今年發(fā)生的俄烏沖突，事實上導致了全球化石能源的回歸，使全球碳中和發(fā)展受挫。針對此，中國工程院院士、國家能源集團首席科學家、太原理工大學教授謝克昌近日表示，我國作為以煤為主體能源的負責任大國，一定要立足于基本國情和發(fā)展階段，審慎研判國際形勢，在有效保障能源安全供應的前提下，結合實現碳達峰、碳中和的目標任務，穩(wěn)妥進行能源轉型。煤炭要革命，但絕不是革煤炭的命，是要在煤炭全產業(yè)鏈上實現綠色開發(fā)、清潔高效利用。實現了清潔高效利用的煤炭就是清潔能源。從這個意義上講，中國能源安全和能源轉型的立足點就是煤炭清潔高效可持續(xù)開發(fā)利用。
圖為謝克昌院士在第三屆中國能源·化工30人論壇上作報告。
煤炭清潔高效可持續(xù)開發(fā)利用勢在必行
謝克昌表示，受國際形勢、地緣政治、基本國情、發(fā)展階段、主體能源、安全可靠、清潔高效、低碳發(fā)展的影響和制約，我國煤炭清潔高效可持續(xù)開發(fā)利用勢在必行。
地緣政治格局動蕩導致了能源轉型步調放緩。謝克昌表示，俄烏沖突以來，全球地緣政治格局動蕩加劇，能源轉型整體步調放緩?！侗奔s2022戰(zhàn)略概念》嚴重沖擊全球安全，對“最大且直接的威脅”的俄羅斯全方位制裁，導致能源市場發(fā)生巨大變化，甚至產生“災難性的后果”。美國《清潔空氣法》被美國最高法院裁定“并未授權美國環(huán)境保護署監(jiān)管現有發(fā)電站的溫室氣體排放”，從而使美國減排進程受挫，動搖了其能源轉型的“領導力”和其盟友的信心。歐盟多國(德、意、奧、荷、希臘等)和英國重啟煤電應對能源危機，“骯臟的煤炭”東山再起，碳中和遭遇冷落、推遲，甚至“熄火”。德國總理朔爾茨7月9日對能源危機的影響再度發(fā)出警告，稱“能源短缺問題或將影響德國數年之久”，碳中和政策受挫。歐盟可再生能源法案通過，更多是政治博弈和對俄制裁的需要，難以解決當前的危機。企業(yè)方面，日本制鐵將增加煤礦投資，而澳大利亞礦業(yè)巨頭必和必拓放棄退出動力煤業(yè)務。
謝克昌認為，面對全球“百年來未有之大變局”，面對世界地緣政治的巨大變化，中國不可能置身于事外。黨中央、國務院多次強調能源安全問題，強調“能源的飯碗必須端在自己手里”“把推動煤炭清潔高效開發(fā)利用作為能源轉型發(fā)展的立足點和首要任務”“要立足我國基本國情和發(fā)展階段，多元發(fā)展能源供給，提高能源安全保障水平”。2021年，中央經濟工作會議指出，傳統(tǒng)能源逐步退出要建立在新能源安全可靠的替代基礎上，要立足以煤為主的基本國情，抓好煤炭清潔高效利用，增加新能源消納能力，推動煤炭和新能源優(yōu)化組合。特別是2022年3月25日的《中共中央國務院關于加快建設全國統(tǒng)一大市場的意見》指出，要在有效保障能源安全供應的前提下，結合實現碳達峰、碳中和目標任務，有序推進全國能源市場建設，能源安全成為前置條件，主次不能顛倒。傳統(tǒng)能源逐步退出要建立在新能源安全可靠的替代基礎上，要立足以煤為主的基本國情，抓好煤炭清潔高效利用，增加新能源消納能力，推動煤炭和新能源優(yōu)化組合。這在新的國際形勢下尤為重要。
煤炭清潔高效利用也是由國情決定的。謝克昌認為，在中國，化石能源仍是主體，而煤炭占比最高。對全球而言，化石能源依然是最主要的能源來源。2021年全球能源消費結構中，化石能源占82%，而中國的化石能源占比為84%，不同的是全球天然氣、石油、煤炭的使用比例大約呈1∶1∶1，而中國的結構大體為1∶2∶7，煤炭是絕對主力。權威機構預測，即使在未來更遠的一段時間，化石能源也依然是中國能源主體。此外，即使在全球已經實現碳達峰的國家中，煤炭消費仍有“3個20%”的壓艙石基本功能：即煤炭在能源消費結構的占比長期在20%以上，典型碳達峰路徑減煤增氣總幅度在20%以上，已經碳達峰的電力大國的煤電占比普遍超過20%，可見煤炭是不可或缺的能源。另外，基于泛能源大數據理念的信息熵加權計算，煤炭在清潔性、低碳性、安全性、高效性、經濟性5個評價維度中綜合性能最佳。這就是為什么我國不能盲目“去煤化”的一種量化評估。但是，煤炭必須在清潔性、低碳性維度上與其他能源協(xié)同共濟，互補優(yōu)化以對標實現“雙碳”目標。
謝克昌認為，中國富煤只是相對的，對于煤的開發(fā)利用必須可持續(xù)。他表示，必須清醒認識到，中國富煤只是相對油氣而言，人均煤炭保有量不及全球的平均水平，需要全鏈條實現中國煤炭清潔高效可持續(xù)開發(fā)利用。2011年，由謝克昌院士負責的中國煤炭清潔高效可持續(xù)開發(fā)利用戰(zhàn)略研究，凝練了數十位院士和上百位專家的智慧，形成中國煤炭開發(fā)利用的科學開發(fā)、全面提質、先進發(fā)電、轉化升級、節(jié)能提效等系列戰(zhàn)略舉措，影響了中國煤炭清潔高效利用戰(zhàn)略決策以及能耗“雙控”向碳排放總量和強度“雙控”的政策轉變。謝克昌指出，煤炭具有燃料和原料二重屬性，化工轉化占22.5%，做燃料使用占70%。在我國，煤炭作為原料還影響著我國的糧食生產，2019年數據測算表明：煤炭作為原料占氮肥的57.22%、鉀肥的40.06%，煤耗總量約為1.3億噸。煤炭無論作為能源燃料還是作為化工原料，都應在“清潔低碳，安全高效”的要求下發(fā)展。
我國煤炭清潔高效利用體系基本形成
謝克昌認為，現階段我國全球最大的煤炭清潔高效利用體系已經基本形成，燃煤發(fā)電規(guī)模和技術水平世界領先，現代煤化工產業(yè)體系基本形成，相當部分技術國際先進或國際領先。
目前，我國燃煤發(fā)電規(guī)模全球最大，已形成清潔煤電供應體系。2021年中國燃煤發(fā)電裝機容量11.1億千瓦，占比46.7%;燃煤發(fā)電量5.03萬億千瓦時，占比60%。目前，我國超臨界機組技術水平、裝機容量和機組數量均居世界首位，燃煤發(fā)電超低排放機組占比超過90%，2021年平均供電煤耗302.5克標煤/千瓦時，進入世界領先行列。
我國煤化工產業(yè)同樣體系健全，現代煤化工創(chuàng)新體系得到發(fā)展。謝克昌表示，當今的煤化工已經是傳統(tǒng)煤化工和現代煤化工共存的局面?，F代煤化工的主要技術路線包括煤炭通過氣化、液化、熱解三大轉化途徑及下游工藝生產燃料與化學品的過程。其中，氣化途徑是以煤氣化技術為起點，合成氣為中間產物而合成甲醇、乙醇、費托油(石腦油、汽柴油、液化石油氣等)、天然氣、乙二醇的過程，而以甲醇為中間原料還可進一步轉化得到烯烴、汽油、芳烴。液化途徑指直接液化過程，其主產品是柴油、航油等。熱解途徑是以煤中低溫干餾為先導的煤焦油深加工過程。我國現代煤化工規(guī)模、技術和裝備水平名列世界前茅，先進、領先、首創(chuàng)不斷出現，譬如煤制燃料乙醇作為煤化工清潔利用的新技術路線，屬國家首創(chuàng)，正在向規(guī)?；姆较虬l(fā)展。
近期，我國煤化工發(fā)展規(guī)模逐漸擴大，示范生產基地基本形成。整體而言，集中于鄂爾多斯、準東、哈密、晉北、榆林的現代煤化工示范產業(yè)基地基本形成，煤制油、煤制烯烴、煤制氣成為緩解石油供應安全的最重要的產業(yè)。如煤制油，截至2020年年底已經建成9個項目，包括3個16萬噸級示范項目、5個百萬噸級產業(yè)化示范項目、1個煤油共煉項目，實際建成運行生產能力903萬噸/年;在建項目2個，設計能力合計300萬噸/年。
如今，煤制油氣接續(xù)替代、緩解外依成效明顯。謝克昌認為，事實上，現代煤化工在2020年已經實現了降低石油對外依存度1.5個百分點、天然氣對外依存度1.4個百分點的成效。分析表明，未來如果以低碳環(huán)保為前提，煤替油產生的替代成效潛力在1.5~2.5個百分點，如果以能源供應安全為前提，煤替油產生的替代成效潛力在4.5~5.9個百分點。煤替氣的替代成效也類似?，F代煤化工預計到2030年、2040年、2050年，分別可達到降低石油對外依存度2.5%~4.6%、1.6%~5.9%、1.7%~5.9%，降低天然氣對外依存度5.6%~8.7%、6.1%~9.2%、8.1%~10.1%的成效。
謝克昌介紹，國家能源集團作為全球最大的煤炭企業(yè)，充分發(fā)揮“旗艦”引領作用，堅持“三化”指導思想發(fā)展現代煤化工。目前，國家能源集團生產運營煤制油化工項目28個，運營和在建煤制油產能526萬噸/年，煤制烯烴產能393萬噸/年，在煤化工主要技術領域擁有自主技術和多項世界第一的工業(yè)示范和生產線。作為現代煤化工的旗艦企業(yè)，國家能源集團將引領煤化工產業(yè)不斷向“高端化、多元化、低碳化”方向發(fā)展。
著力提升煤炭清潔高效利用水平
謝克昌建議，下一步，應該繼續(xù)對先進燃煤技術攻關，并加快煤化工核心科技創(chuàng)新。他表示，可以從以下八個方面入手。
其一是先進燃煤攻關示范、靈活高效清潔低碳。這里又分為4個先進技術。一是先進燃煤發(fā)電技術，國家能源局、科技部2021年11月發(fā)布的《“十四五”能源領域科技創(chuàng)新規(guī)劃》提到6項集中攻關、7項示范試驗。二是高效靈活燃煤發(fā)電技術，包括新型燃煤機組工藝設計關鍵技術、核心部件研發(fā)與制造關鍵技術、新型機組靈活智能運行控制技術。三是清潔低碳燃煤發(fā)電關鍵技術與裝備集成攻關，包括靈活發(fā)電全工況下污染物一體化脫除、超臨界二氧化碳(CO?)燃煤發(fā)電、可再生能源—燃煤集成互補發(fā)電。四是整體煤氣化聯合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)(IGCC)和整體煤氣化燃料電池發(fā)電技術(IGFC)等新型發(fā)電系統(tǒng)。
其二是加強現代煤化工科技創(chuàng)新、促進煤化工產業(yè)高質量發(fā)展。謝克昌建議，要通過高端化、多元化、低碳化、聯產化、智慧化以及科學評價發(fā)展，加快煤化工核心科技創(chuàng)新，促進煤化工產業(yè)高質量發(fā)展。
其三是高端化發(fā)展。高端化包括技術高端化和產品高端化，目標是減少排放。技術高端化包含新型煤氣化、新一代甲醇制烯烴、煤加氫液化、低溫費托合成技術、自主甲烷化、低階煤熱解、煤焦油分質轉化、合成氣制乙二醇、甲醇制芳烴、高含鹽廢水處理、高濃度CO?捕集利用等技術。技術高端化要求淘汰落后技術、采用先進技術提高生產效率和資源利用效率，降低單位產品資源消耗、綜合能耗和排放。產品高端化方面，煤制油要發(fā)展超凈汽油、柴油、軍用特種油、精細化學品、潤滑油及溶劑油;煤制烯烴發(fā)展特殊用途功能材料和衍生產品；分質轉化發(fā)展固體清潔燃料和優(yōu)質調和油。產品高端化鼓勵開展煤炭深加工，生產特色產品，提高產品性能和附加值。二者共同作用，達到降低單位GDP各種消耗和排放的目的。
其四是多元化發(fā)展。單一原料供應的煤化工傳統(tǒng)增長模式容易受到原料供給的制約。多元化發(fā)展，就是從源頭上利用煤、天然氣、渣油等生產不同的產品。原料多元化可以打破傳統(tǒng)煤化工、氣化工和石油化工行業(yè)壁壘，形成適合區(qū)域性資源稟賦的新型集群產業(yè)。以延長石油煤油氣綜合利用項目為例，該項目以榆林地區(qū)的煤、油田氣、渣油為原料，通過多種先進技術的組合與中間產物的優(yōu)化配置，有效彌補煤制甲醇碳多氫少和天然氣制甲醇氫多碳少的不足，使生產甲醇的能耗與污染物排放大幅度降低。
其五是低碳化發(fā)展。為更好實現低碳發(fā)展目標，應積極探索碳捕集、利用與封存(CCS/CCUS)技術，超前部署高效CCS以及CO?驅油(CO?-EOR)、CO?制甲醇、CO?制烯烴等CCUS技術的前瞻性研發(fā)，拓展CO?資源化利用途徑。多能互補，加強現代煤化工與可再生能源、清潔能源的互補融合，建設低碳煤基綜合能源產業(yè)基地。主動融入全國碳市場，通過碳交易機制提升企業(yè)減排的積極性、降低減排成本，通過碳管理機制完善現代煤化工碳排放核算標準、實現碳排放精細化管理。立足國情，維護正當合理的發(fā)展權。謝克昌特別強調，要明確現代煤化工減碳的有所為和有所不為，一方面要充分利用現代煤化工過程中副產高濃度CO?的優(yōu)勢積極探索CCS和CCUS技術；另一方面又不能“投鼠忌器”無視現代煤化工高碳工業(yè)的工藝屬性，阻抑現代煤化工的科學發(fā)展。
其六是聯產化發(fā)展。按照循環(huán)經濟的理念，大力推動煤化工與電力、石油化工、化纖、鹽化工、冶金建材產業(yè)的融合發(fā)展，研發(fā)多聯產工藝技術。例如，相較傳統(tǒng)技術，分質多聯產技術具有資源利用率高、CO?排放強度低等優(yōu)勢，對于煤化工的經濟性和抗風險能力具有較大提升。
其七是智慧化發(fā)展。煤化工要與現代信息技術緊密融合，開展煤化工工廠的數字化，構建工廠的運行大數據體系，應用數字孿生、人工智能等新科技挖掘建立能源調度模型、節(jié)能模型研發(fā)智慧能源技術。山東省沂水縣生物沼氣工廠開發(fā)的智慧工廠系統(tǒng)的經驗表明，通過對企業(yè)工藝智慧化的管理與運營，節(jié)能效果顯著。
其八是科學評價發(fā)展?？茖W的評價可以為技術的發(fā)展指明正確的方向，而影響技術的發(fā)展是多方面的?；诜耗茉创髷祿砟顦嫿ǖ木C合模型能夠從全維度、全時空變化的視角對技術的發(fā)展進行評價，可為技術的發(fā)展布局提供有價值參考。例如，應用于煤制乙醇和生物質乙醇的研究，發(fā)現煤基燃料乙醇的技術經濟性最好，但是碳排放相對較高。當下，煤基燃料乙醇可能會成為處理我國安全與減排關系的一種選項。長遠來看，發(fā)展二代生物燃料乙醇將更加符合我國“雙碳”戰(zhàn)略。這就為解決技術短期和中長期提供了參考。
走好具有中國特色的煤炭清潔高效利用之路
謝克昌表示，煤炭要革命，但絕不是革煤炭的命，是要在全產業(yè)鏈上實現綠色開發(fā)、清潔高效利用，實現了清潔高效利用的煤炭就是清潔能源。不要把實現了清潔高效的煤炭，還排除在清潔能源之外，自己給自己套枷鎖。
盡管煤炭產業(yè)是“傳統(tǒng)行業(yè)”，但“傳統(tǒng)產業(yè)”只代表產業(yè)出現的時期較早，而不代表煤炭產業(yè)就是“夕陽行業(yè)”，更不應該出現“十三五”期間在金融支持、科研支持、產能批復等各方面的“一刀切”“去煤化”的現象，造成去年的供電短缺，應該從根本上找出問題的根源。
此外，還要堅持節(jié)能優(yōu)先，做好資源和產能儲備，在釋放優(yōu)質產能的同時，要科學劃定煤炭產能“紅線”。加強非化石能源安全可靠替代煤炭等傳統(tǒng)能源關鍵核心技術攻關，多元發(fā)展能源供給，切實提高能源安全保障水平。
最為重要的是，要繼續(xù)做好新時期煤炭清潔高效利用這篇大文章，著力圍繞先進高效燃煤發(fā)電、煤炭清潔高效轉化(煤基新材料、煤基特種油品)、CO?減排和利用、煤炭資源綜合利用等領域開展協(xié)同攻關，深度開發(fā)煤炭清潔高效利用技術，不斷提升煤炭清潔高效利用水平。
我國作為一個以煤為主體能源的負責任大國，一定要立足于基本國情和發(fā)展階段，審慎研判國際形勢，在有效保障能源安全供應的前提下，結合實現碳達峰碳中和的目標任務，穩(wěn)妥進行能源轉型。任何不切實際的能源轉型都可能給經濟社會造成不利影響。
來源：中國化工報
