是煤炭上下游产业协同发展的必然选择。要站在国家能源安全和“双碳”战略高度,统筹煤炭上下游产业可持续发展,由煤炭、电力、焦化、建材、化工等单一产品市场化改革,向煤炭产业链、供应链的全生命周期市场化改革方向发展。(作者:国网能源研究院有限公司 傅观君)
  • 《依靠科技进步加强煤炭兜底能源地位》

    • 来源专题:能源情报网信息监测服务平台
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2022-03-17
    • 今年的政府工作报告提出加强煤炭清洁高效利用,同时也要“有序”减量替代,推动煤电节能降碳改造、灵活性改造、“供热改造”。连日来,关于煤炭、煤电的高质量发展问题引起强烈共鸣,记者就此采访了中国工程院院士黄其励、顾大钊,探讨煤炭、煤电的兜底保障作用。 “三改联动”要给予配套政策支持 黄其励院士认为,党中央对煤炭的兜底能源地位高度重视,必须立足国情,坚持先立后破,通盘谋划。今年的政府工作报告也有很多新的亮点,提出新增可再生能源和原料用能不纳入能源消费总量控制,传统能源逐步退出要建立在新能源安全可靠的替代基础上;特别是提出加强煤炭清洁高效利用,有序减量替代,推动煤电节能降碳改造、灵活性改造、供热改造(即“三改联动”)。 首先是节能降耗改造,即对供电煤耗在300克标准煤/千瓦时以上的煤电机组,应加快创造条件实施节能改造,对无法改造的机组逐步淘汰关停,并视情况将具备条件的转为应急备用电源。二是灵活性改造制造,也就是存量煤电机组灵活性改造应改尽改。三是供热改造,鼓励现有燃煤发电机组替代供热,积极关停采暖和工业供汽小锅炉,对具备供热条件的纯凝机组开展供热改造。 黄其励认为,煤电“三改联动”是一个很好的发展方向,也是当前最实际、最有效的保障措施。在“节能降耗”改造进行前,建议对电厂的热力性能做全面细致的诊断(包括焓效率和?效率),做出科学的改造决策; 在“灵活性改造”方面,考虑到会造成煤电机组经济性的下降,希望有关部门建立健全“调峰市场”机制,充分考虑煤电企业经济效益,给予适当的配套政策支持和合理的经济补偿;建议做好差异化改造计划,对高效的超超临界机组,不宜进行灵活性改造,在大电网中,发挥其高效运行的特点,在区域的机组群范围内科学调度,并在电力市场中实现共赢。在供热改造方面,建议做好供热改造规划,根据清洁供热多元化特点(如地热供暖、可再生能源电力供暖等),科学制定规划,防止在供热期,出现“因煤热定煤电”,从而和可再生能源发展顶牛的现象。 依靠科技进步推动绿色开采和低碳利用 顾大钊院士介绍,去年全国原煤产量41.3亿吨,比上年增长5.7%。全年能源消费总量52.4亿吨标准煤,比上年增长5.2%。煤炭消费量增长4.6%,煤炭消费量占能源消费总量的56.0%,比上年下降0.9个百分点。煤炭在我国能源结构的主体地位短期内难以改变。 实现双碳目标,煤炭行业必须推进绿色开采和低碳利用。绿色开采的首要目的就是要保障煤炭的稳定供应。推进煤炭绿色开采,要解决好矿井水的综合利用问题,但目前还存在管理不协调的情况。比如,建设地下水库可以使矿井水得到有效利用,但安监部门认为井下存水不安全,要严格控制井下存水;但生态环境部门要求西部缺水地区矿井水资源利用率必须达到90%以上,否则不让开采。解决这些问题必须依靠科技进步,达到既能解决安全生产问题,又能实现水资源的高效利用。 关于煤炭等化石能源的低碳利用,顾大钊院士介绍,煤基能源低碳利用的颠覆性技术之一是CCS技术的突破。去年,15万吨/年CO2捕集示范项目在国家能源集团锦界电厂一次通过168小时试运行,这是目前国内规模最大的燃煤电厂燃烧后CO2捕集与驱油封存全流程示范项目,成功实现了燃煤电厂烟气中CO2大规模捕集。这一技术实现大规模产业化突破后,对煤炭等化石能源的清洁高效利用将起到不可估量的作用。