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            2022-09-09 21:22 星期五 中國煤炭工業協會主辦
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            謝克昌院士: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開發利用
            字號:[    ] 發布時間:2022-08-05 14:21:46 來源:中國化工報 發布人:馬穎
              今年發生的俄烏沖突,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。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開發利用。
             
            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開發利用勢在必行
             
              謝克昌表示,受國際形勢、地緣政治、基本國情、發展階段、主體能源、安全可靠、清潔高效、低碳發展的影響和制約,我國煤炭清潔高效可持續開發利用勢在必行。
             
              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“并未授權美國環境保護署監管現有發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。企業方面,日本制鐵將增加煤礦投資,而澳大利亞礦業巨頭必和必拓放棄退出動力煤業務。
             
              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利用作為能源轉型發展的立足點和首要任務”“要立足我國基本國情和發展階段,多元發展能源供給,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同共濟,互補優化以對標實現“雙碳”目標。
             
              謝克昌認為,中國富煤只是相對的,對于煤的開發利用必須可持續。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開發利用。2011年,由謝克昌院士負責的中國煤炭清潔高效可持續開發利用戰略研究,凝練了數十位院士和上百位專家的智慧,形成中國煤炭開發利用的科學開發、全面提質、先進發電、轉化升級、節能提效等系列戰略舉措,影響了中國煤炭清潔高效利用戰略決策以及能耗“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,燃煤發電規模和技術水平世界領先,現代煤化工產業體系基本形成,相當部分技術國際先進或國際領先。
             
              目前,我國燃煤發電規模全球最大,已形成清潔煤電供應體系。2021年中國燃煤發電裝機容量11.1億千瓦,占比46.7%;燃煤發電量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。
             
              我國煤化工產業同樣體系健全,現代煤化工創新體系得到發展。謝克昌表示,當今的煤化工已經是傳統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。我國現代煤化工規模、技術和裝備水平名列世界前茅,先進、領先、首創不斷出現,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,正在向規;姆较虬l展。
             
              近期,我國煤化工發展規模逐漸擴大,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。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,充分發揮“旗艦”引領作用,堅持“三化”指導思想發展現代煤化工。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示范和生產線。作為現代煤化工的旗艦企業,國家能源集團將引領煤化工產業不斷向“高端化、多元化、低碳化”方向發展。
             
            圖為第三屆中國能源·化工30人論壇上,與會代表聽取謝克昌院士作題為《中國能源安全和能源轉型的立足點:煤炭清潔高效可持續開發利用》的報告。 
             
              著力提升煤炭清潔高效利用水平
             
              謝克昌建議,下一步,應該繼續對先進燃煤技術攻關,并加快煤化工核心科技創新。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。一是先進燃煤發電技術,國家能源局、科技部2021年11月發布的《“十四五”能源領域科技創新規劃》提到6項集中攻關、7項示范試驗。二是高效靈活燃煤發電技術,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電關鍵技術與裝備集成攻關,包括靈活發電全工況下污染物一體化脫除、超臨界二氧化碳(CO₂)燃煤發電、可再生能源—燃煤集成互補發電。四是整體煤氣化聯合循環發電系統(IGCC)和整體煤氣化燃料電池發電技術(IGFC)等新型發電系統。
             
              其二是加強現代煤化工科技創新、促進煤化工產業高質量發展。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展,加快煤化工核心科技創新,促進煤化工產業高質量發展。
             
              其三是高端化發展。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CO₂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;煤制烯烴發展特殊用途功能材料和衍生產品;分質轉化發展固體清潔燃料和優質調和油。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。
             
              其四是多元化發展。單一原料供應的煤化工傳統增長模式容易受到原料供給的制約。多元化發展,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煤化工、氣化工和石油化工行業壁壘,形成適合區域性資源稟賦的新型集群產業。以延長石油煤油氣綜合利用項目為例,該項目以榆林地區的煤、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。
             
              其五是低碳化發展。為更好實現低碳發展目標,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CO₂驅油(CO₂-EOR)、CO₂制甲醇、CO₂制烯烴等CCUS技術的前瞻性研發,拓展CO₂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基地。主動融入全國碳市場,通過碳交易機制提升企業減排的積極性、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CO₂的優勢積極探索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的工藝屬性,阻抑現代煤化工的科學發展。
             
              其六是聯產化發展。按照循環經濟的理念,大力推動煤化工與電力、石油化工、化纖、鹽化工、冶金建材產業的融合發展,研發多聯產工藝技術。例如,相較傳統技術,分質多聯產技術具有資源利用率高、CO₂排放強度低等優勢,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、節能模型研發智慧能源技術。山東省沂水縣生物沼氣工廠開發的智慧工廠系統的經驗表明,通過對企業工藝智慧化的管理與運營,節能效果顯著。
             
              其八是科學評價發展?茖W的評價可以為技術的發展指明正確的方向,而影響技術的發展是多方面的;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展進行評價,可為技術的發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,發展二代生物燃料乙醇將更加符合我國“雙碳”戰略。這就為解決技術短期和中長期提供了參考。
             
             
            潞安化工集團有限公司180萬噸/年高硫煤清潔利用油化電熱一體化示范項目生產現場一隅。
             
              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。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。
             
              盡管煤炭產業是“傳統行業”,但“傳統產業”只代表產業出現的時期較早,而不代表煤炭產業就是“夕陽行業”,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,還要堅持節能優先,做好資源和產能儲備,在釋放優質產能的同時,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能源關鍵核心技術攻關,多元發展能源供給,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電、煤炭清潔高效轉化(煤基新材料、煤基特種油品)、CO₂減排和利用、煤炭資源綜合利用等領域開展協同攻關,深度開發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。
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